水稻的病程相关基因简

在几乎所有的植物中都有病程相关（pathogenesis-related,PR）基因的报道,其广泛存在及序列特征和功能的保守性提示着其重要性. 最初发现PR基因主要是由于它们在植物受到病原物侵染时会大量表达. 但近年来的研究表明,PR基因在衰老、伤害、非生物逆境胁迫、激素处理甚至正常生长发育过程中也发挥着作用. 由于PR基因种类、数目较多,前期的命名系统不统一,给深入了解PR基因的功能造成了不便. 本文系统整理了水稻PR基因的相关报道,集合了PR基因的类别、数目、名称、注释信息、代表性基因的功能,归纳了PR基因在抗病、抗逆和发育过程中的转录或表达特征及转PR基因后的表现,并以Loc号和序列为核心,将文献中有不同名称的同一基因进行了对应. 另外,还展望了水稻PR基因研究的意义和今后的重点研究方向,以供同行参考.     

水稻油体钙蛋白家族的进化及对干旱胁迫的响应性分析

油体钙蛋白不仅参与了油体的形成, 而且可能与植物耐受干旱胁迫有关. 目前对水稻中的油体钙蛋白的功能了解很少. 本文通过对水稻基因组数据库的序列搜索, 确定了水稻油体钙蛋白基因家族的6 个成员. 通过对这些基因的序列、结构和染色体位置分析, 表明水稻油体钙蛋白基因家族的扩增可能与片段复制和串联重复有关. 通过对这些基因与其他物种中的油体钙蛋白基因的系统进化分析及功能比较分析, 揭示了拟南芥和水稻中功能可能对应的成员. 为了确定与干旱胁迫响应相关的油体钙蛋白基因, 通过荧光定量PCR 检测了水稻油体钙蛋白家族在根、叶、花中的表达, 以及在这些组织中响应干旱胁迫的表达情况, 发现有3个基因成员在不同组织中受干旱胁迫的诱导, 为进一步对它们展开功能分析奠定了基础.     

JUN和FOS基因增加水稻prolamin 4a基因的表达

水稻prolamin基因的表达具有发育(开花后种子成熟过程中)和组织(胚乳)的特异性,是研究基因表达调控的理想材料。目前,关于水稻prolamin cDNA和13,10kD prolamin的基因已经定序,而对其表达特异性在分子水平上的机理,尚未见报道. 周先锦、范云六报道了prolamin 4a基因启动子的序列并在转基因烟草植株中证实了该启动子的发育和组织特异性表达功能。该启动子属于13kD prolamin基因启动子,具有与     

利用EST及生物信息学方法挖掘马铃薯中miRNA及其靶基因

microRNA (miRNA)是一类调控真核基因转录后表达的非编码小分子RNA. 大量研究表明, miRNA在调节生物功能方面起着重要的作用. 目前发现miRNA的主要方法有直接克隆法和基于生物信息学的基因搜索和同源搜索. 由于真核生物组织中有些miRNA的丰度较低, 而且其表达具有组织和时序特异性, 采用直接克隆法发现新的miRNA有时较为困难. 采用生物信息学方法寻找未知miRNA是当前发现和鉴定miRNA的重要策略之一. 本研究联合了几种生物信息学方法预测了马铃薯(Solanum tuberosum)中miRNA及其靶基因. 通过把拟南芥、水稻等植物已知的miRNAs与马铃薯EST数据库进行比对搜索, 筛选出候选的miRNA. 之后, 设置一系列严格的筛选标准, 分析候选miRNA序列特征, 包括碱基错配、二级结构、(A+U)含量、能量水平等. 最后, 从上述候选库中筛选出了22个miRNA. 进一步利用新鉴定的miRNA序列, 预测到43个靶基因. 分析结果表明, 上述大多数靶基因编码的产物为转录因子及重要代谢酶类, 它们调控着植物的生长发育, 信号转导及各种胁迫反应.     

从花粉肌动蛋白到作物雄性不育

肌动蛋白在动植物细胞的生命活动中担负着重要任务. 花粉细胞中含有丰富的肌动蛋白,其结构及性质与动物肌动蛋白极其相似. 植物肌动蛋白基因的碱基序列及氨基酸序列与动物的序列亦极为相似. 植物细胞质雄性不育系植株的花粉比其保持系花粉中的肌动蛋白含量低得多. 在植物发育过程中肌动蛋白基因的表达有明显的器官特异性,在花粉中的表达量比根、茎、叶中高得多. 构建了肌动蛋白反义基因的表达质粒,转移到小麦和番茄原生质体中,以抑制花粉中肌动蛋白基因的表达,从而获得雄性不育植株. 转基因植株花粉中的肌动蛋白明显减少,而雌芯却不受影响. 此项研究为培育作物雄性不育系开辟了新途径.     

克隆控制水稻粒重的数量性状基因

据国家自然科学基金委员会2007年4月11日报道，中科院上海生科院植物生理生态所、植物分子遗传国家重点实验室林鸿宣研究组，在水稻产量相关功能基因研究上取得突破性进展，成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因GW2，     

高等植物基因的内含子

针对高等植物基因的内含子结构和功能的研究现状进行了评述，内含子是真核基因的一个重要组成部分，对其结构和功能的认识随着研究的深入而不断变化（或华），高等植物基因内含子的结构特征既有保守性，又有差异，它的剪辑过程涉及诸多频式元件和反式因子之间的相互作用，如5′剪辑位点、3′剪辑位点以及各种蛋白质因子，高等植物基因内含子的剪辑过程是真核生物表达的一个重要环节，特别是内含子的可为剪能够调节基因的时空表达。另外，高等植物基因内含子序列在基因表达调控中也具有重要作用，如影响基因的表达模式、增强基因的表达水平和启动基因的表达等。     

C3—C4中间型植物Flaveria anomala中甘氨酸脱羧酶P—蛋白亚基上游调控序列在转基因水稻中的表达

将C3-C4中间型植物Flaveria anomala中甘氨酸脱羧酶(GDC)P-蛋白亚基基因(gdcsP)的上游调控序列与β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因编码区以及CaMV终止子融合,构建植物表达载体.采用农杆菌介导方法转化水稻,并在转基因水稻中分析了GUS的表达活性和特异性.结果表明,在水稻中gus嵌合基因特异地在木质部和韧皮部表达,在不同器官及组织中表达活性也有所差异,其中以根中最高,茎秆次之,叶再次,而在成熟胚乳中没有表达.在转基因水稻中,gdcsP启动子的表达也受水稻发育时期的调控,随植物组织成熟度的增加而降低.     

水稻乙烯信号转导

乙烯在植物生长发育过程中以及在应对多种环境胁迫的防御反应中起着重要的调控作用.其发挥作用的分子机制在以拟南芥为主的双子叶植物中得到了系统研究,已建立了一个线性信号转导模型.与拟南芥相比,人们对水稻等单子叶植物中乙烯作用机制还了解较少.本文介绍了水稻乙烯信号转导目前取得的研究进展,并与拟南芥及其他植物进行了比较.拟南芥乙烯信号转导通路中的大多数组分在水稻中已找到了同源序列,包括5个乙烯受体,OsCTR1,OsEIN2,OsEIL1和OsERFs等.与拟南芥的同源组分相比,水稻乙烯受体家族各成员在功能上可能更具有特异性.但是OsEIN2和OsEIL1对水稻乙烯反应只表现了有限的调控作用.ERF类转录因子OsERF1和OsEBP-89可能也参与水稻乙烯反应,但它们是否被OsEIN2-OsEIL1介导的信号途径激活并不清楚.鉴于水稻的乙烯反应在多方面与拟南芥不同,推测水稻中或许存在着新的信号传递组分或新机制.筛选水稻乙烯反应突变体并鉴定相应基因将可能初步揭示水稻乙烯信号转导的新机制。     

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     

水稻基因组中R类抗病基因同源序列的分离

应用聚合酶链式反应 (PCR)方法 ,我们从水稻中分离到 6种不同的与植物抗病基因 (R)同源的序列 .通过亲缘关系分析 ,将 6个序列分为两个亲缘关系组 .第一组含有一种序列 ,即Osh359- 1.该序列与其他水稻R基因的同源序列相比更接近于其他植物的R基因 ,并具有简单的基因组结构 .第二组包含其余的 5种水稻序列 ,其代表性序列为Osh359- 3.这组序列属于多基因家族 ,并且其成员在水稻基因组中紧密连锁 .     

水稻赤霉素20-氧化酶基因(rga5)的正、反义转化对水稻生物学性状的影响

通过PCR方法从水稻"矮子占"和"南特号"的基因组DNA中分离出赤霉素20-氧化酶基因rga5, 其编码区含1119 bp. 其编码蛋白与已报道的水稻赤霉素20-氧化酶基因OsGA20ox相比有11个氨基酸不同, 其中9个氨基酸为移码差异. 通过基因枪法将该基因的正、反义表达质粒pSrga5和pArga5转化水稻"中花8号", 获得了生物学性状有明显变异的转基因植株. 正义转化表现出植株增高、叶片和穗变长、穗粒数增加等特征, 但花期未受明显的影响; 而反义植株表现出明显的"矮化"和"早花", 且出现植株细弱、叶色加深、叶片和穗变短等特征. 转基因水稻的分析结果表明, rga5正、反义外源基因已分别整合到水稻基因组中, 并有效表达; 正义植株体内的GA1平均增加约50%, 反义则降低至对照组的约10%. 结果表明, rga5是水稻赤霉素合成代谢途径中起关键作用的赤霉素20-氧化酶基因, 该序列中11个氨基酸的变异并不影响其功能. 正义表达可增强体内GA的合成, 促使植株生长, 增加株高; 反义转化则抑制了内源GA的合成及植株生长, 导致植株明显的矮化.     

一个水稻大叶角度突变体lla的遗传分析及基因克隆

突变体是遗传学研究的基本材料. 利用突变体克隆水稻基因, 并进而研究基因的生物学功能是水稻功能基因组学的重要研究内容. T-DNA标签法是众多克隆植物基因方法的一种. 其优点是一旦确定突变性状由T-DNA插入引起, 就可以通过测定T-DNA的旁侧序列而快速分离到相应的突变基因. T-DNA标签法已广泛应用于拟南芥基因克隆中, 据统计有40%的拟南芥突变基因是用T-DNA标签法克隆的[1]. 近年来, 国内外众多研究人员采用不同的T-DNA标签系统构建了大量的水稻T-DNA插入突变体库[2~6]. 目前, 已有3例用T-DNA标签法成功分离水稻基因的报道[7~9]. ......     

一个水稻P450 CYP72A基因簇受病原菌诱导和发育及组织特异性表达

细胞色素P450超基因家族广泛参与植物的各类生命活动,包括植物对病原菌的防卫反应.我们在植物病原菌诱导基因的DD-PCR分析时,分离到一个受病原菌侵染诱导的水稻cDNA片段.水稻基因组公布后,发现该片段位于1个包含7个P450 CYP72A基因(CYP72A17～23)的基因簇的保守部分.以此片段搜索水稻数据库发现,水稻CYP72A家族有14个成员,这14个蛋白质之间的差异主要在N端,C端则同源性很高.我们分别对该基因簇的7个成员进行了表达特性分析,发现其中CYP72A18,19,22和23的表达受稻瘟病菌侵染的调节,而且在抗、感植株中的表达存在明显差异.除CYP72A20外,其余6个CYP72A基因均具有发育和组织特异性表达的特征.CYP72A20在所有研究中均检测不到信号,可能为一个假基因.这些发现为水稻P450基因功能的研究提供了新的资料.     

水稻低磷胁迫基因表达谱分析

磷是植物生长发育所需的大量营养元素之一, 当周围环境中磷缺乏时, 植物往往通过扩大根系范围来增加对土壤中磷的吸收, 同时调节一些生化代谢途径, 增加磷酸酶、有机酸等物质的分泌从而活化土壤中固定的难溶性磷. 本研究利用水稻全基因组寡核苷酸芯片对水稻中早18分别在正常营养条件和低磷胁迫处理条件下6, 24, 72 h 3个时间点的根部和地上部材料进行基因表达谱分析. 研究结果共鉴定出低磷胁迫差异表达基因1207个, 其中根部差异表达基因795个, 地上部差异表达基因450个, 根部和地上部共同出现的差异表达基因38个. 功能分析表明, 这些差异表达基因包括了代谢调节离子转运、信号传导、转录调节、和逆境应答等方面的基因. 同时发现水稻在低磷胁迫后大量转座子基因在转录水平上发生了变化. 这些研究结果为进一步揭示植物磷代谢调控机理的研究提供了有用的信息.     

水稻赤霉素20-氧化酶基因(rga5)的正、反义转化对水稻生物学性状的影响

通过PCR方法从水稻“矮子占”和“南特号”的基因组DNA中分离出赤霉素20-氧化酶基因(rga5, 其编码区含1119 bp. 其编码蛋白与已报道的水稻赤霉素20-氧化酶基因OsGA20ox相比有11个氨基酸不同, 其中9个氨基酸为移码差异. 通过基因枪法将该基因的正、反义表达质粒pSrga5和pArga5转化水稻“中花8号”, 获得了生物学性状有明显变异的转基因植株. 正义转化表现出植株增高、叶片和穗变长、穗粒数增加等特征, 但花期未受明显的影响; 而反义植株表现出明显的“矮化”和“早花”, 且出现植株细弱、叶色加深、叶片和穗变短等特征. 转基因水稻的分析结果表明, (rga5正、反义外源基因已分别整合到水稻基因组中, 并有效表达; 正义植株体内的GA₁平均增加约50%, 反义则降低至对照组的约10%. 结果表明, rga5是水稻赤霉素合成代谢途径中起关键作用的赤霉素20-氧化酶基因, 该序列中11个氨基酸的变异并不影响其功能. 正义表达可增强体内GA的合成, 促使植株生长, 增加株高; 反义转化则抑制了内源GA的合成及植株生长, 导致植株明显的矮化.     

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.     

水稻肉桂酰辅酶A还原酶基因的克隆与表达分析

用现有的OsCCR 基因片段筛选水稻核DNA文库, 获得了长为3045 bp的核DNA. 它包含4个内含子和5 个外显子, 推测的可读框长为337个氨基酸. OsCCR与其他植物中同类酶在氨基酸水平上有70%的相似性和30%的相同性, 含有保守的辅酶Ⅱ(NADP)结合位点及可能为该酶催化位点的特征序列. Northern杂交证实, 该基因产物广泛存在于水稻根、茎和叶等各组织中, 在茎中表达量较高. 组织原位杂交结果表明, OsCCR 基因在维管束及新生侧根中有强烈的表达信号, 与该基因编码的酶的木质素合成特性相吻合. OsCCR 基因的克隆、组织定位及生物化学方面的研究将有助于深入了解木质素形成的分子机理, 并为通过遗传工程的手段改善植物的机械性能以获得低木质素纸浆原料打下基础.     

基于抑制消减杂交方法的小麦抗白粉病相关基因表达谱

以抗白粉病品系“百农3217×Mardler”BC_5F_4为材料,构建了一个白粉病菌接种初期的抑制消减杂交cDNA文库,获得760条表达序列标签（expressed sequence tags, EST）.在 GenBank上进行BLASTn与 BLASTx分析,结合文库高密度点阵膜的杂交差示筛选,获功能已知的抗病相关EST 65种,199条.通过分析抗病相关基因表达谱,推测 SA（salicylic acid）信号传递系统、MAP相关信号传递系统等参与了小麦抗白粉病过程.SAR（systemic aquired resistance）系统基因在表达谱中的种类与数量最多.伴随着细胞防卫反应的启动,细胞保卫机制也被激活,抗氧化物质基因大量表达.较多证据证明苯丙烷代谢途径参与了抗白粉病植保素的合成;检测到几种细胞壁结构修饰酶和抑制病原菌生长的蛋白酶抑制因子.以半胱氨酸蛋白酶为主的几种蛋白酶基因在已知功能EST中有一定的表达频率.