拟南芥AZI1基因对酿酒酵母细胞生长和蒜薹灰霉菌侵染的抑制作用

本工作采用酿酒酵母细胞表达载体pESC和植物细胞表达载体pPZP211分析了拟南芥AZI1基因对真菌的抗性功能。半乳糖诱导产生的AZI1蛋白可以使酵母细胞的生长能力明显降低。DAB和台酚蓝染色结果显示用蒜薹灰霉菌孢子处理Col-0野生型植株叶片后被侵染部位只能产生少量H2O2,病原体可以扩散,而AZI1基因过表达植株叶片在侵染部位有大量H2O2产生,着色较深,表明转化体能够以局部细胞的死亡来阻止病原体侵染周围的细胞。在Col-0野生型植株中,AZI1基因的表达受外源水杨酸诱导,24h后达到峰值。以上结果说明AZI1基因在拟南芥对生物胁迫因素的应答过程中具有重要作用。     

拟南芥钙调素结合蛋白参与胁迫响应的研究

采用实时荧光定量RT-PCR和Northern blotting技术检测了野生型拟南芥中CBP60g基因对丁香假单胞菌和非生物胁迫的响应,并对丁香假单胞菌接种后,野生型拟南芥、cbp60g-1突变体和CBP60g过表达转基因植物中抗逆相关基因的表达变化进行检测。结果显示:(1)在野生型拟南芥中CBP60g基因的表达能被丁香假单胞菌、高盐、冷和机械损伤所诱导。(2)经丁香假单胞菌诱导后病程相关基因PR5和AIG1的表达在过表达转基因植物中明显高于野生型。(3)受干旱和ABA诱导的AtMYB2基因的表达在过表达转基因植物中也高于野生型。研究表明,CBP60g同时参与了拟南芥对生物和非生物胁迫响应。     

拟南芥HyPRP蛋白AZI1在大肠杆菌中的表达及其抗真菌活性分析

AZI1(AZELAIC ACID INDUCED 1)基因位于拟南芥4号染色体上,编码产物是脂质转移蛋白(lipid transfer protein, LTP)家族的一个成员。该基因在系统获得抗性(systemic acquired resistance, SAR)中具有重要功能,名称来自它可以被壬二酸(azelaic acid, AzA)诱导。已有的研究结果显示,在拟南芥中由AzA和甘油-3-磷酸(glycerol-3-phosphate, G3P)诱导的SAR反应需要AZI1和DIR1,这两个脂质转移蛋白有助于G3P的积累。为了确定AZI1蛋白是否具有抗真菌活性,本工作构建了原核表达载体pET28a-AZI1,利用大肠杆菌BL21(DE3)受体细胞制备了没有信号肽的AZI1重组蛋白。Western免疫印迹分析发现通过半乳糖苷类似物IPTG诱导表达的AZI1重组蛋白主要以包涵体的形式存在。体外抑菌实验以及激光共聚焦显微观察结果表明,用镍离子亲和层析树脂纯化的AZI1重组蛋白对灰霉菌、赤霉菌、棉花枯萎病菌和酿酒酵母细胞的生长/分裂均具有抑制作用。     

拟南芥HyPRP蛋白AZI1在转基因烟草中的亚细胞定位及其对灰葡萄孢的抗性

通过农杆菌转化法得到了整合有拟南芥AZII基因的烟草植株,进一步利用转基因烟草分析了AZI1蛋白的亚细胞定位及其对真菌病原体的抗性特征。在上下游引物5’端分别引入NcoI和SpeI酶切位点,采用高保真耐热DNA聚合酶彤Pfu从拟南芥Co1-0生态型基因组DNA扩增AZII基因的编码序列,用NcoI和Spel对扩增片段和pCAMBIA1302质粒载体进行双酶切,通过T4DNA连接酶构建产生AZII-GFP融合表达载体。用包含融合表达载体的农杆菌细胞转化烟草叶片,经潮霉素选择获得了完整的再生植株,并收取了T。代种子。激光共聚焦显微观察发现,AZI1蛋白主要定位于细胞表面。病原体侵染结果显示,AZI1基因能够明显提高烟草对灰葡萄孢的抗性。说明AZI1蛋白通过分泌途径被定位到细胞表面后,能够抑制真菌病原体对植物组织的侵染过程。     

丁香假单胞大豆致病变种两个III型效应因子的克隆及功能分析

为了研究Ⅲ型泌出效应因子在丁香假单胞大豆致病变种中的作用,利用反向PCR技术,首次从丁香假单胞大豆致病变种全基因组中克隆得到两个效应因子HopAB1和HopAF1基因的同源物,分别命名为HopAB1s和HopAF1s。生物信息学分析表明,HopAB1s基因全长是1 572 bp,编码523个氨基酸;HopAF1s基因全长是855 bp,编码284个氨基酸。即基因的登录号分别为JF826562和JF826563。保守功能区预测显示HopAB1s在N末端包含一个E3泛素连接酶功能区。将这2个基因克隆到PVX二元表达载体并转化农杆菌,利用农杆菌介导的瞬时侵染技术在本生烟中表达,发现2个效应因子均能抑制由鼠凋亡因子激发的细胞程序性死亡;将烟草疫霉接种在表达效应基因的区域,发现效应因子能促进烟草疫霉侵染烟草,因此本研究得到的两个效应因子是免疫抑制因子,为进一步研究该菌的致病机理奠定基础。     

利用转基因烟草确定AtELHYPRP2蛋白对赤霉菌的抗性及其亚细胞定位特征

采用遗传转化技术获得了整合有拟南芥AtELHYPRP2(EARLI1-LIKE HYBRID PROLINE-RICH PROTEIN 2,AT4G12500)基因的转基因烟草株系,研究了该基因编码蛋白对真菌病原体赤霉菌的抗性及其亚细胞定位特征。以拟南芥Col-0生态型基因组DNA为模板,通过聚合酶链反应扩增AtELHYPRP2基因编码序列,经限制性酶切后连接至pCAMBIA1302载体,构建产生pCAMBIA1302-AtELHYPRP2-GFP融合表达载体。进一步采用农杆菌LBA4404转化烟草叶片外植体,筛选得到转基因烟草植株。RT-PCR、Western blotting印迹分析结果显示,AtELHYPRP2基因在转化体中可以有效表达。激光共聚焦显微观察发现AtELHYPRP2-GFP融合蛋白产生的绿色荧光与碘化丙啶染色后产生的红色荧光能够重合,说明AtELHYPRP2蛋白定位于细胞表面。真菌侵染实验结果显示,组成性表达AtELHYPRP2基因能够增强烟草对赤霉菌的抗性,被侵染部位有明显的H2O2积累。转基因烟草植株中PR1基因的本底表达水平比野生型高,PR1和PR5基因的系统表达水平比野生型高,说明AtELHYPRP2基因可能在SAR反应中具有一定的作用。     

SPINDLY在壳寡糖诱导拟南芥抗丁香假单胞菌中的功能

为了探讨拟南芥O-岩藻糖基转移酶(SPINDLY)在病原体相关分子模式诱导抗性中的作用,该研究以SPINDLY缺失拟南芥突变体spy-3为实验材料,从叶片表型、病情指数、病菌定殖量以及丁香假单胞菌(Pst DC3000)关键基因的表达水平等指标,系统考察了SPINDLY在壳寡糖诱导拟南芥抗Pst DC3000中的功能。结果显示:(1)spy-3突变体比野生型更易被Pst DC3000侵染。(2)与病菌侵染组相比,壳寡糖预处理明显缓解植株叶片黄化现象,显著降低Pst DC3000的定殖量。(3)壳寡糖预处理的spy-3植株中水杨酸和茉莉酸途径相关基因的表达量及水杨酸和茉莉酸含量均较病菌侵染组明显升高。(4)壳寡糖在spy-3中的诱抗效果与野生型相比无明显差别。研究表明,SPINDLY在植物先天免疫过程发挥重要作用,但并不影响壳寡糖的诱导抗性。     

丁香假单胞菌中的III型分泌系统及其调控机制研究进展

丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)是引起许多作物病害的一种革兰氏阴性病原细菌。该细菌入侵寄主植物细胞主要通过其III型分泌系统(type III secretion system,T3SS)将效应蛋白转入到寄主真核细胞内,抑制寄主免疫功能,以达到成功侵染和定殖的目的。III型分泌系统的主调控因子RhpR/S通过感受环境信号的变化直接调控hrpR/S及其他毒力相关通路。同时III型分泌系统基因的表达也受到其他调控因子的影响,包括σ因子HrpL、双组分系统GacA/S、Lon蛋白酶、第二信使分子和环境信号等。本文在简要介绍丁香假单胞菌III型分泌系统组成和功能的基础上,综述丁香假单胞菌III型分泌系统调控机制的最新研究进展,以期为深入探究病原菌的致病机制提供参考和思路。     

人钙周期蛋白结合蛋白（hCacyBP）基因的克隆与表达

筛选cDNA文库得到了人的钙周期蛋白结合蛋白基因 ,将此基因的全编码区克隆到原核表达载体pET2 8上 ,诱导目的蛋白质表达以后将重组蛋白质用亲和层析的方法进行纯化 ,得到了纯度很好的重组的目的蛋白质 ,以此作为抗原免疫动物 ,得到抗钙周期蛋白结合蛋白的特异多克隆抗体。Western印迹的结果表明 ,该基因在小鼠多种组织中广泛表达 ;免疫组化的结果表明 ,BT32 5细胞诱导分化后钙周期蛋白结合蛋白分布有变化 ,由分布于胞质中转向分布于胞核和核周胞质     

甘蓝型油菜的BR响应及BnBZL2基因的功能分析

对甘蓝型油菜(Brassica napus L.)与拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)中保守的油菜素甾醇(Brassinosteroids,BR)信号相关基因进行对比分析,并以甘蓝型油菜品种‘沪油15’为材料,对BR信号通路相关同源基因进行了组织表达分析。结果显示,BR合成基因与信号组分在花和幼嫩种子中表达量更高;低浓度BR处理可以促进幼苗根的生长,高浓度BR处理则起抑制作用; BR合成抑制剂(Brassinozole,BRZ)处理可抑制黑暗条件下幼苗下胚轴的伸长; BR处理可以降低BR合成基因的表达水平,而BRZ处理则相反,表明甘蓝型油菜中BR信号增加能反馈抑制BR的合成。烟草(Nicotiana tabacum L.)瞬时表达实验结果发现,与拟南芥BZR1基因同源的甘蓝型油菜BnBZL2编码蛋白定位在细胞质和细胞核中,BR处理可增加BnBZL2的核定位。蛋白质免疫印迹检测结果显示,BR处理可增加去磷酸化BnBZL2的比例。本研究进一步模拟了拟南芥bzr1-1D功能获得性突变体对BnBZL2蛋白进行点突变(BnBZL2*),并构建载体转化拟南芥,黑暗条件下转基因植株幼苗对BRZ处理不敏感,提示BnBZL2*可提高转基因植株的BR信号水平。本研究结果表明甘蓝型油菜中存在与拟南芥相似且保守的BR信号通路和调控机制。     

不同倍性香石竹杂交受精过程及胚胎发育研究

采用石蜡切片法对以四倍体香石竹品种‘紫蝴蝶’(2n=4x=60)为母本,单瓣中间材料‘NH6’(2n=2x=30)为父本杂交后受精过程及胚胎发育进行研究。结果表明:(1)授粉后17h,花粉管进入助细胞并释放内容物,精核进入极核细胞内,与二极核细胞融合形成初生胚乳核;授粉后1d,精核向卵核方向移动,贴伏于卵核核膜上;授粉后2d,形成合子及游离的胚乳核;随后,胚发育经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷形胚阶段。(2)杂交障碍发生在受精过程及胚胎发育的各个时期,表现为:精子与卵细胞不相融合或精子与二极核不相融合、合子未分裂或初生胚乳核未分裂及胚胎的败育。(3)胚败育虽能发生在原胚、球形胚、棒状形胚、三角形胚、心形胚、鱼雷形胚及子叶形胚阶段,但主要发生在球形胚阶段。     

SMB基因与拟南芥细胞脱分化

应用Affymetrix基因芯片技术研究脱分化过程的全基因组表达情况,分析拟南芥叶柄细胞在脱分化过程中的差异表达基因。结果显示:(1)脱分化叶柄有4 222个基因表现出2倍或以上的表达差异,其中1 684个基因表达上调,2 538个基因表达下调。(2)半定量RT-PCR对部分差异表达基因进行验证,进一步筛选出参与拟南芥脱分化候选基因SMB(SOMBRERO)。(3)实时PCR结果表明,野生型叶柄诱导脱分化时,SMB基因表达量随着诱导时间延长而逐渐增加。(4)SMB基因功能缺失突变体smb-3经CIM诱导很难形成愈伤组织;在激素诱导不同时间段,smb-3叶柄没有明显脱分化现象,SMB基因缺失造成拟南芥叶柄脱分化障碍。研究表明,SMB基因参与拟南芥叶柄细胞脱分化过程。     

对增强辣椒疫霉菌抗性的研究

病原物诱导型启动子能精确控制抗病基因在侵染位点的表达,是抗病基因工程的有效工具。prp1-1是来自马铃薯谷胱甘肽巯基转移酶基因启动子的一个273bp的片段,能够快速准确地启动被侵染位点抗病基因的表达;Rs-AFP2是具有对致病性丝状真菌的广谱抗性。该研究构建prp1-1调控Rs-AFP2基因表达的载体,经农杆菌介导转化法导入辣椒。逆转录PCR检测发现,转基因辣椒只在受到疫霉菌孢子侵染时,才由prp1-1启动Rs-AFP2基因的转录。用疫霉菌孢子灌根接种转基因辣椒T1代植株,35株T1代辣椒中有29株表现出明显的疫霉菌抗性。另将23株T1代辣椒种于人工气候箱,发现其形态和发育特征与相同条件下的非转基因植株无明显区别。研究表明,prp1-1调控Rs-AFP2的诱导表达达到了增强辣椒疫霉菌抗性的目的,而且避免了负面效应的发生。     

Biotic and abiotic stress down-regulate miR398 expression in Arabidopsis

MicroRNA398 targets two Cu/Zn superoxide dismutases (CSD1 and CSD2) in higher plants. Previous investigations revealed both decreased miR398 expression during high Cu²⁺ or paraquat stress and increased expression under low Cu²⁺ or high sucrose in the growth medium. Here, we show that additional abiotic stresses such as ozone and salinity also affect miR398 levels. Ozone fumigation decreased miR398 levels that were gradually restored to normal levels after relieved from the stress. Furthermore, miR398 levels decreased in Arabidopsis leaves infiltrated with avirulent strains of Pseudomonas syringae pv. tomato, Pst DC3000 (avrRpm1 or avrRpt2) but not the virulent strain Pst DC3000. To our knowledge, miR398 is the first miRNA shown to be down-regulated in response to biotic stress (P. syringae). CSD1, but not CSD2, mRNA levels were negatively correlated with miR398 levels during ozone, salinity and biotic stress, suggesting that CSD2 regulation is not strictly under miR398 control during diverse stresses. Overall, this study further establishes a link between oxidative stress and miR398 in Arabidopsis.     

拟南芥株型突变体zpr1的性状特征与基因鉴定分析

对本研究室经T-DNA插入法获得的拟南芥株型突变株系——隐性突变体zpr1植株进行植物学性状调查和遗传分析,并对该突变基因进行鉴定、表达定位和调控元件分析。结果显示:(1)性状分析表明,与野生型拟南芥Ws-2相比,突变体zpr1的茎生叶分枝数量增加,茎生叶分枝发生于拟南芥顶端花序部位;野生型拟南芥茎生叶为披针形,而突变体zpr1没有出现分枝的茎生叶呈倒卵形,出现分枝的茎生叶呈披针型;突变体zpr1的主花序高度、株高、分枝高度和分枝长度都高于野生型,且分枝数多于野生型。(2)利用质粒挽救和反向PCR法(IPCR)确定了ZPR1基因突变发生位置是该基因起始密码子上游426bp处,证明T-DNA插入破坏了ZPR1基因的启动子区域,导致该基因在拟南芥内不能正常表达。(3)基因转录调控区域的顺式作用元件分析发现在ZPR1基因的转录调控区有多个与植物激素相关的调控元件,还有与光周期调节相关的调控元件。(4)亚细胞定位发现,ZPR1基因在所有细胞中的细胞膜中表达,而在部分细胞的细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达。研究表明,ZPR1基因的表达对植物株型发育有重要的调控作用,该基因的表达水平受植物激素和光照的调节,最终导致了植物株型的变化。     

The genetic characterization of Pseudomonas syringae pv. tagetis based on the 16S–23S rDNA intergenic spacer regions

Pseudomonas syringae pv. tagetis, a plant pathogen being considered as a biological control agent of Canada thistle (Cirsium arvense), produces tagetitoxin, an inhibitor of RNA polymerase which results in chlorosis of developing shoot tissues. Although the bacterium is known to affect several plant species in the Asteraceae and has been reported in several countries, little is known of its genetic diversity. The genetic relatedness of 24 strains of P. syringae pv. tagetis with respect to each other and to other P. syringae and Pseudomonas savastanoi pathovars was examined using 16S–23S rDNA intergenic spacer (ITS) sequence analysis. The size of the 16S–23S rDNA ITS regions ranged from 508 to 548 bp in length for all 17 P. syringae and P. savastanoi pathovars examined. The size of the 16S–23S rDNA ITS regions for all the P. syringae pv. helianthi and all the P. syringae pv. tagetis strains examined were 526 bp in length. Furthermore, the 16S–23S rDNA ITS regions of both P. syringae pv. tagetis and P. syringae pv. helianthi had DNA signatures at specific nucleotides that distinguished them from the 15 other P. syringae and P. savastanoi pathovars examined. These results provide strong evidence that P. syringae pv. helianthi is a nontoxigenic form of P. syringae pv. tagetis. The results also demonstrated that there is little genetic diversity among the known strains of P. syringae pv. tagetis. The genetic differences that do exist were not correlated with differences in host plant, geographical origin, or the ability to produce toxin.     

小立碗藓PpAGO7基因启动子分离及其启动活性分析

AGO7蛋白在多种植物中被发现并预测在叶片生长发育过程中起作用,但是在高等植物中最古老且唯一没有维管束的苔藓植物中却未有报道。该文通过BLAST比对水稻OsAGO7基因编码的氨基酸序列得到小立碗藓AGO7蛋白编码基因PpAGO7,扩增PpAGO7基因起始密码子上游的启动子序列,利用在线软件PlantCARE和PLACE分析该启动子的结构特征;并构建启动子分析载体pPpAGO7-GUS,转化拟南芥,通过转基因拟南芥GUS染色结果分析推测PpAGO7启动子的启动特性。结果显示:(1)PpAGO7基因启动子序列中含有大量的光反应有关的顺式作用元件以及数个分生组织相关和防御与胁迫相关作用元件。(2)T2代转基因拟南芥的GUS染色结果表明,PpAGO7基因启动子会启动GUS在拟南芥的不同部位和不同生长时期表达,而且在根尖、叶片顶端、雄蕊的花药、雌蕊的柱头和种子等部位的染色较其他部位更深。(3)生长在光照强度1 000lx和4 000lx下转基因拟南芥的GUS酶活性比光照强度7 000lx和10 000lx下的低。研究表明所克隆的PpAGO7基因启动子具有组成性启动活性,且在生长旺盛的部位启动活性较强,此外其启动活性还受到光照因素的影响,为进一步研究小立碗藓的PpAGO7基因功能提供了重要依据。     

拟南芥ABA敏感突变体asm1的分离与鉴定

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究材料,从T-DNA突变体库中筛选分离得到1株脱落酸(ABA)敏感突变体asm1(ABA sensitive mutant 1,asm1),在含有ABA的培养基中,与野生型相比,asm1突变体的根伸长明显受到抑制,且其种子萌发结果显示asm1对ABA同样表现出敏感特性。在生长发育方面,asm1突变体抽苔时间提前,植株矮化,并且荚果长度明显小于野生型。利用远红外成像系统分析发现,在干旱胁迫下asm1突变体叶面温度高于野生型;失水率分析显示突变体失水率降低以及水分散失减少。遗传学分析表明,asm1是单基因隐性突变且与一个T-DNA插入共分离;通过图位克隆成功获得候选基因ASM1。RT-PCR结果显示,在突变体中ASM1的表达受到抑制,并且能够调控多种ABA信号通路和胁迫应答基因的表达水平。研究结果表明,ASM1可能参与调控ABA信号转导并应答干旱胁迫。     

皇竹草活性氧代谢对阿特拉津胁迫的响应特征

采用水培实验研究了4个浓度（5、10、20、40 mg·L^-1）除草剂阿特拉津胁迫下,皇竹草（Pennisetum hydridum）叶片内超氧阴离子生成速率、过氧化氢（H₂O₂）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量、原生质膜透性的变化,探讨皇竹草对阿特拉津的抗性及其生理机制。结果显示:（1）低浓度（5、10 mg·L^-1）的阿特拉津胁迫使皇竹草叶片内超氧阴离子生成速率和CAT活性升高,却使H₂O₂含量及SOD和POD活性降低,但随着培养时间的延长,培养液中阿特拉津浓度的降低导致上述指标又有恢复到正常水平的趋势;而高浓度（40 mg·L^-1）的阿特拉津胁迫则使皇竹草叶片内H₂O₂含量、SOD、POD和CAT活性持续降低。（2）在各胁迫浓度下持续胁迫10 d后,皇竹草叶片内MDA含量开始逐渐升高,并且升高幅度随着胁迫浓度的提高而明显增加,但各胁迫浓度下叶片原生质膜相对透性未见明显的变化。研究表明,皇竹草可能通过活性氧等信号分子调控自身保护酶系统的活性来缓解阿特拉津造成的伤害,从而对低浓度（5、10 mg·L^-1）的阿特拉津胁迫表现出较强抗性。