rDNA兰绿藻可能有助于植物遗传工程

康奈尔大学的研究人员已成功地将一个外源基因扦入到一种兰绿藻-Anacystis nidulans,并加以表达,从而可利用该藻作为研究包括光合作用基因表达的模型系统。遗传工程师们试想提高植物光合作用的能效的同时,将高等植物核和叶绿体DNA的功能分开的企图遭到了失败。康奈尔B.Thompson研究所(Ithaca,NY)植物分子遗传实验室主任A.Szalay解释研究关于叶绿体光合作用和膜装配的分子遗传学是极其困难的。     

叶绿体基因工程研究进展

叶绿体是植物细胞和真核藻类执行光合作用的重要细胞器,在叶绿体中表达外源基因比在细胞核中表达具有一些独特优势。叶绿体基因工程涉及叶绿体的基因组特征、转化系统的优点、转化过程及方法等方面,叶绿体基因工程在提高植物光合效率、改良植物特性、生产生物药物及改善植物代谢途径等方面已得到应用。尽管叶绿体基因工程还存在同质化难度高、标记基因转化效率较低、宿主种类偏少等问题,但作为外源基因在高等植物中表达的良好平台其仍然具有广阔的发展和应用前景。     

光合作用的遗传和分子分析

假使你真的知道光合作用在玉米中是怎样进行,你也许能把玉米的十分有效的光合系统转移到小麦和大麦中去,这些作物的光合系统效率不高。如果能这样,将会提高作物生长率和产量。加利福尼亚大学(柏克利分校)的W. Taylor正试图探索玉米光合系统的关键部分,即叶绿体中光合结构的装配。叶绿体是植物细胞内的小内含体,光合作用反应就在其中发生。叶绿体有复杂的膜结构以及光合作用所需的各种酶。 Carter的大部分工作是用核基因进行     

叶绿体基因组的构造

叶绿体是植物细胞中一种扁椭圆形的细胞器,具有光合作用这一重要功能。它能够利用太阳辐射中的能量,把二氧化碳和水转变为碳水化合物和氧气,使地球上所有生物得以生存。长期以来,科学家们为揭示光合作用的机制付出了艰辛的努力,使我们对有关的光化学反应以及酶催化反应有了系统的了解;与此同时,科学家们还一直企图在基因水平上来阐明基因物质和叶绿体功能的关系,以期望最终能通过基因的改造来进一步提高植物的光合效率。本文就近年来在叶绿体基因组构造上所取得的重大进展作一概述。     

叶绿体基因组结构与表达调控

植物叶绿体ＤＮＡ是存在核基因外的细胞质基因组,它是一种双链ＤＮＡ分子、在细胞内,与核基因协调编码与光合作用有关的蛋白质,叶绿体基因组中基因的结构与表达调控与原核生物相似,但也有一些区别,深入开展叶绿体基因组的基因,对探讨光合作用机理与细胞器的起源等问题具有重要意义。     

日本成功利用转基因技术促进植物生长

日本《朝日新闻》2 0 0 4年4月5日报道:日本奈良尖端科学技术学院的研究小组成功利用转基因技术提高植物光合作用能力,使其生长周期大幅缩短。研究人员把高活性蓝藻的光合作用相关基因导入烟草中,它会进入叶绿体内的DNA ,而不会进入细胞核内的DNA ,可避免转基因通过花粉而扩散。植物细胞内的叶绿体DNA与细胞核的DNA不同,它与光合作有关。研究人员发现了两种对光合作用很重要的酶基因,于是试验将烟草的这类基因换成了蓝藻的基因。其结果是烟草的光合作用速度比原来增长70 % ,15周后比普通植物高4 0 % ,其从光合作用中得到的淀粉也比原来…     

高等植物的叶绿体转化系统及研究进展

在高等植物的细胞中 ,细胞核、叶绿体和线粒体都含有ＤＮＡ ,它们构成了既相对独立又相互联系的遗传系统。以细胞核为外源基因受体的植物基因工程已被广泛地应用于重要农作物的改良。但核基因转化仍存在一系列难以解决的问题 ,如细胞核基因组大、背景复杂 ;外源基因的表达效率低 ,后代不稳定 ;环境安全难以保证等。为克服核基因转化存在的不足 ,1 988年 ,Ｂｏｙｎｔｏｎ等[1] 以衣藻为材料用基因枪进行外源基因对叶绿体的转化 ,首次证实了叶绿体转化的可行性。这项工作使人们意识到植物的叶绿体不仅是光合作用的重要场所 ,也可以作为植物基…     

光质对植物光合作用的调控及其机理

光合作用是植物生长发育的基础.光质对植物光合作用的调控主要包括可见光对植物气孔器运动、叶片生长、叶绿体结构、光合色素、D1蛋白及其编码基因和光合碳同化等的调节,以及紫外光对植物光系统Ⅱ的影响.蓝光和红光能促进气孔的开张,而绿光能够逆转这种作用.蓝光有利于叶绿体的发育,红、蓝、绿复合光有利于叶面积的扩展,而红光更有利于光合产物的积累;不同光质对不同植物、不同组织器官叶绿素积累的影响不同.蓝光和远红光可以促进psbA基因转录物质的积累.大多数高等植物和绿藻在橙、红光下光合速率最高,蓝紫光其次,绿光最低.紫外光可以导致光系统Ⅱ的电子传递活性下降.此外,针对光质与光合作用研究领域中存在的问题,对今后的研究方向进行了讨论.     

叶绿体基因的定位和结构

自从1962年发现叶绿体 DNA(ctDNA),以及后来证明叶绿体分裂和叶绿体基因组自主复制以来,20余年间对叶绿体的研究有了长足的进步,成为植物分子生物学的“生长点”之一。这些研究成果对于揭示光合作用过程、叶绿体基因的作用及其调控具有重要意义。迄今为止已有几十种蛋白质及核酸分子被证明是由叶绿体基因指导下合成的,其中有些基因已经定位,     

烟草NtFtsZ2-1基因参与叶绿体分裂和扩大的调节

叶绿体虽然是植物细胞内一种极其重要的细胞器,但其分裂的分子机制尚不很清楚。已经证明FtsZ蛋白作为真核细胞分裂装置的一个关键成分,参与叶绿体的分裂过程。烟草的FtsZ基因属于2个不同的家族,在对NtFtsZ1家族成员研究的基础上,用正义和反义表达技术研究了NtFtsZ2家族成员NtFtsZ2-1基因在转基因烟草中的功能。显微分析结果表明NtFtsZ2-1基因的表达水平异常增强或减弱都会严重干扰叶绿体的正常分裂过程,导致叶绿体在形态和数目上的异常（体积明显增大,数目显著减少）,而单个叶肉细胞中叶绿体的总表面积在正反义转基因烟草和野生型烟草之间保持了相对稳定,没有发生明显的变化。同时还证明NtFtsZ2-1基因表达的变化对叶绿素含量和叶绿体的光合作用能力没有直接的影响。据此我们认为NtFtsZ2-1基因参与叶绿体的分裂和体积的扩大,其表达水平的波动会改变植物中叶绿体的数目和大小,而且在叶绿体的数目与体积之间可能存在一种补偿机制,保证叶绿体能最大限度地吸收光能,从而使光合作用得以正常进行。     

植物细胞器遗传工程的曙光

众所周知,生物的性状是由其遗传物质DNA决定的。在高等植物细胞中,除细胞核外,叶绿体和线粒体中也都有各自的DNA。叶绿体是光能转换,光合作用的场所。线粒体是氧化磷酸化的场所。线粒体和叶绿体的DNA,都具有细胞内半自主独立的自我复制能力,在遗传上表现为特有的母性遗传。在植物细胞中,叶绿体和线粒体具有许多与细菌共同的特性。这就给人们一个启示:那些有用的来自原核生物的目的基因能否以具有原核性的叶绿体和线粒体DNA做为它们的遗传受体,用以进行光合作用的遗传工程,生物固氮及其它遗传转化的研究。     

拟南芥Psrp-4基因参与光合作用机制的研究

叶绿体核糖体是植物特有的细胞器之一,其主要功能是合成质体基因编码的蛋白质。已有研究表明在叶绿体核糖体内含有6个质体特有蛋白PSRP(plastid-specific ribosomal protein),分别命名为PSRP1~PSRP6。然而,这些蛋白在叶绿体蛋白合成过程以及光合作用中的作用机制研究尚处初级阶段。在本研究中,为了阐明PSRP-4蛋白在叶绿体发育过程中的作用机制,我们利用Gateway系统构建了Psrp-4基因(At2g38140)的RNAi表达载体,转化野生型拟南芥后获得了Psrp-4基因表达量明显降低的psrp-4突变体。研究结果表明:psrp-4突变体比野生型生长略微缓慢,但叶片颜色与野生型差别不大,能够进行正常的光合作用。在高光胁迫条件下,测定psrp-4突变体光合化学效率,发现与野生型差异不明显;进一步的蛋白免疫印记实验证明Psrp-4基因表达量的降低对PSⅡ反应中心D1蛋白的周转也没有明显影响。因此,推测PSRP-4蛋白可能不是叶绿体蛋白合成以及光合作用的正常进行所必需的。     

高等植物铁氧还蛋白-NADP＋氧化还原酶研究进展

高等植物叶绿体定位的铁氧还蛋白-NADP＋氧化还原酶（LFNR）负责催化光合线性电子传递的最后一步反应,催化电子由还原态的铁氧还蛋白（Fd）传递给NADP＋。LFNR分布在叶绿体的3个不同的组分中,即叶绿体基质中、类囊体膜上和叶绿体内膜上。最近的研究表明,大多数膜定位的LFNR并非光合作用所必需的,叶绿体基质中的LFNR足以维持光合作用的正常进行。叶绿体中的两个蛋白——Tic62和TROL作为LFNR的锚定蛋白,可以与LFNR在类囊体膜上形成高分子量的蛋白复合体。Tic62-LFNR复合体主要负责在夜间保护LFNR的活性,但它不直接在光合作用中起作用。然而,TROL-LFNR复合体对植物的光合作用有一定的影响。本文将概述植物LFNR的最新研究进展。     

高等植物铁氧还蛋白-NADP~+氧化还原酶研究进展

高等植物叶绿体定位的铁氧还蛋白-NADP+氧化还原酶(LFNR)负责催化光合线性电子传递的最后一步反应,催化电子由还原态的铁氧还蛋白(Fd)传递给NADP+。LFNR分布在叶绿体的3个不同的组分中,即叶绿体基质中、类囊体膜上和叶绿体内膜上。最近的研究表明,大多数膜定位的LFNR并非光合作用所必需的,叶绿体基质中的LFNR足以维持光合作用的正常进行。叶绿体中的两个蛋白——Tic62和TROL作为LFNR的锚定蛋白,可以与LFNR在类囊体膜上形成高分子量的蛋白复合体。Tic62-LFNR复合体主要负责在夜间保护LFNR的活性,但它不直接在光合作用中起作用。然而,TROL-LFNR复合体对植物的光合作用有一定的影响。本文将概述植物LFNR的最新研究进展。     

银杏叶绿体DNA的分离提纯

叶绿体是植物进行光合作用的极为重要的 细胞器。本世纪初,Correns等根据植物叶子 的花斑现象具有母性遗传的特征,推测叶绿体 中可能存在着某些特殊的遗传因子,但是在其 后的近半个世纪里,叶绿体基因存在与否始终 未能得到肯定,直到六十年代初,随着核酸检测 技术和电镜技术的发展,叶绿体基因的存在才 最后得到证实。1962年Ristb,等用电镜观察到 衣藻叶绿体中存在着纤维状DNA, 1963年 Sager和石田政弘〔21应用超离心技术,从衣藻叶 绿体中首次成功地分离提取了DNA。由于在 高等植物中叶绿体基因组比较简单,而且它的 非孟德尔遗传方式对叶绿体基因组的结构及其 遗传分析带来极大方便。此外叶绿体作为真核 细胞的细胞器,其DNA及基因表达系统却又 与原核细胞的极为类似,因此叶绿体也是研究 真核基因和原核基因之间相互关系的好材料。 叶绿休基因组的研究无论在理论上还是在实际 上均有着重要意义。 我之居脚座矛材群,参考Kolodner 151和杉 浦昌弘〔33的方法,并加以改进,分离制得叶绿体 DNA (Chloroplast DNA· 简称ctDNA),     

叶绿体中蛋白质合成的调控

高等植物和绿藻的叶绿体有自己的遗传系统.烟草、欧龙亚草和水稻叶绿体DNA的全部核苷酸序列含有130个基因密码.除叶绿体rRNA和30tRNA的基因外,已发现至少有70个密码子的40个ORF和已确定的40个及未定的11个叶绿体蛋白质基因.在一些植物种中,rRNA基因组附近的某些基因组出现二个反向重复片段.人们把质体基因分成三类:(1)编码光合系统的蛋白质基因.光合作用中蛋白质的合成     

叶绿体的结构和化学

叶绿体为绿色植物的细胞器,作为一切生物物质和能量来源的光合作用就是在植物细胞的叶绿体中进行的,故叶绿体又称光合器。光合作用的进行同叶绿体的结构有着密切的联系,因此叶绿体结构和化学物理的研究是阐明光合作用机制的一个重要方面。关于叶绿体的化学组成和结构的研究已有很多报告。本文仅就叶绿体的分离、化学和结构三个方面所取得的主要成就和进展进行综述,以资参考。     

玉米叶色突变体遗传分析及基因定位

玉米叶色与叶绿体及结构相关,调控光合产量,因而对调控叶色基因的遗传研究或克隆将有助于玉米光合产量的遗传改良和植物光合作用理论机制的解析。本研究以玉米W22::Mu介导的综31为遗传背景的导入系群体为材料,获得了细胞核单隐性基因控制、叶绿体结构和数目异常、色素缺失和PSII显著降低的叶色突变体。使用覆盖B73基因组的SSR标记将突变位点定位于约2. 95 Mb区间(bnlg1863~umc2075)。基于区段标记开发和1200单株分离群体将突变位点精细定位于约900 kb区间(B73 Ref Gen_V4; S1~S7区间),经区段内基因表达和功能分析获得了候选基因Zm00001d010000,该基因编码硫氧还蛋白,与突变体表型形成相关。该研究将为光合产量的遗传改良和植物光合作用理论机制解析提供重要的基因或标记资源。     

问题解答

问:蓝藻的光合作用是在什么地方进行的? 答:众所周知,叶绿体是绿色真核植物进行光合作用的质体,即我们常把它喻为光合作用的场所,厂房。叶绿体内含有多种色素,其中主要的     

植物叶绿体类囊体膜及膜蛋白研究进展

叶绿体是植物和真核藻类进行光合作用的场所。存在于叶绿体类囊体膜上的蛋白质复合物含有光反应所需的光合色素和电子传递链组分,在光合作用过程中,光化学反应发生在类囊体膜上。因此,类囊体膜是光能向化学能转化的主要场所,因而也一直是光合作用研究的热点。叶绿体类囊体膜的深入研究可以促进光合作用的分子机理研究。该文就叶绿体类囊体膜的三维构象及类囊体膜蛋白的组成和功能研究进行了综述。