高粱叶绿体psbD基因的克隆及其高效表达

近年来光合作用基因工程的研究进展十分迅速,许多重要的编码光合作用反应中心的蛋白质及酶的基因,已在多种植物叶绿体基因组及核基因组上定位并测定了其碱基序列,杉浦昌弘等先后完成了烟草、水稻等高等植物叶绿体基因组全序列分析,但是C_4植物除玉米外,叶绿体基因的研究较少,高粱是主要的C_4植物,其叶绿体光系统基因的研究国内外均     

叶绿体基因

叶绿体是植物细胞内的迭层结构,它们负担着光合作用。除了具有进行光合作用和生产蛋白质的化学机构之外,每个叶绿体还含有与植物细胞的遗传物质不同的DNA。玉米叶绿体染色体大得足以含有100个通常大小的基因,但是只有很少几个基因已经被鉴定。现在正采用和分析细胞核中DNA同样的     

高等植物叶绿体DNA提纯方法的改进

高梁是C_4植物的一种,它具有较高的光合作用效率以及很高的产量.高梁叶绿体DNA-(ctDNA)的结构和功能的研究,对于了解其在光合作用方面的显著特点无疑是很有帮助的. 叶绿体DNA的提取是进行这项研究的前提.目前常用提取高等植物ctDNA的方法     

通过叶绿体基因工程表达聚3-羟基丁酸酯合成相关基因

构建了含phbB, phbA, phbC和aadA基因表达盒的叶绿体整合及表达载体, 通过基因枪轰击法转化烟草. 对具壮观霉素抗性的植株进行PCR和Southern等分析, 确证外源基因已整合到叶绿体基因组中, 同时测定了其同质化程度. Northern点杂交、RT-PCR分析结果表明, 叶绿体型转基因植株中目的基因在转录水平的表达明显高于核转化植株中相应基因, 并且未观察到基因沉默现象. 叶绿体型转基因植株还具有环境安全性好、底物丰富、产物区域化等优点, 表明叶绿体基因工程在转基因植物生产聚3-羟基丁酸酯(PHB)方面极具潜力.     

真细菌型的细胞分裂位点决定因子CrMinD基因在衣藻中从叶绿体到核的成功转移

MinD蛋白是一种普遍存在的ATP酶, 在真细菌、古细菌以及植物叶绿体的分裂过程中发挥着关键的作用. 在已研究过的4种绿藻(Mesostigma viride, Nephroselmis olivacea, Chlorella vulgaris, Prototheca wicker-hamii)中, MinD基因均由叶绿体基因组编码. 但在拟南芥中, MinD基因由核基因组编码, 其蛋白定位于叶绿体并参与叶绿体分裂的调控, 说明在高等陆生植物中, MinD基因已经转移到核基因组. 然而, 对于在质体进化过程中MinD基因从叶绿体转移至核的机制还不清楚. 我们从单细胞绿藻(Chlamydomonas reinhardtii, 衣藻)中鉴定了一个核编码的MinD同源物CrMinD, 其在野生型大肠杆菌(E. coli)中的过表达会抑制细胞的分裂并导致丝状细胞的形成, 表明植物MinD蛋白在进化上的保守性. CrMinD-egfp在烟草和拟南芥中的瞬时表达确认了CrMinD蛋白在调节叶绿体分裂中的作用. 在已公布的所有陆生植物质体基因组序列中, 没有发现MinD的同源物, 说明MinD基因从质体转移至核这一事件在进化出陆生植物以前就已经发生了.     

与光系统Ⅱ颗粒结合的蛋白酶的初步分析

叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,光合作用中光能的吸收、传递和转化、水的裂解及光合磷酸化等功能均是在具有一定分子排列和空间构象并镶嵌于类囊体膜上的叶绿素蛋白复合体中进行的。叶绿体类囊体膜蛋白的周转需要多种蛋白酶的水解作用。在蛋白质合成后加工成熟中,已证实光系统Ⅱ(PS Ⅱ)反应中心D1蛋白(Q_B结合蛋白)的C-末端加工需要一个类囊体膜结合的蛋白酶,质体菁N-末端加工也需要一个类囊体结合的蛋白酶,与PSⅡ水裂解相关联的三种外在性水溶性蛋白如同Cyt.b-f在整合到膜上时需要类囊体膜结合     

水稻中一种RNA结合蛋白cDNA的筛选和结构分析

植物叶绿体基因组全结构的阐明,已充分揭示该遗传体系兼有原核生物和真核生物基因组的特征。在叶绿体基因中,除存在一些内含子结构外,还具有像rpl12这样复杂的分割式基因。同时,不同基因的转录速度也存在着显著的差异。这些都意味着叶绿体基因在转录后必然有着复杂的剪接加工过程。RNA结合蛋白是一类在RNA加工中起重要作用的蛋白。Li等首次从烟草叶绿体中分离到与RNA转录直接相关的RNA结合蛋白,并且证明它们是由细胞核编码,在细胞质中合成后再输入到叶绿体中去的。至今,已从烟草、菠菜以及拟南芥菜等植物中发现了约10种核编码的叶绿体RNA结合蛋白,它们有类似的构造特征。我们从水稻cDNA文库中首次筛选到一个RNA结合蛋白(cp28)的基因,其相应的肽链由264个氨基酸组成。和其他叶绿体RNA结合蛋白相仿,它也包含有两个RNA结合结构域(称为consensus sequence-type RNA-binding domain,即CS-RBD),其中各含有一个由8个氨基酸组成的高度保守的一致顺序(ribonucleoprotein consensus sequence,即RNP-CS)。N端区域的传送肽(穿膜信号肽)由60个氨基酸组成,其后是一段负电荷十分集中的酸性肽段,但传送肽和酸性肽段的氨基酸顺序与其他植物的RNA结合蛋白的同源性很低。根据全长肽链的同源性比较,我们还分析了水稻cp28     

nifH基因能够在高等植物叶绿体原核环境中表达

以高等模式植物烟草为材料,对固氮酶铁蛋白基因nifH在叶绿体中的表达进行了研究。构建了nifH基因叶绿体转化载体,并利用基因轰击法对烟草叶片进行了转化。基因枪轰击后,共获得6株壮观霉素抗性再生植株。PCR检测及Southern杂交鉴定结果表明,aadA和nifH等外源基因已整合进入受体植物叶绿体基因组中;Western免疫学淀法的测定结果则证明,nifH基因能够在叶绿体原核环境中表达。     

水稻叶绿体DNA的分离与鉴定

象其他高等植物一样,水稻细胞的核、叶绿体和线粒体中含有它的各种遗传信息.可过去大多水稻遗传方面的工作研究的是核基因组,而较少研究叶绿体基因组.叶绿体是重要的能量转换细胞器,是进行光合作用的场所.它不但含有光合作用所需的全部成分,而且具有能表达它们的遗传信息.近年来分子生物学     

植物分子遗传国家重点实验室概况

为适应植物分子生物学和生物工程的蓬勃发展的需要,1986年经国家计委批准投资,开始筹建植物分子遗传国家重点实验室,1988年10月通过了国家验收,正式对国内外开放. 植物分子遗传实验室是在中国科学院上海植物生理研究所的植物分子遗传和基因工程有关课题基础上发展而成的研究实体,依托于中科院上海植物生理研究所.现有研究人员39人,其中高级研究人员13人,另有客座人员15人.现任实验室主任:许智宏研究员(中科院上海植物生理研究所)副主任:洪国藩研究员(中科院上海生化所).学术委员会主任:洪孟民研究     

通过叶绿体基因工程表达聚3-羟基丁酸酯

构建了含phbB,phbA,phbC和ααdA基因表达盒的叶绿体整合及表达载体，通过基因枪轰击法转化烟草，对具壮观霉素抗性的植株进行PCR和Southern等分析，确证外源基因已整合到叶绿体基因组中，同时测定了其同质化程度。Northern点杂交、RT－PCR分析结果表明，叶绿体型转基因植株中目的基因在转录水平的表达明显高于核转化植株中相应基因，并且未观察到基因沉默现象，叶绿体型转基因植株还具有环境安全性好、底物丰富、产物区域化等优点，表明叶绿体基因工程在转基因植物生产聚－3－羟基本丁酸酯(PHB）方面极具潜力。     

稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化

稻属AA型物种包含栽培稻和与其最近缘的野生稻物种,是稻属植物中一个重要的类群.为了探究稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化,以AA型稻属物种中已经公布的6个叶绿体基因组为对象,利用PAML和Selecton对叶绿体基因进行适应性进化的分析.研究发现,4个基因(matK,ccsA,psbB和rpoC2)经历了正选择作用,并对基因的正选择位点进行了定位,初步分析了正选择位点的变异特点,探讨了正选择位点与蛋白质结构保守性的关系.本研究为深入了解稻属的叶绿体基因及其适应性进化提供了重要参考.     

高等植物光系统复合物结构生物学研究进展

光合作用过程中，植物通过位于叶绿体中类囊体膜上的光系统II和光系统I及其他蛋白复合物将吸收的太阳能转化为化学能，并释放氧气。两个光系统均是由各自的核心复合物和外周捕光天线组成的多亚基膜蛋白色素复合体，并参与植物在不同光照环境的适应调节过程，了解这些复合物的结构有助于对光合作用分子机制的深入理解。文章系统总结了近期高等植物光系统II和光系统I及相关蛋白复合物的结构生物学研究进展。     

光合作用可生产氢气

氢气很可能会成为未来的“绿色”能源。尽管氢元素在自然界普遍存在 ,但它却常常与其他物质混合在一起。美国田纳西大学环境生物技术研究中心和橡树岭国家实验室的研究人员论证了通过改变光合作用(植物利用阳光生产“食物”的过程 )的方向来生产氢气的可能性。他们从菠菜中提取了完整的光合综合体 (光合系统Ⅰ )并给每个分离出来的光合综合体的一侧涂上一层铂原子。在加入电子载体后 ,这种“镀铂综合体”就可利用可见光生产氢气了。光合作用是两个光合系统 (称为光合系统Ⅰ和光合系统Ⅱ )共同作用的结果 ,这两个光合系统存在于植物的叶绿体…     

小麦叶绿体中细胞分裂素的结合蛋白

在激素作用机理的研究中,激素受体的鉴别和定位是一个重要的研究内容,自从1970年发现高等植物的核糖体存在着细胞分裂素(CTK)的结合蛋白之后,陆续在一些植物的不同细胞组份中发现了这种结合蛋白。但是,CTK是否能与植物细胞的某一细胞器结合还未见报道,黄卓辉与魏家绵曾报道过6-苄氨基嘌呤(6BA)能使离体叶绿体的光合磷酸化活性增强。这使我们对CTK是否能与叶绿体结合,从而调节光合作用或代谢过程产生兴     

含铁氧化还原素的无机光还原

根据光合作用的催化电子理论,由叶绿体利用光能产生推动二氧化碳同化系统工作的NADPH和ATP的功能可被无机半导体所代替。这种观点已被我们先后在近紫外和可见光下用实验证实。由于我们在利用特殊制备的CdS来代替叶绿体时,可在与叶绿体所利用的红光能量差不多的红橙光下还原NADP和合成ATp。由于在还原NADP吋有氧放出,从而证明了我们所得到的NADPH中的“H”和植物的光合作用一样来自于水。这些充分证     

叶绿素及其利用前景

绿色的植物覆盖着大地,提供着人类生活所必须的有机物和氧气,美化着人类生活的环境。绿色植物的叶片中含有大量的叶绿体,叶绿体中含有绿色色素,这就是叶绿素。在阳光的作用下,叶绿素能将空气中的二氧化碳和水合成为有机物,同时释放出氧气,这就是光合作用。自1771年发现光合作用以来,探     

应用分子生物学方法诱导植物雄性不育:生物学基础和前景

本文着重介绍了花药和花粉发育过程中基因表达的特点和复杂性,花药和花粉的特异性基因以及特异性基因的调节等方面的研究进展,讨论了应用上述特异性基因的调节序列与一定的目的基因(如核糖核酸酶基因)构建的嵌合基因诱导植物雄性不育的前景和这种分子生物学方法在作物杂种优势利用过程中遇到的问题。     

叶片光合细胞在人工培养下的生长和分裂

高等植物叶片的绿色细胞,具有植物界特有的叶绿体,是利用太阳能进行光合作用的重要功能细胞。我们在小麦、水稻、玉米等作物叶片细胞研究中,了解到这种细胞在结构上的多样性与复杂性,是研究叶绿体的结构与功能的重要材料,而绿色光合细胞和叶绿体的离体培养则是研究叶绿体结构与功     

植物DNA条形码技术应用于大样地群落学研究

DNA条形码技术在生物分类学、进化生态学、分子系统学、生物多样性科学、医学检疫等学科和领域发挥着重要作用.本文梳理了近些年国内外以森林大样地为平台,利用植物DNA条形码(即叶绿体基因片段rbcL,matK和trnH-psbA)在群落水平研究获得的若干重要进展.围绕植物DNA条形码技术如何应用于大样地群落学研究这一主线,从基本原理出发,以研究案例为基础进行了相应的评述,提炼出以下4方面:(1)鉴别群落水平上的植物材料时,利用多个DNA条形码片段的组合能达到较高的物种鉴别率,而单个片段效果较好的为trnH-psbA,其次是matK和rbcL;(2)构建大样地植物群落系统发育关系时,搭配使用不同进化速率的条形码片段,以超级矩阵(Supermatrix)方法排列DNA序列,在系统发育树构建软件上可获取较好的分支精度并得到较高的节点支持率;(3)DNA条形码系统发育关系与群落生态学研究结合时,能增强对群落共存机制和群落构建方式的探索和阐释能力;(4)DNA条形码系统发育关系应用于生物多样性指数计算时,能增强多样性指数的分辨能力和评估手段.植物DNA条形码技术已在类群和群落水平上应用并得到较好的效果;建议与传统的Phylomatic等方法互补优势,在原有基础上进行适当的完善,如优化取样策略、增加具有更多信息量的核基因片段ITS等,提升DNA条形码技术的整体性能,使该技术在区域和全球水平上开展群落学研究时也能较好地应用.