拟南芥GLABROUS1两个新等位突变体的筛选和鉴定

植物细胞命运决定机制的解析一直以来都是植物发育生物学研究的核心。模式植物拟南芥的表皮毛形成过程是研究植物细胞命运决定的优良模式系统。为了筛选和鉴定控制拟南芥表皮毛形成的新因子,我们进行了大规模的正向遗传筛选,获得了两株莲座叶表皮毛不能形成或数量显著减少的突变体f08-01和vat002-07。通过对突变基因的克隆和遗传互补实验,确定这两株突变体是GLABROUS1(GL1)的新等位突变体。GL1是调控植物表皮毛发生的关键遗传因子,其表达模式在表皮毛形成过程中受到严格调控,但是具体的机制还不清楚。通过遗传互补实验,证实GL1的3'非编码区在表皮毛形成过程中至关重要,并且3'非编码区的序列影响GL1 mRNA的稳定性和转录激活。     

植物表皮毛发育控制基因GL2遗传互作因子的筛选和鉴定

表皮毛广泛存在于陆生植物的地上部分,是植物与环境之间的一道天然屏障,具有多种重要的生物学功能。拟南芥HD-Zip家族转录因子GLABRA 2(GL2)是调控表皮毛形成和发育的关键因子,通过筛选和鉴定GL2的遗传互作因子,可以为进一步研究植物表皮毛发育调控的分子机制奠定基础。通过大规模的遗传筛选和图位克隆,获得了一个叶片上完全没有表皮毛的突变体M12-01,遗传分析表明M12-01 single突变表型受隐性单核基因控制。M12-01 single突变体表型与拟南芥TRANSPARENT TESTA GLABKA 1(TTG1)基因的功能缺失突变体表型相似。对TTG1基因的测序结果显示其+445位碱基由鸟嘌呤突变为腺嘌呤,从而使编码的甘氨酸变为精氨酸。本研究证实TTG1突变能增强gl2-3突变体的表型,GL2基因与TTG1基因之间存在遗传互作,这为进一步研究GL2调控植物表皮毛发育的分子机制提供了新的遗传材料。     

植物不同类型表皮毛调控模型研究进展

表皮毛是植物地上部分表皮细胞向外突出延伸的特化毛状结构,不仅可以保护植物免受病虫的危害,还具有一定的经济和药用价值,对其调控的分子机制的阐明有利于植物的分子设计育种和遗传改良。近年来,模式植物拟南芥表皮毛形成的调控模式基本被阐明,其他植物表皮毛的调控机制也取得很大进展。鉴于此,文中综述了拟南芥和棉花(单细胞表皮毛)及番茄和青蒿(多细胞表皮毛)在基因和激素水平上对表皮毛的发育调控,同时简要介绍了其他典型单、双子叶植物表皮毛相关的研究进展,最后,展望了植物表皮毛的研究方向和应用前景。     

拟南芥表皮毛发育的分子机制

拟南芥(Arabidopsis thaliana)表皮毛是存在于地上部分表皮组织的一种特化的、典型的单细胞结构。近几年, 对其发育的分子调控机制的研究取得了很大进展, 已克隆出大量的控制表皮毛不同发育阶段的基因, 通过对这些基因的功能解析揭示出表皮毛发育及生长调节的内在分子机制。该文对拟南芥表皮毛发育的最新研究进展进行综述, 并展望了关于表皮毛的研究方向及潜在的应用价值。     

植物表皮毛发育的分子遗传控制

植物表皮毛是一种特化的单细胞表皮结构。近年来,通过对拟南芥表皮毛的分子遗传研究已发现了多个直接控制表皮毛发育的基因,它们都编码转录因子,包括M^1YB类转录因子(GLABROUS1、WEREWOLF、TRIPTY-CHON、CAPRICE),含WD40重复序列的转录因子(TRANSPARENT TESTA GLABRA1),bHLH类转录因子(GLABROUS3)。含HD—ZIP的转录因子(GLABROUS2),WRKY类转录因子(TRANSPARENT TESTA GLABRA2)。进一步的实验证明GL1／WER—GL3—TTG1通过形成一个转录调控复合体来控制表皮毛和根毛的发育。在根毛和表皮毛的发育过程中,临近的细胞竞争表达这些转录因子决定原初细胞的命运(包括GL1／WER,GL3,TTG1,GL2),同时,还表达一些转录因子阻止临近细胞接受这个命运(包括TRY和CPC)。此外,这一复合体还是其他器官(如种皮、下胚轴气孔等)发育所共用的一种调控机制。     

甘蓝型油菜BnTTG1-1基因的功能分析

拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtTTG1作为WD40重复转录因子存在于细胞核中,对表皮毛形成、花青素合成和储藏物质积累等具有重要调节作用。该研究从甘蓝型油菜(Brassica napus)品种秦优7号中克隆获得了BnTTG1-1基因的全长CDS序列,对其进行了烟草(Nicotiana benthamiana)叶片细胞的亚细胞定位研究,检测了BnTTG1-1在油菜(B.campestris)中的时空表达模式,并比较分析了BnTTG1-1对多个生物学过程的影响作用。结果表明,BnTTG1-1定位于烟草叶片细胞的细胞核中,推测其作为转录因子发挥调节作用。BnTTG1-1广泛存在于油菜营养组织和发育的种子中。在突变体ttg1-13背景下,异源表达BnTTG1-1基因能够完全恢复该突变体的多个表型,如无表皮毛形成和花青素合成、种皮呈黄色、种子脂肪酸和储藏蛋白含量高以及在种子萌发和幼苗形态建成过程中对高葡萄糖和高盐胁迫耐受力差等。由此可知,甘蓝型油菜BnTTG1-1与拟南芥AtTTG1在植物生长发育的多个生物学过程中具有类似的功能。     

拟南芥表皮毛发育的分子机制

拟南芥（Arabidopsis thaliana）表皮毛是存在于地上部分表皮组织的一种特化的、典型的单细胞结构。近几年,对其发育的分子调控机制的研究取得了很大进展,已克隆出大量的控制表皮毛不同发育阶段的基因,通过对这些基因的功能解析揭示出表皮毛发育及生长调节的内在分子机制。该文对拟南芥表皮毛发育的最新研究进展进行综述,并展望了关于表皮毛的研究方向及潜在的应用价值。     

AS1/AS2基因在叶形态建成中的作用研究进展北大核心CSCD

植物叶片背-腹轴极性建立是叶片形态建成的重要过程之一。ASYMMETRIC LEAVES1/ASYMMETRIC LEAVES2(AS1/AS2)是植物叶片发育中背-腹面极性关键的转录因子,直接或间接与多个蛋白或miRNAs相互协作,共同调控植物叶片发育与形成过程。本文主要综述了拟南芥、大白菜等植物AS1/AS2保守结构特征及其参与叶片侧生器官形成的启动、叶片背腹极性建立的调控等功能,总结了AS2参与植物生长激素的运输及分布、植物育性及花器官发育、植物抗病反应等生物学功能,并对今后AS1/AS2调控植物发育机制中的具体研究方向进行了展望。本文对AS1/AS2在植物发育过程功能的总结与展望,将为深入揭示AS1/AS2生物学功能的分子机制提供思路,为叶类蔬菜的新种质资源创新提供重要的理论依据。     

磷脂酶参与二萜类化合物冬凌草甲素(oridonin)对拟南芥的化感作用

为探究二萜类化合物冬凌草甲素(oridonin)对拟南芥的化感作用机制,本研究以冬凌草甲素为供体,以哥伦比亚野生型拟南芥WT和3个拟南芥磷脂酶A_1(PLA_1)、磷脂酶A_2(PLA_2)、磷脂酶C(PLC)的突变体株系pla_1、pla_2和plc_1为受体植物,通过施加不同浓度的冬凌草甲素(10、60μmol·L~(-1)),对4种拟南芥株系的种子萌发率、幼苗生长状况、相对电导率(EL)、丙二醛(MDA)含量以及3种磷脂酶活性进行了检测。结果表明:外施不同浓度的冬凌草甲素后,拟南芥种子萌发受到抑制,PLA_1和PLA_2参与此抑制过程;根长和下胚轴生长呈现典型的"低促高抑"趋势,PLA_1参与其对根的调控,PLC参与其对下胚轴的调控; 3种磷脂酶PLA_1、PLA_2和PLC酶活性均有不同程度的变化; EL和MDA增大且与浓度和时间呈正相关,PLA_2正调控10μmol·L~(-1)冬凌草甲素增大EL的过程,PLA_1和PLA_2共同响应60μmol·L~(-1)冬凌草甲素增大EL的过程; PLA_1和PLA_2共同作用正调控MDA积累过程;冬凌草甲素对植物的化感作用与磷脂酶有关,植物通过调控磷脂酶响应了冬凌草甲素的部分化感作用,且不同的磷脂酶在调控植物响应冬凌草甲素的生长过程中具有不同的作用。     

MADS-box基因控制植物成花的分子机理

植物花器官的发育和开花是植物生殖发育中最重要的过程,植物在长期的进化过程中产生了春化(低温)途径、自主途径、光周期途径以及不依赖于光温环境条件的赤霉素信号途径来适应多变的环境和调控植物开花过程。本文综述了模式植物拟南芥中由LEAFY(LFY)、CONSTANS(CO)、FLOWERING LOCUSC(FLC)、FLOW ERING LOCUS T(FT)和SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1(SOC1)等基因构成的双子叶植物响应光温条件变化的开花调控网络;以及大麦、小麦中由VERNALIZATION1(VRN1)、VRN2、ODD-SOC2(OS2)和拟南芥CO、FT同源基因构成的禾本科植物开花调控网络。其中最重要的是转录调控因子MADS-box基因FLC、SOC1、VRN1和OS2,并发现组蛋白的乙酰化/脱乙酰化,赖氨酸的甲基化/脱甲基化在调控FLC、VRN1染色质活性状态及基因表达,从而产生开花控制的机理。这些研究发现将有助于对具有重要经济价值的单双子叶植物,通过生物技术手段改良其品种特性以应对非生物逆境,特别是低温胁迫的指导。     

Fine mapping of an Arabidopsis thaliana male sterile mutant EC2-157

An Arabidopsis thaliana male sterile mutant EC2-157 has been isolated using an EMS mutagenesis strategy. Genetic analysis indicated that it was controlled by a single recessive gene called ms157. No pollen grains have been observed in mutant anthers. ms157 Has been mapped to a region of 74kb located in BAC clone T6K22 on chromosome IV using a map-based cloning strategy. As no male sterile genes have been reported in this region, ms157 could be a novel gene related to fertility. The further molecular cloning and functional analysis on this gene should facilitate our understanding of A. thaliana another development. __________ Translated from Journal of Shanghai Normal University (Natural Sciences), 2005, 34(1): 58–63 [译自: 上海师范大学学报 (自然科学版), 2005, 34(1): 58–63]     

拟南芥叶形态建成基因ABL1的图位克隆及鉴定

前期研究表明ABL1可能在植物叶发育过程中扮演重要的角色,其突变表现为叶片生长迟缓、成熟叶片叶缘缺刻明显等生长缺陷特征。该研究利用图位克隆及其精细定位技术,将ABL1基因锁定在2个SSLP标记T23K8和T8F5之间,该区间包含44个基因。通过生物信息学成功找到ABL1突变基因为拟南芥FAS1,该基因编码染色质组装因子CAF1的一个亚基,在植物顶端分生组织生长调控中扮演重要角色。RT-PCR结果显示,该基因表达受阻,功能互补实验证实abl1突变体的确是FAS1基因的一个新等位突变。研究结果暗示,ABL1/FAS1在植物叶形态建成中也起着重要作用。     

Cloning and characterization of PhPI9 involved in floral development from Phalaenopsis Orchid

In the attempt to discover new genes involved in the floral development in monocotyledonousin species, we have cloned and characterized the homologous PISTALLATA-like (PI-like) gene from Phalaenopsis hybrid cultivar named PhPI9 (Ph alaenopsis PI STILLATA # 9). The cDNA of PhPI9 has a fragment of 834 bp and has 60% identity with the PISTILATA from Arabidopsis. The deduced amino acid sequence of PhPI9 had the typical PI-motif. It also formed a subclade with other monocot PI-type genes in phylogenetic analysis. Southern analysis showed that PhPI9 was present in the Phalaenopsis orchid genome as a single copy. Furthermore, it was expressed only in the lip of the Phalaenopsis flower and no expression was detected in vegetative organs. Thus, as a B-function MADS-box gene, PhPI9 specifies floral organ identity in orchids. __________ Translated from Journal of Fudan University (Natural Science), 2006, 45(3): 277–282 [译自: 复旦学报(自然科学版)]     

互花米草NHX2基因的克隆与功能鉴定

NHX2属于CPA1基因家族,编码Na~+/H~+逆向转运蛋白,控制液泡膜中活性K~+的摄取,同时调节气孔的关闭。该研究以耐盐植物互花米草为材料,采用PCR技术克隆NHX2基因,并将其转入拟南芥进行相关功能鉴定。结果显示:(1)成功克隆获得互花米草NHX2基因CDS序列(1 602 bp),命名为SaNHX2,该基因编码533个氨基酸,SaNHX2蛋白的分子量约为58.65 kD,定位于细胞核和细胞膜,表明SaNHX2基因可能发挥转录调控的功能。(2) qRT-PCR结果显示,在ABA、NaCl和干旱胁迫处理下,互花米草叶和根中SaNHX2基因的表达量均上调。(3)为进一步鉴定其功能,成功构建植物表达载体,将SaNHX2基因转入拟南芥;经RT-PCR检测结果显示,SaNHX2基因在转基因植株中过表达;高盐胁迫处理后,转SaNHX2基因拟南芥的主根长度、叶绿素总量和相关胁迫应答基因表达量均高于转空载拟南芥,表明转SaNHX2基因拟南芥的耐盐能力显著增强。研究表明,SaNHX2基因可能在盐胁迫调节机制中发挥调控作用,可作为改良农作物耐盐的重要候选基因。     

海岛棉GbHCT13基因的功能验证

该研究利用海岛棉‘新海21’和陆地棉ND203以及模式植物拟南芥,通过转基因及荧光定量检测等方法探究海岛棉GbHCT13基因(GenBank 登录号MW048849)在纤维发育中的功能。结果显示：(1)成功构建重组载体pCAMBIA3301 GbHCT13,经农杆菌介导法转化、除草剂抗性基因筛选、荧光定量检测方法鉴定获得转GbHCT13基因拟南芥T₃代植株4株;qRT PCR检测表明,转基因植株中GbHCT13基因表达量较野生型极显著增加。(2)转基因拟南芥过表达GbHCT13基因使植株同一时期的生长较野生型旺盛,株形、叶片数、抽薹数和茎秆表皮毛数量均与野生型存在差异;组织化学分析发现,转GbHCT13基因的拟南芥较野生型茎秆初生木质部生长活跃,导管增粗,次生木质部导管细胞壁横截面积变大,但髓质细胞无明显变化;过表达GbHCT13使拟南芥中木质素合成途径基因发生不同程度改变,其中CAD、CCoAOMT、PAL和4CL与GbHCT13基因的表达呈正相关。(3)经大田筛选、分子鉴定,成功获得转GbHCT13基因棉花植株3株;转GbHCT13基因棉花的棉纤维伸长率增加,纤维强度增大;沉默GbHCT13基因使棉花植株木质素含量降低,茎秆表皮毛数量减少,木质部导管细胞数量减少,导管细胞壁中木质素沉积量降低,而棉株并未发生株高上的明显矮化现象,且木质素合成通路中的CAD、CCoAOMT、CCR、PAL 4个基因的表达均呈降低趋势,说明抑制GbHCT13使得棉花生长代谢受阻,影响纤维发育起始。研究表明,GbHCT13基因能影响棉花植株中木质素合成从而调控纤维的生长发育,其功能与GbHCT13基因在模式植物拟南芥中的基本一致。     

拟南芥黄心突变体yh基因的图位克隆及分析

在研究光合作用相关基因的过程中,获得了一个叶片为黄心(yellow heart,yh)的突变株,与野生型拟南芥(Col 0)相比,其新生叶片发黄,突变表型由隐性单基因控制。采用图位克隆及其精细定位技术,将yh突变基因定位在1号染色体的INS1_55_342与INS1_56_34区间,物理距离约为676 kb。通过测序得知yh在At1g64790第44个内含子剪接处有4个碱基的缺失,导致内含子剪切位点的变化。RT PCR分析显示,该基因表达降低,是At1g64790基因的一个新等位突变。研究表明,yh突变体与叶绿体的发育相关,可为进一步探究植物叶绿体和叶片发育机制提供新的遗传材料。     

拟南芥角质层发育突变体中WBC11基因的分析与鉴定

从拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)突变体库中筛选到一个发育突变体ku7fy1,其突变表型为叶片狭长,生长缓慢。该研究利用图位克隆技术和候选基因测序鉴定出ku7fy1角质层发育基因(white-brown complex11,WBC11)有一个点突变。对该突变体cDNA测序结果显示,WBC11基因的突变导致其第7个内含子在形成成熟mRNA时无法被正常剪切,使该突变体内WBC11的mRNA大量降解并在翻译时提前引入终止密码子。甲苯胺蓝染色实验显示,突变体叶片表面角质层有缺陷;遗传互补实验进一步证明,突变体ku7fy1中的突变基因是WBC11,ku7fy1表型是由WBC11突变造成的。     

拟南芥GH3.9基因的过表达及其表型分析

为研究GH3.9基因在植物生长发育过程中的作用,利用RT-PCR成功克隆到GH3.9基因,该基因全长为1 750bp。通过构建pEGAD-GH3.9过表达载体转化拟南芥,获得过表达GH3.9基因纯系转基因株系GH3.9ox-3和GH3.9ox-7。对拟南芥野生型(WT)和转基因株系(GH3.9ox-3和GH3.9ox-7)幼苗用不同光强和光质进行处理,结果显示:在蓝光、红光、远红光等不同光照强度下培养,过表达株系幼苗下胚轴的生长均明显受到抑制,且较野生型明显;采用不同光周期处理拟南芥幼苗,过表达幼苗下胚轴的伸长明显低于野生型;对成年植株表型进行观察,发现过表达株系植株矮小、雄蕊变短、果荚短小。研究表明:GH3.9基因参与了拟南芥生长发育调控,过表达GH3.9基因对拟南芥生长有抑制作用。     

Comparative sequence analysis of the SALT OVERLY SENSITIVE1 orthologous region in Thellungiella halophila and Arabidopsis thaliana

To provide a framework for studies to understand the contribution of SALT OVERLY SENSITIVE1 (SOS1) to salt tolerance in Thellungiella halophila, we sequenced and annotated a 193-kb T. halophila BAC containing a putative SOS1 locus (ThSOS1) and compared the sequence to the orthologous 146-kb region of the genome of its salt-sensitive relative, Arabidopsis thaliana. Overall, the two sequences were colinear, but three major expansion/contraction regions in T. halophila were found to contain five Long Terminal Repeat retrotransposons, MuDR DNA transposons and intergenic sequences that contribute to the 47.8-kb size variation in this region of the genome. Twenty-seven genes were annotated in the T. halophila BAC including the putative ThSOS1 locus. ThSOS1 shares gene structure and sequence with A. thaliana SOS1 including 11 predicted transmembrane domains and a cyclic nucleotide-binding domain; however, different patterns of Simple Sequence Repeats were found within a 540-bp region upstream of SOS1 in the two species.     

GFP基因在新疆小拟南芥和拟南芥中的表达分析

以质粒pMCB30为模板,扩增GFP基因,连接到载体pCMBIA2300-35S-OCS上,构建过量表达载体p35S:GFP,将其转入农杆菌GV3101.通过农杆菌介导法将p35S:GFP载体分别转入新疆特色植物小拟南芥和拟南芥中.T0代经含有卡那霉素的1/2MS培养基筛选,获得了T1代转基因小拟南芥2株,T1代转基因拟南芥9株.通过激光共聚焦显微镜观察,在转基因小拟南芥和拟南芥的根尖细胞中均可检测到GFP绿色荧光蛋白;对转基因植株进行PCR扩增,均可检测到GFP基因,表明GFP基因已成功转入小拟南芥和拟南芥中.该研究建立了小拟南芥的遗传转化体系,为进一步利用GFP基因和进一步研究小拟南芥的功能基因奠定基础.