火鹤AaSERK基因克隆及其在体细胞胚胎发生中的表达分析

为了探讨体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶(SERK)基因在火鹤体细胞胚胎发生中的作用,以火鹤胚性愈伤组织为材料,利用RT-PCR结合RACE技术,克隆了火鹤体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶基因(AaSERK),通过实时荧光定量PCR(Real time-PCR)技术分析了AaSERK的相对表达量。结果显示:(1)该基因全长为1 949bp,包含1 866bp开放阅读框,编码蛋白由622个氨基酸组成。(2)预测该基因具有SERK家族典型的结构域:1个信号肽、1个亮氨酸拉链结构域、5个富亮氨酸重复序列结构域、1个SPP基序、1个跨膜结构域、含11个亚区的激酶结构域、1个C端结构域。DNAMAN分析显示,该基因编码的氨基酸序列与其它植物的一致性达到65%~89%。(3)在离体诱导体细胞胚胎发生的各阶段中,AaSERK基因在诱导阶段及发育培养阶段微弱表达或者几乎不表达,在继代培养第30天的胚性愈伤组织中表达量最高。推测该基因可以作为火鹤体细胞胚胎发生的一个标记基因。     

植物体细胞胚发生过程中基因表达的研究进展

植物体细胞胚胎发生是一个复杂的发育过程,研究者们通过分析植物体细胞胚发生过程中的基因表达或胚性组织和非胚性组织中基因的差异表达,获得了在体细胞胚发生过程不同时期表达的基因,并分析了这些基因在胚胎发生途径中可能的作用。综述了在植物体细胞胚发生过程中细胞周期相关基因、胁迫和激素应答相关基因、信号转导相关基因、晚期胚胎丰富蛋白基因及与体细胞胚发生相关的胞外蛋白基因表达的研究进展。     

体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶基因(SERK)的研究进展

植物体内存在一个编码富亮氨酸重复受体蛋白激酶、与体细胞胚胎发生相关的类受体蛋白激酶基因(SERK)大家族,其在旱期胚胎、小孢子、成熟胚珠和维管组织中表达.文章从SERK的结构、编码的蛋白、基因表达、功能以及信号转导介绍了SERK的研究进展.     

植物胚性愈伤诱导的机理及提高途径

对植物胚性愈伤诱导的研究结果进行综合分析,寻找植物胚性愈伤诱导参与的基因、诱导的机理、甲基化与提高植物胚性愈伤诱导途径之间的联系,探索提高植物胚性愈伤诱导几率的可能途径,为转化困难的植物的基因工程操作奠定基础。LBD (laterial organ boundaries domain)家族基因、伤口诱导脱分化蛋白WIND1 (wound induced dedifferentiation 1)、AP2/ERF转录因子BABYBOOM等参与了植物胚性愈伤诱导的过程;DNA甲基化在这个过程中也发挥了重要作用,植物胚性细胞通过PCG和PKL通路两种表观遗传途径促使胚性细胞保持胚性。这些研究结果表明,通过筛选距离合子胚最近的体细胞作为外植体,利用分子标记进行筛选具有胚性的细胞或组织作为外植体进行培养,在培养基中添加去甲基化的试剂等方法可能能够提高植物胚性愈伤诱导的比例,转化困难的农作物的基因工程育种有望得到显著改进。     

蔗糖转运蛋白基因VvSUC12和VvSUC27在葡萄胚性和非胚性愈伤组织中的差异表达

本研究通过对霞多丽葡萄花前约10d的花丝进行组培诱导,获得胚性和非胚性两种愈伤组织,分别进行继代、组织结构观察和体细胞胚的诱导验证。为研究两种愈伤组织对培养基中主要碳源蔗糖的利用特点,根据GenBank中的定位于细胞质膜的葡萄蔗糖转运蛋白基因VvSUC12和VvSUC27的序列,设计了这两种蔗糖转运蛋白的PCR引物。以RNAplant试剂法,提取胚性愈伤组织和非胚性愈伤组织的RNA,进行半定量RT-PCR。研究表明,31个循环半定量RT-PCR结果中VvSUC12在胚性愈伤和非胚性愈伤中均有表达,且在非胚性愈伤组织中的表达水平稍高于胚性愈伤组织,表达差异未达到显著水平,VvSUC27的表达水平明显低于VvSUC12,且只在胚性愈伤组织中表达。提高至35个循环的半定量RT-PCR结果显示VvSUC27基因在非胚性愈伤组织中微弱表达,而在胚性愈伤组织中的表达强度较31个循环有所增加,且高于非胚性愈伤。     

GFP基因转化香樟胚性愈伤组织的研究

以香樟胚性愈伤组织作为受体,利用根癌农杆菌介导法进行了绿色荧光蛋白基因(GFP)的遗传转化研究。经农杆菌侵染后的胚性愈伤组织通过共培养、选择培养后获得抗性愈伤组织和体胚,对抗性愈伤组织及体胚的诱导过程进行了GFP荧光检测。结果表明,GFP基因能在抗性愈伤组织和体胚中强烈表达,证明GFP基因能够在香樟遗传转化中得到应用。对抗性愈伤组织的PCR检测初步证实外源GFP基因已整合到香樟胚性愈伤组织的基因组中。     

植物体细胞胚发生的分子基础

植物通过体细胞胚胎发生途径形成再生植株已是及其普遍的现象,这一发育途径为研究植物细胞的分化、发育、全能性表达和作物品种改良、突变体筛选等提供了良好的实验体系,在理论上和应用中都具重大意义.体细胞分化为胚性细胞是受细胞内外多种因子所调控[1, 2],其中最重要的是受特定基因的调控,在胚性细胞的分化过程中伴随着特定的遗传信息表达,其分化过程的实质是基因按顺序表达调控,是相应基因产物作为胚性细胞形成的分子基础.本文结合我们的工作来探讨体细胞胚发生分子基础研究现状.     

龙眼胚性愈伤组织DRM1基因的克隆及其定位与表达分析

该研究以龙眼胚性愈伤组织的转录组数据为基础,对龙眼胚性愈伤组织DlDRM1基因进行克隆和生物学信息分析,并检测其在体胚发生过程中不同发育阶段、不同浓度的外源激素(2,4-D、IAA、KT)处理下及不同组织部位的表达,以揭示DlDRM1基因在龙眼体胚发生过程中的功能。结果表明:(1)从龙眼转录组unigene序列筛选获得龙眼结构域重排甲基化酶1基因(命名为DlDRM1)全长序列,并利用RT-PCR法从‘红核子’龙眼胚性愈伤组织中克隆获得DlDRM1基因的cDNA全长序列(GenBank登录号为KY990493);DlDRM1基因cDNA全长2 574bp,包括494bp的5′UTR,184bp的3′UTR,可编码包含631个氨基酸的蛋白质。(2)生物信息学分析显示,DlDRM1是一个不稳定的亲水蛋白,不含信号肽,不存在跨膜结构域,其分子式为C_(3104)H_(4839)N_(851)O_(984)S_(28);序列比对和系统进化分析表明,龙眼DlDRM1与脐橙DRM相似度最高(76.85%),二者亲缘关系也最为接近。(3)实时荧光定量PCR分析发现,DlDRM1在龙眼各组织器官中均有表达,且在果肉中表达量最高,其次是花蕾,在叶中的表达量最低;DlDRM1基因在非胚性愈伤组织中表达量最高,而且在非胚性愈伤向胚性愈伤转变过程中DlDRM1基因的表达量呈逐步下降趋势,说明DlDRM1基因与体胚胚性呈负相关关系,在龙眼体胚发生过程中可能发挥着重要的作用;一定浓度的IAA和2,4-D能够促进DlDRM1基因的表达,而KT则抑制DlDRM1的表达。(4)亚细胞定位结果表明,DlDRM1定位于细胞核和细胞膜上。     

铁皮石斛体细胞胚胎发生类受体激酶基因DoSERK的克隆和表达分析

为了解铁皮石斛(Dendrobium officinale)中的体细胞胚胎发生类受体激酶基因DoSERK 的功能,在转录组测序数据的基础上克隆了DoSERK 的全长cDNA。结果表明,DoSERK 与其他植物的SERK 高度同源,编码633 个氨基酸。生物信息学分析表明,DoSERK蛋白为亲水蛋白并定位于质膜,具有1 个信号肽、1 个富脯氨酸区域、1 个跨膜区、5 个富亮氨酸重复序列以及1 个保守的蛋白激酶活性结构域,属于SERK 蛋白家族成员。系统进化树分析表明,DoSERK 与同为兰科植物的文心兰(Cyrtochilum loxense)以及卡特兰(Cattleya maxima)的SERK 亲缘关系最近。组织表达分析表明,DoSERK 在铁皮石斛中广泛表达,以幼嫩小苗根部的表达量最高。这些说明DoSERK 除了可能参与铁皮石斛体胚发生过程以外,还参与其他生长发育过程。     

棉花Lea蛋白D-113基因启动子的克隆及序列分析

为研究植物Lea(late embryogenesis abundant）蛋白基因启动子在种子中的特异性表达,通过PCR扩增,从棉花（Gossypium hirsutum cv.Coker312）中克隆了Lea蛋白基因家庭中D-113基因上游1024bp的调控序列。DNA序列分析结果表明,该片段与已报道的Lea蛋白基因同一家庭该基因的对应序列同源性达90%以上。将将启动子序列与GUS基因融合,构建成表达载体后,通过基因抢轰击导入到经ABA诱导处理的棉花胚性愈伤组织和油菜种子以及棉花的根、茎、叶中,组织化学分析结果表明,D-113基因启动子在胚中特异性表达。     

Identification and characterization of genes expressed in early embryogenesis from microspores of <Emphasis Type="Italic">Brassica napus</Emphasis>

To understand the mechanism in induction of embryogenesis from microspores of Brassica napus, we isolated exhaustively the genes expressed differentially during the early stage of microspore culture. A subtracted cDNA library composed of up-regulated genes during androgenic initiation was produced by suppression subtractive hybridization followed by differential screening by dot blot hybridization, and a total of 136 non-redundant expressed sequence tags were identified. Analysis of the potential functions of the genes showed that 64% of these genes were homologous to known genes, and the remaining ones have not been previously reported to participate in embryogenesis. Many embryo-specific genes were contained in the isolated genes, for example, genes cording lipid transfer protein, napin, cruciferin, oleosin, and phytosulfokine. Real-time RT-PCR analysis for 15 selected genes, which are understood to not be related with embryogenesis, demonstrated that all genes were expressed highly in the early stage of microspore embryogenesis. A few genes also showed higher expression in microspores cultured in non-embryogenic condition or in later stages of embryos. A principal component analysis based on expression profiles of the 15 genes demonstrated that these genes were classified into 2 groups, one characterized by their high expression in initiation of embryogenesis, and the other characterized by their expression in the early to middle stage of embryogenesis. The expressions of these genes were confirmed in zygotic embryos. The identification and characterization of the genes isolated in the present study provide novel information on microspore embryogenesis in Brassica.     

2004 SIVB Congress Symposium Proceeding: Mechanisms of somatic embryogenesis in carrot suspension cultures—Morphology,physiology, biochemistry,and molecular biology

Summary Various aspects of somatic embryogenesis in carrot suspension cultures were reviewed on the basis of results obtained in our laboratory. We have established high-frequency and synchronous somatic embryogenesis systems needed for biochemical and molecular analysis. Using these systems, four phases of somatic embryogenesis were identified. The importance of expression of polarities in these phases, particularly from single cells to embryogenic cell clusters, in determining somatic embryogenesis, is emphasized. At the molecular level, genes expressed during somatic embryogenesis were described, and they were classified into three categories: (1) genes involved in cell division, (2) genes involved in organ formation and (3) genes specific for the process of somatic embryogenesis. From the results obtained, it is concluded that discrete developmental phases in carrot somatic embryogenesis are characterized by distinct biochemical and molecular events, but much remains to be understood.     

细胞信号转导与植物体细胞胚发生

细胞信号转导主要是指胞间通讯的激素以及外界环境因子等作用于细胞表面（或胞内受体）后,如何跨膜传递形成胞内第二信使,以及其后的信息分子级联传递、诱导基因表达和引起生理反应的过程。植物体细胞胚发生的本质是基因的判别表达,因此细胞信号转导在此起关键作用。在植物组织培养过程中,外加的激素等因子通过细胞信号转导诱导基因差别表达,使体细胞转入胚胎发生过程,最终生长发育成完整植株。     

Maternal effects and temperature-sensitive period of mutations affecting embryogenesis in Caenorhabditis elegans

We have used standard tests to investigate the nature of gene expression of a new set of temperature-sensitive mutants defining 30 emb genes (essential for embryogenesis) in the nematode Caenorhabditis elegans. The mode of gene expression as determined by progeny tests for parental effects divides the genes into four classes. For 18 genes maternal gene expression is necessary and sufficient for normal embryogenesis; for 2 genes zygotic expression is necessary and sufficient; for 7 genes either maternal or zygotic expression is sufficient; for 3 genes both maternal and zygotic expression are necessary. One mutant displayed partial paternal sufficiency. The results of temperature-shift experiments define two “execution stages,” corresponding to the limits of the temperature-sensitive period (TSP), and indicate the nature and the time of action or synthesis of the gene products. Most of the maternally expressed genes have very early execution stages indicating translation before fertilization, but some are temperature sensitive late in embryogenesis. Early execution stages for 2 zygotically necessary genes demonstrate that the zygotic genome can be active in the earliest stages of embryogenesis. All taken together, the mode of gene expression, TSP, and arrest stage (terminal phenotype) allow us to classify functionally and begin to order the genes essential for embryogenesis. The results indicate a preeminent role for maternal genes and gene products in embryogenesis, in agreement with the results of others.