茉莉酸信号传导途径参与了水稻的虫害诱导防御过程

采用RT-PCR的方法, 对茉莉酸信号传导途径在水稻虫害诱导防御中的作用进行研究. 结果表明, 斜纹夜蛾危害能够明显诱导水稻茉莉酸合成途径的关键酶脂氧合酶和丙二烯氧化物合成酶基因的表达, 而且外源茉莉酸处理和斜纹夜蛾危害对脂氧合酶、丙二烯氧化物合成酶以及蛋白酶抑制剂等水稻虫害防御基因的表达有相同(似)的诱导作用, 表明斜纹夜蛾危害可能会诱导水稻启动茉莉酸信号传导途径, 从而使水稻产生诱导防御机制. 虽然机械损伤和褐飞虱危害对脂氧合酶基因的表达有一定诱导作用, 但对丙二烯氧化物合成酶的表达无明显影响. 然而, 褐飞虱危害对水稻防御基因PR-1a和几丁质酶等病原相关蛋白以及水杨酸生物合成途径的关键酶苯丙氨酸转氨酶有不同程度的诱导作用, 说明褐飞虱危害可能启动了水稻水杨酸或其他信号传导途径从而产生诱导防御作用.     

β-罗勒烯信号分子诱导的防御基因表达模式

β-罗勒烯是近年来发现的一种植物通讯信号分子，现在只了解β-罗勒烯能诱导离体叶片中与水杨酸有关的防御基因的表达．但是到目前为止还不了解β-罗勒烯能否诱导完整植株中防御基因的表达，它在植物防御基因表达模式中起着什么作用．本文报道了对β-罗勒烯作用研究的三个新结果．第一，β-罗勒烯能够诱导完整植株中防御基因的表达；第二，顺式-β-罗勒烯和反式-β-罗勒烯两种同分异构体都能诱导防御基因的表达,但作用方式不同，第三，罗勒烯能消除茉莉酸和水杨酸两信号传递途径之间的拮抗作用．     

大豆GmLls1基因的克隆及表达调控分析

玉米的叶片坏死斑点(lethal leaf-spot 1, Lls1)基因及其拟南芥中的同功能基因已证明编码叶绿素分解代谢中的关键酶脱镁叶绿酸氧化酶(pheide a oxygenase, PaO). 为了深入研究大豆叶片衰老过程中叶绿素分解代谢的调控机制, 从大豆中克隆了玉米Lls1的同源基因, 其cDNA全长1817 bp, 命名为GmLls1 (GenBank登录号: DQ154009). 序列分析表明, 该基因与拟南芥、玉米、豇豆和番茄等的Lls1及其同功能基因具有很高的同源性, 其编码蛋白含有典型的Rieske [2Fe-2S]结构域、非亚铁血红素铁结合域和C-末端CXXC基序, 这些都是PaO功能蛋白所具有的典型结构特征. RT-PCR结果显示, 在大豆叶片自然衰老、人工黑暗诱导衰老和子叶衰老3个系统中, GmLls1基因都表现出明显的衰老上调趋势. 进一步分析发现, 在因敲减类受体蛋白激酶rlpk2基因而导致衰老延缓的大豆转基因叶片中, GmLls1的表达显著下降, 而在因过表达rlpk2而导致加速衰老的转基因叶片中, GmLls1的转录本积累明显增加, 暗示RLPK2介导的信号途径可能参与调控GmLls1在大豆叶片衰老过程中的表达, 而rlpk2-RNAi转基因离体叶片光照下表现出lls1突变体典型的斑状失绿坏死表型则进一步支持了上述推论.     

含多个重复序列的小麦VER2基因启动子驱动基因转录受春化作用调控

为了进一步了解VER2基因的表达模式及其启动子的功能, 从小麦可转化的人工染色体基因组文库中获得41.7 kb含VER2基因的TAC克隆. 序列分析显示, 其含有11个推测基因, 其中第3个基因的外显子完全与VER2基因的cDNA序列同源. VER2基因的启动子存在3个小的重复序列, 被另外2个大重复序列所分割. 对上游启动子区的响应元件分析结果表明, 其包含ABA响应元件(ABRE)、茉莉酸甲酯响应元件(Me-JARE)、低温响应元件(LTR)、胚乳特异性表达元件以及参与淀粉酶合成的元件和类似GA响应元件等. 利用基因枪的方法, 将VER2启动子(−5895~+73)驱动GFP报告基因的瞬间表达载体转入经春化处理或未春化处理的小麦幼叶中, 结果发现, GFP在春化处理的幼叶中表达, 而在未春化处理的幼叶中不表达, 说明春化作用是VER2启动子在冬小麦幼叶中驱动基因转录所必需的.     

黑胫病弱毒种和化学诱导剂诱导油菜对黑胫病抗性的比较研究

油菜黑胫病是由弱毒种Leptosphaeria biglobosa和强毒种L. maculans混合感染引起的油菜严重病害. 本文比较研究了弱毒种预接种、化学诱导剂水杨酸类似物(acibenzolar-S-methyl)和维他命K₃类似物(menadione sodium bisulphite)处理所诱导的油菜对强毒种在抗性表型、组织细胞和RNA水平上的反应. 诱导接种或化学处理后用强毒种接种. 强毒种接种后8~21 d, 受诱导的植株其病斑扩展速度比水处理的对照显著降低, 无论是受诱导的叶(局部效应)还是上部未诱导的叶(系统效应)均如此. 强毒种接种后96 h, 观察到侵入叶组织的病原菌菌丝周围坏死的叶肉细胞, 而在对照的植株上没有观测到. 定量PCR分析表明, 病害防御反应的标记基因PDF1.2, PR-1, NPR1, APX和CHB4在接种后0~96 h的表达发生了变化. 弱毒种预接种处理优先激活了茉莉酸/乙烯途径的基因表达, 包括NPR1的诱导加强表达, 这种效应不仅是局部的, 而且是系统的.     

褐飞虱诱导的水稻RH3基因的克隆及其表达特性

组蛋白H3基因的表达与个体发育、细胞组织特异性以及胁迫反应等相关. 在褐飞虱取食后的水稻cDNA差减文库中筛选到编码水稻组蛋白H3(RH3)的EST(GenBank登录号: BU572343), 以该EST为探针, 从褐飞虱取食后的水稻cDNA文库中分离到RH3基因的全长cDNA. 该基因编码一个含136个氨基酸残基的H3蛋白, 与以前克隆出的一种抗病相关蛋白基因(GenBank登录号: AF467728)只有1个碱基的差异, 蛋白质的氨基酸序列第126位上由赖氨酸取代了天冬氨酸. 应用Northern blot技术, 研究了褐飞虱取食后不同时间段水稻RH3基因的表达水平, 同时分析了植物激素、干旱、盐胁迫及机械损伤等因素对其转录水平的影响. 结果表明, 褐飞虱取食8 h后RH3基因表达开始增强, 96 h后达到峰值. 干旱处理和稻瘟病菌接种能诱导RH3基因的表达增强, 而脱落酸处理则对该基因的表达起负调控作用. 利用RNA原位杂交技术, 对接种褐飞虱48 h后水稻的茎叶切片进行了RH3 mRNA的原位定位. 结果显示, 在褐飞虱取食后, RH3基因的转录本在维管束及短细胞中的积累尤其明显. 水稻组蛋白H3基因的表达与水稻对褐飞虱的应激反应相关.     

拟南芥防卫基因PDF1.2启动子中GCC盒是应答茉莉素反应必要的顺式作用元件

通过对PDF1.2启动子进行缺失突变和点突变, 结合在烟草叶片中的农杆菌瞬时表达, 分析了该启动子中应答茉莉素反应的必要顺式作用元件, 验证了该基因上游1861 bp的区域具有应答茉莉素反应的功能. 通过缺失突变证实了该启动子-300和-234 bp间的区域是该启动子应答茉莉素反应的重要区域. 为了进一步阐明此重要区域中的应答茉莉素反应的必需区域, 分别对此区域中的GCC盒、类G盒和一个回文序列进行了点突变. 在烟草叶片中的瞬时表达分析表明, GCC盒的突变使该启动子丧失了对MeJA的应答, 而类G盒和回文序列的突变没有明显的改变该启动子区域对茉莉素的反应, 表明GCC盒是PDF1.2 基因启动子中应答茉莉素反应的必需顺式作用元件. 在此基础上, 将含有4次重复GCC盒序列的片段与CaMV 35S的最小启动子序列构建成嵌合启动子. 在烟草叶片中, 该嵌合启动子可应答茉莉素的诱导反应,表明GCC盒是PDF1.2 基因启动子中应答茉莉素反应必要的顺式作用元件.     

拟南芥中AtMEK5激活导致不依赖于水杨酸信号途径的细胞死亡

用MBP作为磷酸化底物的凝胶内激酶活性分析结果显示，在转基因拟南芥植株中诱导表达组成型激活的AtMEK₅蛋白（AtMEK₅^DD）引起的细胞死亡和用带有avr Rpt2基因的病原菌P. Syringe处理转基因植株导致的超敏性细胞死亡过程中，44kDa和48kDa的两个MAPK均被激活；AtMEK₅^DD在NahG转基因烟草叶片中瞬时表达和在拟南芥杂交植株AtMEK₅^DD x NahG中诱导表达依然引起细胞死亡，且杂交植株中AtMEK₅^DD表达并未引起水杨酸含量的显著变化； Northern检测结果显示，病原菌处理可显著诱导AtMEK₅^DD转基因植株中PAL、PR1和PR5 基因的大量转录，而AtMEK₅^DD的表达仅导致PR5 基因的大量转录；表明有别于超敏性细胞死亡的水杨酸依赖特性，AtMEK₅激活引起的细胞死亡不依赖于水杨酸信号途径。     

春化相关基因ver203FcDNA3′末端的克隆及序列分析

以差异筛选技术克隆到的春化相关基因cDNAverc2 0 3为基础 ,设计 5′端引物 ,利用RACE克隆策略 ,通过RT PCR扩增得到cDNA的 3′未端序列ver2 0 3F(1197bp) .Northernblot分析表明其全长约为 2 .0kb ,且其表达具有春化处理的特异性 .检索表明该基因序列(AB0 12 10 3)与一大麦茉莉酸诱导基因有部分同源性 .推测该基因在调控开花过程中可能参与茉莉酸介导的信号传导途径 .     

NCED3基因的持续诱导及ABA合成与代谢的协同调控在拟南芥ABA信号积累中的作用

ABA作为逆境信号在植物抗逆特别是抗旱中起着重要的作用. 由于ABA生物合成是ABA信号产生的根本基础, 因此ABA合成关键酶基因NCED3的启动一直被认为是操纵ABA信号产生的惟一机制. 本研究报道了ABA信号累积中ABA代谢和合成的协同操纵机制. 结果表明, 水分胁迫可导致拟南芥叶片中ABA水平急剧增加, 且在长期干旱胁迫情况下, ABA累积的最高水平始终处于一个相对稳定的状态. 无论是胁迫还是非胁迫状态下, ABA代谢都呈现指数递减规律, 且其代谢的半衰期没有太大的变化, 这意味着干旱条件下ABA的绝对代谢速率将随ABA水平上升而急剧加快, 由此可以推断ABA信号的产生是一个由多酶共同操纵的系统控制, 且NCED3的持续诱导是ABA信号稳定积累的前提. 进一步研究表明, 干旱可诱导一系列ABA合成酶的基因表达, 其中包括NCED3, AAO3和ABA3等. 伴随ABA的持续积累, NCED3, AAO3和ABA3的基因始终处于诱导表达状态. ABA代谢研究和基因表达分析结果相互印证, 共同揭示ABA信号的产生机制是一个由多酶共同参与, 且以ABA合成关键酶基因持续诱导为前提的操纵机制, 其中ABA代谢在ABA信号的操纵中起着重要的作用.     

大豆早期结瘤素基因enod2B启动子在水稻中的表达受结瘤因子诱导

在根瘤菌与宿主豆科植物形成的共生关系中, 根瘤菌分泌的结瘤因子是宿主专一性的主要决定因子. 结瘤因子信号能够诱导豆科植物根毛细胞质膜去极化、离子流动和早期结瘤素基因的表达以及根毛变形、皮层细胞分裂和根瘤原基形成等与共生有关的表型变化. 水稻是重要的粮食作物, 能否对结瘤因子信号产生应答反应是最终实现水稻结瘤固氮的关键因素. 将大豆早期结瘤素基因Gmenod2B的启动子与报告基因b-葡萄糖苷酶(GUS)基因融合构建成嵌合基因Gmenod2BP-GUS, 以此嵌合基因作为探索水稻细胞感受结瘤因子信号的分子标记. 通过根癌农杆菌介导的遗传转化系统, 获得了携带嵌合基因Gmenod2BP-GUS的水稻再生植株. 以广宿主根瘤菌NGR234(pA28)分泌的结瘤因子作为探针, 检测转基因水稻中嵌合基因Gmenod2BP-GUS的表达. 结果表明, 转基因水稻中大豆早期结瘤素基因enod2B启动子的表达可以受结瘤因子诱导, 仅在水稻根部的皮层薄壁细胞和内皮层细胞中呈特异性表达, 并且受到氮源的调控. 推测在水稻中可能存在结瘤因子所诱导的豆科早期结瘤素表达的类似机制.     

玉米C4 型pepc基因的分子克隆及其在小麦的转基因研究

通过LA-PCR方法，从当地玉米材料中获得了完整的玉米C₄ 型pepc基因。测序结果与GenBank中登录的玉米C₄ 型pepc基因序列进行比对分析表明，DNA序列的同源性达98.96%，mRNA同源性达99.38%，蛋白质的氨基酸序列同源性达99.38%，在DNA水平，两者之间有49处碱基差异， 18处发生在内含子区，18处发生在外显子处。在mRNA水平，两者之间有15处差异，但是这些差异在蛋白质水平上仅导致了4个非连续排列的氨基酸差异。构建了该基因的农杆菌二元表达载体pBAC214。通过PDS/1000He基因枪转化法，获得了该基因的转基因小麦。对转基因小麦进行的Southern杂交，结果表明来自玉米的鉴定pepc基因完全整合到了小麦基因组中。通过对转基因小麦叶片的可溶性蛋白质SDS-PAGE电泳分析，表明该基因在小麦中获得了正确的转录、剪接和翻译。通过对转基因小麦叶片中PEPC酶活性的初步测定，发现部分转基因植株叶片中PEPC酶活性提高了3-5倍，与玉米叶片中的PEPC活性相当。对转基因小麦旗叶光和生理指标的测定，发现部分转基因植株光合速率有所提高，并且气孔的开放程度与叶片中的PEPC活性紧密相关。说明完整的玉米C₄ 型pepc基因在小麦中可以正确表达和起到一定的生理作用。     

利用RNA干扰技术敲减rlpk2基因的表达可以延缓大豆叶片衰老

叶片衰老是受细胞内部遗传程序控制的、植物叶片发育过程的最后一个阶段, 对启动和调控这一过程的分子机制及衰老信号的传递途径的研究具有重要意义. 从人工诱导衰老的大豆叶片中克隆到一个新的LRR型类受体蛋白激酶基因rlpk2 (GenBank登录号: AY687391), 无论在前期人工诱导衰老系统还是叶片自然发育过程中, 该基因在大豆叶片中的表达水平都表现出明显的衰老上调趋势. 利用RNA干扰技术(RNA interference, RNAi)“敲减”(knock-down)该基因的表达, 可以明显延缓转基因大豆叶片无论自然发育还是营养缺乏胁迫引起的衰老进程, 转基因植株叶片具有比较致密的表面结构及较高的叶绿素含量.     

番茄系统抗性反应的信号转导

番茄中受伤诱导的蛋白酶抑制剂(PIs)为阐明植物系统性抗性反应信号转导途径的分子基础提供了一个理想的模式系统. 在这一模式系统中, 与日俱增的证据表明多肽信号分子系统素和来源于不饱和脂肪酸的植物激素茉莉酸都具有信号分子的功能, 二者通过一个共同的信号转导途径激活蛋白酶抑制剂和其他抗性相关基因的表达, 从而使植物产生抗性. 然而, 关于这些信号分子如何相互作用而促进细胞间长距离信号传递所知甚少. 对番茄中由系统素/茉莉酸共同介导的蛋白酶抑制剂基因的表达过程进行遗传解析, 为全面认识多肽和氧化脂类信号分子在调控植物系统性抗性反应中的作用机制提供了独特的契机. 以前的研究认为, 系统素是诱导抗性基因表达的长距离运输的信号分子. 但是最近的遗传分析表明, 系统抗性反应中长距离运输的信号分子是茉莉酸而不是系统素, 系统素的作用在于调控茉莉酸的生物合成.     

胡萝卜根特异表达水通道蛋白基因DcRB7的分离

从胡萝卜胚cDNA文库中分离得到一条完整的cDNA片段, 序列分析表明属于水通道家族新成员, 并与烟草根特异性表达TobRB7基因高度同源, 因此命名为DcRB7. Northern杂交分析表明DcRB7在根中特异性表达. 利用反向PCR技术, 分离获得了DcRB7基因上游约650 bp的片段. 将此片段与含有GUS报告基因表达载体进行重组构建后, 以农杆菌介导转化烟草获得相应的转基因植株. 在对转基因烟草的GUS表达特性进行了组织化学鉴定和荧光定量分析后发现, 该调控区段能指导GUS基因在烟草根中优势表达, 并表现出干旱诱导的特性.     

基因枪转多基因库安托杨的获得

通过基因枪共转化方法将枯草杆菌果聚糖蔗糖酶基因(SacB)、透明颤菌血红蛋白基因(vgb)、双价抗蛀干害虫基因(BtCry3A+OC-Ⅰ)、调节基因JERF36及报告基因NPTⅡ等外源基因导入库安托杨, 共获得25株抗性植株. PCR及Southern杂交结果表明, 外源基因已整合到库安托杨基因组中, 其中7株含有上述全部5个外源基因. BtCry3A ELISA实验表明, 上述7株库安托杨BtCry3A基因已得到表达. 且上述转基因植株在滨海盐碱地中生长良好.     

一个水稻P450 CYP72A基因簇受病原菌诱导和发育及组织特异性表达

细胞色素P450超基因家族广泛参与植物的各类生命活动, 包括植物对病原菌的防卫反应. 我们在植物病原菌诱导基因的DD-PCR分析时, 分离到一个受病原菌侵染诱导的水稻cDNA片段. 水稻基因组公布后, 发现该片段位于1个包含7个P450 CYP72A基因(CYP72A17~23)的基因簇的保守部分. 以此片段搜索水稻数据库发现, 水稻CYP72A家族有14个成员, 这14个蛋白质之间的差异主要在N端, C端则同源性很高. 我们分别对该基因簇的7个成员进行了表达特性分析, 发现其中CYP72A18, 19, 22和23的表达受稻瘟病菌侵染的调节, 而且在抗、感植株中的表达存在明显差异. 除CYP72A20外, 其余6个CYP72A基因均具有发育和组织特异性表达的特征. CYP72A20在所有研究中均检测不到信号, 可能为一个假基因. 这些发现为水稻P450基因功能的研究提供了新的资料.     

利用人工控制细胞死亡策略培育抗稻瘟病水稻

利用细菌编码RNase的barnase 基因及其特异抑制剂编码基因barstar构成的双元组分系统, 把本实验室构建的具有稻瘟菌(Magnaporthe grisea)诱导活性的嵌合启动子与barnase基因融合, 再与由CaMV 35S启动子驱动的barstar的构件融合, 构建植物表达载体pWBNBS和pPBNBS, 转化水稻, 并对转基因水稻进行了抗稻瘟病和白叶枯病的检测. 结果表明, 接种稻瘟菌后, 转基因水稻植株中barnase基因受诱导表达; 在稻瘟菌侵染诱导下, barnase的表达超过barstar的抑制, 导致转基因水稻叶片出现类似过敏感应, 表现出对稻瘟病的抗性; 转基因水稻对白叶枯病表现出一定的抗性. 这些结果说明, 通过该双元组分系统策略获得的转基因水稻具有明显的抗致病性真菌和一定程度的抗细菌危害的较广谱抗性.     

13个水稻WRKY基因的克隆及其表达谱分析

转录调控因子WRKY蛋白拥有高度保守的氨基酸序列WRKYGQK和Cys₂His₂或Cys₂HisCys锌指型结构. 利用WRKY蛋白质的保守结构域, 搜索了整个水稻基因组编码WRKY蛋白质的基因, 鉴定了97个WRKY基因, 并从4℃胁迫的水稻植株cDNA文库中获得13个WRKY基因全长cDNA克隆. Northern blotting分析结果显示, 其中10个WRKY基因的表达受到NaCl, PEG, 低温(4℃)和高温(42℃)等4种非生物逆境因子胁迫的影响, 但其诱导表达模式不论在逆境因子种类还是在诱导时间上均存在着很大的差异, 这种基因诱导表达模式的差异可能体现于它们之间的生物学功能的差异.     

HIV-1gp41不同片段表达对E. coli细胞毒性作用分析

HIV-gp41基因在E. coli中难以表达, 为研究影响其表达的原因, 选择gp41不同区域构建表达质粒, 通过在E. coli BL21(DE3)中进行表达测定其对细菌的毒性作用. 结果表明, IPTG诱导后除质粒pET-HN2表达菌以外其余质粒表达菌大量死亡, 目的基因转录的mRNA量也迅速下降, [³H]尿嘧啶释放实验显示释放增加, 说明GP41蛋白的毒性作用主要表现为对表达菌细胞膜的破坏而成为其在E. coli中难以表达的主要原因.