甘薯蔗糖转运蛋白的功能分析

甘薯(Ipomoea batatas)是重要的粮食和工业加工原料作物。蔗糖是植物体内碳水化合物长距离转运的主要形式,蔗糖转运蛋白(sucrose transporter,SUT)在植物的生长代谢中调控蔗糖的跨膜运输和分配,在韧皮部介导的源-库蔗糖运输和为库组织供应蔗糖的生理活动中起关键作用。本研究根据不同淀粉性状甘薯块根中差异表达的2个SUT基因转录本,进行cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)克隆,获得IbSUT62788和IbSUT81616的全长cDNA序列;通过系统发育分析明确其分类;通过在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中瞬时表达明确其亚细胞定位;通过酵母功能互补系统鉴定IbSUT62788和IbSUT81616是否具有吸收、转运蔗糖和己糖的能力。通过实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)分析IbSU62788和IbSUT81616在甘薯各器官中的表达特征;通过蘸花法得到外源表达IbSUT62788和IbSUT81616基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株,比较与野生型拟南芥的淀粉和糖含量的差异。结果表明,IbSUT62788和IbSUT81616分别编码505个和521个氨基酸的SUT蛋白,均属于SUT1亚家族。IbSUT62788和IbSUT81616均定位于细胞膜,在酵母系统中具有转运蔗糖、葡萄糖和果糖的能力。此外,IbSUT62788还具有转运甘露糖的能力。IbSUT62788在甘薯叶片、侧枝和茎中的表达量更高,IbSUT81616在侧枝、茎和块根中表达量更高。IbSUT62788和IbSUT81616在拟南芥中异源表达后,植株可以正常生长,但生物量增加。IbSUT62788的异源表达增加了拟南芥植株叶片可溶性糖含量、叶片大小和种子千粒重;IbSUT81616的异源表达增加了拟南芥植株叶片、根尖的淀粉积累量和种子千粒重,但减少了可溶性糖含量。本研究结果表明,IbSUT62788和IbSUT81616可能是调控甘薯蔗糖和糖含量性状的重要基因,在细胞膜上进行着蔗糖的跨膜运输、蔗糖进出库组织、韧皮部蔗糖的运输与卸载等生理功能,在拟南芥中异源表达造成的性状改变说明其在提高其他植物或作物产量中的应用潜力。本研究为揭示甘薯淀粉和糖代谢及重要品质性状形成机制提供了重要信息。     

杏蔗糖转运蛋白基因PaSUC4的获得及其生物信息学分析

果树通过蔗糖转运蛋白转运蔗糖进入果实细胞中,蔗糖转运蛋白的转运效率直接影响着果实的糖含量和果实的品质。利用RT-PCR方法,从吉农红杏中获得蔗糖转运蛋白基因Pa SUC4,测序结果表明序列全长2 480 bp,其中完整开放阅读框1 500 bp,编码499个氨基酸。预测编码的蛋白质分子量为53.58 k Da,等电点为9.31。相似性及系统进化分析发现,所得蔗糖转运蛋白与蔷薇科李属植物中同类蛋白序列相似性很高,推测其功能也具有保守性。对其表达分析结果显示Pa SUC4在杏树各部位中的表达具有组织特异性,其中成熟叶片中表达量最高,雌蕊中表达量最低。为进一步研究其生物学功能,构建了适合植物遗传转化的植物表达载体并进行了烟草遗传转化。研究结果为普通杏优良品种培育提供了参考。     

蓝光和蔗糖对拟南芥花色素苷积累和CHS基因表达的影响

以在20μmol m^-2s^-1白光下生长13d的拟南芥(Arabidopsis thaliana,Landsbcrg生态型)幼苗为材料,采用测定叶片花色素苷含量和Northern blot方法,研究蓝光与蔗糖在诱导植物花色素苷积累及相关基因表达中的作用。结果表明：蓝光处理后,叶片花色素苷积累随光强和照光时间的延长而增加,突变体hy4叶片的花色素苷含量明显低于野生型(WT),说明隐花色素1(cry1)是蓝光诱导花色素苷积累的主要光受体：WT中苯基苯乙烯酮合酶基因(CHS)的表达受蓝光诱导,处理4h即有表达,8h达到最高,之后逐渐下降;蓝光不能诱导突变体hy4中CHS基因的表达,说明cry1介导蓝光诱导CHS基因的表达。培养基中不含蔗糖,削弱了蓝光诱导的拟南芥叶片花色素苷的积累,CHS基因表达也受到抑制。蔗糖不仅作为碳源参与蓝光诱导的花色素苷积累,还可能作为信号分子参与蓝光诱导的CHS表达。     

大白菜一个冷相关基因的分离与逆境诱导表达(英文)

以冷处理的大白菜幼叶为材料,采用RT-PCR技术获得1条新的冷相关基因序列(BpCOR,GenBank登录号DQ491005)。该基因编码129个氨基酸的亲水多肽,预测其N端含有叶绿体转运肽序列。多序列比对显示,Bc-COR蛋白与拟南芥及其它植物COR具有较高的相似性。Northern杂交结果显示BcCOR基因能被冷处理强烈诱导表达,而被脱水和盐处理弱诱导;在冷处理下,BcCORmRNA在根中的积累量低于叶片,光照能显著加强该基因在叶片中的表达。研究表明,BcCOR基因可能在大白菜抵抗冷胁迫和其它非生物胁迫的过程中具有重要的作用。     

葡萄ERECTA基因过表达提高拟南芥生长量和耐热性

葡萄ERECTA基因受高温诱导表达,且在葡萄的幼叶和花中表达量较高。为了研究葡萄ERECTA基因在植物生长发育和高温响应中的作用,将该基因在拟南芥中过表达,观察其表型变化和对高温的耐受性。结果表明,葡萄ERECTA基因过表达可以显著增加拟南芥叶片的长度、宽度和数量,花梗变细长,角果长度和株高显著增加。将拟南芥种子在高温处理后常温培养2 d,大部分Landsberg erecta(Ler)幼苗发育不正常,而过表达型ER-OE幼苗均未受到高温胁迫的影响。拟南芥植株在40℃高温处理4 d,ER-OE植株受胁迫程度较轻,叶片电导率的顺序为LerColER-OE;在22℃恢复5 d后,Col、Ler和ER-OE的存活率分别为33%、12%和83%。ERECTA基因既可以提高植株的耐热性,又可以增加生长量,为培育葡萄抗性新品种提供了新的基因资源,在农业生产上有很好的应用前景。     

利用阵列分析水稻AP2/EREBP家族基因的表达特性

AP2／EREBP蛋白是广泛存在于高等植物中的且包含AP2／EREBP功能域的重要转录因子家族,通常可分为包含单功能域的EREBP类蛋白和包含两个功能域的AP2类蛋白,它们的功能涉及植物生长发育调控和对逆境应答等许多方面。据预测．水稻基因组编码150个左右的AP2／EREBP家族成员,但目前绝大多数蛋白的功能仍不清楚。为了解这些基因在水稻不同器官中的表达特性,我们以AP2／EREBP功能域的氨基酸序列为基础,从水稻基因组数据库中搜索到12个AP2类以及20个EREBP类预测基因,利用PCR扩增的编码区序列制备了这些预测基因的macro—array。以幼芽、幼根、幼叶、颖花和灌浆期成熟叶的cDNA为探针,杂交分析结果显示：不同AP2类预测基因之间的表达量差别较大,但同一个基因在不同器官中表达量基本一致：与此不同的是,大部分EREBP类预测基因在幼根和成熟叶片中表达量较高,而在幼芽和幼叶中表达量较低。这些预测基因的表达模式可能与它们的功能密切相关。     

利用阵列分析水稻AP2/EREBP 家族基因的表达特性

AP2/EREBP蛋白是广泛存在于高等植物中的且包含AP2/EREBP功能域的重要转录因子家族, 通常可分为包含单功能域的EREBP类蛋白和包含两个功能域的AP2类蛋白, 它们的功能涉及植物生长发育调控和对逆境应答等许多方面。据预测,水稻基因组编码150个左右的AP2/EREBP 家族成员, 但目前绝大多数蛋白的功能仍不清楚。为了解这些基因在水稻不同器官中的表达特性, 我们以AP2/EREBP功能域的氨基酸序列为基础, 从水稻基因组数据库中搜索到12个AP2类以及20个EREBP类预测基因, 利用PCR扩增的编码区序列制备了这些预测基因的macro-array。 以幼芽、幼根、幼叶、颖花和灌浆期成熟叶的 cDNA为探针, 杂交分析结果显示: 不同AP2类预测基因之间的表达量差别较大, 但同一个基因在不同器官中表达量基本一致; 与此不同的是, 大部分EREBP类预测基因在幼根和成熟叶片中表达量较高, 而在幼芽和幼叶中表达量较低。这些预测基因的表达模式可能与它们的功能密切相关。     

菜用大豆蔗糖转运蛋白基因家族的克隆及表达分析

蔗糖是高等植物体内碳水化合物长距离运输的主要甚至唯一的形式,蔗糖转运蛋白在蔗糖转运过程中起着极为重要的作用。该研究从菜用大豆闽豆6号中克隆到9个蔗糖转运蛋白基因,分别命名为Gm SUT-1~GmSUT-9,并对其进行生物信息学、系统发育和组织表达分析。结果表明,GmSUTs属于MFS超家族,根据SUT系统进化分析法将GmSUTs划分为SUT1、SUT2和SUT4三个亚族,其中GmSUT-1、GmSUT-2、GmSUT-4、GmSUT-5、GmSUT-6、GmSUT-7和GmSUT-8属于SUT1亚族, GmSUT-9属于SUT2亚族, GmSUT-3属于SUT4亚族。SUTs各亚族成员氨基酸序列的差异性可能导致它们在蔗糖的跨膜转运中扮演不同的角色,其表达模式和生理功能也不同。大豆SUT1亚族中7个基因总的表达趋势相似,花中表达量相对来说最高,而籽粒、叶片、茎和根等组织中表达量则相对较低; SUT2亚族中的GmSUT-9和SUT4亚族中的GmSUT-3在不同组织中的表达量相对来说都较低。该研究初步阐明了菜用大豆蔗糖转运蛋白家族基因的结构及组织表达特点,为进一步开展蔗糖转运蛋白基因调控菜用大豆籽粒发育中蔗糖的积累和分配的研究奠定了基础。     

拟南芥CK1A基因功能初步研究

利用RT-PCR方法从拟南芥中分离了1个CK基因家族成员CK1A, 该基因的ORF全长2 112 bp, 编码一条703个氨基酸残基的多肽。构建了CK1A基因的植物表达载体35S: GFP: CK1A, 采用基因枪法进行的洋葱表皮细胞GFP瞬时表达实验表明, 荧光信号主要分布在细胞核上, 显示CK1A基因的产物可能在细胞核上发挥作用。半定量RT-PCR分析表明: CK1A基因在花中表达量最大, 其次是茎和根, 在叶和叶柄中表达量较弱。蓝光使CK1A基因的表达升高, 12 h时表达量明显增加, 24 h时表达量下降。酵母双杂交结果显示CK1A蛋白在蓝光下能与CRY2蛋白发生相互作用, 暗示CK1A基因可能参与拟南芥的蓝光信号传导途径。     

川滇高山栎QaGDU3基因的克隆及遗传转化

以川滇高山栎(Quercus aquifolioides Rehd. et Wils.)叶片为材料,分别采用不依赖于连接反应的克隆法、农杆菌花序侵染、实时荧光定量PCR、图像分析等方法克隆了QaGDU3基因,获得QaGDU3转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.)并分析转基因植物的表型变化,利用生物信息学对QaGDU3蛋白与其他物种的GDU3蛋白序列间的差异和进化关系进行了分析。结果显示,GDU3是种子植物特有的基因;QaGDU3属于阴离子渗透酶ArsB/NhaD超家族成员,可能具有氨基酸转运功能。QaGDU3基因在拟南芥中过表达能够激活水杨酸(SA)途径中AtPR1、AtACD6、AtCBP60g和AtPAD4基因的表达,且转基因拟南芥莲座大小随着QaGDU3基因表达量升高而变小。研究结果说明GDU3是种子植物所特有的氨基酸转运蛋白并参与植物生长发育的调控。     

六种藓类植物茎的比较解剖学研究

通过对6种藓类植物,即褶叶青藓(Brachythecium salebrosum(Web.et Mohr.)B.S.G.)、湿地匐灯藓(Plagiomnium acutum(Lindb.)Kop.)、侧枝匐灯藓(Plagiomnium maximoviczii(Lindb.)Kop.)、大凤尾藓(Fissidensnobilis Griff.)、大羽藓(Thuidium cymbifolium(Doz.et Molk.)B.S.G.)和大灰藓(Hypnum plumaeforme Wils.)嫩茎和老茎的石蜡切片和显微观察发现,同一藓类植株的嫩茎和老茎,茎结构稳定,不同种藓类植物茎横切面具有不同特征.植物体茎横切面形状、表层细胞的层数、细胞大小和细胞壁厚薄、皮层细胞大小和形状、中轴的有无以及比例等特征可以作为藓类植物的分科分类依据之一.     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.