天然“转基因”使小麦获得赤霉病抗性

小麦赤霉病被称作小麦"癌症",不仅严重危害小麦的产量和品质,而且会导致脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)等真菌毒素的严重污染,而挖掘应用抗赤霉病基因培育抗病小麦品种是抵御病原菌侵害最有效的方法之一。本研究基于组装的二倍体长穗偃麦草参考基因组、BAC文库等,利用图位克隆技术克隆了一个主效抗小麦赤霉病基因Fhb7。该基因编码一个具有广谱催化作用的谷胱甘肽S-转移酶,通过去环氧化机制对单端孢霉烯族毒素起到解毒作用。令人惊奇的是,在植物界没有发现Fhb7的同源基因,但多个证据表明二倍体长穗偃麦草早期可能与Epichlo?属的内生真菌形成共生体,通过水平基因转移将Epichlo?Fhb7的DNA序列整合到长穗偃麦草基因组中,从而进化出抗镰刀菌属病原菌侵染的功能。Fhb7基因导入小麦后,在不同的遗传背景下,不会造成产量的明显损失,同时对小麦赤霉病和茎基腐病具有广谱抗性,因此在小麦抗病育种中具有广阔的应用前景。     

天然“转基因”使小麦获得赤霉病抗性

小麦赤霉病被称作小麦“癌症”，不仅严重危害小麦的产量和品质，而且会导致脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)等真菌毒素的严重污染，而挖掘应用抗赤霉病基因培育抗病小麦品种是抵御病原菌侵害最有效的方法之一。本研究基于组装的二倍体长穗偃麦草参考基因组、BAC文库等，利用图位克隆技术克隆了一个主效抗小麦赤霉病基因Fhb7。该基因编码一个具有广谱催化作用的谷胱甘肽S-转移酶，通过去环氧化机制对单端孢霉烯族毒素起到解毒作用。令人惊奇的是，在植物界没有发现Fhb7的同源基因，但多个证据表明二倍体长穗偃麦草早期可能与Epichlo?属的内生真菌形成共生体，通过水平基因转移将Epichlo? Fhb7的DNA序列整合到长穗偃麦草基因组中，从而进化出抗镰刀菌属病原菌侵染的功能。Fhb7基因导入小麦后，在不同的遗传背景下，不会造成产量的明显损失，同时对小麦赤霉病和茎基腐病具有广谱抗性，因此在小麦抗病育种中具有广阔的应用前景。     

杆状病毒诱导凋亡昆虫细胞中的线粒体反应和Ca2+的变化

以罗丹明123作为线粒体跨膜电位荧光标记探针, 流式细胞术和激光共聚焦显微镜研究显示, SfaMNPV诱导凋亡的斜纹夜蛾SL-1细胞, 线粒体跨膜电位(∆Ψm)产生明显改变, 病毒接种后4 h, 膜电位开始下降, 随着病毒感染进程的延续, 线粒体膜电位∆Ψm持续降低. 利用Western 杂交分析定位于线粒体的Bcl-2蛋白, 结果表明, 线粒体Bcl-2蛋白含量随病毒感染逐渐减小, 表达水平降低, 病毒感染下调了Bcl-2蛋白的表达. Western杂交检测到显示细胞色素c从线粒体向细胞质中释放, 并在细胞质逐渐积累, 呈时间依赖性特征. 病毒感染诱发的线粒体反应, 提示杆状病毒诱导昆虫细胞凋亡, 可能存在线粒体介导的凋亡信号转导途径. 以Ca²⁺荧光探针Fluo-3/AM负载, 激光共聚焦显微镜观察和荧光分光光度计测定凋亡细胞 [Ca²⁺]_i浓度的变化, 检测到病毒诱导凋亡细胞内的[Ca²⁺]_i浓度明显升高, 细胞外Ca²⁺内流; 在EGTA抑制胞外钙离子内流和细胞质Ca²⁺钳制状态下, PI染色后流式细胞仪检测显示细胞凋亡不受影响, 说明胞质内游离Ca²⁺升高和胞外钙离子内流不是细胞凋亡的主要诱因, 提示内质网钙库Ca²⁺排空可能是SfaMNPV诱导SL-1细胞凋亡信号转导通路中的重要媒介.     

异源表达一个大豆Na+/H+逆向转运蛋白基因GmNHX2提高拟南芥的耐盐性

Na⁺/H⁺逆向转运蛋白调节细胞内的离子内平衡, 在植物耐盐性起重要的作用. 本研究克隆一个大豆Na⁺/H⁺逆向转运蛋白的同源基因GmNHX2, 编码一条长534氨基酸的多肽并预测有10个可能的跨膜结构域. GmNHX2在大豆的根、茎和叶中表达, 但在根中的丰度最高, 受NaCl和PEG (polyethylene glycol)处理的诱导表达. GmNHX2与LeNHX2和AtNHX2的序列相似性高于AtNHX1和AtSOS1. 尽管系统发育分析将GmNHX2与细胞器(液泡和囊泡)逆向转运蛋白聚成一类, 但亚细胞定位的结果表明GmNHX2-EGFP (enhanced green flurescent protein)融合蛋白可能位于植物细胞的质膜或细胞器膜上. 与野生型植株相比, 异源表达GmNHX2的拟南芥植株在萌发和幼苗期都更加耐高浓度的NaCl. 这些结果暗示, GmNHX2是一个Na+/H+逆向转运蛋白同源物, 可能在盐胁迫下执行调节离子内平衡的功能.     

激光照射引发的肥大细胞内钙信号和脱颗粒动力学模型

最近研究表明, 低强度的激光照射引发的肥大细胞内钙信号和脱颗粒动力学过程必须依赖于细胞外Ca²⁺的内流. 为此, 提出了一个由激光光子能量和胞外Ca²⁺协同作用下经TRPV4通道介导进入细胞的Ca²⁺流量的解析表达式, 建立了刻画激光照射下肥大细胞内钙信号和脱颗粒动力学的模型. 模型表明, 钙信号和脱颗粒动力学的特征是由细胞外Ca²⁺和光子能量的协同作用决定的. 较高的胞外Ca²⁺浓度使得只需较小的光子能量就能激活肥大细胞, 由此就避免了细胞受较短波长的激光照射而可能引起的损伤. 模型预测存在导致细胞内Ca²⁺浓度极限环振荡的细胞外Ca²⁺浓度和光子能量的狭窄的参数区域, 验证了PKC的活性正比于Ca²⁺振荡频率的实验结论. 模型发现胞质Ca²⁺浓度升高后并持续稳定在最大值平台能够获得最佳的脱颗粒率. 此外, 将真实的物理能量导入模型的思路可推广至其他物理信号转导系统的建模.     

小鼠Th1细胞最佳分化需要STAT1信号转导

尽管IFN-γ单独不能触发Ⅰ型T辅助细胞(Th1)分化, 但IFN-γ信号缺失却会导致缺陷的Th1细胞表型: IFN-γ受体缺失(Ifngr^-/-)的Th1细胞不能永久地抑制IL-4的表达; 在Th2诱导条件下, 它们能分化成产生IL-4的细胞, 说明IFN-γ在Th1细胞中沉默Il4基因和稳定Th1细胞表型过程中起着关键作用. IFN-γ信号可能通过抑制STAT6磷酸化来抑制IL-4的表达. 作为介导IFN-γ信号转导的下游分子, 本研究的目的是研究STAT1在Th1细胞中抑制IL-4表达的可能机制. 研究结果显示, STAT1缺失的幼稚CD4+ T细胞中IFN-γ表达水平降低, 而IL-4表达水平升高. 这些细胞在非极性条件下趋向于分化成Th2细胞. 在Th1诱导条件下, STAT1缺失的幼稚CD4+ T细胞呈现缺陷的Th1分化: Stat1^-/- Th1细胞中IFN-γ和T-bet表达水平都降低; 这些细胞也不能抑制IL-4和GATA-3的表达, 并且保留了STAT6信号转导. 更重要的是, 在Th2诱导条件下, Stat1^-/- Th1细胞能高效地被转化成产生IL-4的细胞. 在Stat1^-/- Th1细胞中异位表达的T-bet能明显地抑制这种转化的能力, 并显著恢复IFN-γ表达. 这说明STAT1可能通过维持T-bet的表达来抑制IL-4的表达. 最后, 在Stat1^-/- Th1细胞中观察到位于Il4基因两个增强子区域的组蛋白H3乙酰化(H3^AC)和组蛋白H3赖氨酸K4二甲基化(H3K4dim), 提示这些细胞中的Il4基因位点可能处于开放的状态. 研究结果显示, 在Th1细胞中STAT1信号可能介导Il4基因抑制的新机制: 上调T-bet从而抑制GATA3和IL-4表达、抵抗STAT6信号转导, 并抑制Il4基因位点表观遗传修饰.     

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.     

棉疫病菌诱导非寄主过敏反应激发子基因的克隆

采用功能筛选策略从以PVX病毒载体建立的棉疫病菌(Phytophthora boehmeriae) cDNA文库中克隆了能诱导烟草产生过敏反应的激发子基因(片段). 以农杆菌Mog101为宿主、利用PVX病毒表达载体构建了含有6800个单克隆的棉疫病菌cDNA文库, 采用牙签接种本氏烟(Nicotiana benthamiana), 从4100个克隆中筛选到12个能引起烟草过敏反应的阳性克隆. 对上述阳性克隆进行序列测定和分析, 结果显示, 其中7个与已知的基因具有较高的同源性, 其中PBC43编码一个特异的elicitin蛋白; PBC163编码一个Rab蛋白, 与大豆疫霉的RAB同源性较高; PBC241编码抗增殖蛋白(prohibitin); PBN62编码一个热激蛋白60 (HSP60). 还有5个克隆在公共数据库中没有同源基因, 提示可能是该病原菌特异的激发子基因. 上述结果表明, 利用病毒表达载体构建cDNA文库, 用功能筛选策略可从棉疫病菌全基因组范围内筛选诱导烟草产生过敏反应的激发子基因, 该方法可望为其他植物病原菌激发子基因的克隆提供技术平台.     

一个东亚钳蝎K+通道阻断剂cDNA的克隆和序列分析

蝎毒液中的K⁺通道阻断剂对于研究细胞特定K⁺通道的药理学特性和生理学作用具有重要的价值 .根据已报道的一种Ca^{2 +}激活K⁺通道阻断剂BmP0 1的氨基酸序列设计1对“背对背”简并引物 ,运用反向PCR策略从中国东亚钳蝎毒腺组织中首次克隆到其全长cDNA ,它由 5′UTR ,ORF和 3′UTR 3个部分组成 .翻译起始密码子ATG旁侧序列AAAATGA在蝎Na⁺通道毒素和原生生物基因中高度保守 ,表明这类基因可能存在共同的翻译起始机制 ;3′UTR含有poly(A)信号 .ORF编码57个氨基酸残基 ,N端28个残基为信号肽序列 ,富含疏水性氨基酸 ,其长度显著不同于已报道的蝎Na⁺通道毒素信号肽 ,C端29个残基为成熟毒素 ,其氨基酸序列与天然BmP0 1完全一致 .     

稀土元素镱对NIH3T3细胞外向钾电流的影响

利用全细胞膜片钳技术, 在非兴奋性小鼠成纤维细胞上记录到钙依赖性外向钾电流, 并研究了稀土镱离子对该电流大小以及激活和失活动力学的影响. 结果发现, 随着细胞内液中Ca²⁺浓度的增加, 外向钾电流逐渐增大, 当浓度增大到10⁻⁴ mol/L时电流基本上达到饱和. 细胞外液中的镱离子可浓度依赖性地抑制NIH3T3细胞外向钾电流, 胞外10⁻⁶ mol/L的Yb³⁺可改变钾电流激活曲线的半数激活电压V_h值, 使激活曲线左移, 但对其斜率因子k值影响不大, 而对其失活曲线的影响无统计学差异. 研究表明, 抑制钾电流, 可使细胞膜去极化, 细胞的兴奋性增加, 从而增加胞外Ca²⁺向胞内流动, 引起胞内Ca²⁺增加, 由此而诱发一系列的生理和分子生物学事件. 这一过程可能是稀土镱影响NIH3T3成纤维细胞分裂和生殖的作用机制之一.