马铃薯块茎形成相关基因STI-LIKE在拟南芥植株发育中的功能验证

马铃薯块茎的形成涉及一系列基因的表达和关闭。以马铃薯普通栽培品种"大西洋"为试验材料,采用RT-PCR扩增获得马铃薯STI-LIKE基因全长片段。RT-PCR定量分析表明,该基因在马铃薯营养器官中均有表达。生物信息学分析表明STI-LIKE蛋白具有3个TPR结构域,在高等植物中具有高同源性,是一个普遍存在的蛋白质。为验证STI-LIKE蛋白在拟南芥植株发育中功能,分别构建该基因强启动子表达载体(p BI121)和干扰载体(p HANNIBAL和p ART27),转化拟南芥获得了两种载体的拟南芥转基因植株,同时制备STI-LIKE蛋白抗体验证转基因植株蛋白表达。研究结果表明STI-LIKE基因可能参与拟南芥株型发育过程。     

菘蓝IiEMF基因的克隆与功能分析

该研究以菘蓝(Isatis indigotica Fort.)转录组数据为基础,克隆得到菘蓝EMF基因的cDNA全长,命名为IiEMF。(1)序列分析表明,IiEMF基因开放阅读框长度为1896 bp,编码631个氨基酸。进化树分析表明,菘蓝IiEMF蛋白与甘蓝(Brassica oleracea)EMF蛋白亲缘关系最为接近。(2)实时定量PCR结果显示,IiEMF在菘蓝不同器官中均有表达,且在叶中表达量最高,果实中表达量最低;IiEMF基因在菘蓝抽薹开花过程中叶内的表达量呈先升后降的趋势,并于初花期表达量达到最高后逐渐降低回落;在花/果期IiEMF基因表达量较花蕾中明显降低。(3)成功构建了超表达载体pCAMBIA1300-EMF,经农杆菌介导侵染拟南芥,PCR鉴定表明,有7株为超表达转IiEMF基因植株。(4)表型观察发现,在长日照和短日照条件下,与野生型相比2个转IiEMF基因拟南芥株系的开花时间都明显较早(提前6~10 d),且转IiEMF基因株系的莲座叶数比野生型多10片以上,叶片也比野生型大而肥厚。(5)qRT-PCR检测结果显示,在拟南芥营养生长过程中,过表达IiEMF显著抑制了拟南芥AtAP1、AtCO和AtLFY的表达,而促进了AtFLC的表达;当拟南芥开花时,转基因株系中的AtAP1和AtFLC表达量均高于野生型,AtCO和AtLFY的表达量显著低于野生型。研究表明,过量表达IiEMF基因能够促使拟南芥提前开花,且IiEMF可能是通过影响多种开花途径来共同调节促进拟南芥的早花。     

油茶CoSAD基因载体的构建、鉴定及功能分析

为揭示油茶( Camellia oleifera Abel)硬脂酰-ACP脱饱和酶( SAD)基因(即CoSAD基因)的功能,构建了该基因的原核表达载体pET28b-CoSAD、植物表达载体pBI121-CoSAD和RNA干扰载体pBI121-CoSAD RNAi,并采用PCR扩增及双酶切方法对3类载体进行鉴定;在此基础上,对原核表达载体中的CoSAD基因进行诱导表达分析,并对pBI121-CoSAD转化的拟南芥〔Arabidopsis thaliana ( Linn.) Heynh.〕sad突变体植株和pBI121-CoSAD RNAi转化的拟南芥野生型植株进行转基因鉴定和主要脂肪酸成分含量分析。 PCR扩增和双酶切结果显示：从 pET28b-CoSAD、pBI121-CoSAD和pBI121-CoSAD RNAi 载体的阳性克隆中均可获得目的条带,表明这3类载体均构建成功;用1 mmol·L-1 IPTG分别诱导0.5、1.0、2.0、3.0、4.0和5.0 h,CoSAD基因均能够在pET28b-CoSAD转化的大肠杆菌BL21感受态细胞中正常表达,能够获得与预测结果相符的相对分子质量约47000的特异目的蛋白条带,且蛋白活性随诱导时间的延长而升高。从pBI121-CoSAD转化的拟南芥突变体植株和pBI121-CoSAD RNAi转化的拟南芥野生型植株中也均可扩增出目的条带。 GC-MS分析结果显示：与拟南芥野生型植株相比,其突变体植株的硬脂酸和棕榈酸含量较高、油酸和棕榈油酸含量较低;但突变体植株经pBI121-CoSAD转化后,硬脂酸和棕榈酸含量降低而油酸和棕榈油酸含量提高;野生型植株经过pBI121-CoSAD RNAi转化后,硬脂酸和棕榈酸含量提高、油酸和棕榈油酸含量降低,表明pBI121-CoSAD转化能够促进拟南芥sad突变体植株体内饱和脂肪酸向不饱和脂肪酸转化,而pBI121-CoSAD RNAi转化对拟南芥SAD基因的表达有明显的抑制作用,这2种重组质粒均可影响拟南芥植株的脂肪酸含量。研究结果表明：油茶CoSAD基因具有调控饱和脂肪酸(硬脂酸和棕榈酸)向不饱和脂肪酸(油酸和棕榈油酸)转化的功能,对茶油的脂肪酸组成具有关键的调控作用。     

小分子RNA表达载体构建的新方法——MicroRNA前体PCR置换法

MicroRNA(miRNA)基因的终产物是进化上高度保守的、具有基因表达调控功能的非编码小分子RNA。miRNA的特征性发卡环前体(pre-miRNAs)在体内经数步加工后,与AGO蛋白构成沉默复合体(RISC)以行使其功能。如将已知pre-miRNAs上的miRNA成熟链和互补链(miRNA*)分别置换为有待研究的小分子RNA,并构建表达载体转化植株,利用转化株内源的miRNA成熟加工体系,可以产生预设的小分子RNA。利用已知拟南芥miRNA前体为模板,使用替换PCR的方法,人工构建了gso8-ap-miRNA-pBI121表达载体。利用农杆菌介导法转化拟南芥,多数T1代植株表现出提早开花的突变表型。该方法是一种简便、高效的构建小分子RNA表达载体的方法。     

蔗糖合酶基因AtSUS3干涉后对拟南芥角果发育的影响

蔗糖合酶(SuSy)是植物蔗糖代谢关键酶之一,该研究利用反向遗传学手段,采用RNAi技术抑制拟南芥中AtSUS3基因的表达,测定纯系转基因植株的抽苔率,并对酶活性、糖含量等指标以及糖代谢相关基因的表达进行了检测,探讨SuSy在植物发育中的作用。结果显示:(1)转基因拟南芥的抽苔平均早于野生型植株2～3d,且优先3～4d完成抽苔。(2)开花后生长天数对角果蔗糖和葡萄糖含量有显著影响,而对果糖含量影响不显著;开花后5d时,野生型株系的葡萄糖含量显著高于转基因株系SUS3-2,至15d时,两种转基因株系葡萄糖含量均显著低于野生型株系。(3)开花后生长天数对SuSy、SPS、INV的活性均有显著影响,随开花时间延长,野生型株系SuSy活性显著低于转基因株系,而SPS和INV则相反。(4)AtSUS3基因沉默对其他糖代谢基因有不同程度的影响,开花后5d时,转基因植株的角果中AtCesA1、AtCesA7和AtCINV1的表达量较野生型都有所增加;开花后15d时,转基因植株的角果中AtCesA1、AtCesA7的表达量较野生型高,而AtCINV、AtCwINV的表达量比野生型低。研究表明,拟南芥AtSUS3基因沉默后,在正常生长条件下未造成植株发育异常,同时还可能通过同源家族中其他SuSy的表达水平增加,促进了该酶及糖代谢相关基因整体水平的增加,有助于角果成熟。     

过表达或沉默棉花GhPCBER基因株系的获得及其茎叶木质素和木脂素含量研究

编码苯基香豆满苄基醚还原酶(phenylcoumaran benzylic ether reductase,PCBER)的基因PCBER属于PIP亚家族,是苯丙烷代谢途径中参与木脂素合成的关键基因。该研究构建了棉花GhPCBER基因的植物过表达载体并转化拟南芥,同时构建了VIGS(virus induced gene silencing,病毒诱导的基因沉默)载体转化棉花,采用实时荧光定量PCR技术对GhPCBER基因在不同组织中的表达进行分析;对野生型和转基因植株茎叶组织中的木质素和木脂素含量进行测定分析。结果表明:(1)成功构建了GhPCBER植物过表达载体pGWB17-GhPCBRE以及基因沉默重组载体pTRV2-GhPCBER;经遗传转化获得6株转棉花GhPCBER基因抗性拟南芥植株,同时获得15株GhPCBER基因沉默棉花植株(5株为一组)。(2)PCR检测表明,6株转基因拟南芥均为过表达株系,其中株系1、2、3相对表达量更高,且在茎、叶组织中的表达量分别较野生型提高了7～14倍和6～16倍,表明GhPCBER基因成功在拟南芥中过表达;GhPCBER基因沉默棉花植株的茎、叶组织中的表达量分别比野生型棉株约下降12%和26%,表明烟草脆裂病毒(TRV)体系(pTRV2-GhPCBER)成功抑制了GhPCBER基因的表达。(3)转GhPCBER基因拟南芥茎、叶中木质素和木脂素含量较野生型均显著降低;GhPCBER基因沉默棉花植株茎、叶中木质素和木脂素含量较野生型均极显著降低;组织化学染色观察发现GhPCBER基因沉默棉花植株茎秆颜色明显比野生型染色浅,也证明沉默基因棉花植株茎秆中的木质素含量减少。(4)苯丙烷代谢通路中8个相关基因的实时荧光定量PCR分析发现,过表达或抑制GhPCBRE基因均会导致苯丙烷代谢途径发生重新定向。     

拟南芥BAK1基因转化及防御作用

将拟南芥BAK1基因采用Gateway方法连接到植物表达载体,通过侵花粉管进行转化,从基因和蛋白表达水平检测转化是否成功。以不同BAK1表达水平植株作为试验材料,分析BAK1在芜菁缩叶病毒(Turnip crinkle virus,TCV)-拟南芥(Col-0)亲和互作系统中对植株防御的影响。结果显示,在接种TCV后,BAK1缺陷型植株对TCV较为感病,衰老相关基因表达水平增加,表明BAK1能够增强宿主对病毒的防御作用。     

水稻SDG736抑制拟南芥FLC表达调控开花时间

130～150个氨基酸组成SET (Su (var) 3-9, Enhancer-of-zeste, Trithorax)结构域构成了组蛋白赖氨酸甲基转移酶特异性催化位点。SET结构域蛋白在进化上高度保守,广泛调控植物的生长发育。进化分析结果显示水稻SET结构域家族成员可分为7个不同的亚家族(KMT1, KMT2, KMT3, KMT6, KMT7, S-ET和RMT)。KMT3亚家族可能涉及开花调控或花的发育,其中包含5个拟南芥基因和5个水稻同源基因。拟南芥SDG4通过H3K4/K36甲基化的活性调控花发育,结果表明水稻同源基因SDG736超量表达,可促进拟南芥开花。对拟南芥开花途径相关的基因进行定量分析显示,超量表达的SDG736拟南芥植株中FLC基因表达量降低,而SCO1基因的表达量增加。     

WRKY25过量表达导致拟南芥在长光照下开花提前

WRKY基因家族是主要存在于植物中的一大类转录调控因子,拥有很多家族成员.拟南芥WRKY25属于第Ⅰ类WRKY蛋白,参与植物生物和非生物胁迫反应.通过GUS染色和qRT-PCR发现WRKY25基因主要在根,叶和茎生叶中表达.过量表达WRKY25的转基因植株在长光照下比野生型拟南芥提前开花.通过RT-PCR检测与开花时间相关基因发现,AP1基因的表达量在培养21 d和27d的WRKY25过量表达植株中上调,由此推测WRKY25很可能通过增强AP1的表达来影响开花.     

过量表达星星草PtSOS_1提高拟南芥的耐盐性

将星星草中分离的质膜型Na+/H+逆向转运蛋白基因PtSOS1(GenBank登录号EF440291)构建到pGWB2植物表达载体上,转化拟南芥,获得抗卡那霉素的抗性植株.PCR和Northern检测表明,PtSOS1已整合到拟南芥基因组中并过量表达.耐盐性实验表明,PtSOS1过量表达提高了拟南芥植株的耐盐性.盐分测定表明,盐胁迫下PtSOS1转基因植株中Na+积累低于野生型的,K+含量则高于野生型的,转基因植株中K+/Na+比值高于野生型.