芥菜BjuWRKY71-1通过调节SOC1的表达促进开花

芥菜(Brassica juncea)是十字花科芸薹属的蔬菜作物,在我国广泛种植。茎用芥菜主要以膨大的变态茎为食用器官,其产量和品质很大程度上取决于营养生长到生殖生长的过渡,即开花。WRKY转录因子家族在高等植物中普遍存在,其成员参与调控许多生长发育进程,包括生物/非生物胁迫响应、开花调控等。WRKY71是WRKY家族中的一个重要成员,但它在芥菜中的功能及作用机制还未见报道。本研究克隆得到芥菜BjuWRKY71-1基因,对其进行生物信息学分析和系统进化树分析表明,其蛋白具有一个保守的WRKY结构域,属于Ⅱ类WRKY蛋白,与白菜BraWRKY71-1亲缘关系较近。BjuWRKY71-1在叶和花中表达丰度显著高于根和茎,且随着植株的发育表达量逐渐增多。烟草亚细胞定位显示BjuWRKY71-1位于细胞核中。过表达BjuWRKY71-1的转基因拟南芥开花时间较野生型显著提前。酵母单杂交和双荧光素酶试验结果显示,其能够结合到开花整合子BjuSOC1的启动子上并促进相应基因的表达。综上表明,BjuWRKY71-1蛋白能够直接靶向BjuSOC1从而促进植株开花。这一发现为深入研究芥菜BjuWRKY71-1开花调控的分子机制及其耐抽薹开花新种质创制等奠定了基础。     

毛竹PeSCL3基因表达特征及其启动子活性研究

为探讨毛竹(Phyllostachys edulis)SCL3基因的表达特征及其启动子活性,采用同源克隆的方法从毛竹中分离到SCL3同源基因Pe SCL3的编码区(ORF)和上游启动子序列(Pe SCL3p)。序列分析表明,Pe SCL3的ORF为1335 bp,推测编码含444氨基酸的蛋白,该蛋白与水稻(Oryza sativa)的SCL3同源性高达93.9%。Pe SCL3p长度为1358 bp,含有脱落酸(ABA)应答元件ABRE、赤霉素(GA3)应答元件GARE-motif和P-box、干旱诱导MYB结合位点等多种作用元件。实时定量PCR分析结果表明,Pe SCL3在毛竹叶中的表达丰度最高,其次是茎和根,而鞘中的最低;Pe SCL3的表达受GA3的抑制,受ABA、Na Cl和干旱的诱导。转Pe SCL3p∷GUS拟南芥(Arabidposis thaliana)的GUS染色结果表明,根尖、顶端生长点和子叶叶柄均被染成蓝色,尤其根尖的染色最深。这表明Pe SCL3对毛竹的生长发育,尤其是根系,可能起着重要的调控作用。     

甘菊ClHSP70与ClHSP90基因的克隆及表达分析

该研究以甘菊(Chrysanthemum lavandulifolium)为实验材料,通过RT-PCR方法从甘菊转录组数据中分离出热激蛋白合成相关基因,命名为ClHSP70和ClHSP90。序列分析表明,ClHSP70基因ORF全长为2 559bp,编码852个氨基酸,蛋白功能区预测表明含有典型的HSP70蛋白NBD和SBD保守结构域;ClHSP90基因ORF全长为2 094bp,编码697个氨基酸,含有HATPase结构域和HSP90保守结构域。生物信息学分析表明,甘菊ClHSP70与大豆(Glycine max)和烟草(Nicotiana tomentosiformis)HSP70蛋白有较高的一致性,ClHSP90基因编码的氨基酸序列与紫茎泽兰(Ageratina adenophora)HSP90高度相似;实时荧光定量表达分析表明,在42℃处理不同时间,甘菊叶片中ClHSP70和ClHSP90基因表达均在0.5h时显著增加,1h达到最大值,2h后缓慢下降;不同组织表达分析表明,甘菊在42℃处理1h后,ClHSP70在成熟叶中的表达量显著高于嫩叶和根等其他组织;ClHSP90在成熟茎中的表达量最高。研究说明,ClHSP70和ClHSP90基因具有热激蛋白特征,参与了甘菊热胁迫应答过程,该研究结果为以后深入研究其基因功能奠定了基础。     

芥菜HDA9突变体构建及其与开花整合子SOC1、AGL24启动子互作

芥菜HDA9是去乙酰化酶家族成员,能通过开花信号整合子（SOC1、AGL24）调控开花时间,但其深入的分子调控机制仍不清楚。利用重叠延伸PCR将芥菜HDA9的3个关键活性位点(Asp¹⁷²、His¹⁷⁴和Asp²⁶¹)分别突变为Ala,构建氨基酸位点突变体HDA9^D172A、HDA9^H174A和HDA9^D261A。进一步将突变体融合到pGADT7载体,酵母单杂交表明,HDA9突变后仍能与开花整合子SOC1、AGL24的启动子结合。双荧光素酶系统深入检测发现,尽管HDA9^D172A、HDA9^H174A和HDA9^D261A与SOC1、AGL24启动子的结合仍存在,但作用强度均显著减弱。由此暗示,芥菜HDA9的第172、174和261这3个关键活性位点可在一定程度上调节它与开花整合子的相互作用。这为HDA9开花分子调控及功能解析等深入研究奠定了基础。     

香菜CsEF 1α基因克隆与表达分析

翻译延伸因子EF 1α(elongation factor 1 alpha)是细胞中最丰富的蛋白质之一,其在确保mRNA正确解码以产生细胞蛋白质方面发挥重要作用。该研究采用RT PCR扩增方法克隆香菜CsEF 1α基因序列,利用生物信息学对CsEF 1α基因结构、序列特征及系统进化等进行分析,并采用qPCR探究CsEF 1α基因在香菜不同生长时期和非生物胁迫下的表达模式,为进一步揭示EF 1α基因调控机制的研究奠定基础。结果显示：(1)成功克隆获得香菜CsEF 1α基因序列;CsEF 1α基因包含1个1 344 bp的开放阅读框,编码447个氨基酸,分子式为C₂₂₀₂H₃₅₄₄N₅₉₄O₆₄₄S₂₀,蛋白质分子量为49.29 kD,等电点为9.12;氨基酸序列组成中赖氨酸数量最多(49个,占11.0%),色氨酸数量最少(3个,占0.7%);属碱性蛋白。(2)CsEF 1α蛋白主要由无规则卷曲(36.91%)和α 螺旋(30.43%)构成,定位于细胞质;系统进化树分析显示,CsEF 1α与胡萝卜、野生番茄、青蒿素和非洲菊的亲缘关系较接近;启动子分析包括4种植物生长发育元件、3种激素响应元件和3种胁迫响应元件。(3)qRT PCR结果显示,CsEF 1α基因的表达量随着香菜生长发育时间的延长而升高,并且与转录丰度的变化一致;CsEF 1α基因对4种不同非生物胁迫的响应表达模式有所差异;随着胁迫时间的延长,在盐胁迫下CsEF 1α基因表现出先升高后降低趋势,而在低温、高温和干旱胁迫下表现出先降低再升高的趋势。研究表明,CsEF 1α基因参与了香菜对非生物胁迫的应答,在香菜生长发育和非生物胁迫中具有重要调控作用。     

番茄LeRma1基因的克隆与表达

以番茄‘哈大粉801’为试材,利用RT-PCR技术,克隆得到1个E3泛素蛋白连接酶基因LeRma1（GenBank登录号XM_004243764.1）。对LeRma1基因进行序列分析,并对LeRma1基因在番茄植株的不同部位以及在非生物胁迫（干旱、盐、碱、高温、低温）下的表达和生理特性进行研究,为培育和改良番茄品种提供理论依据。结果表明：（1）序列分析显示,LeRma1基因的cDNA全长序列729 bp,编码242个氨基酸,分子量为27.05 kD,理论pI 7.97;同源分析显示,番茄LeRma1蛋白与马铃薯的一致性最高（91%）。（2）半定量PCR检测表明, LeRma1基因在番茄根、茎、叶、花、果实中均有表达,且表达差异不明显。（3）干旱胁迫下,LeRma1基因在番茄叶片中优势表达,而在整个干旱过程中根部的LeRma1基因表达量变化不明显;抗旱相关基因LEA、 DREB2A、ABI3在干旱胁迫过程中,番茄叶片中均有表达,且其表达量呈上升趋势,而在根部DREB2A、ABI3基因基本没有检测到。（4）干旱胁迫过程中,番茄植株中丙二醛（MDA）含量呈显著升高趋势,质膜系统严重损伤,体内保护酶（SOD、POD、CAT）活性上升,且根部活性总体明显高于叶片。（5）在非生物逆境（盐、碱、高温、低温）胁迫过程中,LeRma1基因在番茄叶片和根部的表达几乎都有增强的趋势,且在叶片中均是胁迫3 h后诱导起始增强表达。研究认为,LeRma1基因是一个受干旱胁迫诱导增强表达的基因,且在叶片中优势表达,说明LeRma1基因对植物耐受干旱胁迫所起的作用存在一定的组织差异性,而且LeRma1基因可能参与番茄的干旱应答及信号转导过程,在番茄抵抗其他非生物胁迫中LeRma1基因也可能具有一定的作用。     

牡丹PsAGL6基因克隆与表达分析

该研究在转录组数据分析基础上,通过RT-PCR方法从牡丹(Paeonia suffruticosa.L)品种‘洛阳红’中克隆AGL6基因,并分析了其在不同组织和花型中的表达模式。结果显示:(1)AGL6开放阅读框长度732bp,编码244个氨基酸;结构域分析显示,该基因具有高度保守的MADS MEF2区、K区、AGL6I与AGL6II基序,归类于MADS-box基因家族,命名为PsAGL6,GenBank登录号为MF563611。(2)同源比对分析显示,牡丹PsAGL6与葡萄VvAGL6氨基酸序列相似度最高,达79%。(3)qRT-PCR分析结果显示,PsAGL6在牡丹各器官中均有表达,但营养器官中表达量较低,花器官中表达量较高,其中以萼片最高,花瓣与雌蕊次之;对4种牡丹花型花瓣的表达分析显示,PsAGL6基因在不同花型花瓣中的表达量差异明显,且蔷薇型牡丹花瓣相对表达量最高。研究表明,AGL6基因参与牡丹花器官的形成,为深入研究花器官发育的分子机制提供了帮助。     

大豆SbPRP3基因表达及转基因烟草非生物胁迫鉴定

为研究大豆(Glycine max L.)细胞壁脯氨酸富集蛋白基因(SbPRP3)在逆境胁迫中的作用,利用实时荧光定量PCR,对SbPRP3在高盐、干旱和低温处理下的表达情况进行检测。结果显示,SbPRP3在高盐处理下表达量升高,在干旱和低温处理下表达量先升高后降低。将SbPRP3构建到植物表达载体pRI101-AN上并转化烟草,获得阳性转基因烟草3株。对转基因烟草植株进行高盐、干旱和低温胁迫处理。结果表明,与对照相比,高盐和低温处理下转基因烟草脯氨酸积累量增加,而丙二醛产生量降低。但干旱处理后转基因烟草脯氨酸和丙二醛的含量与对照相比没有显著差异。由此推测SbPRP3可以提高转基因烟草的耐盐性和耐寒性。     

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。     

基于Cre/loxP系统的睾丸组织特异性敲除Elovl4基因小鼠模型的构建及敲除效率检测

极长链多不饱和脂肪酸(very long chain polyunsaturated fatty acids,VLC-PUFAs)是哺乳动物视网膜、睾丸等极少数组织中特有的脂肪酸,其生物合成的关键酶为极长链脂肪酸延长酶4(very long chain fatty acid elongase 4,Elovl4)。建立组织特异性敲除Elovl4基因的动物模型有利于深入研究VLC-PUFAs的生物学功能,因此,本研究基于Cre/loxP系统,先分别构建了Stra8-Cre小鼠和Elovl4 floxed小鼠,通过杂交获得(Elovl4[flox/+],Stra8-Cre)杂合子基因敲除小鼠,再选择雌鼠与Elovl4 floxed纯合子雄鼠即Elovl4 [flox/flox]雄鼠杂交,通过基因型鉴定筛选获得(Elovl4[flox/flox], Stra8-Cre)纯合子小鼠。利用RT-PCR、qRT-PCR、Western blotting、免疫组化和免疫荧光检测Elovl4在睾丸组织中的敲除效率,结果表明,无论是杂合子还是纯合子基因敲除小鼠,其睾丸组织中Elovl4的表达在mRNA及蛋白水平显著下调,但其他组织未受影响。本研究成功构建了睾丸组织特异性敲除Elovl4基因小鼠,为后续研究VLC-PUFAs对雄性小鼠生殖功能的影响及相关分子机制提供可靠的动物模型。     

芥菜MAPK基因家族成员鉴定及其响应根肿菌侵染的表达分析

芸薹属根肿菌(Plasmodiophora brassica)侵染引起的根肿病蔓延会严重影响芥菜[Brassica juncea(L.) Czern.]的产量和品质。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)级联作为一种高度保守的信号通路,在植物的生物和非生物胁迫中发挥重要作用。为了挖掘芥菜抗根肿病相关的MAPK基因,本研究对芥菜进行全基因组鉴定,并对芥菜MAPK基因家族的系统进化以及基因结构等进行生物信息学分析。筛选鉴定的66个BjuMAPK基因不均匀分布在17条染色体上。在基因组尺度上,发现基因的串联重复导致了芥菜MAPK基因数目增多。同一亚族成员之间具有相似的基因结构,不同亚族间差异较大。预测的顺式作用元件与植物激素、抗逆性以及植物的生长发育相关,表达分析显示BjuMAPK02、BjuMAPK15、BjuMAPK17和BjuMAPK19等基因在根肿菌侵染芥菜后具有不同的响应模式。以上结果为进一步研究BjuMAPK基因在芥菜应对根肿病生物胁迫中的功能奠定了理论基础。     

Production of interspecific somatic hybrids between tuber mustard (<Emphasis Type="Italic">Brassica</Emphasis><Emphasis Type="Italic">juncea</Emphasis>) and red cabbage (<Emphasis Type="Italic">Brassica oleracea</Emphasis>)

In the present investigation, the interspecific somatic hybridization between tuber mustard and red cabbage was established in order to introduce valuable genes from red cabbage (Brassica oleracea) into Brassica juncea. Prior to fusion treatment, protoplasts of red cabbage were inactivated with 2 mM iodoacetamide to inhibit cell division. Micro-calluses were obtained at a frequency of 10.3% after approximately 5 weeks culture following protoplast fusion. Some of the fusion-derived calluses possessed red pigmented cells after being transferred to proliferation medium, and they were presumably considered to be somatic hybrid cell lines. Plantlets were regenerated from 12 cell lines, of which nine plantlets exhibited characteristics intermediate of both parents in terms of plant morphology. With the exception of common protein bands featured by two parents, there were unique banding patterns produced in the hybrids by using SDS-PAGE analysis. By chromosome countings, it was showed that they ranged approximately from 2n=30 to 42 in chromosome numbers. Their hybridity were further confirmed by RAPD analysis revealing that genes of both parents were partially incorporated into the hybrids. Positively, all these hybrids were capable of seed-setting. The pod-setting was 4.2 in somatic hybrid H₇ when backcrossed with tuber mustard.     

Putrescine Effect on Nitrate Reductase Activity, Organic Nitrogen, Protein, and Growth in Heavy Metal and Salinity Stressed Mustard Seedlings

Putrescine effect on nitrate reductase activity, organic nitrogen and protein contents, and plant growth under Cd or Pb (0.1 – 2 mM) and salinity (5 and 100 mM NaCl) stresses was examined in Indian mustard (Brassica juncea L. cv. RH-30) seedlings. Cd or Pb and salinity inhibited nitrate reductase activity and decreased organic nitrogen and protein contents in leaf tissue. The increased nitrate reductase activity induced by putrescine was correlated with increased organic nitrogen and protein contents and growth of plants.     

油菜类型和品种对外来入侵杂草小子虉草的替代控制作用

外来入侵植物小子虉草（Phalaris minor Retz.）是世界公认的冬季农田恶性杂草,掌握农作物对其替代控制作用具有重要的研究价值。前期研究表明,油菜是替代控制小子虉草的优良农作物,然而,目前尚不清楚油菜类型与品种对其控制能力的影响。为此选取与小子虉草同域发生的不同类型（白菜型油菜、芥菜型油菜和甘蓝型油菜）油菜品种各3种,通过田间小区实验和室内化感作用测定,对比研究其对小子虉草的生长、繁殖、表型以及化感作用的影响。田间实验显示：竞争方式（种内或种间竞争）和油菜类型对小子虉草的地上生物量、种子数、株高、分枝数、叶面积和比叶面积存在极显著（P=0.0001）影响;而油菜品种对小子虉草的地上生物量（P=0.6064）、种子数（P=0.3577）、株高（P=0.4279）、分枝数（P=0.6357）、叶面积（P=0.8839）和比叶面积（P=0.3424）均无显著影响。3种类型油菜对小子虉草生长、繁殖以及表型的影响存在明显差异,其中芥菜型油菜对小子虉草的上述指标的影响最强,而白菜型油菜的影响最弱。室内生物测定显示,油菜对小子虉草具有化感抑制作用,当供试油菜叶片水提液浓度为0.1 g/mL时,小子虉草种子的萌发和幼苗的株高、根长、生物量均被显著抑制;研究也表明不同类型油菜对小子虉草的化感作用显著不同,同等条件下,芥菜型油菜对小子虉草的化感抑制作用最强。综上所述,油菜类型对外来入侵小子虉草的控制作用存在显著差异,其中芥菜型油菜对植物小子虉草的替代控制作用明显优于白菜型油菜和甘蓝型油菜,而其强的化感抑草特性或许是其强控草能力的原因之一。另外,本研究也为进一步利用油菜替代控制入侵植物小子虉草提供了参考。     

Mutant acetolactate synthase gene is an efficient in vitro selectable marker for the genetic transformation of Brassica juncea (oilseed mustard)

We report in this study, the successful deployment of a double mutant acetolactate synthase gene (ALSdm, containing Pro 197 to Ser and Ser 653 to Asn substitutions) as an efficient in vitro selection marker for the development of transgenic plants in Brassica juncea (oilseed mustard). The ALS enzyme is inhibited by two categories of herbicides, sulfonylureas (e.g. chlorsulfuron) and imidazolinones (e.g. imazethapyr), while the mutant forms are resistant to the same. Three different selection agents (kanamycin, chlorsulfuron and imazethapyr) were tested for in vitro selection efficiency in two B. juncea cultivars, RLM198 and Varuna. For both the cultivars, higher transformation frequencies were obtained using chlorsulfuron (3.8 +/- 0.6% and 4.6 +/- 0.9% for RLM198 and Varuna, respectively) and imazethapyr (10.2 +/- 0.7% for RLM198 and 7.8 +/- 1.2% for Varuna) as compared to that obtained on kanamycin (3.1 +/- 0.2% and 2.8 +/- 0.5% for RLM198 and Varuna, respectively). Additionally, transformation frequencies were higher on imazethapyr than on chlorsulfuron for both the cultivars indicating that imidazolinones are better selective agents than sulfonylureas for the selection of mustard transgenics.     

芥菜WOX基因家族的全基因组鉴定与分析

WUSCHEL相关-同源盒(WUSCHEL related-homeobox, WOX)基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程中发挥重要作用。本研究利用芥菜(Brassica juncea)基因组数据,通过HUMMER、Smart等软件进行检索筛选,共鉴定出51个WOX基因家族成员。利用Expasy在线软件对这些家族成员的蛋白质分子量、氨基酸序列长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对芥菜WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将芥菜WOX基因家族分为古老支、中间支和WUS支/现代支3个亚家族。结构分析表明,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性,而不同亚家族之间呈现一定的多样性。51个WOX基因不均匀分布于芥菜18条染色体上,这些基因的启动子大多含有响应光、激素和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。利用转录组数据和实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qRT-PCR)分析发现,芥菜WOX基因的表达具有时空特异性,其中B...     

Relationship between Soil Nitrate Content and Activities of NADH: and NAD(P)H:Nitrate Reductases in Indian Mustard

The pattern of NADH- and NAD(P)H-specific nitrate reductase (NRs) activities in Indian mustard (Brassica juncea L. Czern. and Coss.) was monitored throughout growth stages. NAD(P)H:NR (EC 1.6.6.2) activity was maximum at early stages of growth (30 days after sowing, DAS), then declined gradually reaching to almost zero at 90 DAS. Contrary to this, NADH:NR (EC 1.6.6.1) activity was low at 30 DAS, then gradually increased till 90 DAS and thereafter, it became constant. The decrease in NAD(P)H:NR activity and increase in the NADH:NR activity were associated with the seasonal decrease in nitrate content in the soil. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Free proline accumulation in drought-stressed plants

Summary Free-proline accumulation was measured in leaves of intact wheat (Triticum vulgare L. cv. Kalyan Sona), plantago (Plantago ovata Forsk-Isabgool), papavar (Papaver somnifera L. Opium poppy) and mustard (Brassica juncea L. var. Varuna) grown in the field with low to high field water content and thus they were subjected to water stress. Leaf water deficit in percentage was used to determine the degree of stress at the time of proline anlysis.Free proline content was higher in mustard leaves as compared to wheat, plantago and papavar leaves. Water stress enhances the proline content but at same water deficit level the content differ in the leaves of the plants studied.