水稻ECT基因家族的全基因组研究

真核生物mRNA转录后修饰可调控许多基因的遗传信息,植物m⁶A甲基化研究正成为关注的新热点。m⁶A结合蛋白 (m⁶A readers) 调节m⁶A修饰的特异性,通常具有YTH (YT521-B homology) 结构域,在拟南芥中被命名为ECT结构域 (evolutionarily conserved C-terminal region ECT domain) 。目前ECT基因已在拟南芥和水稻等植物中检测到,但该基因家族在水稻中的成员及生物学功能还缺乏研究。本研究通过水稻ECT基因家族的全基因组分析,鉴定出12个OsECT基因,具有1个保守的基序,多位于蛋白质氨基酸序列C-端。共线性分析表明,在水稻基因组内OsECT-c与OsECT-e发生了重复事件,在物种间ECT同源基因对可能是在双子叶和单子叶植物分化后形成。同源基因对OsECT的Ka/Ks < 1,表明OsECT基因家族在进化过程中可能经历了较强的纯化选择压力。表达模式分析显示,OsECT-b、OsECT-c、OsECT-e和OsECT-j在水稻生长初期各个组织均保持较高的表达水平,OsECT-g在干旱处理后表达量显著下调。因此,OsECT基因在水稻生长发育和逆境胁迫中可能发挥着重要作用。本研究为今后OsECT基因在水稻的节水抗旱机制研究和相关抗逆育种提供了重要的理论基础。     

铁皮石斛DoSMT2基因的功能分析

为了揭示铁皮石斛(Dendrobium officinale)甾醇C-24甲基转移酶2基因(DoSMT2)在甾醇代谢过程的功能,该研究通过根癌农杆菌介导法将来源于铁皮石斛的DoSMT2基因转化烟草(Nicotiana tabacum),并采用qRT-PCR技术检测DoSMT2基因在转基因烟草叶片中的表达,采用气相色谱质谱法分析菜油甾醇和谷甾醇的含量。结果显示:(1)成功获得DoSMT2基因的开放阅读框(1 119 bp),并成功构建正义植物表达载体质粒pCXSN-DoSMT2,经农杆菌介导的烟草叶盘转化法转化烟草并鉴定,获得4株阳性转基因烟草植株。(2)Southern blot结果表明,4株转基因烟草植株都有1条杂交信号带,而非转基因烟草植株没有,说明外源DoSMT2基因都以单拷贝整合到4株转基因烟草基因组中。(3)qRT-PCR检测显示,非转基因烟草未检测到外源DoSMT2基因的表达,4株转基因烟草都能检测到DoSMT2基因的表达,且表达水平差异极显著,各株系表达量高低依次为P3P1P2(P4)。(4)气相色谱质谱分析显示,转DoSMT2基因烟草叶片的菜油甾醇含量均极显著低于非转基因烟草叶片,而谷甾醇含量均极显著高于非转基因烟草叶片。研究表明,DoSMT2具有催化24-亚甲基胆甾烯醇转化形成24-亚乙基胆甾烯醇活性。     

siRNA沉默Myh3基因抑制C2C12细胞糖酵解

肌球蛋白重链3(myosin heavy chain 3,Myh3)基因为肌肉细胞分化的标志基因,调节肌肉细胞能量的利用,但其是否会影响肌肉细胞不同状态下的糖酵解过程尚鲜有报道。本文以成肌和成脂分化不同阶段的小鼠C2C12细胞为模型,利用qRT-PCR方法研究Myh3与糖酵解相关基因Pkm(M-type pyruvate kinse)、Prkag3(protein kinase adenosine monophosphate-activated γ3-subunit)和Gsk3β(glycogen synthase kinase-3β)的表达模式。发现在C2C12细胞成肌分化过程中,Myh3与糖酵解基因Prkag3和Pkm的相对表达趋势基本一致,都呈现相对表达水平先上升,分化第2 d达到峰值,之后下降的趋势;糖原合酶抑制基因Gsk3β的表达趋势相对平稳。而在C2C12细胞成脂分化过程中,Myh3依然与糖酵解基因Prkag3和Pkm的相对表达趋势基本一致,相对表达量逐渐上升,在分化第8 d达到最高值;糖原合酶抑制基因Gsk3β的表达保持稳定状态。在C2C12细胞成肌分化状态下,qRT-PCR和Western 印迹检测干扰Myh3对细胞糖酵解相关基因Pkm、Prkag3和Gsk3β mRNA和蛋白质表达的影响。结果显示,干扰Myh3后,糖酵解基因Pkm和Prkag3的mRNA表达量极显著降低(P<0.01),糖原合酶抑制基因Gsk3β的mRNA表达无明显变化(P>0.05);Myh3干扰组中Myh3和Pkm的蛋白质水平显著低于空白组和NC组细胞。在C2C12细胞成脂分化状态下,干扰Myh3,糖原合酶抑制基因Gsk3β和糖酵解基因Prkag3的mRNA表达量极显著升高(P<0.01),糖酵解基因Pkm的mRNA表达下降;Myh3干扰组中Myh3和Pkm的蛋白质水平也低于空白组和NC组细胞。综合以上研究,C2C12细胞成肌和成脂状态下糖酵解水平存在明显差异,Myh3与酵解基因的表达模式相似,进一步研究发现,干扰Myh3可以抑制C2C12细胞成肌状态下的糖酵解,不影响糖原合成。与成肌状态不同,在C2C12细胞成脂状态下干扰Myh3,抑制了糖原合成和糖酵解。     

胡杨WINDs基因克隆及功能初步分析*

目的: WIND(WOUND INDUCED DEDIFFERENTIATION),是属于ERF/AP2 (ETHYLENE RESPONSE FACTOR/ APETALA 2)家族的一种重要转录因子,该类基因最早被发现在拟南芥中可以与乙烯响应元件GCC-BOX和脱水响应元件DRE结合,响应干旱信号和调节乙烯水平。最近的研究发现WIND基因在植物伤口信号回应、愈伤组织形成及不定芽的产生过程中也发挥了关键作用。已有的研究阐述了WIND基因在拟南芥中控制愈伤组织形成及不定芽再生的机制,但其在木本植物中的功能尚不明确,将探究WIND基因在胡杨中与伤口信号响应及不定芽再生相关的功能,同时为在分子水平上解决胡杨再生问题提供理论依据。方法: 采用基因克隆、qRT-PCR、转基因表型分析等方法研究WIND基因在胡杨外植体伤口响应和再生不定芽过程中的作用。结果: 克隆胡杨WIND家族中的基因PeWIND1和PeWIND2,发现其编码区序列长度分别为1 050 bp和1 032 bp,编码349个和343个氨基酸,亚细胞定位均在细胞核中。组织特异性分析显示PeWIND1和PeWIND2在胡杨根、茎、叶、愈伤组织中均有表达,且在愈伤组织中表达量最高。时间表达特异性显示,在经伤口刺激后的24 h内,PeWIND1和PeWIND2基因均呈现先升高后降低的表达趋势,且均在伤口刺激后1 h达到表达量峰值。转基因植株表型统计发现,过表达PeWIND1和PeWIND2基因后转基因植株不定芽再生能力增强。结论: 在胡杨叶片有伤口刺激后,PeWIND1和PeWIND2响应伤口信号,表达量先升高后降低,PeWIND1和PeWIND2能够促进杨树茎段再生不定芽。     

Toll样受体4(TLR4)基因剔除小鼠构建及初步表型分析

目的 利用CRISPR/Cas9技术构建Toll样受体4(TLR4)基因敲除小鼠模型,并观察突变小鼠对革兰氏阴性细菌脂多糖(LPS)刺激响应的变化。方法 针对TLR4基因外显子2设计并合成1对sgRNA片段,与编码Cas9的mRNA混合后通过受精卵显微注射方法,建立TLR4基因敲除小鼠,通过繁育获得基因敲除纯合子小鼠(TLR4^-/-小鼠);通过LPS刺激,分析TLR4^-/-小鼠对炎症应激的反应情况,并在分子和病理水平上和野生型对照(WT)进行比较。结果 PCR及测序检测表明TLR4基因外显子2在小鼠基因中被成功敲除;给予LPS刺激后,IL1β、IL6、MyD88、iNOS及TNFa等炎症因子的表达在野生型小鼠的心、肝和肺组织中显著上调,而在TLR4^-/-小鼠中则几乎没有变化;血生化指标显示LPS刺激后WT小鼠血清中的尿素(Urea)和肌酐(Cre)水平显著升高,而TLR4^-/-小鼠刺激前后无显著变化,病理分析同样发现TLR4^-/-小鼠能够抵抗LPS对肾组织的损伤。结论 利用CRISPR/Cas9技术成功构建了TLR4基因剔除小鼠模型,TLR4的缺失能够降低IL1β、IL6、MyD88、iNOS及TNFa炎症因子对LPS刺激的响应,抑制LPS引起的炎症反应及对组织的损伤。     

胶州湾浮游植物rbcL基因分子遗传多样性研究

利用聚合酶链式反应扩增胶州湾表层海水浮游植物核酮糖1,5-二磷酸羧化/氧化酶大亚基基因(rbcL)片段,建立了该基因片段变异类型文库.随机测定了28个rbcL片段序列,依此初步分析了胶州湾表层海水浮游植物rbcL基因分子遗传多样性.结果表明,春季胶州湾表层海水浮游植物优势种群为D类rbcL代表的浮游植物,其中隐藻占28.6%、Stramenopies占32.1%、定鞭藻占28.6%、红藻占3.6%.B类rbcL代表的浮游植物为绿藻,占7.1%.根据各操作分类单元丰度计算的分子遗传多样性指数为2.85,根据逆翻译成的氨基酸序列计算的序列多样性为0.20.     

利用细菌人工染色体技术构建整合F基因的重组MDV疫苗株*

目的:预防马立克氏病病毒(MDV)和新城疫病毒(NDV)混合感染鸡引起的疾病,构建表达NDV F蛋白的MDV疫苗株CVI988 BAC重组载体,并包装成重组病毒,为疫苗免疫提供更多的重组疫苗选择。方法:首先利用PCR扩增带有卡那霉素(Kanamycin,Kana)抗性基因片段的F基因,采用同源重组的方法将其整合到CVI988 BAC上,进一步诱导I-SceI表达敲除Kana基因而获得重组质粒CVI988 BAC-F。通过磷酸钙法转染鸡胚成纤维细胞获得重组病毒。结果:Western blot和间接免疫荧光实验证实重组病毒能够表达F蛋白。病毒生长曲线和蚀斑大小测定结果表明,F基因的插入不影响病毒的体外增殖。结论:利用BAC技术成功构建了整合F基因的重组MDV病毒CVI988 BAC-F,为MDV重组疫苗研发,防控NDV与MDV共感染奠定了基础。     

斑马鱼tbx2b调控心脏房室间隔发育的功能研究*

tbx2是早期心脏发育的关键基因。为进一步探究其对房室间隔(AVC)发育的影响,研究利用CRISPR/Cas9介导的基因敲除技术,成功构建了斑马鱼tbx2b突变体。通过T7E1酶切对其F₀进行敲除效率检测,结果显示平均敲除效率约为57.5%。F₁进一步筛选获得tbx2b杂合突变体,测序结果显示突变类型为11 bp碱基缺失的移码突变。tbx2b杂合子内交获得纯合子,tbx2b纯合突变体在5 dpf死亡并出现早期心脏环化异常表型。斑马鱼整胚原位杂交实验显示在3 dpf tbx2b纯合突变体中, 心脏腔室分化特异性标志基因nppa、nppb表达上调并异位表达在AVC,而AVC发育关键基因has2的表达消失。高效构建tbx2b突变体并初探其对下游基因的影响,为后续深入研究tbx2b对心脏AVC发育的作用奠定了基础,同时加深了人们对早期心脏调控网络的认识。     

忽地笑LaSUVH1基因克隆与功能分析

为了深入探究忽地笑(Lycoris aurea)组蛋白赖氨酸甲基转移酶(histone lysine methyltransferase, HKMT)基因的功能,该研究根据前期转录组测序结果,采用RT PCR方法克隆得到一个组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因LaSUVH1。序列分结果表明, LaSUVH1基因的编码区(coding sequences, CDs)序列长2 007 bp,编码668个氨基酸残基;LaSUVH1蛋白不具有信号肽结构,无跨膜结构,为亲水性蛋白,含有SET、YDG/SRA、Pre SET和Post SET结构域;序列比对和系统进化树分析发现,LaSUVH1与芦笋AoSUVH1 like蛋白亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,LaSUVH1基因在忽地笑不同组织部位均有表达,且在叶中表达量最高。经潮霉素筛选成功获得3个反义过表达LaSUVH1的转基因拟南芥株系。进一步功能分析发现,反义过表达LaSUVH1促进了拟南芥幼苗侧根的发生,降低了拟南芥对NaCl的耐受性,增加了拟南芥种子萌发对脱落酸(ABA)的敏感性,表明LaSUVH1基因响应盐胁迫应答可能依赖ABA信号通路。     

白桦反义CCoAOMT基因调控木质素生物合成

白桦是我国北方重要的造林树种,但其中的高木质素含量严重制约了它作为造纸资源植物的开发利用。本文利用RACE技术获得了白桦咖啡酰辅酶A-3-O-甲基转移酶（CCoAOMT）基因全长ORF序列,并构建了白桦CCoAOMT基因的反义表达载体,通过农杆菌介导法将其导入到白桦中。PCR检测表明反义CCoAOMT基因已整合到白桦的基因组中。对转化植株的半定量PCR检测显示转基因株系的CCoAOMT基因表达量下降;Wiesner染色发现,与野生型相比,转基因植株木质素含量有所下降。对七年生的转基因白桦和野生型对照进行了化学成分分析,结果表明转基因白桦的苯醇抽提物和Klason木质素显著减少,聚戊糖含量升高。上述结果暗示BpCCoAOMT基因参与白桦木质素的合成,反义表达该基因后木质素含量减少,更易于去除。白桦CCoAOMT基因对木质素的合成起重要作用,这为培育低木质素含量的制浆新品种白桦奠定了基础。     

Downregulation of caffeoyl-CoA O-methyltransferase (CCoAOMT) by RNA interference leads to reduced lignin production in maize straw

Lignin is a major cell wall component of vascular plants that provides mechanical strength and hydrophobicity to vascular vessels. However, the presence of lignin limits the effective use of crop straw in many agroindustrial processes. Here, we generated transgenic maize plants in which the expression of a lignin biosynthetic gene encoding CCoAOMT, a key enzyme involved in the lignin biosynthesis pathway was downregulated by RNA interference (RNAi). RNAi of CCoAOMT led to significantly downregulated expression of this gene in transgenic maize compared with WT plants. These transgenic plants exhibited a 22.4% decrease in Klason lignin content and a 23.3% increase in cellulose content compared with WT plants, which may reflect compensatory regulation of lignin and cellulose deposition. We also measured the lignin monomer composition of the RNAi plants by GC-MS and determined that transgenic plants had a 57.08% higher S/G ratio than WT plants. In addition, histological staining of lignin with Wiesner reagent produced slightly more coloration in the xylem and sclerenchyma than WT plants. These results provide a foundation for breeding maize with low-lignin content and reveal novel insights about lignin regulation via genetic manipulation of CCoAOMT expression.     

小麦盐华南象草PpCAD基因的亚细胞定位及其在转基因烟草中的异源表达迫相关基因的克隆与表达分析

该研究根据已克隆的华南象草(Pennisetum purpureum cv.Huanan)肉桂醇脱氢酶(CAD)基因PpCAD的cDNA序列,构建亚细胞定位载体pAN580-PpCAD,用PEG介导法转化象草原生质体,以探究PpCAD蛋白在细胞内的定位;同时构建植物过表达载体pBA002-PpCAD,通过农杆菌介导法在烟草中异源表达,以研究PpCAD基因与植物木质素合成的关系。结果显示:(1)PpCAD定位在象草原生质体的细胞质内;(2)过表达载体pBA002-PpCAD转化烟草后获得27株转基因烟草,其中25株PCR鉴定为阳性;(3)半定量RT-PCR检测6株转基因烟草后发现,PpCAD基因在不同植株的表达量存在差异,通过Southern杂交检测后发现该差异与目的基因插入的拷贝数有关;(4)6株转基因烟草和野生型烟草表型上没有明显差异,除目的基因多拷贝插入的植株OEC6外,木质素含量有不同程度的提高,最高比野生型提高了56.50%。研究表明,PpCAD是一个细胞质蛋白,在烟草中过表达PpCAD能够提高植株木质素含量,表明PpCAD基因参与了植物的木质素合成,可用于象草的木质素调控研究。     

84K杨PagC3H3基因表达模式分析

木质素作为木材的主要组成成分,通常是由3种单体聚合而成,在其生物合成过程中,共有10个酶家族参与负责将苯丙胺酸转化为单体木质素,其中C3H是在对-香豆酰辅酶A（p-coumaroyl CoA）到咖啡酰辅酶A（caffeoyl CoA）的羟基化过程和G/S单体形成中的关键控制酶类,探究PagC3H3基因表达模式,对于进一步了解该基因功能具有重要意义。该研究通过定量PCR对PagC3H3基因的组织特异性表达进行分析;克隆得到了长度为2 035 bp的PagC3H3的启动子序列,预测含有多个顺式作用元件;同时,将获得的PagC3H3的启动子序列构建植物表达载体pBI121-PagC3H3pro：：GUS,进行拟南芥瞬时转化,结果显示PagC3H3基因在84K杨的根、中部茎节和基部茎节中的表达量较高;瞬时转化拟南芥,GUS染色表明：在下胚轴和根中GUS活性较强,由此推测PagC3H3基因在木质素合成过程中发挥作用。     

苎麻CCoAOMT基因cDNA反义转化模式烟草''WS38''

苎麻咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶(CCoAOMT)是其木质素合成过程的一种关键酶,运用克隆的该酶基因cDNA及植物表达载体pBI121、pWM101,分别构建了35S启动子控制的苎麻CCoAOMT基因反义cDNA基因质粒(pBI121-antiBnCCoAOMT)和cDNA全长表达质粒(pWM101-BnCCoAOMT),并通过根癌农杆菌介导法将其转化至模式烟草WS38,获得了转基因烟草.对转基因植株进行分子分析和组织学初步研究表明,转反义RNA基因植株叶柄木质素含量较野生烟草或转正义基因烟草叶柄木质素含量降低.说明运用反义RNA技术对CCoAOMT基因的表达进行基因工程调控,一定程度上可以对木质素的合成产生干扰,为获得低木质素或木质素组分改良的苎麻基因工程奠定基础.     

RNAi介导珠子参PjCAS基因沉默对皂苷合成的影响

该研究利用Gateway技术构建珠子参环阿屯醇合成酶基因(Panax japonicus cycloartenol synthase,PjCAS)的RNAi表达载体,利用农杆菌介导转化在珠子参细胞中成功实现了PjCAS 的RNA干扰;采用实时荧光定量PCR分析珠子参皂苷生物合成途径中关键酶基因的表达情况,同时检测转基因细胞中皂苷和植物甾醇含量的变化,探讨PjCAS基因对珠子参皂苷合成的调控作用。结果表明：(1)成功获得PjCAS基因的RNAi片段,并成功构建了PjCAS基因RNAi载体pHellsgate PjCAS。(2)经农杆菌遗传转化,获得6株实现PjCAS基因RNA干扰的转基因阳性细胞系。(3)与普通细胞系相比,转基因细胞系中PjCAS基因的表达量大约下降了85%,同时与珠子参皂苷合成直接相关的关键酶基因PjDS、PjAS表达量最高分别上调了90%和150%。(4)转基因细胞系中6种单体皂苷的含量均显著高于对照组,其中达玛烷型单体皂苷Re、Rb1、Rd和齐墩果烷型单体皂苷R0、IV、IVa的平均含量比普通珠子参细胞系分别提高了28%、49%、40%、36%、59%、50%。说明珠子参皂苷含量的变化受PjCAS基因的间接调控。(5)6株转基因细胞系中植物甾醇含量较对照显著降低了53%~73%。研究发现,沉默PjCAS基因可促进珠子参皂苷合成的关键酶基因PjDS、PjAS显著上调表达,并提高转PjCAS基因细胞系中单体皂苷的含量,从而促进了珠子参皂苷合成量的显著增加,证明通过抑制植物甾醇合成通路关键基因PjCAS的表达可以有效降低植物甾醇合成支路的代谢通量,使更多的代谢流朝着珠子参皂苷合成方向流动,最终促进了珠子参皂苷的生物合成。     

百合查尔酮合成酶基因克隆及其转化烟草的花色表达分析

以‘西伯利亚’百合为试材,利用PCR技术克隆了查尔酮合成酶基因(CHS),构建了CHS基因的正义和反义植物表达载体,采用农杆菌介导法转化烟草叶盘,获得了转正义CHS基因的本明烟草18株,转反义CHS基因的普通烟草21株,总转化率为26.0%。高效液相色谱法(HPLC)检测结果显示,正义CHS转基因的本明烟草类黄酮含量升高14.0%～59.7%,反义CHS转基因的普通烟草类黄酮含量降低44.5%～76.4%。花色观察结果显示,正义转基因烟草的花瓣颜色未见变化,反义转基因烟草部分植株的花瓣颜色变浅。研究表明,CHS基因遗传转化是进行花色调控的有效手段之一。     

Reduced Lignin Content and Altered Lignin Composition in Transgenic Tobacco Down-Regulated in Expression of L-Phenylalanine Ammonia-Lyase or Cinnamate 4-Hydroxylase

We analyzed lignin content and composition in transgenic tobacco (Nicotiana tabacum) lines altered in the expression of the early phenylpropanoid biosynthetic enzymes L-phenylalanine ammonia-lyase and cinnamate 4-hydroxylase (C4H). The reduction of C4H activity by antisense expression or sense suppression resulted in reduced levels of Klason lignin, accompanied by a decreased syringyl/guaiacyl monomer ratio as determined by pyrolysis gas chromatography/mass spectrometry Similar reduction of lignin levels by down -regulation of L-phenylalanine ammonia-lyase, the enzyme preceding C4H in the central phenylpropanoid pathway, did not result in a decreased syringyl/guaiacyl ratio. Rather, analysis of lignin methoxyl content and pyrolysis suggested an increased syringyl/guaiacyl ratio. One possible explanation of these results is that monolignol biosynthesis from L-phenylalanine might occur by more than one route, even at the early stages of the core phenylpropanoid pathway, prior to the formation of specific monolignol precursors.     

鸭梨PAL基因的反义遗传转化及表达分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanin ammonia-lyase,PAL,EC4.3.1.5)是植物通过苯丙烷代谢途径合成木质素的关键酶和限速酶,其通过影响木质素的合成而与果实中石细胞的分化、发育及果实品质密切相关。为了降低鸭梨中苯丙氨酸解氨酶的含量,该研究利用反义PAL基因遗传转化鸭梨、降低鸭梨内源PAL基因的表达。结果表明:(1)采用RT-PCR技术,利用根据Gen Bank中西洋梨PAL基因序列设计特异性引物,扩增得到496 bp的鸭梨PAL基因片段。(2)将扩增片段反向插入载体p BI121的MCS区域,构建植物PAL基因反义表达载体p BI121-As PAL。接着采用电转化法将反义表达载体转入农杆菌EHA105中,并制备出农杆菌工程菌液。(3)利用农杆菌介导法对鸭梨组培苗叶片外植体进行遗传转化,得到23株转基因鸭梨苗。PCR检测证实PAL反义基因片段转入鸭梨中,实时定量PCR检测表明转基因鸭梨苗体内PAL基因表达量均有所降低,为非转基因苗的65%~75%。该研究结果表明利用反义RNA技术获得了抑制内源性PAL基因表达的转基因鸭梨植株,为改善鸭梨果实品质、改良品种奠定了基础。