与AtGA20ox1启动子结合的转录因子筛选分析

赤霉素(gibberellin,GA)在植物生长发育的各个时期发挥重要作用。GA20-氧化酶(Gibberellin20-oxidase,GA20ox)是赤霉素生物合成途径中关键的限速酶,因此研究调控GA20ox基因表达的转录因子对进一步阐述赤霉素生物合成及其调控具有重要意义。本研究通过酵母单杂交技术利用AtGA20ox1启动子筛选拟南芥转录因子库,筛选获得转录因子RAP2.4f;酵母单杂交和X-gal显色结果进一步证实RAP2.4能与AtGA20ox1启动子结合;CPRG定量分析发现RAP2.4f与AtGA20ox1启动子结合作用强;双荧光素酶检测结果显示RAP2.4f对AtGA20ox1的启动子活性具有抑制作用。这些研究结果表明,RAP2.4f可能参与调控AtGA20ox1的转录。     

毛竹茎秆伸长过程中赤霉素生物合成、降解和信号转导关键基因的鉴定及表达分析

赤霉素(Gibberellin)是一类非常重要的植物激素,在高等植物生命活动的整个周期都起着重要的调控作用。从毛竹Phyllostachys edulis基因组中共鉴定出23个赤霉素途径基因,包括赤霉素生物合成相关的8个GA20ox和1个GA3ox基因、降解相关的8个GA2ox基因、参与赤霉素感知的2个GID1基因以及信号转导的2个GID2基因和2个DELLA基因。拟南芥、水稻和毛竹的系统进化树和保守基序分析显示赤霉素的合成代谢与信号转导在这些物种中是高度保守的。利用外源赤霉素处理毛竹种子和幼苗,发现赤霉素能显著提高种子的萌发率和幼苗的茎秆伸长,并且有着最佳的作用浓度。在GA3处理后,毛竹体内赤霉素生物合成基因GA20ox和GA3ox表达量均下调而降解活性赤霉素的GA2ox基因表达量上调;赤霉素受体GID1和正调控基因GID2的转录水平显著提高而负调控基因DELLA的表达受到抑制。这些基因在竹笋茎秆的不同形态学位置表达差异明显,大部分赤霉素生物合成与降解的相关基因GA20ox、GA3ox和GA2ox以及赤霉素受体GID1和正调控基因GID2都在竹笋的形态学上端大量表达,而赤霉素信号转导的阻遏基因DELLA在笋体形态学底端大量积累而顶端基本不表达。     

蒺藜苜蓿株高控制基因COSTIN的克隆及功能研究

株高是影响植物株型建成的重要农艺性状之一,直接决定作物的倒伏性和生物产量,但目前关于苜蓿等豆科牧草株高性状形成的分子调控机制尚不清楚。通过定向筛选豆科模式植物蒺藜苜蓿Tnt1逆转座子插入突变体库,分离鉴定了一个蒺藜苜蓿矮化突变体compact stalk internodes(costin),该突变体的矮化表型是由于茎节伸长受到抑制所致。通过基因表型连锁分析成功克隆了COSTIN基因,该基因编码一个钙离子交换蛋白,与拟南芥的CALCIUM EXCHANGER 7(CAX7) 基因高度同源。qRT-PCR检测发现COSTIN基因在茎、叶和果荚等组织中有较高的表达。进一步研究发现在costin突变体中赤霉素合成途径关键基因MtCPS、MtKAO1、MtGA20ox4、MtGA20ox7和MtGA3ox1表达下调;外施赤霉素GA3可以恢复costin突变体的矮化表型。上述研究表明COSTIN基因通过影响植物激素赤霉素的生物合成来调控蒺藜苜蓿的茎节伸长。     

拟南芥GA2ox基因家族启动子分析

赤霉素是一类重要的植物激素,它参与调节植物生长发育的各个阶段。真核基因的表达受多种因素的调控,其中启动子在转录水平上的调节作用至关重要,但是目前对拟南芥GA2ox基因家族上游顺式元件的详细分析较少。本研究分析了AtGA2ox基因家族染色体定位、进化关系、蛋白模体以及顺式元件。分析结果表明：AtGA2ox基因家族分为2个亚类;具有相对集中的染色体分布：具有相似的内含子和外显子结构;AtGA2ox基因家族成员进化关系越相近,模体和顺式元件则越保守且分布位置更接近。PLACE和Plant CARE以及DMB分析显示,AtGA2ox基因家族存在许多保守元件,受多因素的调控,在此家族的上游调控区域普遍存在组织和器官特异性表达元件、光响应元停、激素响应元件以及其他环境响应元件。基因表达谱分析结果表明,在激素诱导下,AtGA2ox基因家族均有响应。这些元件不仅作为正调控元件,诱导部分AtGA2ox基因的表达,而且还能作为负调控元件．抑制其他AtGA2ox基因的表达。     

巴西橡胶树HbMYB52基因的克隆及其在拟南芥中的表达

为揭示Hb MYB52在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)木材发育过程中的功能,从其转录组中分离克隆到1个MYB转录因子G21亚组成员基因,命名为Hb MYB52,开放阅读框为726 bp,编码242个氨基酸的蛋白,在木质部中高度表达。在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达Hb MYB52,虽未改变转基因植株株型,但植株维管束间纤维细胞壁明显增厚,同时抑制了木质纤维、导管次生壁形成。转基因拟南芥株系3和株系6中纤维素和木质素含量减少,相应各组分合成的关键酶基因的表达量也不同程度下降;株系8产生了木质素异位沉积,且木质素合成关键酶基因表达活跃。因此,推测Hb MYB52参与了植物次生壁形成调控,在拟南芥次生壁形成中可能发挥了双重功能:一方面负调控维管束次生壁形成以及各组分的生物合成,另一方面具有促进束间纤维次生壁增厚的作用。     

OsGA3ox通过合成不同活性GA调控水稻育性及株高

赤霉素(gibberellin,GA)是一种重要的激素,参与调控植物多种生长发育过程。GA生物合成通路已基本阐明,其中赤霉素3β羟化酶(gibberellin 3β-hydroxylase,GA3ox)是多种活性GA合成的关键酶。水稻中有2个GA3ox基因(OsGA3ox1和OsGA3ox2),其生理功能虽有初步研究,但它们在合成活性GA调控水稻发育过程中是如何分工协作尚不清楚。本研究通过CRISPR/Cas9技术获得基因编辑突变体ga3ox1和ga3ox2,发现ga3ox1花粉育性显著下降,而ga3ox2株高显著变矮,表明OsGA3ox1是花粉正常发育必需的,而OsGA3ox2是茎叶伸长必需的。组织表达分析表明,OsGA3ox1主要在未开的花中表达,OsGA3ox2主要在未伸长的叶中表达。进一步对野生型(WT)和两个ga3ox突变体未开的花、未伸长的叶及根中的GA进行检测分析,发现OsGA3ox1在花中催化GA9形成GA7与花粉育性密切相关;OsGA3ox2在未伸长的叶中催化GA20形成GA1调控株高;OsGA3ox1在根中催化GA19形成GA20,调控GA3的生成。总之,OsGA3...     

拟南芥突变体cka3-2的筛选及其功能初步研究

CKA3-2基因属于拟南芥CK基因家族成员,该基因编码一条691个氨基酸残基的多肽.利用三引物法和实时定量PCR法鉴定获得CKA3-2基因对应的T-DNA插入纯合突变体cka3-2,并对其表T型变化进行了观察.实时定量PCR分析表明:CKA3-2基因在茎生叶中表达最高,花和茎中次之,在根、莲座叶和果荚中表达量较低.赤霉素使CKA3-2基因的表达升高,6 h时表达量明显增加,8 h时表达量下降.用50μmol/L GA3处理Col-0和cka3-2幼苗6 h,结果发现赤霉素信号转导通路相关基因如KS、KAO1、KAO2、GA2ox1、GA3OX1和GA20OX1等在两种幼苗中的相对表达量发生明显变化.此外,突变体cka3-2相对野生型Col-0来说,具有较明显的早花现象.     

烟草赤霉素2-氧化酶基因NtGA2ox1的克隆、表达及亚细胞定位分析

赤霉素2-氧化酶(GA2ox)通过2-β-羟基化作用产生失活的赤霉素,进而调节植物体内的赤霉素的活性水平。前期,本研究在烟草侧枝发育突变体转录组数据中,发现一个赤霉素2-氧化酶基因,其表达水平与野生型相比存在显著差异,命名为NtGA2ox1。为了更好地研究该基因在烟草侧枝发育中的作用,本研究从普通烟草中分离克隆了NtGA2ox1基因。通过测序分析该基因的编码及全长序列,发现NtGA2ox1基因含有2个外显子和1个内含子,编码一条长度为379个氨基酸的序列。同源进化分析表明,该基因在多种植物中存在同源序列,特别是茄科植物。组织特异性表达分析发现,NtGA2ox1基因在烟草的各个生长阶段均有表达,其中,在花和根中表达量较高。同时,激光共聚焦显微镜结果表明,YFP-NtGA2ox1融合蛋白在细胞质和细胞核中有很强的荧光信号,表明NtGA2ox1蛋白很可能定位于细胞核和细胞质中。本研究为进一步研究赤霉素调控烟草侧枝发育提供了理论依据。     

拟南芥株型突变体zpr1的性状特征与基因鉴定分析

对本研究室经T-DNA插入法获得的拟南芥株型突变株系——隐性突变体zpr1植株进行植物学性状调查和遗传分析,并对该突变基因进行鉴定、表达定位和调控元件分析。结果显示:(1)性状分析表明,与野生型拟南芥Ws-2相比,突变体zpr1的茎生叶分枝数量增加,茎生叶分枝发生于拟南芥顶端花序部位;野生型拟南芥茎生叶为披针形,而突变体zpr1没有出现分枝的茎生叶呈倒卵形,出现分枝的茎生叶呈披针型;突变体zpr1的主花序高度、株高、分枝高度和分枝长度都高于野生型,且分枝数多于野生型。(2)利用质粒挽救和反向PCR法(IPCR)确定了ZPR1基因突变发生位置是该基因起始密码子上游426bp处,证明T-DNA插入破坏了ZPR1基因的启动子区域,导致该基因在拟南芥内不能正常表达。(3)基因转录调控区域的顺式作用元件分析发现在ZPR1基因的转录调控区有多个与植物激素相关的调控元件,还有与光周期调节相关的调控元件。(4)亚细胞定位发现,ZPR1基因在所有细胞中的细胞膜中表达,而在部分细胞的细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达。研究表明,ZPR1基因的表达对植物株型发育有重要的调控作用,该基因的表达水平受植物激素和光照的调节,最终导致了植物株型的变化。     

高等植物赤霉素3-β-双氧化酶基因研究进展

赤霉素3-β-双氧化酶(GA3ox)是赤霉素(GA)生物合成过程中的关键酶之一,直接作用于活性GA的生成,在植物的生长发育过程中发挥着重要作用。GA3ox已在拟南芥、烟草、高粱和杨树等多种植物中得到克隆,在植物个体的不同生长阶段、不同组织中GA3ox的表达量均存在着差异,这主要是由物种内在的遗传因素所决定的,同时环境因子和外源激素处理对GA3ox表达也有着显著的影响。通过对基因突变体的研究,揭示出GA3ox突变导致GA的生物合成受阻而间接影响植物的生长,导致植物茎秆、花、种子、果、根等部位性状的改变,包括植株矮化、结籽困难等。过量表达GA3ox基因促进GA的生成,诱导细胞的分裂与分化,促进根尖的径向伸长、种子萌发等。主要从GA3ox的基因克隆与表达模式及其功能效应两方面综述了其在高等植物中研究进展,通过对GA3ox在不同植物中的相关功能研究,探讨其在植物生长发育过程中的具体作用,以期为了解GA3ox对植物生长发育的调控机制提供参考,也有助于在生产实践中更好地利用GA3ox开展基因工程研究,定向培育植物新品种。     

ATMYB123和ATKOR1基因参与拟南芥根发育的调控

从拟南芥T-DNA插入突变体库中筛选到2个根发育相关基因ATMYB123和ATKOR1表达缺失的突变体atmyb123和atkor1,通过杂交构建这两个基因表达缺失的双突变体atmyb123/atkor1,以明确这两个基因在根发育中的作用。结果显示:(1)ATMYB123表达缺失突变体atmyb123植株地上部分发育减缓,种皮颜色变黄,而ATKOR1表达缺失突变体atkor1植株在这两方面与其野生型没有明显差异;两基因缺失均显著影响了拟南芥根的发育,根生长受到了严重抑制。(2)双突变体atmyb123/atkor1在植株形态和种皮颜色方面表现出单突变体AT-MYB123的特点,而其根长却介于两单突变体的中间。(3)进一步研究发现,培养基pH改变、NaCl处理、外源GA施用均没有改变突变体根生长趋势,显示这3种因素与两基因缺失突变引起的根发育抑制无关。研究表明,AT-MYB123和ATKOR1基因参与拟南芥根的发育调控,转录因子ATMYB123可能作为主调控因子参与ATKOR1对拟南芥根发育的调控。     

COI1参与茉莉酸调控拟南芥吲哚族芥子油苷生物合成过程

芥子油苷是一类具有防御作用的植物次生代谢产物,外源激素茉莉酸对吲哚族芥子油苷的合成具有强烈的诱导作用,但茉莉酸调控吲哚族芥子油苷生物合成的分子机制并不清楚。以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的野生型和coi1-22、coi1-23两种突变体为研究材料,通过茉莉酸甲酯(MeJA)处理,比较了拟南芥野生型和coi1突变体植株吲哚族芥子油苷含量、吲哚族芥子油苷合成前体色氨酸的生物合成基因(ASA1、TSA1和TSB1)、吲哚族芥子油苷生物合成基因(CYP79B2、CYP79B3和CYP83B1)及调控基因(MYB34和MYB51)的表达对MeJA的响应差异,由此确定茉莉酸信号通过COI1蛋白调控吲哚族芥子油苷生物合成,即茉莉酸信号通过信号开关COI1蛋白作用于转录因子MYB34和MYB51,进而调控吲哚族芥子油苷合成基因CYP79B2、CYP79B3、CYP83B1和前体色氨酸的合成基因ASA1、TSA1、TSB1。并且推断,COI1功能缺失后,茉莉酸信号可能通过其他未知调控因子或调控途径激活MYB34转录因子从而调控下游基因表达。     

水稻矮化小穗突变d18新等位基因的发现及生理功能分析

株高和穗型是决定水稻产量密切相关的农艺性状.本研究从粳稻品种台北309经甲基磺酸乙酯诱变的群体中分离出一个能稳定遗传的矮化小穗突变体,主要表现矮化、粒长增加而宽度变小和穗型变小等特点.遗传分析表明,该突变体受单隐性核基因控制.定位于水稻第1号染色体的Indel标记P4和P5之间,物理距离约为20 kb.由于该区间只有一个已经克隆的矮化基因Dwarf18(d18),其功能编码赤霉素3β-羟化酶(GA3ox2).所以,表明突变基因与d18可能等位.测序比对发现,该突变基因的第2个外显子发生了1个碱基(G)的缺失,造成无义突变,实时荧光定量PCR结果显示,OsGA3ox2基因在突变体中表达量显著下降.因此,将该突变基因暂命名为d18-1.组织切片观察结果显示,与野生型相比,突变体的茎部倒三节间纵向细胞长度显著变短,但细胞数目增多.生理功能结果分析表明,突变体对外源激素GA更敏感,但对外源激素BR不如野生型敏感.检测与GA和BR生物合成与信号传导途径相关基因的表达结果发现,与野生型相比,在突变体中参与GA失活基因OsGA2ox3出现了下调表达,GA生物合成相关基因OsGA20ox2和OsGA3ox2也出现了下调表达,GA信号传导途径中的关键基因都没有明显的差异表达变化.另外,参与BR的合成或者信号传导途径的大部分相关基因在突变体中的表达都出现了下调.由此证明,突变体矮化是由于GA激素的不能正常合成所导致,并且对外源活性BR的响应通路受损而造成对BR激素的低敏感反应.另外,对孕穗期的野生型和突变体的幼穗进行转录组测序分析表明,与野生型相比,突变体检测到1497个差异表达基因,这些差异基因涉及苯丙素的生物合成、糖代谢和碳代谢等.因此,推测突变体中的OsGA3ox2基因发生了无义突变影响了GA和BR生物合成与信号传导途径以及穗型发育相关调控途径,这为更深入研究调控水稻矮化以及穗型的遗传网络提供了新的信息.     

木材形成过程中次生壁沉积和细胞程序性死亡的分子调控机制

木材的形成经历了维管形成层细胞的增殖,木质部细胞的分化和扩张,次生细胞壁的沉积和细胞程序性死亡(programmed cell death, PCD)的过程.近年来,基于遗传学和组学分析,人们已经从模式植物拟南芥和杨树中鉴定出许多调控次生壁沉积的的关键转录因子和转录抑制因子.这些转录因子调控层次分明,共同构成次生壁沉积的转录调控网络,不仅在次生壁组分木质素、纤维素、木聚糖等物质的生物合成过程中起重要作用,而且可激活下游调控细胞程序性死亡相关的水解酶,启动木质部细胞的程序化死亡过程.对这些基因的生物学功能和调控网络进行解析,为阐明木材形成的分子生物学机制奠定了理论基础.本文综述了木材形成过程中次生壁沉积的转录调控网络和细胞程序性死亡相关的酶学机制及其最新研究进展.     

水稻脆秆突变体bc-s1的表型分析和基因定位

茎秆机械强度影响植株抗倒伏能力, 是备受关注的重要农艺性状之一。与野生型相比, 水稻(Oryza sativa)脆秆隐性突变体bc-s1茎秆抗折力和抗张力分别降低31.1%和67.2%, 茎秆纤维素和木质素含量分别降低24.97%和增高38.82%。细胞学分析显示, bc-s1茎秆厚壁细胞发生不规则变化, 次生壁增厚受阻。通过图位克隆和测序分析, 初步确定bc-s1突变体中纤维素合成酶催化亚基Os09g25490/OsCesA9基因第1外显子的第28个碱基G突变为A。该等位突变体的获得为进一步揭示OsCesA9调控细胞壁建成的生物学功能提供了新的研究材料。     

植物次生细胞壁生物合成的转录调控网络

植物次生细胞壁包含纤维素、半纤维素和木质素, 赋予细胞壁机械强度及疏水性, 这种特性对植物直立生长、水分和营养物质运输以及抵御生物和非生物胁迫十分重要。该文总结了调控次生细胞壁生物合成的转录因子及其调控机制, 包括NAC转录因子调控次生壁合成的一级开关作用, AtMYB46/AtMYB83及其下游调控因子的二级开关作用, 以及其它转录因子对次生壁生物合成的调控作用, 并对未来研究内容和方法进行了展望, 以期为深入系统理解次生细胞壁生物合成的转录调控网络提供参考。     

植物次生细胞壁生物合成的转录调控网络

植物次生细胞壁包含纤维素、半纤维素和木质素,赋予细胞壁机械强度及疏水性,这种特性对植物直立生长、水分和营养物质运输以及抵御生物和非生物胁迫十分重要。该文总结了调控次生细胞壁生物合成的转录因子及其调控机制,包括NAC转录因子调控次生壁合成的一级开关作用,AtMYB46/AtMYB83及其下游调控因子的二级开关作用,以及其它转录因子对次生壁生物合成的调控作用,并对未来研究内容和方法进行了展望,以期为深入系统理解次生细胞壁生物合成的转录调控网络提供参考。     

转录组分析转录因子AtbHLH68调控细胞壁发育的分子机制

细胞壁是植物细胞特有的结构,在参与形态建成、水分和营养物质运输以及抵御生物和非生物胁迫中发挥重要作用。前人研究表明AtbHLH68作为bHLH蛋白的第10亚家族成员,在拟南芥茎维管组织中表达。为探究其在细胞壁发育方面的分子机制,本研究建立了雌二醇诱导pER8-AtbHLH68拟南芥表达系统,实时荧光定量PCR(RT-qPCR)结果显示,10μmol/L雌二醇处理4 h能够有效诱导AtbHLH68的表达,并且随着诱导时间的增加AtbHLH68的m RNA水平进一步积累,处理8 h后达到对照组29倍。利用转录组测序分析得到了在拟南芥茎中AtbHLH68诱导表达后产生的差异基因。与对照组相比,10μmol/L雌二醇处理8 h后,共得到差异基因2 334个,其中831个基因显著上调,1 503个基因显著下调。显著富集的GO词条主要与细胞壁组分、防御响应、果胶修饰与降解以及激素响应有关。KEGG分析表明DEGs参与了果胶修饰或木质素生物合成代谢等过程。这些结果表明参与以上过程的差异基因可能被AtbHLH68直接或间接调控,从而导致拟南芥茎细胞壁组分相关基因表达量的变化。该研究为阐明转录因子Atb...     

白桦BpNAC012基因调控白桦木质部发育表达谱分析

NAC转录因子成员被认为是调控植物次生壁合成的开关。前期研究结果显示BpNAC012基因的表达能够调控白桦次生细胞壁的合成。为研究BpNAC012调控的下游靶基因,本研究分别以该基因的过表达,抑制表达株系茎为材料构建转录组,以野生型为对照分析差异表达基因。结果显示:与对照相比,过表达株系OE中上调的基因有627条,下调的基因有229条,抑制表达株系中上调的基因有299条,下调表达的基因有207条。过表达BpNAC012相对于抑制表达能够调控更多的基因表达变化。而抑制表达BpNAC012更多的是影响蛋白修饰和转运类基因的表达变化。在差异表达基因中,涉及受体信号通路,营养代谢,氨基酸合成,及苯丙烷生物合成相关代谢通路基因比较富集。BpNAC012能够调控纤维素、木质素合成及木质部发育相关基因的表达变化,同时能够调控多种转录因子的表达变化。该研究为深入分析BpNAC012在白桦次生细胞壁合成的分子调控机制奠定基础。     

能源植物小桐子赤霉素合成代谢及信号转导相关基因的鉴定及序列分析

赤霉素(gibberellin,GA)是一类非常重要的植物激素,在植物种子萌发、茎干伸长、叶片生长、腺毛发育、花粉成熟、开花诱导和果实成熟等生长发育过程中都发挥着重要的作用。GA在一年生草本植物中可以促进开花,而在大多数多年生木本植物中则抑制成花诱导。为了更好地研究赤霉素在木本油料能源植物小桐子(Jatropha curcas)开花调控方面的作用机理,我们对小桐子整个基因组中参与GA合成代谢和信号转导的全部基因进行了鉴定和序列分析。这些基因包括6个多基因家族编码的蛋白,即GA2氧化酶(GA2-oxidase,GA2ox)、GA3氧化酶(GA3-oxidase,GA3ox)、GA20氧化酶(GA20-oxidase,GA20ox)、GID1(GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1)、DELLAs和F-box蛋白,以及2个单基因编码的蛋白,EL1(EARLY FLOWERING1)和SPY(SPINDLY)。采用拟南芥和水稻中已经鉴定的上述基因编码的蛋白序列在小桐子基因组序列数据库和本实验的小桐子转录组数据库中进行BLASTP分析,找到17个同源蛋白的全长序列,并将其与28个拟南芥的、16个水稻的、24个葡萄的和22个蓖麻的同源蛋白构建系统发育树进行比对分析。结果表明,小桐子中参与赤霉素合成代谢及信号转导的大多数基因与蓖麻和葡萄同源基因的相似度更高。