SPL转录因子调控植物花发育及其分子机制研究进展

SPL(squamosa promoter-binding protein-like)转录因子是植物所特有的一类基因家族,广泛存在于绿色植物中,在植物生长发育中具有重要作用。花发育是植物生殖发育中最为重要的一个过程,涉及不同发育方式的转变,即开花决定、花的发端和花器官发生与发育。简要综述了SPL基因的结构与功能并着重阐述了SPL基因在植物花发育过程中的分子机制及生物学功能。最后总结出: SPL转录因子可直接或间接通过参与光周期途径,赤霉素途径及年龄途径来调控植物的开花时间; SPL基因可通过直接激活下游花分生组织特异基因,如LEAFY(LFY),从而调控植物的成花转变; SPL基因可通过与下游花器官特征基因相互作用来调控花器官及其育性的发育,如调控花序、花柄的长度与外形及花器官的大小; SPL基因可调控植物大小孢子发生及雌雄配子体发育。据拟南芥的相关研究结果,初步构绘出拟南芥开花调控中的分子机制。     

拟南芥开花时间的分子遗传调控

拟南芥开花主要受四种遗传途径调控,即:光周期途径,春化途径,自主途径和赤霉素途径。各种途径之间通过CO,FLC,FT,SOC1等主效基因的相互作用,最终调节花特异性基因AP1和LFY的表达,从而调控拟南芥的开花时间,其中各种突变体的研究揭示了相关基因的功能。这些主效基因中,CO基因对光周期途径是特异的,FLC基因对开花起抑制作用。其它因素如环境、基因染色质结构的改变、酶等对拟南芥开花时间的影响有待进一步的研究。     

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.     

植物成花素FT蛋白及其互作蛋白调控植物开花的研究进展

FT基因是模式植物拟南芥中调控开花的关键基因之一,在7条成花诱导途径中扮演重要角色;FT蛋白是成花素最重要的组分,在诱导性的光照条件下,可在叶片的伴胞中表达,随后从韧皮部长距离运输至顶端分生组织,和一系列蛋白形成具有转录活性的开花复合体,从而诱导开花.在FT蛋白诱导植物开花的过程中需要其它各种蛋白以实现诱导开花这一功能,文章对近几年FT蛋白及其互作蛋白参与调控植物开花过程的机制进行了综述.     

GGPPS基因在植物色香性状改良中的应用研究进展

色彩和香味是影响园林植物观赏品质的重要因子,对植物的观赏价值具有决定性的影响。类胡萝卜素是植物重要色素物质,单萜是植物关键芳香成分,牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(GGPPS)位于两者合成途径的关键交叉节点,对植物颜色、香味相关代谢物的形成具有重要影响。本研究对GGPPS蛋白的结构与分类、进化聚类情况,并对GGPPS基因的转录调控和其他调控因子进行综述,总结了GGPPS基因影响植物色彩与香味形成的作用机制,探讨了其在植物色彩及香味性状改良方面的应用潜力,认为今后可利用多组学手段挖掘相关转录因子并解析GGPPS基因调控植物色香的分子网络,以期为植物观赏性状的遗传改良工作提供新的基因资源和研究思路。     

植物体内的黄酮类化合物代谢及其调控研究进展

针对黄酮类化合物的生物合成、贮存、转运途径、代谢调控因子、合成关键酶及其基因调控等方面的研究现状与进展进行了总结和分析.植物体内黄酮类化合物具有增强植物抗逆性和化学防御功能,在植物的生态适应过程中发挥着积极作用.其种类及含量受植物本身的遗传因素以及环境中生物和非生物因子的影响,可以通过选择或培育合适的种类、改变其遗传特性及环境条件等,调控植物体内黄酮类化合物含量.但关于调控黄酮类化合物的信号分子及其调控途径、各转录因子及蛋白质的调控机理尚未明确,调控黄酮类化合物生物合成的功能基因组或蛋白质组学等领域的研究还有待进一步深入.     

植物体内的黄酮类化合物代谢及其调控研究进展

针对黄酮类化合物的生物合成、贮存、转运途径、代谢调控因子、合成关键酶及其基因调控等方面的研究现状与进展进行了总结和分析.植物体内黄酮类化合物具有增强植物抗逆性和化学防御功能,在植物的生态适应过程中发挥着积极作用.其种类及含量受植物本身的遗传因素以及环境中生物和非生物因子的影响,可以通过选择或培育合适的种类、改变其遗传特性及环境条件等,调控植物体内黄酮类化合物含量.但关于调控黄酮类化合物的信号分子及其调控途径、各转录因子及蛋白质的调控机理尚未明确,调控黄酮类化合物生物合成的功能基因组或蛋白质组学等领域的研究还有待进一步深入.     

CBL-CIPK信号系统在植物应答逆境胁迫中的作用与机制

植物在长期适应中演化形成感知、传导和应答逆境胁迫的精细调控机制,CBL—CIPK信号系统是近年来兴起、植物特有的依赖于Ca2＋信号参与逆境胁迫调控的信号网络．CBLs感知逆境Ca2＋信号,结合Ca2＋后与蛋白激酶CIPKs特异作用,激活的CBL—CIPK复合体通过翻译后磷酸化下游靶蛋白,或调节转录因子及胁迫应答基因,实现不同细胞水平、组织部位抗逆性的调控．该系统具有特异性、多样性和复杂性,同时存在不同信号途径的交叉作用．目前响应高盐、低K＋和高pHCBL～CIPK信号途径研究取得重要进展,有望通过基因工程结合分子设计育种途径快速高效提高作物抗逆性．但仍有待于鉴定出更多的CBL—CIPK信号成分,特别是鉴定特殊生境植物的信号成分,并解析其在逆境胁迫响应中的功能．     

珙桐AP2/ERF家族相关基因的克隆及功能鉴定

为探究AP2/ERF类转录因子在珙桐开花调控及花器官发育中的作用,本研究通过从实验室珙桐不同发育时期苞片和叶片的转录组数据中筛选出调控珙桐苞片发育相关AP2/ERF家族基因DiAP2-1、DiDREB-1和DiRAV-1,经过生物信息学分析、基因克隆及功能鉴定初步研究了目的基因在珙桐苞片发育过程中的调控机制.亚细胞定位实验显示DiAP2-1主要定位于细胞质,DiDREB-1和DiRAV-1主要定位于细胞核.对目的基因在珙桐中的表达模式分析发现DiAP2-1和DiRAV-1在苞片发育过程中表达量逐渐降低,DiDREB-1只在苞片第三时期高表达,推测DiDREB-1、DiRAV-1属于A类基因,DiAP2-1属于B类基因.表型实验显示DiDREB-1和DiRAV-1转基因拟南芥株系较野生型表现为明显的早花,DiAP2-1同源基因对应的拟南芥突变体与同一时期野生型拟南芥对比表现为花瓣减少且萼片大,角果呈短粗状且败育.对关键开花调控基因表达模式分析发现DiDREB-1和DiRAV-1异源表达后使其他促花因子表达量上调进而使拟南芥花期提前.以上结果表明,AP2/ERF类转录因子DiAP2-1、D...     

水蕨(Ceratopteris thalictroides)两条MADS-box基因的克隆与分析

MADS-box转录因子,作为一个大的基因家族,在植物生长发育过程中起重要作用,尤其是作为开花植物花器官形成的主要调控者.该基因家族在揭示进化方面也有着重大意义.为了探究MADS-box基因的进化,需要更多的非开花植物中MADS-box基因的信息.选取水蕨(Ceratopteris thalictroides)作为材料,用RACE方法对其MADS-box基因进行克隆与分析.在水蕨中克隆得到两条MADS-box基因,分别命名为CtMADS1和CtMADS2.分析显示:CtMADS1属于MIKC*分支,而CtMADS2属于MIKCc分支,水蕨的这2条MADS-box基因与开花植物的MADS-box基因有着很近的亲缘关系,现在维管植物最近的共同祖先中至少存在2条不同的花同源异形基因,即MADS-box基因.     

激素和光信号途径中负调控因子的降解

植物体时刻感知来自体内和体外的各种信号,并将各种信号整合,通过调整自身代谢来适应环境的变化.各信号转导途径中,对正、负调控因子的调控可使信号进行有效的传递.在激素(如IAA,GA)和光信号途径中都出现了负调控因子的降解促进植物生长的现象.     

真核基因表达的转录调控

真核基因的表达受到多层次的调控,其中最为重要的是转录水平的调控。本文从三个方面—基因自身结构、特殊顺序的DNA结合蛋白、环境因子论述了基因表达的转录控制,以期提供一些重要线索。     

大鼠Neuritin基因启动子区克隆、鉴定及生物信息学分析

目的本研究旨在了解大鼠Neuritin基因启动子区特征,为明确神经受损后的再生中Neuritin基因在体内转录水平的调控提供理论依据。利用比较基因组学获取较为可靠的置信序列并设计上、下游引物克隆大鼠Neuritin基因5'调控区片段。方法采用生物信息学方法分析扩增片段序列特征,并采用多款转录因子预测软件预测大鼠Neuritin基因启动子主要调控区的转录因子结合位点。结果研究结果表明成功克隆出3447 bp大鼠Neuritin 5'调控区序列,大鼠Neuritin 5'调控区序列与小鼠同源率为91. 1%。生物信息学方法分析发现距大鼠Neuritin基因CDS区上游740～1012 bp位置处有一个Cp G岛,224 bp处有一个TATA-Box,初步推测大鼠Neuritin基因CDS区上游1100 bp为主要核心启动子区域。利用生物信息学软件预测主要调控区域含有AP-1,AP-2,AP-4和CREB等八个重要的转录因子结合位点。结论本研究大鼠Neuritin基因启动子的鉴定和相关转录因子结合位点的发现为进一步研究大鼠Neuritin基因的表达调控奠定了数据基础。     

原癌基因c—fos及其相关因子

c-fos基因是原癌基阂的重要成员,其表达受多种细胞活性物质的影响,通过其表达产物c-fos蛋白参与转录激活蛋白1的组成发挥生物学作用,并可以反过来对细胞因子进行调节,从而参与细胞的生长、增殖、分化途径上环节的调控。本文就原癌基因c—fos及其相关因子进行了综述。     

棉花硫氧还蛋白基因GhWCRKC2-5参与开花调控的功能研究

目的 FLOWERING LOCUS T (FT)位于开花调控网络的中心,编码成花激素,不仅调控植物开花转变,还参与调控植物多方面的生长发育。硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)在植物的逆境胁迫中发挥着重要的生物学功能。方法我们前期克隆了一个棉花FT同源基因Gh FT1,利用酵母双杂技术筛选到一个与Gh FT1蛋白互作的硫氧还蛋白Gh WCRKC2-5。本研究采用RT-PCR技术从陆地棉中扩增了Gh WCRKC2-5基因的开放阅读框c DNA。该基因编码一个203个氨基酸的短肽,含有WCRKC保守氨基酸基序,为非典型的Trx。全基因组分析表明棉花中含有46个非典型的Trxs,系统进化分析显示Gh WCRKC2-5与Theobroma cacao的Tc WCRKC亲缘关系最近。q RT-PCR分析表明Gh WCRKC2-5基因在棉花根和花中表达较高,在茎、叶和顶端分生组织中表达较低;在纤维不同发育时期,Gh WCRKC2-5基因表达呈现出降低-升高-降低的趋势,在棉花开花后25 d时的纤维表达最高。结果在拟南芥中过量表达Gh WCRKC2-5基因,转基因拟南芥明显比野生型早花,并且转基因拟南芥的FT及开花通路中关键基因SUPPESSOR OF OVER EXPRESSION OF CONSTANS1 (SOC1)明显上调表达。利用病毒介导的基因沉默技术干扰Gh WCRKC2-5基因的表达,Gh WCRKC2-5沉默的植株比对照植株开花时间晚。结论 Gh WCRKC2-5基因在棉花的开花转变中起着重要作用,本研究为深入分析棉花开花调控机理奠定基础。     

抗生素生物合成调控元件的功能解析

抗生素生物合成的整个过程由多个环节构成,受到前体物供给、装配、外运、调控和抗性等因素的影响,因此形成了相应的各种生物合成元件和模块。其中最为重要的是控制生物合成基因转录和翻译等表达水平的调控蛋白及其机制。放线菌的调控蛋白有全局性、多效性和途径专一性三种类型,并形成复杂的级联调控网络,对抗生素的合成实施严谨的控制。调控基因的功能鉴定和调控机理的解析是定向提高生物合成基因转录水平和抗生素产量的重要前提,也是构建抗生素高效合成的放线菌底盘生物的必要基础。在该研究执行的前两年,本研究重点对纳他霉素产生菌和天蓝色链霉菌的多个重要调节基因及其调控机制展开了深入的研究。抗生素生物合成途径优化的重要策略之一是提高生物合成基因及其编码蛋白的表达水平,因此,解析抗生素生物合成的调控机制是实施该策略的重要前提。该研究对恰塔努加链霉菌和天蓝色链霉菌中跟那他霉素、十一烷基灵菌红素和放线紫红素相关的多个途径专一性基因和多效性基因进行了功能鉴定,揭示了放线菌抗生素生物合成复杂而特别的调控机制,为途径优化和优良底盘生物的构建奠定了基础,而且通过调控基因的改造显著提高了抗生素的产量或缩短了发酵周期,已经初步显示出改造调节基因是提高抗生素产量的重要合成生物学策略。     

十字花科植物授粉过程中花粉表达基因的研究

授粉是开花植物有性繁殖的重要过程，这个过程包括物种特异性的花粉与柱头细胞的黏附，干燥花粉的水合，花粉的萌发和花粉管在花柱中的正常生长等，其中涉及花粉众多基因的表达与调控，同时也与柱头细胞中相关基因的活动密切相关．近年来，人们在十字花科植物有性繁殖的分子机制研究中进展迅速，分离鉴定了多个影响授粉过程的突变体及其对应的基因，提出了控制授粉过程各关键步骤的多种可能的机理，在很多方面有了明显的突破．文中以十字花科植物尤其是模式植物拟南芥为例，从分析众多花粉表达基因在授粉过程中的作用入手，介绍了开花植物授粉分子机制研究的最新进展．     

BCL—2和细胞程序性死亡的调控

细胞程序性死亡是一种自杀性细胞死亡,乃多细胞高等生物去除有害及多余细胞之途径,为生物体正常的生长发育及功能维持所必需。本文阐述了BCL—2基因与程序性细胞死亡调控之间的关系。     

脑创伤后NF-kB的作用及其细胞凋亡的基因调控

目的：探讨核因子kB（NF-kB）在脑创伤后的作用及细胞凋亡的调控基因。方法：对近年来有关NF—kB在脑创伤后的作用及细胞凋亡的调控基因的文献进行总结。结果．NF-kB在脑创伤中的作用为双重性，脑创伤后细胞凋亡的调控基因为bcl-2基因家族和Caspase基因家族。结论：NF-kB在脑创伤中是诱导细胞死亡还是促进细胞死亡，还具有分歧，bcl-2基因族和Caspase基因家族在脑创伤中的细胞凋亡起着重要调节作用。     

基于矩阵分解技术的系统性红斑狼疮转录调控网络构建

利用双向聚类方法提高系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)基因表达数据特征基因提取的有效性;预测SLE患病过程中转录因子活性以及对靶基因的调控强度变化,构建和挖掘与SLE发病密切相关的转录调控网络及其生物过程.利用FastICA方法进行双向聚类筛选出800个SLE显著基因,结合转录调控信息选取其中表达显著的转录因子及其靶基因,利用NCA预测SLE发病过程中转录因子活性以及对靶基因调控强度的变化,并构建调控网络.构建了由9个转录因子和47个靶基因所组成的调控网络,结合分子生物学分析发现,转录因子在正常样本和患病样本中的活性有明显的变化趋势,其调控的靶基因的变化符合SLE的病理特征.利用矩阵分解技术进行SLE特征基因提取及转录调控网络构建能够发现多个与炎症反应及免疫系统等密切相关的生物过程,对研究SLE致病机理和相应的生物学实验提供了方法和依据.