水稻花发育基因调控的研究进展

开花是高等植物从营养生长转向生殖生长的一个重要的生理过程。近几年来对水稻开花的研究取得了一些新的进展。分析了水稻从营养生长向生殖生长转化过程的基因控制,以及环境因素与植物内在发育程序对控制水稻开花时间的基因的影响,阐释了与拟南芥花器官发育的ABC模型相似的水稻的花器官发育机制,简述比较遗传学中利用基因共线性对开花控制位点的研究,这些研究结果与寻找更多的水稻开花基因并研究其功能提供了有意义的启示。     

MAP激酶调节蚕豆保卫细胞中ABA诱导的H2O2产生

已知许多蛋白激酶及蛋白磷酸酶参与了ABA诱导的气孔关闭信号转导过程, 而H2O2是ABA信号转导链的下游信号成分.运用表皮条生物学分析和激光共聚焦扫描技术, 研究促细胞分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)对蚕豆保卫细胞中ABA诱导H2O2产生的调节作用.用MEK1/2专一抑制剂(PD98059)处理蚕豆叶片的下表皮, 抑制了ABA诱导保卫细胞内H2O2的产生和气孔关闭.ABA和H2O2诱导气孔关闭后, 再用PD98059处理, 可以使关闭的气孔重新开放, 与之相对应的是PD98059使ABA诱导的、已增强了的H2O2探针荧光强度降低.而且PD98059不能阻断水杨酸诱导的H2O2的产生及其气孔的关闭, 因此, MEH1/2调节ABA诱导保卫细胞中H2O2产生和积累具有专一性.总之, PD98059通过抑制ABA诱导的H2O2的产生并清除其积累而阻断了ABA诱导的气孔关闭.因此, MAPK的激活在保卫细胞H2O2信号的产生、放大及其专一性应答信号刺激的反应中有着重要的调节作用.     

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.     

铝抑制拟南芥根尖PIN2循环和囊泡运输

铝对植物毒害作用最明显的症状是迅速抑制根尖生长. 然而, 铝抑制根尖生长的机制并不清楚. 本文研究了铝对生长素和生长素运输载体(PIN2)囊泡运输的影响. 结果表明, 铝抑制拟南芥根尖生长素运输, 其中过渡区生长素抑制率最高, 达66%. 布雷菲尔德菌素(Brefeldin A, BFA, 一种囊泡运输抑制剂)明显诱导PIN2囊泡在细胞内形成点状结构, 铝处理降低点状结构的大小, 表明铝抑制PIN2囊泡在细胞内的运输. 实时定量PCR和蛋白印迹反应发现, 铝增加PIN2基因的转录表达, 促进PIN2蛋白在细胞膜水平方向累积. 细胞骨架解聚药物处理表明, 铝抑制PIN2囊泡的运输, 主要通过破坏肌球蛋白微丝来完成. 铝处理下, 拟南芥根尖伸长区细胞比过渡区具有较少的铝吸收和较低的囊泡运输频率. 上述结果表明, 通过调节生长素运输载体(PIN2)在质膜与胞内移动, 阻碍生长素的运输, 铝抑制了拟南芥根尖的生长.     

拟南芥微管结合蛋白MAP18通过使周质微管去稳定化参与细胞的定向生长

在细胞的生长发育过程中，微管骨架通过特定的组织和排列方式参与对细胞生长和细胞形态建成的调控，而微管在细胞中的组织和排列则主要受微管结合蛋白（microtubule associated proteins，MAPs）的控制．在植物细胞中，目前已经发现众多的微管结合蛋白，如切割微管的Katanin、稳定周质微管的MOR1、     

具有环指结构域的E3泛素蛋白连接酶SDIR1正向调控拟南芥胁迫响应的脱落酸信号传导途径

2007年6月15日，中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗博士实验室在The Plant Cell在线发表题为“SDIR1 Is a RING Finger E3 Ligase That Positively Regulates Stress—Responsive Abscisic Acid Signaling in Arabidopsis”的论文，报道了一种具有环指结构域的E3泛素蛋白连接酶SDIR1正向调控拟南芥胁迫响应的脱落酸信号传导途径．     

拟南芥花药表达基因调控关系的预测

模式植物拟南芥花药的发育由复杂的基因网络所调控. 至今为止, 研究人员对这一调控网络的了解非常有限. 本研究利用一种整合基因芯片数据与启动子序列分析的生物信息学方法来预测拟南芥花药表达基因之间的调控关系. 基于这种方法, 一共预测到了7710对具有调控关系的基因对, 其中80对为高可信度的调控关系. 在这80对基因中, 有3对调控关系已被之前的实验验证, 表明本研究预测的结果有一定的可靠性. 我们所预测的基因调控关系有助于拟南芥花药发育分子机理的深入研究, 提出的生物信息学研究方法也可用于其他基因调控关系的预测.     

拟南芥代谢通路下基因调控网络的构建

基因调控网络在研究基因之间的调控关系及揭示复杂的生命现象方面有着重要的意义. 拟南芥整个生长过程是由基因网络所调控. 本文利用拟南芥代谢通路下基因共表达这一属性, 结合启动子序列分析的生物信息学方法来预测拟南芥代谢通路下基因的调控关系. 基于这种方法, 一共预测到2268对具有调控关系的基因对, 其中91对为高可信度的调控关系. 在我们预测到的调控关系中, 有4对调控关系已被实验验证, 实验表明本文预测的结果有一定的可靠性. 我们预测的拟南芥代谢通路下基因的调控网络, 为深入研究代谢通路在植物生长过程中所起的作用提供了方便, 有助于进一步研究拟南芥未知基因的功能.     

一个编码含VQ 模序蛋白的基因AtARVQ1 参与拟南芥对砷酸盐的响应调控

砷酸盐(As^Ⅴ)是一种对包括人类和植物在内大部分生物具有剧毒的重金属. 结果显示, 编码含植物特有VQ 模序蛋白基因AtARVQ1 (arsenate-repressed VQ motif-containing protein 1)参与拟南芥对As^Ⅴ应答和抗性调控. 结果表明, 砷酸盐胁迫强烈抑制AtARVQ1 基因在拟南芥中的转录表达.进一步利用组成型启动子CaMV 35S 驱动AtARVQ1 基因在拟南芥中的表达, 获得在砷酸盐处理条件下增强AtARVQ1 基因转录的超表达植株, 发现超表达AtARVQ1 可以明显提高拟南芥对砷酸盐的抗性水平. 系统进化分析发现, 含VQ 模序结构的AtARVQ1 同源基因为植物特有, 并进化出两大分支4 个子分支, 这类同源基因在双子叶植物和苔藓中分布于两大分支上, 而在单子叶植物中仅分布在同一子分支上. 这些结果表明, AtARVQ1 基因在拟南芥对砷酸盐的抗性应答上有着重要作用, 而其同源基因也可能在其他植物对砷胁迫应答中发挥作用.     

拟南芥种子至幼苗发育中导管分子的发生与连接

拟南芥发育早期导管分子的发生与连接至今并不十分清楚. 应用共聚焦激光扫描显微镜观察了野生型拟南芥种子至幼苗发育中导管分子的启动与连接. 结果表明, 种子萌发后2 h, 自第1个启动位点——子叶节区下部启动导管分子的分化, 然后向下依次形成下胚轴和根的导管分子, 再向上形成了子叶节区中部的导管分子. 种子萌发后10 h, 自第2个启动位点——子叶叶片中部偏下方启动导管分子的分化, 并逐渐完成与子叶节之间的导管分子连接以及子叶叶片羽状环缘脉中导管分子的建成. 种子萌发后7 d, 由上胚轴-苗区形成的导管分子向下与子叶节区上部形成的导管分子发生连接, 至此形成该幼苗轴向和侧向器官中导管分子的完整连接.     

分离鉴定拟南芥开花调控基因Flowering Locus D(FLD)的一个新等位突变

高等植物的开花是由植物的内在因素和环境因素两方面控制的. 在拟南芥中, 控制开花的几个主要的遗传位点已经被鉴定. 拟南芥Flowering Locus C 基因(FLC)通过作用于自主途径抑制由营养生长向生殖生长的转化. FLC 的表达能被FLD 抑制, 而后者编码组蛋白去乙酰化酶复合体的一个成分. 本研究分离鉴定了一个新的FLD 等位突变体fld-5. 遗传分析表明, fld-5(Wassilewskija 生态型)和前人报道的fld-3 和fld-4(Colombia-0 生态型)是等位突变体. 遗传学和分子生物学分析表明, fld-5 在FLD 编码区有一个移码突变, 从而导致其可读框的提前终止. 在fld-5 突变体中FLC 的表达显著增加, 因此可能导致该突变体呈现出异常的晚花表型。     

AtGRIP蛋白在拟南芥根冠细胞高尔基体反面网络分泌囊泡的定位

动物与真菌细胞的GRIP蛋白定位于高尔基体反面网络, 并对高尔基体的结构与功能有重要作用. 通过RT-PCR方法从拟南芥植株RNA中扩增得到AtGRIP的cDNA; 利用原核表达和亲和层析的方法, 获得AtGRIP部分片段的GST融合蛋白, 进而得到相应蛋白的多克隆抗体. 利用纯化的AtGRIP抗体进行免疫印迹, 确认拟南芥AtGRIP蛋白的分子量为92 kD, 并发现其在拟南芥根、茎、叶和花中均有表达; 免疫荧光标记AtGRIP和Nag-GFP的共定位说明, AtGRIP蛋白分布于拟南芥细胞高尔基体; 免疫金标结合电子显微镜观察发现, AtGRIP蛋白主要定位于拟南芥根冠细胞高尔基体反面网络的囊泡膜. 以上结果说明, 动植物细胞间GRIP蛋白在高尔基体上的定位是保守的; 同时也说明AtGRIP蛋白可能参与了对植物细胞高尔基体反面网络结构与功能的调控.     

拟南芥液泡膜水孔蛋白的互作蛋白AtSM34 参与种子萌发的渗透胁迫响应

水孔蛋白(aquaporin, AQP)广泛参与植物的各种生理活动, 但还有许多调控机制未被发现. 为进一步对其调控因子进行研究, 运用酵母双杂交筛选拟南芥液泡膜水孔蛋白TIP1;1(tonoplast intrinsic protein, TIP)的互作子, 这是拟南芥中第一个被发现的液泡膜上具有高度水转运活性的蛋白. 以AtTIP1;1 为诱饵, 筛选得到一个新的TIPs 结合蛋白, 并在酵母和植物细胞中验证了这种结合. 该蛋白被命名为AtSM34, 编码一个含309 个氨基酸的多肽, 预测分子量为34 kD, 具有1 个单独的MYB/SANT 样结构域. AtSM34 启动子融合GUS 组织化学染色分析显示, 其表达主要位于花、茎和叶中, 尤其是维管束组织, 并且响应渗透胁迫. AtSM34 定位于内质网, 截断分析显示其N 端(1~83 位氨基酸)对于其定位至关重要. 过表达AtSM34 导致转基因植物对外源甘露醇、山梨醇及脱落酸更加敏感, 表现为萌发延迟. 进一步研究发现,AtSM34 也可与AtTIP1;2 和AtTIP2;1 结合, 这2 个TIP 蛋白对液泡渗透调节发挥着重要作用,并在种子萌发阶段大量表达. 这暗示着AtSM34 可能通过影响水孔蛋白基因的表达, 参与种子萌发早期阶段的渗透胁迫响应.     

利用H2O2提高骨胶透明度的研究

利用过氧化氢溶液对工业骨胶脱色进行实验,增加透明度以提高骨胶的经济价值.     

利用H2O2提高骨胶透明度的研究

利用过氧化氢溶液对工业骨胶脱色进行实验，增加透明度以提高骨胶的经济价值。     

利用紫外激光以及H_2O_2和HF的混合溶液对硅片进行光化学蚀刻

讨论了一种在硅片上进行无抗蚀膜光化学蚀刻的方法,使用过氧化氢和氟化氢混合水溶液作为化学媒质,分别使用１９３ｎｍ准分子激光和２６６ｎｍ四倍频固体Ｎｄ︰ＹＡＧ激光作为光源．实验结果显示,可以不需要任何抗蚀膜,直接在硅表面进行图案蚀刻．对于１９３ｎｍ波长,在Ｈ２Ｏ２／ＨＦ质量比为１．３时,得到最佳蚀刻深度．在２９ｍＪ·ｃｍ～（－２）能量密度和１００００个脉冲照射下,得到２１０ｎｍ的蚀刻深度．在相同条件下,使用Ｈ２Ｏ２与ＨＦ混合液时的蚀刻深度大约是使用Ｈ２Ｏ与ＨＦ混合液时的４倍．对于２６６ｎｍ波长,在Ｈ２Ｏ２／ＨＦ　质量比为２时,　得到最佳蚀刻深度．　在１２ｍＪ·ｃｍ～（－２）能量密度和３００００个脉冲照射下,得到４２０ｎｍ的蚀刻深度．     

NO 介导的H2S 合成参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 野生型和突变体为材料, 利用激光共聚焦显微技术、实时定量PCR 和分光光度法, 结合药理学实验, 探讨两种气体信号分子硫化氢 (hydrogensulfide, H₂S) 和一氧化氮 (nitric oxide, NO) 在乙烯 (ethylene, Eth) 调控气孔运动中的相互关系. 结果表明, H₂S 合成抑制剂能明显抑制乙烯诱导的拟南芥气孔关闭; 乙烯能够显著增加拟南芥叶片的H₂S 含量, 提高L-/D-半胱氨酸脱巯基酶 (磷酸吡哆盐依赖性酶) (L-/D-cysteinedesulfhydrase, L-/D-CDes) 活性及AtL-CDes 和AtD-CDes 的转录水平; 清除NO 可减弱乙烯的诱导效应; 乙烯亦可明显诱导Atnoa1 突变体叶片H₂S 的积累, 但对Atnia1,nia2 突变体没有明显作用; H₂S 合成抑制剂对乙烯诱导气孔保卫细胞和叶片的NO 水平升高以及硝酸还原酶(nitrate reductase, NR) 活性增强没有明显影响, 同样乙烯可以诱导Atl-cdes 和Atd-cdes 突变体保卫细胞NO 水平升高, 说明H₂S 和NO 均参与乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭, 且NO 可能位于H₂S 上游参与调控这一信号通路.     

拟南芥保卫细胞微管骨架的重排参与NO诱导的气孔关闭

以GFP:α-tubulin-6转基因拟南芥为材料, 利用药理学实验及激光扫描共聚焦显微技术研究了微管骨架在NO诱导气孔关闭过程中的动态变化及其可能的调控机制. 结果表明: (ⅰ) 微管特异性抑制剂长春花碱和NO供体SNP均能诱导气孔关闭, 并且长春花碱能加强SNP对气孔开度的抑制作用, 而微管稳定剂紫杉醇则部分抑制了NO对气孔关闭的诱导作用; (ⅱ) 开放气孔保卫细胞中, 大量周质微管从保卫细胞的背壁向腹壁呈辐射状整齐规则地排布, 并且几乎所有微管纤维都与保卫细胞腹壁成90°垂直; (ⅲ) 同一条件下保卫细胞经外源NO供体SNP光下处理30 min, 保卫细胞内整齐的辐射状微管逐步散乱, 微管部分解聚, 纤维数量减少, 部分交错扭曲, 排布方式也由与腹壁垂直转变为倾斜, 说明微管骨架可能参与了NO诱导的气孔关闭; (ⅳ) 进一步研究发现, 胞内Ca²⁺螯合剂BAPTA-AM可以大幅度削弱由NO诱导的气孔关闭作用, 而对长春花碱诱导的气孔关闭无明显影响; 开放气孔的保卫细胞经SNP处理后, 再施加BAPTA-AM, 散乱的微管骨架排布随处理时间延长逐步趋于正常, 到30 min时基本恢复成辐射状, 与对照相比无明显区别, 表明在NO对微管排布的调节机制中有Ca²⁺参与. 综合以上结果推测, 在NO调控的气孔运动中, NO可能是通过调节胞内Ca²⁺来促进微管骨架系统的重排, 进而影响气孔的开关运动.