乌塌菜叶绿素降解代谢调控相关基因BcNYE1的克隆和分析

采用电子克隆策略结合RT-PCR从乌塌菜中分离得到了AtNYE1的同源基因BcNYE1完整编码区序列,并对其进行基因组组成和功能研究.BcNYE1的开放阅读框(ORF)长870 bp,编码289个氨基酸残基;基因组序列全长为1 132 bp,有2个内含子和3个外显子.为了验证BcNYE1基因的功能,构建了植物双元表达载体pCHF4-BcNYE1,采用冻融法导入农杆菌GV1301,通过花蕾浸染法转化拟南芥滞绿突变体nye1-1.对所获得的卡那霉素抗性植株进行PCR、RT-PCR检测,结果表明,在得到的转基因株系中,BcNYE1基因已整合到受体植物基因组中,并且可以转录成mRNA.互补实验结果显示,BcNYE1基因不具备互补拟南芥滞绿突变体nye1-1叶绿素降解缺陷的功能.     

高羊茅中衰老相关转录因子AtNAP同源基因的克隆及功能分析

AtNAP是拟南芥中一种与衰老相关的转录因子,在衰老过程中起着重要的调控作用.本实验利用cDNA末端快速扩增(RACE-PCR)技术,在高羊茅(Festuca arundinaceaSchreb.)中分离到一个AtNAP的同源基因FaNAP,并对其进行了功能分析.FaNAP全长1 305 bp,包含一个1 023 bp长的开放阅读框(open reading frame),编码一个含有340个氨基酸残基的多肽.序列分析表明,FaNAP与来源于小麦、大麦、水稻、玉米、粗山羊草、大豆等物种的NAP具有很高的同源性.衰老和黑暗均能显著诱导FaNAP的表达,但衰老诱导更为强烈.对FaNAP的功能研究表明,FaNAP能够互补拟南芥nap突变体叶片滞绿的表型,过表达FaNAP能够明显促进拟南芥的衰老.     

滞绿突变体的研究现状及应用前景

许多物种的滞绿突变体具有相似的表型特征,即衰老被延缓,叶绿素不降解或降解缓慢.但由于遗传背景不同,它们滞绿的分子机理相差很大.文中综述了滞绿突变体在生理生化(叶绿素的酶代谢途径)、遗传特征及分子生物学上的研究进展,介绍了滞绿突变体在植物叶绿素代谢、叶片衰老机制以及光合作用等生理过程基础研究中的重要性,并全面介绍了在农业生产的各个方面的应用前景及潜力,其中以能显著提高农作物抗逆性及产量的类型A和B的功能型滞绿突变最为重要,同时对滞绿的分子机理的研究使从根本上解决农作物早衰的问题成为可能.     

拟南芥叶片衰老前后叶绿素降解代谢基因表达和酶积累的模式及其影响因素分析

由叶绿素降解引起的叶片衰老褪绿不仅是植物衰老最直观的性状，还是植物进行营养动员的关键事件。近年来，进入衰老窗口(senescence window)后的叶片中叶绿素降解代谢酶基因(Chl catabolic genes,CCGs)的表达调控已经得到了较为充分的研究，但在未衰老叶片中对CCGs表达模式的研究还鲜见报道。本研究中，我们分析了主要叶绿素降解代谢酶(Chl Catabolic Enzymes, CCEs)及其编码基因CCGs在自然衰老以及未衰老的拟南芥叶片中的表达模式。研究结果显示，在叶片自然衰老过程中，CCGs剧烈上调表达且CCEs蛋白逐渐累积，以催化衰老细胞中叶绿素的大量降解；值得注意的是，在长日照培养条件下，未衰老叶片中CCGs的表达存在显著的波动，其表达量在光照开启后开始上升，10:00～16:00之间达到峰值后逐渐下降。我们的分析显示，CCGs表达量的波动很有可能是光-暗交替导致的，与CCA1介导的节律信号没有明显的相关性。我们的研究结果提示，外界光信号对未衰老叶片中CCGs的表达调控起至关重要的作用。     

拟南芥RING finger结构域AtHHR1基因的功能初步研究

为了研究拟南芥基因AtHHR1(编码一个含有RING finger结构域的E3连接酶)是否参与热胁迫响应,构建了athhr1/AtHHR1互补转基因株系.对突变体、互补株系及野生型进行热胁迫处理,发现突变体的萌发率、叶绿素及脯氨酸含量高于野生型,而互补株系均低于野生型.通过real-time PCR定量检测发现,热诱导后拟南芥热信号通路中相关热激蛋白基因在突变体中表达比野生型中高.研究结果初步表明AtHHR1基因在拟南芥的热胁迫响应中起负调控作用.     

拟南芥BLI基因调控植物衰老的研究

BLISTER(BLI)蛋白是多种应激反应的调节因子,可以促进植物对环境的适应性. BLI蛋白通过抑制IRE1蛋白以维持植物的正常生长,缺失BLI蛋白的拟南芥植株出现多种发育缺陷表型. 文章以拟南芥bli突变体为实验材料,通过细胞生物学及遗传学方法检测其衰老相关表征,发现bli突变体植株早期出现叶片黄化、叶绿素含量下降、离子渗透率升高等一系列衰老表型;与此同时,bli突变体体内衰老相关基因表达上调,光合作用相关基因表达下调,表明BLI蛋白参与植物衰老过程;外源施加ROS导致野生型Col-0植株中BLI基因表达量减少; GUS显色结果表明BLI在植株各组织器官中均有表达,为进一步解析BLI调控衰老的分子网络提供了思路.     

AtSIAK在植物抗盐胁迫响应中的功能研究

AtSIAK基因在拟南芥中编码ABC1类蛋白激酶,RT-PCR检测AtSIAK基因在拟南芥的根、茎、叶、花、角果等组织中均有表达,与利用AtSIAK基因的启动子驱动GUS报告基因的研究结果一致.AtSIAK基因受不同胁迫(MV和NaCl)和激素ABA、SA处理均有明显的上调表达,其中在NaCl处理下最明显.不同浓度NaCl处理使35S::AtSIAK过表达植株比野生型(Columbia)和siak1突变体的种子萌发率和子叶变绿率高,表明AtSIAK基因参与抗盐胁迫的响应.     

拟南芥AtHHR2基因的功能初步研究

为了研究拟南芥Highly Homologous RING domain 2基因(At5g43200)在盐胁迫逆境的功能,通过DNA及RNA水平鉴定了该基因的T-DNA插入突变体athhr2,并通过根瘤农杆菌介导法进行遗传转化,筛选获得了athhr2/ATHHR2互补转基因株系.对突变体、互补转基因株系及野生型进行盐胁迫处理,对其萌发率、脯氨酸及叶绿素水平进行检测,发现盐处理后缺失突变体的萌发率降低,脯氨酸和叶绿素含量低于野生型,互补株系的萌发率、脯氨酸和叶绿素含量均高于野生型.以上结果证明AtHHR2基因在拟南芥的盐胁迫响应中起正调控作用.     

一株晚花和镉敏感拟南芥突变体的分离与鉴定

为了进一步挖掘拟南芥响应Cd胁迫的分子机制,从化学诱导型拟南芥突变体库(约6 000株系)中筛选获得Cd敏感突变体,通过测量经Cd处理后拟南芥植株的根长变化获得Cd响应突株系,然后单株收种并鉴定,最终获得一株对Cd胁迫敏感的突变体。Thermal asymmetric interlaced-PCR(TAIL-PCR)发现这株突变体T-DNA的插入定位于基因At1g35820和At1g35830之间。进一步分析表明这个突变体也是FLC(Flowering locus C)依赖的晚花突变体,将这株突变体命名为fcr(flowering and cadmium related gene)。FLC在拟南芥开花调控网络中起枢纽作用,并且是开花正调控基因Suppressor of overexpression of co 1 (SOCI)的抑制因子。在该突变体中FLC的表达明显高于野生型植株,而FLC下游基因SOCI的表达明显低于野生型植株,但FLC上游基因的表达变化不明显。进一步实验发现,突变体fcr中调节环境因素和春化作用的基因High expression of osmotically responsive gene 1(HOS1)表达量显著增加。通过以上结果我们推测,突变体fcr中的晚开花和Cd敏感表型可能是HOS1基因过量表达所致。     

ABC1类蛋白激酶AtSIAK在植物抗盐胁迫响应中的功能研究

在拟南芥中克隆了一个编码ABC1 类蛋白激酶的基因SIAK (Salt Induction ABC1-like Kinase), RT-PCR检测SIAK基因在拟南芥的根、茎、叶、花、角果等组织中均有表达,与利用SIAK基因的启动子驱动GUS报告基因的研究结果一致. SIAK基因受不同胁迫（ABA、SA、MV和NaCl）处理均有明显的上调表达,其中在NaCl处理下最明显.在不同浓度NaCl处理下,35S::SIAK 表达植株比WT 和siak1 突变体的种子萌发率和子叶变绿率,表明AtSIAK基因参与抗盐胁迫的响应.     

拟南芥雄性不育突变体pmil的遗传与定位

通过甲基磺酸乙酯(简称EMS)诱变拟南芥Col -0种子获得一株隐形雄性不育突变体pollen mitosis1,grail.遗传分析结果显示突变体为配子体遗传,细胞学观察发现突变体花粉粒发育出现异常:细胞塌陷,细胞核在单核靠边期后和花粉第一次有丝分裂(简称PMI)前的时间段发生降解,通过图位克隆方法将该基因定位在分子标记T19L18和T1D16之间,物理距离55Kb.测序分析证明这55Kb区间中的ERECTA基因的编码区在3067bp的位置发生单碱基替换,C/G变为A/T.由此说明ERECTA基因在拟南芥从单核小孢子到二细胞花粉的发育过程中起着重要作用.     

诱导型衰老细胞模型的建立及Klotho启动子截短型突变体的构建和活性检测

目的:建立诱导型衰老细胞模型并检测抗衰老相关的Klotho基因启动子的不同截短型突变体的活性,为下一步研究奠定基础.方法:原代的人脐带静脉内皮细胞(HUVEC)经过流式细胞术分离鉴定后,通过设置不同过氧化氢的浓度,按时间梯度摸索诱导原代HUVEC细胞衰老的条件并最终通过SA-β-gal染色及定量PCR技术来确定其诱导条件.以全长的Klotho启动子为模版,通过PCR的方法,获得不同长度的Klotho启动子截短型突变体,并通过双萤光素酶报告基因系统检测试剂盒检测不同的启动子截短型突变体在诱导型衰老细胞内的激活程度.结果:培养基中过氧化氢浓度为600μM,处理96 h后,成功构建了诱导型衰老细胞模型;通过PCR的方法成功构建了长度分别为1 711 bp、1 262 bp、785 bp和735 bp的4个长度截短型突变体,并发现735 bp的截短型突变体在诱导型衰老细胞内的激活程度存在明显差异.结论:成功建立了诱导型衰老细胞模型,并成功构建了Klotho基因的启动子截短型突变体,检测和发现这些突变子在诱导型衰老细胞内的激活程度存在明显差异,为下一步治疗衰老相关疾病奠定了良好的工作基础.     

拟南芥中一个新的constans等位基因及特性

植物开花是由内外信号途径共同调控的,CONSTANS是长日照途径上控制开花的基因.在筛选拟南芥滞绿突变体的过程中筛选到一个晚花突变体,工作名称为fnc25.后来证实为一个新的constans突变体co-9.在长日照条件下该突变体植株高大,叶片呈深绿色,莲座叶数目增多,开花延迟,寿限显著延长;春化处理和外源施加赤霉素对其开花时间几乎没有响应,在短日照条件下开花时间几乎不变.测序发现co-9中CO基因编码区中有10个碱基的缺失导致了CO蛋白C末端92个氨基酸没有被合成,这其中包含一个CCT结构域.CO基因的功能缺失很可能是导致co-9晚花的原因.RT-PCR实验表明co-9中CO直接调控的基因FT的mRNA水平显著下调,而另一个调控的基因SOC1的mRNA水平和野生型相比没有改变.说明CO通过不同的结构域作用于下游目的基因,一个结构域的改变只影响下游一个目的基因的表达,导致co-9的晚花表型.     

拟南芥低光效突变体lpe1的筛选和特性分析

利用叶绿素荧光仪对化学诱变剂乙酰甲基磺酸(EMS)诱变的野生型拟南芥(Col-0生态型)F2代幼苗进行叶绿素荧光突变体筛选,获得了一株低光合效率突变体lpe1(low photosynthetic efficiency 1).遗传分析结果表明,lpe1是一个单基因隐性突变体.在生长发育的各个时期,lpe1叶片的叶绿素荧光值、叶绿素含量、淀粉含量和总蛋白含量明显低于野生型.     

异源表达花生基因AhGLK1对拟南芥glk1glk2突变体表型特征及抗旱性的影响

为探讨花生基因AhGLK1对拟南芥表型特征和抗旱能力的影响,以glk1glk2突变体为实验材料,异源表达AhGLK1,观察转基因拟南芥表型特征,包括叶色、叶片数量和形态等;利用共聚焦显微镜观察叶绿体;测定拟南芥叶片失水率和旱后存活率;利用荧光测定仪检测干旱和复水恢复过程中,拟南芥叶片叶绿素荧光参数的变化.结果表明:AhGLK1/glk1glk2回复株系拟南芥叶片呈绿色,叶片数量增加,叶片卷曲,叶柄增长,叶绿体发育完善,气孔增多,叶片保水性提高,旱后存活率显著升高.叶绿素荧光参数在干旱胁迫下显著降低,而复水时恢复.证明AhGLK1通过影响叶片数量、形态发育以及光合作用等提高拟南芥的抗旱能力.     

dst6,拟南芥中一个可能的新的det2等位基因突变株

在黑暗条件下筛选拟南芥滞绿突变体时,得到一株突变体,dst6,表现出典型的油菜素突变体的特征．遗传分析表明其是单基因隐性突变．利用简单序列多态性标记,将其定位于2号染色体的底部．粗定位的结果和形态学特征表明dst6可能是一个det2等位基因突变株．通过对(dst6中DET2基因的测序分析,证明了dst6可能是一个新的det2等位基因突变株．     

豌豆cop1 cDNA的克隆、序列分析及其在大肠杆菌中的表达

以拟南芥cop1 cDNA为探针,从豌豆(Pisum sativum) cDNA文库中克隆到了豌豆cop1 cDNA。序列分析表明,它全长为2863bp,其中包括604bp 5′非编码区、243bp 3′非编码区和2016bp编码区,编码672个氨基酸。在大肠杆菌中实现了豌豆cop1基因的高效表达。对拟南芥、豌豆和番茄3种植物cop1的序列同源性比较表明,cop1可能是一种进化上很保守的蛋白质。     

转PSAG12-ipt基因结缕草的获得及其衰老特性分析

将拟南芥中衰老特异启动子PSAG12控制下的ipt基因导入结缕草胚性愈伤组织,经抗性筛选、PCR扩增和Southern杂交,共获得37株转ipt基因植株.其中有6个转基因株系衰老延缓,绿色期延长,生育后期其体内细胞分裂素、可溶性糖、可溶性蛋白等含量明显高于野生型,而脱落酸的含量明显下降.通过测定离体叶片培养过程中光合速率的变化,也证实了转基因植株叶片衰老速度明显减慢.其中T-1和T-12两个转基因株系能延长绿色期达25 d以上.     

毛白杨果胶甲酯酶PtoPME34-1调控植物抗旱性研究

为了探究林木植物中果胶甲酯酶PME的功能,本研究中,我们从毛白杨中克隆出拟南芥PME34的同源基因PtoPME34-1,阐述了该基因在毛白杨中的生物学功能.生物信息学分析表明,毛白杨PtoPME34-1基因与毛果杨PtrPME34-1序列相似性为100%,与拟南芥AtPME34序列相似性为93%.组织特异性表达分析显示PtoPME34-1基因在所有组织都有表达,在基部茎、木质部的表达量较高,在老叶表达量最低.蛋白亚细胞定位结果显示,绿色荧光蛋白GFP标记的PtoPME34-1-GFP融合蛋白定位在烟草叶片细胞壁.毛白杨PtoPME34-1基因过表达显著提高植株的抗旱性.毛白杨PtoPME34-1和PtoPME34-2基因的双突变体植株中果胶甲酯化程度升高,且植物抗旱性也显著增加.这些研究结果证实PtoPME34-1在调控植物生长发育和抗旱胁迫中发挥重要作用.     

甘蓝型油菜G蛋白β亚基基因的克隆和表达分析

根据拟南芥等G蛋白β亚基基因的DNA序列,采用RT-PCR技术从甘蓝型油菜中克隆了一个编码G蛋白β亚基基因的全长cDNA,命名为BnAGB1.BnAGB1含有1134 bp的完整开放阅读框,编码378个氨基酸,与其它植物的Gβ亚基氨基酸序列有很高的同源性,且具有保守的Gα、Gγ结合区域及WD-40结构域.对甘蓝型油菜矮化突变体及其野生型中不同组织和不同发育时期的BnAGB1表达进行实时定量PCR分析表明:BnAGB1在矮化突变体和野生型的各个组织中均有表达;在生长旺盛期的子叶期、抽薹期和荚果期有较高的表达,而在两片真叶期、四片真叶期和花期表达较低;而且,在所有分析的不同时期和组织中,矮化突变体中的表达均显著或极显著高于野生型.以上结果表明,BnAGB1参与了甘蓝型油菜的生长发育进程的调控,与油菜矮化突变性状表现可能相关.