果树赤霉素代谢与信号途径研究进展

赤霉素作为5大植物激素之一,在果树的花芽分化、花序发育、开花坐果、果实的生长发育及植株的形态建成等方面扮演着重要的角色,但对果树赤霉素的分子生物学研究与其他大田作物相比差距较大。为了在果树生产中能更加合理有效地利用赤霉素调控果树花果发育,研究果树赤霉素的合成及其信号转导途径的分子调控机制十分必要。研究发现GA合成的关键酶KO、GA2ox及GA20ox的表达均与果树矮化呈负相关,而KS的含量则与植株高矮呈正相关,板栗雄性不育现象也与KO、KAO的表达量密切相关。GAMYB基因及LFY基因则在果树的成花诱导和雄蕊发育等生殖生长过程中发挥重要作用。DELLA蛋白在果树的GA信号途径中作为负调控因子可致使矮化植株形成,在果树的细胞周期循环过程、转录调控、花的形成、细胞的信号转导及许多生理过程中,DELLA蛋白泛素化降解均扮演着至关重要的角色。主要从果树赤霉素的合成及赤霉素的信号途径两大方面,着重对果树赤霉素合成过程中的关键酶基因及其定位、果树赤霉素信号途径的重要元件如赤霉素受体GID1、DELLA蛋白等进行了综述,以期为高效利用赤霉素调控果树生长发育提供重要的理论参考。     

植物赤霉素生物合成和信号传导的分子生物学

赤霉素(GAs)在植物的种子萌发、茎的伸长和花的发育等许多方面起着非常重要的作用。最近几年,对GA生物合成及其信号传导途径相关基因的研究取得了惊人的进展。这些进展促进了对其生物合成及其信号传导途径的认识。GA生物合成相关基因的表达受到多种内源和外源因子的调控, 其中研究较多的是发育阶段、激素水平和光信号等内源及环境因子的调控。GA信号传导通常处于抑制状态, GA信号通过去抑制作用激活该传导途径而促进GA刺激植物生长和发育。     

植物赤霉素生物合成和信号传导的分子生物学

赤霉素 (GAs)在植物的种子萌发、茎的伸长和花的发育等许多方面起着非常重要的作用。最近几年 ,对GA生物合成及其信号传导途径相关基因的研究取得了惊人的进展。这些进展促进了对其生物合成及其信号传导途径的认识。GA生物合成相关基因的表达受到多种内源和外源因子的调控 ,其中研究较多的是发育阶段、激素水平和光信号等内源及环境因子的调控。GA信号传导通常处于抑制状态 ,GA信号通过去抑制作用激活该传导途径而促进GA刺激植物生长和发育。     

紫花苜蓿赤霉素受体基因的克隆及表达分析

赤霉素受体(GID)是赤霉素信号转导途径的重要成员,直接影响着赤霉素对植物体效应的发挥。该研究利用同源克隆的方法,首次从紫花苜蓿中克隆得到1个赤霉素受体基因,命名为MsGID1b。序列分析发现,MsGID1b基因开放阅读框长度为1 053bp,编码350个氨基酸,推测其蛋白质分子量为39.839kD,是一个无信号肽和跨膜结构的亲水性蛋白。序列比对结果表明,MsGID1b基因与蒺藜苜蓿MtGID1b基因的核苷酸序列相似性为98%,氨基酸序列相似性为99%,且具有HSL家族典型的HGG和GXSXG保守结构域及GA、DELLA蛋白结合位点。荧光定量PCR分析表明,MsGID1b基因在紫花苜蓿各组织中的表达丰度依次为:根盛花初花茎叶荚果;经GA3、ABA、NaCl、PEG和黑暗诱导后该基因表达上调,尤其是在GA3诱导下,MsGID1b基因的表达量一直维持在较高水平,表明MsGID1b基因可能参与紫花苜蓿的抗逆调控。     

毛竹茎秆伸长过程中赤霉素生物合成、降解和信号转导关键基因的鉴定及表达分析

赤霉素(Gibberellin)是一类非常重要的植物激素,在高等植物生命活动的整个周期都起着重要的调控作用。从毛竹Phyllostachys edulis基因组中共鉴定出23个赤霉素途径基因,包括赤霉素生物合成相关的8个GA20ox和1个GA3ox基因、降解相关的8个GA2ox基因、参与赤霉素感知的2个GID1基因以及信号转导的2个GID2基因和2个DELLA基因。拟南芥、水稻和毛竹的系统进化树和保守基序分析显示赤霉素的合成代谢与信号转导在这些物种中是高度保守的。利用外源赤霉素处理毛竹种子和幼苗,发现赤霉素能显著提高种子的萌发率和幼苗的茎秆伸长,并且有着最佳的作用浓度。在GA3处理后,毛竹体内赤霉素生物合成基因GA20ox和GA3ox表达量均下调而降解活性赤霉素的GA2ox基因表达量上调;赤霉素受体GID1和正调控基因GID2的转录水平显著提高而负调控基因DELLA的表达受到抑制。这些基因在竹笋茎秆的不同形态学位置表达差异明显,大部分赤霉素生物合成与降解的相关基因GA20ox、GA3ox和GA2ox以及赤霉素受体GID1和正调控基因GID2都在竹笋的形态学上端大量表达,而赤霉素信号转导的阻遏基因DELLA在笋体形态学底端大量积累而顶端基本不表达。     

高等植物赤霉素2-氧化酶基因的克隆、表达及其调控

赤霉素(GA)是一类重要的植物激素,对高等植物整个生命周期的生长发育起关键作用。调控赤霉素生物合成和代谢途径中的关键酶基因的表达可以控制植物体内赤霉素的含量。GA2-氧化酶是调节赤霉素合成和代谢的关键酶之一,使活性GA失活。本文主要对GA2-氧化酶基因的克隆、表达调控及其在植物基因工程中的应用等方面进行综述,为通过基因工程技术调控植物体内活性赤霉素的含量从而得到改良品种提供思路。     

药用植物长春花WRKY转录因子的鉴定及表达谱分析

WRKY是调控植物生长发育和逆境胁迫反应等生命活动的一个转录因子大家族.然而,有关药用植物长春花CrWRKY转录因子的种类和功能却知之甚少.从26 009个长春花蛋白中鉴定出47个CrWRKY转录因子.依据WRKY结构域和系统进化,将CrWRKY分为G1、G2和G3三大类群.表达谱数据分析表明,长春花CrWRKY基因的表达具有器官特异性.47个CrWRKY基因的表达谱可分为3种表达模式:第1类型主要在花、甲基茉莉酸甲酯(MeJA)或酵母提取物(YE)处理的原生质体中高表达;第2类型主要在茎和毛状根中高表达;第3类型在根、茎、叶、幼苗和MeJA处理的毛状根中高表达.进一步用实时定量PCR检测了16个代表性CrWRKY基因在不同器官、MeJA处理原生质体和毛状根中的表达模式,检测结果与上述数字基因表达谱数据基本一致.约1/3以上CrWRKY基因的表达受MeJA和YE的调控,暗示它们可能参与萜类吲哚生物碱的合成和逆境胁迫反应.为进一步解析长春花WRKY转录因子的功能和萜类吲哚生物碱合成调控的网络奠定了基础.     

葡萄VvRGL基因应答GA调控无核果实发育的研究

DELLA蛋白是GA信号传导途径的核心作用元件,属于GRAS核转录调节因子家族。该研究以‘魏可’葡萄品种为试材,通过基因克隆、启动子分析、染色体定位、基因蛋白结构及系统进化分析,鉴定VvRGL1和VvRGL2精确序列,预测其潜在功能,并采用qRT-PCR技术检测VvRGL基因应答GA在果皮、果肉及种子(区)的时空表达特征。结果表明:(1)VvRGL1及VvRGL2的染色体定位为Chr14和Chr7,开放阅读框(ORF)为2 007bp和1 815bp,编码氨基酸数量为668和604个;二者均含有GRAS保守结构域,但却不具备DELLA结构域,属于GRAS转录因子大家族成员,而不属于DELLA亚家族;基因结构分析表明,VvRGL1的DNA序列有1个内含子,2个外显子,而VvRGL2的DNA序列无内含子,有1个外显子,基因结构高度保守;进化分析表明,VvRGL1与拟南芥和柑桔的亲缘关系较近,而VvRGL2与草莓和杨树的亲缘关系较近。(2)2个基因的启动子均含有响应赤霉素和胚乳发育相关的作用元件,表明它们可能参与响应GA信号传导和种子胚乳发育过程。(3)qRT-PCR结果显示,外源GA处理均不同程度降低了2个基因在葡萄果皮和种子区的表达,但却上调了其在幼果期果肉中的表达,表明在果皮与种子(区)中,GA可能通过抑制葡萄VvRGL1/RGL2基因的表达参与调控葡萄无核果实的发育。本研究结果为进一步阐明VvRGL在赤霉素信号传导及葡萄无核果实发育机理中的作用机制提供重要依据。     

与AtGA20ox1启动子结合的转录因子筛选分析

赤霉素(gibberellin,GA)在植物生长发育的各个时期发挥重要作用。GA20-氧化酶(Gibberellin20-oxidase,GA20ox)是赤霉素生物合成途径中关键的限速酶,因此研究调控GA20ox基因表达的转录因子对进一步阐述赤霉素生物合成及其调控具有重要意义。本研究通过酵母单杂交技术利用AtGA20ox1启动子筛选拟南芥转录因子库,筛选获得转录因子RAP2.4f;酵母单杂交和X-gal显色结果进一步证实RAP2.4能与AtGA20ox1启动子结合;CPRG定量分析发现RAP2.4f与AtGA20ox1启动子结合作用强;双荧光素酶检测结果显示RAP2.4f对AtGA20ox1的启动子活性具有抑制作用。这些研究结果表明,RAP2.4f可能参与调控AtGA20ox1的转录。     

腺苷酸环化酶3缺失对小鼠主要嗅觉表皮组织内DNA甲基化的影响

腺苷酸环化酶3 (adenylate cyclaseⅢ,AC3)是嗅觉系统中的重要成分,AC3缺失后小鼠的主要嗅觉表皮组织(main olfactory epidermal,MOE)随年龄增长逐渐变薄,MOE内基因表达谱发生改变. DNA甲基化在动物发育、基因表达调控中具有重要作用.为了探讨AC3缺失后小鼠MOE内基因启动子甲基化水平的改变以及对基因表达的影响,本文采用DNA甲基化免疫共沉淀芯片(methylated DNA immunoprecipitation chip,MeDIP-chip)筛选AC3缺失小鼠MOE内启动子区甲基化差异表达基因,利用甲基化特异PCR (methylation-specific PCR,MSP)、实时荧光定量PCR (qRT-PCR)进一步检测部分甲基化差异基因的DNA甲基化水平改变和表达差异.结果表明,AC3缺失小鼠中有1 978个基因启动子的甲基化水平发生了改变,占总探针数的9%,其中727个基因启动子甲基化水平升高,1 251个甲基化水平降低.功能分析表明,这些启动子甲基化发生改变的基因主要涉及的功能分别与嗅觉受体、神经发育、cAMP信号通路、ATP结合、钙离子调控、乙酰化修饰、转录因子等相关. MSP检测表明,嗅觉受体基因Olfr1153、Olfr231、Olfr378、Olfr651、Olfr691启动子区的甲基化水平升高,Cngb1、Pde4a和Olfr1394基因启动子区的甲基化水平降低. qRT-PCR结果显示,基因Cngb1、Hcn4、Olfm1、Olfr1394、Olfr1153、Olfr231、Olfr378、Olfr691的表达水平显著下降,而Pde4a和Olfr651基因的表达水平显著升高.总之,AC3缺失后MOE内嗅觉受体基因、神经发育相关基因、cAMP信号通路等相关基因启动子甲基化水平发生显著改变,影响核苷酸切除修复、DNA复制、错配修复等信号通路的传导,从而综合调控小鼠MOE内的基因表达数量和水平.     

Overexpression of a GRAS protein lacking the DELLA domain confers altered gibberellin responses in rice

The rice SLR1 (SLENDER RICE 1) gene encodes a DELLA protein that belongs to a subfamily of the GRAS protein superfamily and that functions as a repressor of gibberellin (GA) signaling. Based on the constitutive GA response phenotype of slr1 mutants, SLR1 has been thought to be the sole DELLA-type protein suppressing GA signals in rice. However, in rice genome databases we identified two sequences homologous to SLR1: SLR1-like1 and -2 (SLRL1 and -2). SLRL1 and SLRL2 contain regions with high similarity to the C-terminal conserved domains in SLR1, but lack the N-terminal conserved region of the DELLA proteins. The expression of SLRL1 was positively regulated by GA at the mRNA level and occurred preferentially in reproductive organs, whereas SLRL2 was moderately expressed in mature leaf organs and was not affected by GA. Transformation of SLRL1 into the slr1 mutant rescued the slender phenotype of this mutant. Moreover, overexpression of SLRL1 in normal rice plants induced a dwarf phenotype with an increased level of OsGA20ox2 gene expression and diminished the GA-induced shoot elongation, suggesting that SLRL1 acts as a repressor of GA signaling. Consistent with the fact that SLRL1 does not have a DELLA domain, which is essential for degradation of DELLA proteins, a level of SLRL1 protein was not degraded by application of gibberellic acid. However, the repressive activity of SLRL1 against GA signaling was much weaker than a truncated SLR1 lacking the DELLA domain. Based on these characteristics of SLRL1, the functional roles of SLRL1 in GA signaling in rice are discussed.     

能源植物小桐子赤霉素合成代谢及信号转导相关基因的鉴定及序列分析

赤霉素(gibberellin,GA)是一类非常重要的植物激素,在植物种子萌发、茎干伸长、叶片生长、腺毛发育、花粉成熟、开花诱导和果实成熟等生长发育过程中都发挥着重要的作用。GA在一年生草本植物中可以促进开花,而在大多数多年生木本植物中则抑制成花诱导。为了更好地研究赤霉素在木本油料能源植物小桐子(Jatropha curcas)开花调控方面的作用机理,我们对小桐子整个基因组中参与GA合成代谢和信号转导的全部基因进行了鉴定和序列分析。这些基因包括6个多基因家族编码的蛋白,即GA2氧化酶(GA2-oxidase,GA2ox)、GA3氧化酶(GA3-oxidase,GA3ox)、GA20氧化酶(GA20-oxidase,GA20ox)、GID1(GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1)、DELLAs和F-box蛋白,以及2个单基因编码的蛋白,EL1(EARLY FLOWERING1)和SPY(SPINDLY)。采用拟南芥和水稻中已经鉴定的上述基因编码的蛋白序列在小桐子基因组序列数据库和本实验的小桐子转录组数据库中进行BLASTP分析,找到17个同源蛋白的全长序列,并将其与28个拟南芥的、16个水稻的、24个葡萄的和22个蓖麻的同源蛋白构建系统发育树进行比对分析。结果表明,小桐子中参与赤霉素合成代谢及信号转导的大多数基因与蓖麻和葡萄同源基因的相似度更高。     

Construction of heat-inducible expression vector of Corynebacterium glutamicum and C. ammoniagenes: fusion of lambda operator with promoters isolated from C. ammoniagenes

The heat-inducible expression vectors for Corynebacterium glutamicum and C. ammoniagenes were constructed by using the lambdaOL1 and the cryptic promoters, CJ1 and CJ4 that express genes constitutively in C. ammoniagenes.. Although the promoters were isolated from C. ammoniagenes, CJ1 and CJ4 were also active in C. glutamicum. To construct vectors, the OL1 from the lambdaPL promoter was isolated and fused to the CJ1 and CJ4 promoters by recombinant PCR. The resulting artificial promoters, CJ1O and CJ4O, which have one lambdaOL1, and CJ1OX2, which has two successive lambdaOL1, were fused to the green fluorescent protein (GFP) gene followed by subcloning into pCES208. The expression of GFP in the corynebacteria harboring the vectors was regulated successfully by the temperature sensitive cI857 repressor. Among them, C. ammoniagenes harboring plasmid pCJ1OX2G containing GFP fused to CJ1OX2 showed more GFP than the other ones and the expression was tightly regulated by the repressor. To construct the generally applicable expression vector using the plasmid pCJ1OX2G, the His-tag, enterokinase (EK) moiety, and the MCS were inserted in front of the GFP gene. Using the vector, the expression of pyrR from C. glutamicum was tried by temperature shift-up. The results indicated that the constructed vectors (pCeHEMG) can be successfully used in the expression and regulation of foreign genes in corynebacteria.     

MER-ERK信号通路调控H3K27me3甲基化酶和去甲基化酶基因表达的研究

在人的某些癌症细胞中,组蛋白H3K27me3甲基化酶EZH2基因存在过表达的现象,很多研究已经证明,这可能是受MEK ERK信号通路调控的.为了确定这种调控模式在小鼠细胞系中是否同样存在,以及MEK ERK信号通路是否同时调控H3K27me3甲基化酶EZH1基因和去甲基化酶UTX、JMJD3基因的表达,用RT PCR和Western印迹方法检测不同浓度的MEK ERK抑制剂U0126（0、10、20、40 μmol/L）对C2C12、C127、NIH3T3三种小鼠细胞系处理后,EZH1、EZH2基因和UTX、JMJD3基因表达变化.结果显示：MEK-ERK抑制剂处理后,3种细胞中EZH1和EZH2基因的表达与对照相比都有不同程度的降低,其中EZH2基因表达变化在C2C12、NIH3T3两种细胞达到显著水平(P<0.05). H3K27me3去甲基化酶UTX、JMJD3基因在3种细胞中表达均有升高,JMJD3升高达到显著水平（P<0.05).因此,在小鼠细胞系MEK ERK信号通路可能参与调控EZH2、JMJD3基因的表达,但对EZH1、UTX基因的表达调控作用不明显.
关键词MEK ERK信号通路;     

绿盲蝽取食诱导后棉花叶片内防御酶活力与基因表达量的变化

本研究以抗性棉皖棉小黄花为材料,室内条件下测定绿盲蝽Apolygus lucorum(Mayer-Dür)取食、机械损伤、外源水杨酸和外源茉莉酸甲酯诱导处理后棉叶中苯丙氨酸解氨酶基因(pal)、过氧化物酶基因(pod)和过氧化氢酶基因(cat)的相对表达量,并以健康植株为对照。结果表明:绿盲蝽取食诱导与外源信号物质诱导相似,苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POD)活性升高,过氧化氢酶(CAT)活性降低;PAL、POD和CAT活力变化与本文中选取的pal、pod和cat基因表达量变化趋势存在差异。本研究说明,绿盲蝽取食既激活了水杨酸介导的防御信号转导途径,也激活了茉莉酸介导的信号转导途径;PAL、POD和CAT 3种酶活力不完全由本文中选取的pal、pod和cat 3个基因所调控。