病毒诱导的基因沉默及其在植物功能基因组研究中的应用

病毒诱导的基因沉默已成为研究植物功能基因组的重要工具. VIGS 体系因其方法简便、周期性短以及避免植物转化等诸多优点, 已在利用正向遗传学和反向遗传学寻找和鉴定基因功能方面发挥了日益重要的作用. 越来越多的植物病毒被改造成为VIGS 载体, 并已在植物发育、生物逆境、非生物逆境、细胞代谢、信号传导等基因功能研究方面得到了应用. 本文围绕VIGS的发展以及在植物功能基因鉴定中的应用及前景提出了展望.     

植物病毒诱导的基因沉默在基因功能研究中的应用

传统的植物遗传转化方法周期长、工作量大、过程繁琐,不利于基因功能的快速高通量鉴定．近年来随着基因沉默机制研究的深入和不断发展,利用病毒诱导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)进行植物功能基因组研究作为一种快速、高通量的反向遗传学工具已被广泛应用在烟草、马铃薯、番茄等植物中, 在大规模的植物基因组功能鉴定中展示了广阔的应用前景．综述了 VIGS 的作用机制、植物病毒栽体、转化方法以及在植物基因功能研究等方面的应用及前景．     

多肽配体技术在植物功能基因组学中的应用前景

人工智能配体或适配体(Aptamer)技术是近年来兴起的一项特异性极强的基因干扰技术。通过人工合成特异的智能配体结合靶基因的蛋白产物, 达到特异干扰靶基因的生物学功能, 这是人工智能配体技术的基本设想。文章综述了多肽配体(Peptide aptamer)技术在基因功能验证中的主要进展, 着重阐明它在植物基因功能验证和作物抗病毒育种中的应用前景, 并提出克服该技术主要风险对策。     

植物花青素合成代谢途径及其分子调控

植物花青素是一种天然食用色素,具有安全、无毒的特点,具有预防心脑血管疾病、保护肝脏与抗癌等多种重要的营养和药理功能。因此,花青素在食品、医药保健、园艺和作物改良等方面均具有重要研究价值和应用潜力。该文综述了植物花青素合成代谢途径及其分子调控研究进展,概述了植物花青素的生物合成、代谢以及积累过程,重点介绍了影响植物花青素代谢的结构基因和调控基因及其作用机制,同时展望了花青素合成代谢相关基因的研究应用前景和发展趋势。     

基因组编辑技术在水稻功能基因组和遗传改良中的应用

基因组编辑技术对植物基因功能研究和作物遗传改良具有巨大的潜在价值。CRISPR/Cas9系统是继锌指核酸酶(ZFNs)和类转录激活效应因子核酸酶(TALENs)系统之后的新一代基因组编辑技术系统,具有操作简单和效率高等优点。概述了CRISPR/Cas9系统的技术特点及其在水稻基因功能研究及遗传改良中的应用,并指出了该系统在植物基因精准编辑中需要突破的关键问题。     

DNA多态性及其在植物功能基因组学研究中的应用

DNA多态性是生物多样性的基础。本综述了DNA多态性的影响因素,并就DNA多态性应用于基因定位、基因克隆以及基因功能分析等领域进行了探讨,展示了DNA多态性在植物功能基因组学研究中的广阔应用前景。     

CRISPR-Cas系统在植物基因组编辑中的研究进展

基因组定点编辑技术是研究基因功能和生物体改造的重要工具。CRISPR-Cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR-associated proteins)系统是近年来发展的一种新型基因组编辑技术,该技术通过一段向导RNA和配套的核酸酶就可对特定的基因组序列进行定点编辑,具有简单高效、应用广泛的特点,受到了生物学家的广泛关注。本文着重介绍CRISPR-Cas系统在植物中的研究进展,包括CRISPR-Cas9系统在植物中的应用与完善、扩大基因组编辑范围的研究、Cas9切口酶和失活酶的拓展、特异性单碱基突变编辑系统的研究、无外源DNA污染的植物基因编辑技术的发展以及基因组编辑技术在作物育种上的应用等方面。同时也提出了还需解决的问题,并展望了基因组编辑系统在作物育种中的应用前景,为开展这一领域的研究工作提供参考。     

基因编辑技术研究进展及其在苜蓿等豆科饲草作物中的应用

基因编辑是对生物基因组进行靶向修饰的一项新型生物技术,可以在不同物种中实现对目标基因的定点敲除、基因片段置换以及基因定点插入等基因定向编辑,目前基因编辑技术已在植物基因功能解析和作物遗传改良研究中得到广泛应用。本文简要回顾基因编辑技术的发展历程,重点介绍新近发展的CRISPR/Cas9技术在植物中的研究进展,并对CRISPR/Cas基因编辑技术在苜蓿等饲草作物中的应用进行探讨和展望。     

第三届全国植物生物技术及其产业化大会征文通知

会议主题：现代植物生物技术及其产业化应用。中心议题：（1）作物、花卉、林草和果蔬的生物技术、细胞工程及产业化进展;（2）植物基因工程育种发展现状与前景;（3）药用,经济植物代谢工程及应用;（4）重要农艺性状的功能基因发掘与应用。     

反义基因技术及其在植物研究上的应用

介绍了反义基因的概念、分子生物学基础以及作用原理,对反义基因技术及其在现代植物研究中的应用进行了概述.反义基因在调控果实成熟、改良作物品质、获得作物雄性不育系、改变植物花色、增强植物抗病性和研究未知基因的功能等方面具有重要的作用.并对反义基因技术的应用进行了展望.     

How many genes are there in plants (… and why are they there)?

Annotation of the first few complete plant genomes has revealed that plants have many genes. For Arabidopsis, over 26,500 gene loci have been predicted, whereas for rice, the number adds up to 41,000. Recent analysis of the poplar genome suggests more than 45,000 genes, and partial sequence data from Medicago and Lotus also suggest that these plants contain more than 40,000 genes. Nevertheless, estimations suggest that ancestral angiosperms had no more than 12,000-14,000 genes. One explanation for the large increase in gene number during angiosperm evolution is gene duplication. It has been shown previously that the retention of duplicates following small- and large-scale duplication events in plants is substantial. Taking into account the function of genes that have been duplicated, we are now beginning to understand why many plant genes might have been retained, and how their retention might be linked to the typical lifestyle of plants.     

植物金属硫蛋白及其重金属解毒机制研究进展

金属硫蛋白是一类分子量较小、富含Cys的金属结合蛋白,广泛分布于生物界。近年来从植物中克隆到许多编码金属硫蛋白的基因,并在研究基因表达模式、组织表达特异性以及基因结构,如启动子、内含子在染色体上的定位等方面取得了一定进展,但对其功能的研究还处于起步阶段。很多实验表明,植物金属硫蛋白可以通过其大量的Cys残基螯合重金属并清除活性氧,使植物避免氧化损伤。文章介绍了植物金属硫蛋白的分类、特征、基因结构及其在植物重金属解毒中的作用。      

Cell number counts - The fw2.2 and CNR genes and implications for controlling plant fruit and organ size

Two key determinants of plant and organ size are cell number and cell size, and altering either one may affect the plant organ size, but cell number control often plays a predominant role in natural populations. Domesticated crops usually have larger fruit and harvested organ sizes than wild progenitors. Crop yields have increased significantly by breeding, often via heterosis, which is associated with increased plant and organ size primarily achieved by cell number increases. A small class of genes is now known that control plant and organ sizes though cell number or cell size. The fw2.2 gene was found to control a major QTL for tomato fruit size by negatively affecting cell numbers. Orthologs to these fw2.2 genes underlie QTLs for fruit sizes in other species, and their expression can be negatively correlated with increased cell number. In maize decreased or increased expression of the fw2.2 ortholog ZmCNR1, increases or decreases cell number, respectively, thereby affecting maize organ size throughout the plant and thus also whole plant size. Therefore, these genes should now be considered as more general regulators of plant cell number and organ size. The exact molecular function of these transmembrane domain proteins remains unknown, as does any clear relationship to the cell cycle. Because these genes control organ sizes in diverse plants and important crop species, and because they can affect whole plant size, interest arose into how effects of such genes could parallel agronomic crop improvements, in particular that by heterosis, as it also affects cell number. In joining these subjects here in discussion we speculate on how single gene cell number regulation and heterosis may cooperate in crop improvement.     

The RecQ gene family in plants

RecQ helicases are conserved throughout all kingdoms of life regarding their overall structure and function. They are 3'-5' DNA helicases resolving different recombinogenic DNA structures. The RecQ helicases are key factors in a number of DNA repair and recombination pathways involved in the maintenance of genome integrity. In eukaryotes the number of RecQ genes and the structure of RecQ proteins vary strongly between organisms. Therefore, they have been named RecQ-like genes. Knockouts of several RecQ-like genes cause severe diseases in animals or harmful cellular phenotypes in yeast. Until now the largest number of RecQ-like genes per organism has been found in plants. Arabidopsis and rice possess seven different RecQ-like genes each. In the almost completely sequenced genome of the moss Physcomitrella patens at least five RecQ-like genes are present. One of the major present and future research aims is to define putative plant-specific functions and to assign their roles in DNA repair and recombination pathways in relation to RecQ genes from other eukaryotes. Regarding their intron positions, the structures of six RecQ-like genes of dicots and monocots are virtually identical indicating a conservation over a time scale of 150 million years. In contrast to other eukaryotes one gene (RecQsim) exists exclusively in plants. It possesses an interrupted helicase domain but nevertheless seems to have maintained the RecQ function. Owing to a recent gene duplication besides the AtRecQl4A gene an additional RecQ-like gene (AtRecQl4B) exists in the Brassicaceae only. Genetic studies indicate that a AtRecQl4A knockout results in sensitivity to mutagens as well as an hyper-recombination phenotype. Since AtRecQl4B was still present, both genes must have non-redundant roles. Analysis of plant RecQ-like genes will not only increase the knowledge on DNA repair and recombination, but also on the evolution and radiation of protein families.     

植物纤维素合成酶基因的研究进展

纤维素是植物细胞壁的主要成分。自然界中每年大约有1800亿吨的纤维素产物生成。纤维素的巨大经济价值使纤维素合成酶基因成为基因工程的热点之一。1996年, Delmer小组首次从植物中克隆出纤维素合成酶基因。近年来,在纤维素合成酶的结构、功能、定位和基因功能的研究方面成果斐然。本文概述了植物纤维素合成酶基因的研究进展。 Abstract:Cellulose is a major component in plant cell wall.About 180 billion tons of cellulose are produced per year in nature.The commercial importance of cellulose makes the genes coding it one of attractive targets for plant genetic engineering.A number of cellulose synthase genes have been first cloned from plant species by Delmer's group in 1996.Recently,research achievement has been obtained in accumulating to understanding the cellulose synthase function,location,and the gene function.The paper summarized the research progress of cellulose synthase genes in higher plants.     

植物固醇合成途径关键基因CPI1的功能进化

固醇是真核生物膜的重要组分, 在生长发育中具有重要作用。CPI1 (CYCLOPROPYL STEROL ISOMERASE1)基因是植物特有的固醇合成途径基因, 其编码产物为环丙基固醇异构酶。目前只有拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CPI1基因被克隆并解析。研究发现, 从藻类到高等开花植物中均存在单一拷贝的CPI1基因。陆生植物CPI1的基因结构及其所编码的氨基酸序列均高度保守, 蛋白质序列相似性范围为48%–90%, 但陆生植物CPI1与绿藻CPI1的蛋白序列之间存在显著差异。蛋白质结构预测发现CPI1具有非常相似的拓扑结构, 均具有7个跨膜结构域和6个亲水环。组织表达模式分析显示, 陆生植物CPI1在不同组织中均表达, 是组成型表达基因。为了验证CPI1基因的功能, 克隆了二穗短柄草(Brachypodium distachyon)BdCPI1基因, 并转化拟南芥cpi1-1突变体。结果表明, BdCPI1能完全回补cpi1-1突变体的表型。基于单拷贝基因数目、保守的基因结构和蛋白质拓扑结构及基因表达模式, 推测CPI1基因的功能可能在陆生植物中高度保守。     

植物β-半乳糖苷酶

β-半乳糖苷酶是一个与细胞壁降解相关的酶,广泛分布于植物组织中,参与一系列的生理生化过程,如植物的花粉发育、果实成熟及生长过程中多糖的裂解。目前,已从多种植物中分离到β-半乳糖苷酶基因。β-半乳糖苷酶基因属于多基因家族,随着研究的深入,其不同水平的转录本在不同植物的不同组织中被发现。但目前β-半乳糖苷酶在植物发育中确切的作用机制尚不明确。现介绍目前这一领域内细胞与分子生物学方面的研究进展,并结合所在课题组的研究结果进行相关探讨,为进一步研究β-半乳糖苷酶在植物中的作用机制提供新的线索。