矮牵牛PhNAL1b基因的克隆及功能分析

NAL1 (narrow leaf 1)基因在植物的分枝发育中具有重要作用,但在矮牵牛中研究较少。为了研究矮牵牛中NAL1基因的功能,本研究从矮牵牛(Petunia×hybrida cv.Mitchell Diploid)中克隆了PhNAL1b基因,该基因全长1 767 bp,编码588个氨基酸,含有Peptidase S64结构域。PhNAL1b启动子区域含有多个生长素、茉莉酸、脱落酸和光响应元件。表达分析显示PhNAL1b在根中的表达量最高,花中的表达量最低,且去顶以及细胞分裂素均能够抑制其转录。亚细胞定位分析表明PhNAL1b定位于细胞核中,为核蛋白。利用病毒诱导基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术抑制PhNAL1b的表达,引起了矮牵牛分枝数目显著增加、株高降低。上述结果表明PhNAL1b在调控矮牵牛分枝发育中具有重要作用。本研究为揭示NAL1基因调控矮牵牛分枝发育的机理奠定了基础,并为株型改良提供了基因资源。     

茶树CsLEA5基因的克隆及表达分析

该研究以茶树‘龙井长叶’为材料,克隆获得了茶树胚胎发育晚期丰富蛋白基因CsLEA5的cDNA序列,该序列全长515 bp,包含一个375 bp的开放阅读框,编码124个氨基酸,预测蛋白分子量为13.5 kD,理论等电点为5.92。蛋白序列分析结果显示,CsLEA5为高亲水性和稳定性蛋白,且含有一个典型的LEA_3保守结构域,属于LEA蛋白中LEA_3亚家族成员。CsLEA5基因启动子区域包含多种与逆境响应相关的顺式作用元件,如乙烯响应元件（ERE）、胁迫响应元件（STRE）、创伤响应元件（WUN motif）及MYB、MYC转录因子识别位点等。qRT PCR分析显示,CsLEA5基因表达具有明显的组织特异性,在叶片中的表达量最高,其次是嫩茎,而在其他组织器官中的表达量较低,且CsLEA5基因表达受低温和干旱胁迫的诱导。研究表明,CsLEA5基因可能在茶树响应低温和干旱胁迫过程中发挥重要作用。该研究对了解茶树抗逆分子机制,筛选抗性候选基因资源提供了重要理论依据。     

百合LbCAT和LbGPX基因的克隆与表达分析

以切花百合(Lilium brownii var. viridulum)‘卡瓦纳’cDNA为模板,克隆了过氧化氢酶(LbCAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(LbGPX)基因。序列分析表明,这2个基因分别包含1 479 bp和519 bp的开放阅读框(ORF),编码492个和172个氨基酸。进化分析结果表明,LbCAT蛋白与岷江百合CAT蛋白的氨基酸序列相似性最高(99.19%),且亲缘关系最近;LbGPX蛋白与油棕GPX蛋白的氨基酸序列相似性最高(78.61%),亲缘关系最近。qRT PCR结果显示,LbCAT和LbGPX在百合根、鳞茎、叶和花中都有表达。LbCAT在叶中表达量最高,LbGPX在花中表达量最高。这2个基因在百合花蕾的生长发育过程中均有表达,且表达量逐渐增加;在PEG处理后2个基因的转录水平升高,但独角金内酯(SLs)处理却显著降低了这2个基因的转录水平;该结果为百合抗逆性机理研究以及抗逆育种奠定了基础。     

华丽龙胆GsF3′5′H和GsFNS基因的克隆及表达分析

该研究以华丽龙胆(Gentiana sino ornata)5个不同开放阶段(H₁~H₅)的蓝色花冠为试材,利用RT PCR技术克隆GsF3′5′H和GsFNS全长序列,并进行生物信息学分析,比较GsF3′5′H和GsFNS在不同组织和不同开放阶段的基因表达模式。结果显示：(1)所克隆的GsF3′5′H和GsFNS基因分别包含1 560 bp和1 590 bp开放阅读框(OFR),并分别编码520和529个氨基酸。(2)结构分析显示,GsF3′5′H和GsFNS均具有典型的F3′5′H和FNSⅡ蛋白保守结构域。(3)系统进化树分析表明,GsF3′5′H和GsFNS亲缘关系最近的物种是三花龙胆(Gentiana triflora)。(4)qRT PCR结果显示,GsF3′5′H和GsFNS基因在根、茎、叶和花冠中均表达,其中GsF3′5′H基因在花冠H₃阶段表达量最高。GsFNS在根中表达量最高,其次在花冠H₄阶段两基因的表达均较高。研究推测,GsF3′5′H基因表达产生的飞燕草素苷和GsFNS表达产生的黄酮共着色作用可能使华丽龙胆的花冠呈更稳定艳丽的蓝色,为蓝色花分子育种提供重要的基因资源。     

百合LbKCS5和LbKCS17基因的克隆与表达分析

β 酮脂酰辅酶A合成酶(KCS)是超长饱和脂肪酸链(VLCFAs)生物合成中的限速酶,该研究以百合(Lilium brownii var. viridulum Baker.)‘黄天霸’cDNA为模版, 采用RT PCR方法克隆了LbKCS5和LbKCS17基因的CDS序列,并进行序列分析,采用qRT PCR方法分析其基因表达以及胁迫诱导特征。结果表明：(1)LbKCS5和LbKCS17分别包含689和1 238 bp完全阅读框(ORF), 编码186和291个氨基酸;进化分析显示, LbKCS5与油棕KCS5、LbKCS17与莲KCS17序列相似性最高,分别为82.61%和77.62%。(2)基因表达分析结果显示, LbKCS5和LbKCS17 在百合营养器官中均有表达,二者在叶中表达量最高,在根中最少;在花器官中,LbKCS5的表达量在雄蕊中最高,LbKCS17在花药中最高,在花瓣中二者的表达量最低;在花蕾生长发育过程中,花瓣中2个基因的表达均先升高后下降,并于黄蕾期达到峰值;叶中LbKCS5表达量在黄蕾期达到最高,而LbKCS17在叶中的表达整体较低。(3)失水胁迫能提高这2个基因的转录表达,低温诱导LbKCS5表达量的增加,但却降低了LbKCS17的表达。研究表明,LbKCS5和LbKCS17在百合不同器官中均有表达,且均响应失水和低温胁迫,这为研究百合耐失水和低温胁迫以及新品种选育提供了理论支持。     

石蒜LrP5CS基因的克隆与表达特性分析

Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物渗透胁迫下谷氨酸途径合成脯氨酸的关键酶。该研究以石蒜(Lycoris radiata)为材料,采用同源克隆、RACE方法结合RT-PCR技术克隆获得LrP5CS基因全长cDNA序列。序列分析表明,LrP5CS基因全长2 521bp,其中开放阅读框(ORF)为2 139bp,编码713个氨基酸,预测编码蛋白质的分子量为77.19kD,等电点为6.34;LrP5CS是1个稳定的疏水蛋白,不含信号肽,不具有跨膜结构,具有AAK超基因家族和ALDH-SF超基因家族的保守结构域。氨基酸序列比对和系统进化树分析发现,LrP5CS与植物其他P5CS蛋白具有较高的一致性,且与海枣PdP5CS及油棕EgP5CS聚为一类,亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析结果表明,LrP5CS在根、鳞茎和叶片中均有表达,其中在鳞茎中的表达量最高。LrP5CS在20%聚乙二醇(PEG)处理下的表达模式分析发现,LrP5CS受PEG胁迫处理的诱导表达,其基因相对表达量在处理后6h达到最高;随着处理时间的延长,LrP5CS基因相对表达量水平逐渐下调至对照水平。将LrP5CS连接到表达载体pET-28a上,转化获得LrP5CS编码基因的大肠杆菌BL21(DE3)工程菌,通过IPTG诱导表达,SDS-PAGE分析表达产物发现成功表达目的蛋白。该研究结果为进一步分析LrP5CS基因功能及石蒜抗逆分子育种奠定了基础。     

枸杞花药发育基因LbMS2的克隆及表达分析

MS2(Male sterily2)类基因编码脂肪酰基还原酶,参与了花药绒毡层中脂类代谢过程。该研究以宁夏枸杞(‘宁杞1号’)为试验材料,采用RACE方法从枸杞花药cDNA中获得枸杞LbMS2基因。结果显示,LbMS2基因开放阅读框为1 782bp,编码593个氨基酸,等电点为8.98;生物信息学分析显示,LbMS2蛋白定位于叶绿体;LbMS2蛋白序列与茄科植物矮牵牛、茸毛烟草、马铃薯、番茄以及甜辣椒中的MS2蛋白表现出较高的序列相似性;实时荧光定量PCR结果显示,LbMS2基因具有器官表达特异性,只在枸杞花器官中表达,并且在枸杞花药发育的四分体时期以及单核花粉时期表达量最高。研究表明,LbMS2基因是枸杞花器官发育过程中的重要基因。     

水稻OsMBF1c基因的克隆及表达分析

多蛋白桥联因子1(multi protein bridging factor 1, MBF1)在植物应对逆境胁迫中起着重要的作用,而对于水稻中MBF1是否参与重金属胁迫响应机制目前尚未见相关报道。为了揭示水稻MBF1家族与重金属胁迫的相关性及其潜在作用机制,该研究利用PCR技术克隆水稻OsMBF1c基因的全长编码序列,通过生物信息学对基因功能进行分析和预测,并通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析其在镉(Cd)胁迫下的表达特征。结果表明:(1)OsMBF1c的全长编码序列为468 bp,共编码155个氨基酸,相对分子量为16.154 kDa。(2)OsMBF1c与大麦TdMBF1a.1亲缘关系最近,具有光、厌氧等环境因子诱导相关的顺式调节元件。(3)重金属Cd可诱导OsMBF1c表达且在时间上和组织中的表达水平具有特异性,100 μmol·L^-1 Cd 处理1 h 后,地上部分OsMBF1c表达量明显上调,为对照组的7倍; 100 μmol·L^-1 Cd 胁迫处理6 h后,根部OsMBF1c表达量上调为对照组的3倍。该研究结果进一步完善了非生物胁迫下MBF1家族的生物学功能研究。     

线果芥CpNSP5基因的克隆及表达分析

以该实验室前期从线果芥(Conringia planisiliqua L.)中通过mRNA差异显示技术筛选到的414bp干旱响应相关核心片段为基础,采用RACE技术对该片段进行全长克隆,序列比对分析发现,该片段与拟南芥的AtNSP5基因相似性较高,命名为CpNSP5。CpNSP5基因全长1 228bp,开放阅读框966bp,编码321个氨基酸。推测蛋白分子量为35.034 5kD,等电点为5.41。蛋白二级结构预测包含26个β-折叠,具有典型的Kelch repeat结构。系统进化分析发现,CpNSP5与白菜亲缘关系最近。实时荧光定量PCR检测发现,CpNSP5基因在20%PEG-6000和200mmol·L~(-1) NaCl胁迫下均受到不同程度诱导,说明CpNSP5基因可能与线果芥响应逆境胁迫有关。该研究结果为作物的抗旱育种提供了候选基因。     

梅花2个SVP基因的克隆与表达分析

SVP (SHORT VEGETATIVE PHASE)是MADS box家族一员,它能够整合多条开花途径的开花信号,调节植物由营养生长向生殖生长的转变。为了解梅花(Prunus mume Sieb. et Zucc.)成花转变过程的分子机理,该研究采用RT PCR方法从梅花‘长蕊绿萼’中克隆到2个SVP的同源基因,分别命名为PmSVP1和PmSVP2,并采用荧光定量PCR对2个基因的表达模式进行分析。序列分析表明,PmSVP1和PmSVP2的编码区长度分别为687 和672 bp,分别编码228和223氨基酸。系统进化结果显示,PmSVP1与拟南芥AtSVP以及一些木本植物SVP同源基因聚为一组,PmSVP2与马铃薯、乳浆大戟等草本植物中的SVP同源基因聚为一组。实时荧光定量分析表明,在成年梅花中,2个PmSVP基因主要在茎、叶和叶芽等营养器官中表达,且都在叶中表达量最高。在1月龄幼苗中,PmSVP1基因在根、茎、叶中都有表达,PmSVP2基因则没有任何表达;在梅花花芽分化过程中,PmSVP1和PmSVP2基因的表达量均呈现下调表达的趋势。研究推测,PmSVP1和PmSVP2基因可能参与调控梅花从营养生长向生殖生长的转变。     

植物激素对分枝发育的协同调控作用研究进展

植物分枝与其适应环境、生存竞争能力及产量形成密切相关。近年的研究表明植物激素信号在调控植物分枝发育过程中起关键作用。文章主要介绍了生长素、细胞分裂素以及独脚金内酯协同调控植物分枝发育的研究进展,为深入了解植物分枝发育的调控机制提供参考。     

Long-distance signalling and a mutational analysis of branching in pea

Four ramosus mutants with increased branching at basal andaerial nodes have been used to investigate the genetic regulation of budoutgrowth in Pisum sativum L. (garden pea). Studies oflong-distance signalling, xylem sap cytokinin concentrations, shootauxin level, auxin transport and auxin response are discussed. A modelof branching control is presented that encompasses twograft-transmissible signals in addition to auxin and cytokinin. Mutantsrms1 through rms4 are not deficient in indole-3-aceticacid (IAA) or in the basipetal transport of this hormone. Three of thefour mutants, rms1, rms3 and rms4, have veryreduced cytokinin concentrations in xylem sap from roots. This reductionin xylem sap cytokinin concentration appears to be caused by a propertyof the shoot and may be part of a feedback mechanism induced by anaspect of bud outgrowth. The shoot-to-root feedback signal is unlikelyto be auxin itself, as auxin levels and transport are not correlatedwith xylem sap cytokinin concentrations in various intact and graftedmutant and wild-type plants. Rms1 and Rms2 act inshoot and rootstock to regulate the level or transport ofgraft-transmissible signals. Various grafting studies and double mutantanalyses have associated Rms2 with the regulation of theshoot-to-root feedback signal. Rms1 is associated with a secondunknown graft-transmissible signal that is postulated to move in thedirection of root-to-shoot. Exogenous auxin appears to interact withboth of the signals regulated by Rms1 and Rms2 in theinhibition of branching after decapitation. The action of Rms3and Rms4 is less apparent at this stage, although both appearto act largely in the shoot.     

Micropropagation procedures for Leontochir ovallei

Leontochir ovallei Phil., an endangered Chilean species in the Alstroemericeae, was micropropagated on Murashige & Skoog medium supplemented with 4 M benzyladenine, 1 M indolebutyric acid and 146 mg l^-1 glutamine. Over 88% of the shoots rooted in vitro when treated with 10 M naphthaleneacetic acid and micropropagated plantlets were successfully transplanted into the greenhouse.Abbreviations BA benzyladenine - IBA indolebutyric acid - 2iP isopentenyladenine - NAA naphthaleneacetic acid - MS Murashige and Skoog (1962) medium     

Effects of Auxins and Cytokinins on Embryo Formation from Root-derived Callus of Oncidium ‘Gower Ramsey’

In an attempt to optimize somatic embryo formation in Oncidium ‘Gower Ramsey’, the effects of five auxins (2,4-D, IAA, IBA, NAA and picloram) and five cytokinins (2iP, BA, kinetin, TDZ and zeatin), used alone, was tested in vitro using root-derived callus. In general, kinetin (0.5 and 2 mg l⁻¹) and zeatin (0.5 mg l⁻¹) were found to be more effective than other auxin and cytokinin treatments to induce somatic embryogenesis from root-derived callus.     

Optimizing plant regeneration from seed-derived callus cultures of Kentucky bluegrass. The effect of benzyladenine

The effect of benzyladenine (BA) on the production of shoot-forming callus from seeds of two Poa pratensis cultivars was studied. Addition of low concentrations (0.1–0.3 mg l^-1) of BA to Murashige & Skoog (MS) callus induction medium containing 1 or 2 mg l^-1 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-d) stimulated somatic embryogenesis and strongly increased the percentage of seeds producing shoot-forming callus in both cultivars.     

Functional characterisation of a cytokinin oxidase gene DSCKX1 in Dendrobium orchid

Cytokinin oxidase plays an important role in the cytokinin regulatory processes. We have cloned a novel putative cytokinin oxidase, DSCKX1 (D endrobium Sonia cytokinin oxidase), by mRNA differential display from shoot apices of Dendrobium Sonia cultured in the presence of BA. The DSCKX1 gene appears to have three alternative splicing forms and its expression of DSCKX1 was induced in a tissue-specific manner by cytokinins. In transgenic orchid plants overexpressing DSCKX1, the elevated level of cytokinin oxidase activity was accompanied by a reduction of cytokinin content. These plants exhibited slow shoot growth with numerous and long roots in vitro. Their calli also showed decreased capability of shoot formation. Conversly, antisense transgenic plants showed rapid proliferation of shoots and inhibition of root growth combined with a higher endogenous cytokinin content than wild-type plants. Thus DSCKX1 appears to play an important role on cytokinin metabolism and the related developmental programmes in orchid.