植物分子生物学研究极具前景的模式系统——小立碗藓

小立碗藓作为植物分子生物学研究极具前景的模式系统已日益受到人们的重视,它的生活史周期短,易于培养,转基因植株易于分析,核基因组容易和外源DNA 发生同源重组,这些特点使它成为研究基因功能的良好材料。一些成功的基因敲除和基因破坏已经在小立碗藓中实现,这些基因的功能也通过小立碗藓转化植株的特点得以证实。小立碗藓标签突变文库已经建立,其应用为小立碗藓基因的进一步研究打下了基础。关于小立碗藓的ESTs 数据库已经建立,已有67 000 条ESTs 信息。     

植物分子生物学研究极具前景的模式系统--小立碗藓

小立碗藓作为植物分子生物学研究极具前景的模式系统已日益受到人们的重视,它的生活史周期短,易于培养,转基因植株易于分析,核基因组容易和外源DNA发生同源重组,这些特点使它成为研究基因功能的良好材料.一些成功的基因敲除和基因破坏已经在小立碗藓中实现,这些基因的功能也通过小立碗藓转化植株的特点得以证实.小立碗藓标签突变文库已经建立,其应用为小立碗藓基因的进一步研究打下了基础.关于小立碗藓的ESTs数据库已经建立,已有67 000条ESTs信息.     

植物基因打靶——模式植物小立碗藓的应用

"基因打靶"是利用同源重组的基本原理定向改变目标基因,并使其活性改变或者丧失的技术,是研究基因功能最直接和最有效的方法之一,给现代生物学和医学研究带来了革命性的变化.近年来,对一种模式藓类植物--小立碗藓的深入研究,发展出了植物高效"基因打靶"的实验系统,对植物基因功能研究起到了积极推动作用.对小立碗藓基因打靶的优点、研究历史、遗传学原理及载体类型作简要介绍.     

小立碗藓萜类物质的合成酶基因分析及其UPLC-QTOF检测

根据基因组信息和KEGG数据库分析小立碗藓基因组中合成萜类物质的基因,比较小立碗藓与酵母和拟南芥合成萜类物质基因的氨基酸序列同源性同时利用UPLC-QTOF分析小立碗藓中物质组成,来分析小立碗藓基因组中萜类物质合成的基因及小立碗藓中存在的萜类物质。与酵母相比,小立碗藓两条萜类次生代谢途径完整,途径中的基因及氨基酸丰富性更高,提示可以合成更丰富的前体物质如FPP,GPP等;小立碗藓与拟南芥的序列相似性较高,萜类背景简单。UPLC-QTOF分析检测到小立碗藓中次生代谢物质主要是芳香族化合物及各类生物碱,一种萜类物质ent-16beta-Methoxy-19-kauranoic acid。小立碗藓中本身具有合成萜类前体物质和二萜的基因,检测到少量萜类物质,适合作为萜类活性物质异源合成的底盘细胞。     

基因定点整合技术及其在苔藓研究中的进展

基因定点整合技术是20世纪80年代后兴起的一种分子生物学技术,在精细研究基因功能,消除转基因沉默,基因治疗等有重要意义。基因定点整合技术是功能基因组学研究的重 要手段。目前关于基因定点整合技术在酵母和鼠胚胎干细胞中的应用已经很成熟,高等植物 由于同源重组频率较低而限制了它的应用,但小立碗藓（Physcomitrella patens）基因同源重组频率较高,基因定点整合技术得到了成功应用,可望成为一种新的分子生物学的模式植物。本文针对基因定点整合的原理、技术路线及进展作一综述。     

小立碗藓扩展蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析

扩展蛋白(Expansins,EXP)是一类基因家族,几乎参与了植物发育的全过程,从种子萌发到果实成熟都有扩展蛋白的参与。该研究利用生物信息学的方法对小立碗藓(Physcomitrella patens) Expansin基因家族成员进行鉴定,分析了其基因结构、染色体定位以及系统发生关系。结果表明:小立碗藓基因组中含有Expansin A(EXPA) 32个、Expansin-like A(EXLA) 6个,并未发现Expansin-like B(EXLB)及Expansin B(EXPB)。扩展蛋白氨基酸序列长度在228～290 aa之间,编码蛋白质具有两个保守的结构域Pollen_allerg_1和DPBB_1。蛋白质亚细胞定位预测结果表明:运用CELLO在线工具预测发现小立碗藓中约4/5的EXP家族基因定位于细胞外;而Euk-mPLoc预测结果则显示小立碗藓EXP基因家族成员全定位于细胞外。基因结构分析表明,小立碗藓中约68%Expansin基因有含有1～3个内含子。以上结果可为深入研究小立碗藓扩展蛋白基因的分子进化与生物学功能奠定基础。     

基因定点整合技术及其在苔藓研究中的进展

基因定点整合技术是20世纪80年代后兴起的一种分子生物学技术,在精细研究基因功能,消除转基因沉默,基因治疗等有重要意义。基因定点整合技术是功能基因组学研究的重要手段。目前关于基因定点整合技术在酵母和鼠胚胎干细胞中的应用已经很成熟,高等植物由于同源重组频率较低而限制了它的应用,但小立碗藓(Physcomitrella patens)基因同源重组频率较高,基因定点整合技术得到了成功应用,可望成为一种新的分子生物学的模式植物。本文针对基因定点整合的原理、技术路线及进展作一综述。     

小立碗藓愈伤组织诱导和培养

小立碗藓已经成为植物功能基因组学的模式系统,其材料的大量培养是所有工作的基础.文章探讨了小立碗藓愈伤组织诱导和组织培养的基本条件,并观察了小立碗藓愈伤组织的亚显微结构.     

苔藓植物小立碗藓，功能基因组学研究新的模式系统

苔藓植物具有相对简单的发育模式,单倍体的配子体在其生活史中占主导地位,作为研究植物生物学过程的模式系统具有诸多的优越性。苔藓植物小立碗藓能够高效地通过同源重组的方式将外源核酸整合到其核DNA,这就使得基因打靶在此物种中就像在小鼠胚胎干细胞和酵母中一样成为一个非常便利的技术。另外由于小立碗藓与高等植物在生物特征上有很大相似之处加之其有其他诸多优越性,它有望成为一个诱人的植物生物学和功能基因组学研究的模式系统。Abstract：The potential of moss as a model system to study plant biological process is associated with their relatively simple developmental pattern and the dominance of the haploid gametophyte in the life cycle. The moss Physcomitrella patens exhibits a very high rate of homologous recombination in its nuclear DNA, making gene targeting approaches in this plant as convenient as in yeast or in ES cells of mice. Sharing many biological features with higher plants and having many other advantages, the moss Physcomitrella patens will be an attractive model system for plant biology and functional genome analysis.     

小立碗藓属在中国的记录

本文作者在湖南张家界采得小立碗藓属植物,经扫描电镜显示,其孢子具多数柱状疣的特征与小立碗藓加利福尼亚亚种相一致,可确定它为P．patens(Hedw．)B．S．G．subsp．californica(Crum et Anderson)Tan。此为小立碗藓属植物在我国的首次记录。     

Gene targeting in Physcomitrella patens

Gene-targeting efficiency in the land plant Physcomitrella patens (Bryophyta) can only be compared with that observed in Saccharomyces cerevisiae. Sequencing programs and microbiological molecular genetic approaches are now being developed to unravel the precise function of plant genes. Physcomitrella patens, as the new 'green yeast', might well become a major tool for functional genomic studies of multicellular eukaryotes.     

Efficient gene targeting in the moss Physcomitrella patens

The moss Physcomitrella patens is used as a genetic model system to study plant development, taking advantage of the fact that the haploid gametophyte dominates in its life cycle. Transformation experiments designed to target three single-copy genomic loci were performed to determine the efficiency of gene targeting in this plant. Mean transformation rates were 10-fold higher with the targeting vectors and molecular evidence for the integration of exogenous DNA into each targeted locus by homologous recombination is provided. The efficiency of gene targeting determined in these experiments is above 90%, which is in the range of that observed in yeast and several orders of magnitude higher than previous reports of gene targeting in plants. Thus, gene knock-out and allele replacement approaches are directly accessible to study plant development in the moss Physcomitrella patens . Moreover, efficient gene targeting has so far only been observed in lower eukaryotes such as protozoa, yeasts and filamentous fungi, and, as shown here the first example from the plant kingdom is a haplobiontic moss. This suggests a possible correlation between efficient gene targeting and haplo-phase in eukaryotes.     

Comparison of gene targeting efficiencies in two mosses suggests that it is a conserved feature of Bryophyte transformation

The moss, Physcomitrella patens, is a novel tool in plant functional genomics due to its exceptionally high gene targeting efficiency that is so far unique for plants. To determine if this high gene targeting efficiency is exclusive to P. patens or if it is a common feature to mosses, we estimated gene-targeting efficiency in another moss, Ceratodon purpureus. We transformed both mosses with replacement vectors corresponding to the adenine phosphoribosyl transferase (APT) reporter gene. We achieved a gene targeting efficiency of 20.8% for P. patens and 1.05% for C. purpureus. Our findings support the hypothesis that efficient gene targeting could be a general mechanism of Bryophyte transformation.     

Evolutionary crossroads in developmental biology: Physcomitrella patens

The moss Physcomitrella patens has recently emerged as a powerful genetically tractable model plant system. As a member of the bryophytes, P. patens provides a unique opportunity to study the evolution of a myriad of plant traits, such as polarized cell growth, gametophyte-to-sporophyte transitions, and sperm-to-pollen transition. The availability of a complete genome sequence, together with the ability to perform gene targeting efficiently in P. patens has spurred a flurry of elegant reverse genetic studies in this plant model that address a variety of key questions in plant developmental biology.     

有前景的模式植物小立碗藓的研究新进展

小立碗藓是在分子生物学研究方面有广阔应用前景的模式植物。该文主要综述了有关小立碗藓在功能基因组学、进化和适应性及植物生理等方面最新的研究进展。