转玉米PEPC基因水稻中有限的C4光合微循环及其生理作用

用转PEPC基因水稻(Oryza sativa L. subsp.japonica Kitaake)和原种水稻Kitaake为材料,研究了不同基因型水稻叶片中的C4光合微循环及其功能.通过测定与光合C4途径有关的关键酶,如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP -苹果酸酶(NADP -ME)、NADP -苹果酸脱氢酶(NADP -MDH)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK),说明原种水稻叶片中具有完整的C4光合酶体系;用外源OAA或MA饲喂叶切片或叶绿体后明显增加光合速率,证明原种水稻中具有一个有限的光合C4微循环.将玉米的PEPC基因导入原种水稻后,可大幅度提高光合C4微循环的速率.测定不同基因型的CO2交换速率,看出水稻中C4光合微循环的增强有提高净光合速率(Pn)和降低光呼吸速率/净光合速率(Pr/Pn)比值的作用.叶绿素荧光特性分析表明,C4光合微循环的增强伴随着PSⅡ电子传递效率(Fv/Fm)和光化学猝灭(qP)的增加以及非光化学猝灭(qN)的降低;这些结果为通过基因工程手段提高作物光合效率的遗传育种提供了科学根据.     

转C4光合酶基因水稻株系的抗光氧化特性

用经转入磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）,丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）,NADP－苹果酸酶（NADPME）,PEPC＋PPDK等酶的基因的水稻株系及原种为材料,研究了光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化,光氧化处理后,与原种相比,转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC＋PPKD基因水稻株系的PSⅡ原初光化学效率（Fv/Fm),PSⅡ在照光下的实际光化学效率（φPSⅡ)和光化学猝灭（qp)下孤的比原种少,而非光化学猝灭（qN)增加的比原种多,说明在光氧化条件下,转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏,同时转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏;同时转C4兴合酶基因水稻株系诱导产生的内源活性氧清除酶系超氧化物歧化酶（SOD）,过氧化氢酶（CAT）,过氧化物酶（POD）的活性比原种高,从而有效清除水稻叶片内的活性氧（O2^-,H2O2),使活性氧积累比原种少,因而膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）产生较少,表明转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC＋PPDK基因水稻株系耐光氧化能力较强,在光氧化条件下,它们的叶绿素和蛋白质含量下降较少,表现出在耐光氧化特性,这些结果为应用生物技术创造耐光氧化种质提供了实验依据。     

转C4光合酶基因水稻株系的抗光氧化特性

用经转入磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、丙酮酸磷酸二激酶(PPDK)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、PEPC+PPDK等酶的基因的水稻株系及原种为材料,研究了光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化.光氧化处理后,与原种相比,转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC+PPDK基因水稻株系的PSⅡ原初光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ在照光下的实际光化学效率(ФPSⅡ)和光化学猝灭(qp)下降的比原种少,而非光化学猝灭(qN)增加的比原种多,说明在光氧化条件下,转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏;同时转C4光合酶基因水稻株系诱导产生的的内源活性氧清除酶系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性比原种高,从而有效清除水稻叶片内的活性氧(O-2、H2O2),使活性氧积累比原种少,因而膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)产生较少.表明转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC+PPDK基因水稻株系耐光氧化能力较强.在光氧化条件下,它们的叶绿素和蛋白质含量下降较少,表现出耐光氧化特性.这些结果为应用生物技术创造耐光氧化种质提供了实验依据.     

转C4光合酶基因水稻的CO2交换和荧光特性

用转PEPC、PPDK、NADP-ME、PEPC+PPDK酶基因水稻(Oryza sativa L.)及原种为材料 ,研究了光合作用对光照、温度、CO2的响应和光抑制条件下的叶绿素荧光特性,结果如下: 1.转C4光合酶基因水稻的饱和光合速率比原种高,其中转PEPC、PEPC+PPDK双基因水稻的光饱和点比原种高200 μmol*m-2*s-1,饱和光合速率比原种分别高51.6%和 58.5%;转PEPC基因水稻的羧化效率比原种高49.3%,CO2补偿点降低26.2%;在高温(35 ℃)下,转PEPC基因水稻的光合速率比原种高17.5%.2.经光抑制处理8 d后,转PEPC、PEPC +PPDK酶基因水稻的PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)和光化学猝灭(qP)下降20%- 30%,非光化学猝灭(qN)增加了约30%;但原种的Fv/Fm和qP下降了5 0%多,qN变化不明显,表明转C4光合基因水稻耐光抑制能力增强.这些结果为用生物技术提高水稻光合效率研究提供了新的依据和途径.     

转C4光合酶基因水稻的CO2交换和荧光特性

用转PEPC、PPDK、NADP_ME、PEPC PPDK酶基因水稻 (OryzasativaL .)及原种为材料 ,研究了光合作用对光照、温度、CO2 的响应和光抑制条件下的叶绿素荧光特性 ,结果如下 :1.转C4 光合酶基因水稻的饱和光合速率比原种高 ,其中转PEPC、PEPC PPDK双基因水稻的光饱和点比原种高 2 0 0 μmol·m-2 ·s-1,饱和光合速率比原种分别高5 1.6 %和 5 8.5 % ;转PEPC基因水稻的羧化效率比原种高 49.3% ,CO2 补偿点降低 2 6 .2 % ;在高温 (35℃ )下 ,转PEPC基因水稻的光合速率比原种高 17.5 %。 2 .经光抑制处理 8d后 ,转PEPC、PEPC PPDK酶基因水稻的PSⅡ光化学效率 (Fv/Fm)和光化学猝灭 (qP)下降 2 0 % - 30 % ,非光化学猝灭 (qN)增加了约 30 % ;但原种的Fv/Fm 和qP下降了 5 0 %多 ,qN变化不明显 ,表明转C4 光合基因水稻耐光抑制能力增强。这些结果为用生物技术提高水稻光合效率研究提供了新的依据和途径     

转PEPC基因水稻的光合生理特性

用转PEPC、PPDK、NADP－ME、PEPC＋PPKD双基因水稻（Oryza sativa L.）及原种为材料,以光合酶活性、饱和光合速率及PSⅡ光化学效率（Fv/Fm）为指标,研究了转PEPC基因水稻的光合生理特征。结果如下：转PEPC基因水稻EPC活性比原种提高20倍;饱和光合速率比原种高55％;用高光强或人工光氧化剂甲基紫精（MV）处理后,与原种相比,转PEPC基因水稻光化学效率下降较少,证明其耐光抑制、耐光氧化能力增强,测定其兴合日变化看出：在1d中不同时间,转PEPC基因水稻的光合速率均高于原种,且与PEPC活性的日变化有相似的趋势,上述结果为转PEPC基因水稻的生理机制和种研究提供了依据和途径。     

草酰乙酸和苹果酸对菠菜叶片和完整叶绿体光合作用的影响

观测了OAA和MA对菠菜叶征和完整叶绿体光合作用的影响。结果显示,当叶片切块在20μmol/L的OAA存在时,其叶片的光合放氧速率增加了89％,经OAA处理的离体完整叶绿体的光合放氧速率增加了72％;当反应体系中存在有较高浓度的NaHCO3时,OAA的作用不明显。叶片经20μmol/L的MA处理后,叶片光合放氧速率比对照高127％。用CO2分析仪观测了处理后叶片的净光合速率（Pn）,结果显示,OAA和MA处理后的叶片Pn值分别是对照的117％和111％。对在C3植物中建立C4微循环系统来提高光合作用效率的可能性进行了讨论。     

草酰乙酸和苹果酸对菠菜叶片和完整叶绿体光合作用的影响

观测了OAA和MA对菠菜叶片和完整叶绿体光合作用的影响.结果显示,当叶片切块在20μmol/L的OAA存在时,其叶片的光合放氧速率增加了89%,经OAA处理的离体完整叶绿体的光合放氧速率增加了72%;当反应体系中存在有较高浓度的NaHCO3时,OAA的作用不明显.叶片经20 μmol/L的MA处理后,叶片光合放氧速率比对照高127%.用CO2分析仪观测了处理后叶片的净光合速率(Pn),结果显示,OAA和MA处理后的叶片Pn值分别是对照的117%和111%.对在C3植物中建立C4微循环系统来提高光合作用效率的可能性进行了讨论.     

大豆叶片C4循环途径酶

以不同产量水平的大豆（Glycine max(L.)Merr.)品种“黑农40”和“黑农37”为实验材料,研究了苗期,开花期,初荚期和鼓粒期等不同发育时期的叶片中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase),NADP－苹果酸氢酶（NADPMDH）,NADP－苹果酸酶（NADP－ME）,丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）等C4途径的主要酶和1,5－二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPCase）的活性变化,结果表明两种大豆叶片均含有上述4种酶,而且从PEPCase/RuBPCase的比值看,C4酶在高产大豆“黑农40”叶片中表达较高,表明C4循环途径与大豆产量密切相关,这一结果还暗示有可能通过检测C4途径酶的表达水平及比例,筛选出具有高产潜力的大豆种质。     

外源水杨酸对光抑制条件下小麦叶片光合作用的影响

以浓度为50、100、200 mg·kg-1的水杨酸(SA)预先处理灌浆期的小麦叶片,可有效防护强光所致的氧化损伤,维持较高的超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,减轻丙二醛(MDA)积累.叶片在光抑制条件下,可维持较高的通过PSⅡ电子传递速率(Fm/Fo)、PSⅡ原初光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)、净光合速率(Pn)和较低的非光化学猝灭系数(qNP).其中,以较低浓度SA(50 mg·kg-1)的效果较好.     

人Sema4C重组腺病毒载体的构建及其在小鼠成肌细胞系C2C12中的表达

利用Ad5腺病毒载体系统构建人Sema4C基因重组腺病毒表达载体并在成肌细胞系C2C12中表达,并初步探讨Sema4C基因在成肌发育过程中的可能作用。利用脂质体介导重组腺病毒载体转染HEK293细胞,包装出完整的腺病毒;将重组腺病毒载体感染C2C12成肌细胞后,利用激光共聚焦显微镜观察发现12h即有绿色荧光表达,24h后绿色荧光蛋白表达最强;流式细胞仪检测病毒的感染效率几乎达100%。WB检测结果表明感染重组腺病毒载体组C2C12细胞Sema4C蛋白的表达量明显高于空载体对照组（P<0.01）。为了进一步观察Sema4C基因对C2C12细胞增殖分化的影响,流式细胞仪检测了病毒感染48h后C2C12细胞的增殖指数,并对感染后诱导分化的C2C12细胞的分化情况进行了观察。我们的结果首次表明,过表达外源性人Sema4C基因不仅能使C2C12细胞的G0/G1期比例增加,细胞的增殖指数下降,同时在分化培养条件下还能促进C2C12细胞肌管的形成。     

移植肾活检组织C4d免疫组化方法的比较

目的探讨移植肾活检组织C4d免疫组化检测方法 ,寻求其实验的标准化。方法 121例移植肾活检和10例供肾标本根据ALPCO抗体手工免疫组化结果将病例分为四个组:C4d弥漫阳性组、局灶阳性组、阴性组和供肾组,采用ALPCO和ABCAM两种C4d抗体,石蜡切片行手工免疫组化和全自动免疫组化机器套染技术(以下简称机器套染),比较两种抗体和染色方法的染色结果。结果 ALPCO和ABCAM两种抗体手工免疫组化和机器套染在肾小球毛细血管基底膜(GBM)和肾小管周围毛细血管(PTC)均有良好着色,在20例ALPCO抗体手工免疫组化为弥漫阳性组标本中,染色强度在+至+++之间,而机器套染均为+,有7例标本机器套染染色强度低于手工染色,但并不改变染色的弥漫程度,另有3例其机器套染为局灶阳性;而ABCAM抗体其手工免疫组化和机器套染染色强度除1例为阴性外,其余均为+,有3例手工免疫组化和4例机器套染为局灶阳性。对于ALPCO抗体手工免疫组化为局灶阳性组的标本,其机器套染和AB-CAM抗体染色重复性较差:其机器套染有1例为阴性,而ABCAM抗体手工免疫组化有2例、机器套染有3例为阴性。ALPCO抗体手工免疫组化阴性组和供肾组标本,其机器套染和ABCAM抗体染色均为阴性,重复性良好。同时机器套染与手工免疫组化相比,拥有更好的染色背景,而且大大缩短了染色时间,更有利于急诊肾活检和免疫组化实验的标准化。结论虽然ALPCO和ABCAM两种抗体染色效果有小的差异,但总体重复性良好。ABCAM抗体在染色过程中尤其是机器套染应注意防止假阴性。手工免疫组化和机器套染联合使用为C4d免疫组化染色提供更为快捷、可靠的技术保障。     

Sema4C在神经干细胞中的表达

目的：探讨Sema4C及其相关蛋白在神经干细胞中的表达。方法：利用RT-PCR、WestemI,blot、免疫荧光等方法对神经干细胞中内源性Sema4C及其相关蛋白的表达进行检测。结果：Sema4C及其相关蛋白在神经干细胞中表达,并且Sema4C在神经干细胞终末分化细胞神经元中表达,但在星形胶质中不表达。结论：Sema4C及其相关蛋白在神经干细胞中表达,提示Sema4C及其相关蛋白可能在神经干细胞中起作用。     

The influence of climatic factors on the distribution of C4 species in Europe

A checklist of the currently-known C4 species which occur in Europe was compiled, and the number of these found in European territories was ascertained. Their contribution to the local floras range from 4.35% in the Azores to 0% in Svalbard. Subsequently, a stepwise multiple regression analysis was used to correlate the relative abundances of four subdivisions of C4 species with climatic variables derived for each territory from meteorological tables. The four subdivisions were: (a) total number of C4 species; (b) number of native C4 species; (c) C4 monocots and (d) C4 dicots. These values were expressed as percentages of either the total flora, (a), or the native flora ((b), (c) and (d)) for the regressions. The abundance of each C4 subdivision was found to be strongly correlated with temperature, and to a lesser extent, negatively with precipitation. Habitat information about the European C4 species was also analysed and it was concluded that their apparent preference for maritime and ruderal habitats indicates some form of competitive advantage of the pathway under saline or disturbed conditions. A small number of European C4 species was identified whose distribution appears to be anomalous with respect to temperature and/or soil moisture content.Nomenclature follows Tutin et al. Flora Europaea.     

Mesophyll cells of C4 plants have fewer chloroplasts than those of closely related C3 plants

The evolution of C₄ photosynthesis from C₃ ancestors eliminates ribulose bisphosphate carboxylation in the mesophyll (M) cell chloroplast while activating phosphoenolpyruvate (PEP) carboxylation in the cytosol. These changes may lead to fewer chloroplasts and different chloroplast positioning within M cells. To evaluate these possibilities, we compared chloroplast number, size and position in M cells of closely related C₃, C₃–C₄ intermediate and C₄ species from 12 lineages of C₄ evolution. All C₃ species had more chloroplasts per M cell area than their C₄ relatives in high‐light growth conditions. C₃ species also had higher chloroplast coverage of the M cell periphery than C₄ species, particularly opposite intercellular air spaces. In M cells from 10 of the 12 C₄ lineages, a greater fraction of the chloroplast envelope was pulled away from the plasmalemma in the C₄ species than their C₃ relatives. C₃–C₄ intermediate species generally exhibited similar patterns as their C₃ relatives. We interpret these results to reflect adaptive shifts that facilitate efficient C₄ function by enhancing diffusive access to the site of primary carbon fixation in the cytosol. Fewer chloroplasts in C₄ M cells would also reduce shading of the bundle sheath chloroplasts, which also generate energy required by C₄ photosynthesis.     

The functional significance of C3-C4 intermediate traits in Heliotropium L. (Boraginaceae): gas exchange perspectives

We demonstrate for the first time the presence of species exhibiting C3-C4 intermediacy in Heliotropium (sensu lato), a genus with over 100 C3 and 150 C4 species. CO2 compensation points (Gamma) and photosynthetic water-use efficiencies (WUEs) were intermediate between C3 and C4 values in three species of Heliotropium: Heliotropium convolvulaceum (Gamma = 20 micromol CO2 mol(-1) air), Heliotropium racemosum (Gamma = 22 micromol mol(-1)) and Heliotropium greggii (Gamma = 17 micromol mol(-1)). Heliotropium procumbens may also be a weak C3-C4 intermediate based on a slight reduction in Gamma (48.5 micromol CO2 mol(-1)) compared to C3Heliotropium species (52-60 micromol mol(-1)). The intermediate species H. convolvulaceum, H. greggii and H. racemosum exhibited over 50% enhancement of net CO2 assimilation rates at low CO2 levels (200-300 micromol mol(-1)); however, no significant differences in stomatal conductance were observed between the C3 and C3-C4 species. We also assessed the response of Gamma to variation in O2 concentration for these species. Heliotropium convolvulaceum, H. greggii and H. racemosum exhibited similar responses of Gamma to O2 with response slopes that were intermediate between the responses of C3 and C4 species below 210 mmol O2 mol(-1) air. The presence of multiple species displaying C3-C4 intermediate traits indicates that Heliotropium could be a valuable new model for studying the evolutionary transition from C3 to C4 photosynthesis.     

北京北部农牧交错区C4植物及其形态功能型和生境分析

根据野外调查和文献资料研究了北京北部农牧交错区C4植物的种类组成、形态功能型组成及其与生境的关系.该区共有野生C4植物68种,分布在7科,40个属,其中禾本科43种,莎草科16种,藜科5种.1年生（ANG和ANF）C4物种占C4植物总数的62%,它们在盐碱地、沙地、弃耕干扰地、湿地均超过这些生境C4植物分布的半数,在草地ANG和ANF超过30%;C4植物数量和C4/total在该地区的生境分布中有两个方向的变化：一是从草地到弃耕干扰地,两者均呈增加趋势,二是从草地到沙地和盐碱地呈现前者减少而后者增加的不同变化趋势,体现了农牧交错区植被退化的复杂性.     

C3和C4植物光合途径的适应性变化和进化

高等植物大多为C₃植物, C₄植物和景天酸代谢(Crassulacean acid metabolism, CAM)植物是由C₃植物进化而来的。C₄途径的多源进化表明, 光合途径由C₃途径向C₄途径的转变相对简单。该文分析研究了植物光合途径的进化前景, 指出C₄植物是从C₃植物进化而来的高光效种类, 且地质时期以来降低的大气CO₂浓度和升高的大气温度以及干旱和盐渍化是C₄途径进化的外部动力。C₃植物的C₄途径的发现说明植物的光合途径并非是一成不变的, C₃和C₄植物的光合特征具有极大的可塑性, 某些环境的变化会引起植物光合途径在C₃和C₄途径之间转变。C₃植物具有的C₄途径是环境调控的产物, 是对逆境的适应性进化结果, 因而光合途径的转变也适用于干旱地区植被的适应性生存机理研究。该文还利用国外最新的C₄光合进化模型介绍了植物在进化C₄途径中所经历的7个重要时期(从分子基础到形态基础、结构基础, 再到物质代谢水平、光合酶活水平, 直到C₃和C₄途径协调运转时期, 最后达到形态与功能最优化阶段), 并结合全球气候变化的特点对国内外相关领域的研究进行了分析, 总结了植物光合途径的适应性转变和进化的研究成果, 为今后的相关工作提出建议。     

Characterization of the cellular localization of C4orf34 as a novel endoplasmic reticulum resident protein

Human genome projects have enabled whole genome mapping and improved our understanding of the genes in humans. However, many unknown genes remain to be functionally characterized. In this study, we characterized human chromosome 4 open reading frame 34 gene (hC4orf34). hC4orf34 was highly conserved from invertebrate to mammalian cells and ubiquitously expressed in the organs of mice, including the heart and brain. Interestingly, hC4orf34 is a novel ER-resident, type I transmembrane protein. Mutant analysis showed that the transmembrane domain (TMD) of hC4orf34 was involved in ER retention. Overall, our results indicate that hC4orf34 is an ER-resident type I transmembrane protein, and might play a role in ER functions including Ca²⁺ homeostasis and ER stress. [BMB Reports 2014; 47(10): 563-568]