高等植物的叶绿体转化系统及研究进展

在高等植物的细胞中 ,细胞核、叶绿体和线粒体都含有ＤＮＡ ,它们构成了既相对独立又相互联系的遗传系统。以细胞核为外源基因受体的植物基因工程已被广泛地应用于重要农作物的改良。但核基因转化仍存在一系列难以解决的问题 ,如细胞核基因组大、背景复杂 ;外源基因的表达效率低 ,后代不稳定 ;环境安全难以保证等。为克服核基因转化存在的不足 ,1 988年 ,Ｂｏｙｎｔｏｎ等[1] 以衣藻为材料用基因枪进行外源基因对叶绿体的转化 ,首次证实了叶绿体转化的可行性。这项工作使人们意识到植物的叶绿体不仅是光合作用的重要场所 ,也可以作为植物基…     

植物基因工程新途径：叶绿体转化

在植物基因工程研究中,叶绿体是继核转化之后又一新的遗传转化和表达受体,叶绿体转化体系具有可同时进行多基因转化,表达原核性,超量表达,后代遗传稳定,定点整合,不会产生基因沉默及母性遗传和安全性好等特点,本文着重介绍叶绿体转化体系的特点,国内外研究动态,存在的问题及未来发展方向。     

植物细胞核DNA,叶绿体DNA和线粒体DNA的比较

植物一般有细胞核,叶绿体和线粒体三套遗传体系,本文结合近年来植物分子生物学研究的最新进展,系统比较了细胞核ＤＮＡ,叶绿体ＤＮＡ和线粒体ＤＮＡ在组织结构,遗传方式,基因表达（转录,翻译,ＲＮＡ加工）等方面的差异。     

叶绿体的遗传进化

叶绿体是半自主性细胞器,其生长和增殖受核基因组和自身的基因组2套遗传系统的控制、关于叶绿体的起源有2种学说,近年来．大量叶绿体基因组全序列被测定,以及分子生物学的研究结果为内共生起源学说提供了更多证据。相对于线粒体,叶绿体DNA的结构更趋于保守一,叶绿体与核基因组所编码的蛋白质互相协调来维持叶绿体的正常功能。在进化过程中,基因可能从叶绿体大量转移到细胞核中。叶绿体基因组的信息常常表现出“母性遗传”特征．因而,使之更具生物反应器的优势。     

叶绿体遗传转化的研究进展

核转化技术是基因工程的主要方法,但其多方面的不安全性使人们把焦点转向了植物基因工程另一目标：叶绿体遗传转化。本文介绍了叶绿体基因及基因组;叶绿体遗传转化的原理和方法：叶绿体转化的优点。重点介绍了关于叶绿体遗传转化国内外研究新进展。     

植物细胞器遗传工程的曙光

众所周知,生物的性状是由其遗传物质DNA决定的。在高等植物细胞中,除细胞核外,叶绿体和线粒体中也都有各自的DNA。叶绿体是光能转换,光合作用的场所。线粒体是氧化磷酸化的场所。线粒体和叶绿体的DNA,都具有细胞内半自主独立的自我复制能力,在遗传上表现为特有的母性遗传。在植物细胞中,叶绿体和线粒体具有许多与细菌共同的特性。这就给人们一个启示:那些有用的来自原核生物的目的基因能否以具有原核性的叶绿体和线粒体DNA做为它们的遗传受体,用以进行光合作用的遗传工程,生物固氮及其它遗传转化的研究。     

编码叶绿体蛋白质的某些核基因

高等植物叶绿体的一些重要蛋白质基因位于细胞核的基因组内。这些基因的细微结构已研究得较为清楚,并对不同植物的编码叶绿体蛋白质的核基因进行了比较研究。     

植物三种不同遗传方式基因的地理家系谱理论与应用初探

将已知用于从地理空间上离散或连续分布群体随机抽取基因样本的基因家系谱理论推广到两性异交植物上。由于存在不同的群体间基因多率,地３种不同遗传方式的植物基因组（核、叶绿体和线粒体ＤＮＡ）分别进行了研究。理论上证明对于不同遗传方式的基因,通过相应调整有效群体大小和迁移率,现有的基因家系谱理论可直接应用于植物群体上,其中一个结论就是当从离散分布群体中随机抽取ｎ个基因样本时,亚群体间的花粉流和种子流的相对比     

臭柏叶绿体基因组结构与系统进化分析

以臭柏为研究材料,利用高通量测序技术对臭柏的叶绿体基因组进行测序,分析了臭柏叶绿体基因组结构特征及系统进化关系。结果表明:(1)臭柏叶绿体基因组由大单拷贝区、小单拷贝区和2个反向重复区构成,但反向重复区只有261bp;基因组全长157 739bp,包含119个基因,即82个蛋白编码基因、4个rRNA基因和33个tRNA基因,其中trnI-CAU和trnQ-UUG基因有2个拷贝,其他基因均为单拷贝,且多拷贝基因中仅trnQ-UUG位于反向重复区。(2)生物信息学分析表明,臭柏叶绿体基因组共有42 579个密码子,其中编码亮氨酸Leu的数量最多,相对同义密码子使用度最高的为AGA/UUA;在臭柏叶绿体基因组中共预测到47个SSR位点,单核苷酸、二核苷酸和三核苷酸数目分别为38、1和3个;臭柏与其他刺柏属植物相比较,其基因组大小、基因组成及GC含量相近。(3)采用RAxML软件最大似然法对杨柳科、松科、蔷薇科和柏科等共31种植物构建的系统进化树表明,臭柏与刺柏属内Juniperus bermudiana亲缘关系相对较近,整个刺柏属植物分支为单系类群。该研究丰富了臭柏的遗传信息,为臭柏种质资源评价和保育、分子育种、SSR分子标记的开发、遗传多样性和群体谱系地理研究等奠定了理论基础,同时也为构建柏科植物的系统进化提供了支持。     

苏云金芽孢杆菌杀虫蛋白基因克隆及油菜叶绿体遗传转化研究

向细胞核导入外源基因的核转化技术是植物基因工程的主要方法。然而,外源基因表达效率低,表达不稳定,基因易失活和因随机插入而造成的位置效应等是该方法不足之处。而且,由于外源基因可随花粉扩散,细胞核转化体的生物安全性问题已在全球范围内引起世人的关注和担忧。将外源基因导入叶绿体基因组有望克服细胞核转化中存在的某些弊端。油菜作为世界上重要的油料作物,其叶绿体遗传转化研究还未见报道。本研究从苏云金芽孢杆菌克隆得到野生型杀虫晶体蛋白基因,构建了用于油菜叶绿体定点转化的植物表达载体,并用基因枪法将杀虫蛋白基因导入油菜,…     

植物雄性不育基因的研究进展

本文概述了植物雄性核不育基因的分子标记及其定位,综述了植物细胞质雄性不育中不育系与保持系在叶绿体和线粒体基因组的结构、转录和翻译产物方面的差异以及和雄性不育之间的可能关系,以及恢复系中的恢复基因分子水平的研究现状;讨论了环境条件光周期和温度对雄性不育的影响在分子水平上的研究现状,指出了植物雄性不育基因研究方面存在的问题和解决贩思路。     

植物体细胞杂交与胞质基因组的研究

高等植物性状主要由核基因控制,其遗传遵循孟德尔规律。现已证明：植物叶绿体和线粒体中也存在遗传物质ＤＮＡ（胞质基因）,含有整套的转录和翻译系统,能够合成蛋白质,高等植物的胞质基因组多数在有性杂交过程中表现为母性遗传。本文阐明了植物体细胞杂交与胞质基因组研究的关系及研究进展。     

濒危植物坡垒的叶绿体基因组特征及系统发育分析

了解濒危植物坡垒(Hopea hainanensis)的叶绿体基因组结构,对揭示龙脑香科植物的系统进化关系具有重要意义.本研究通过高通量测序技术对坡垒叶绿体基因组的结构特征及与其近缘种的系统进化关系进行了分析.结果 表明:坡垒叶绿体基因组具有典型被子植物叶绿体基因组的四分体结构,基因组全长151 795 bp,共注释得到124个基因,其中包括77个蛋白质编码蛋白基因(5个基因在反向重复区重复)、39个转运RNA(tRNA)基因和8个核糖体RNA(rRNA)基因.生物信息学分析表明,坡垒叶绿体基因组的密码子有19 662个,其中编码亮氨酸Leu的密码子数量最多,同义密码子使用度最高的是UUA/GCU/UCU.坡垒叶绿体基因组中鉴定得到94个SSR位点,其中3个以上核苷酸、三核苷酸、二核苷酸和单核苷酸的数目分别为7、4、24、59个.坡垒与龙脑香科其他植物叶绿体基因组全序列比较分析表明,其基因组大小、基因组成及排列特征相近,但也存在ycf1基因缺失现象.通过MEGA软件最大似然法分析比较锦葵目17种植物的叶绿体基因组,构建系统进化树发现,坡垒与龙脑香科新棒果香木(Neobalanocarpus heimii)亲缘关系相对较近,整个龙脑香科植物聚为一支.该研究丰富了坡垒的遗传信息,为构建龙脑香科植物的系统进化提供了新的材料,也为解决龙脑香科植物的分类问题提供参考.     

植物雄性不育基因的研究进展

本文概述了植物雄性核不育基因的分子标记及其定位,综述了植物细胞质雄性不育中不育系与保持系在叶绿体和线粒体基因组的结构、转录和翻译产物方面的差异以及和雄性不育之间的可能关系,以及恢复系中的恢复基因分子水平的研究现状;讨论了环境条件如光周期和温度对雄性不育的影响在分子水平上的研究现状,指出了植物雄性不育基因研究方面存在的问题和解决的思路。     

植物叶绿体DNA与线粒体DNA的遗传变异

植物叶绿体和线粒体含有DNA,它们表现出不同的遗传变异特性。叶绿体基因组的保守性强,含有特征性重复顺序,它的遗传形式多样而以母系遗传为主,在组织培养和体细胞杂交中具有稳定性强,单亲遗传的特点。线粒体基因组变异性很强,含有主基因组和随体DNA,它的遗传形式是母系遗传,但在体细胞杂交中有时表现为双亲本遗传,并有mtDNA重组,mtDNA在组织培养中发生极大的变异性。在细胞核和线粒体、叶绿体之间存在DNA互相运动的现象。     

甜菜ATP合酶β亚基基因atpB的克隆、序列分析及进化

atpB基因编码ATP合酶β亚基,是光合作用中的重要基因。ATP合酶是生物体内能量代谢的关键酶,参与氧化磷酸化和光合磷酸化反应。利用植物叶绿体基因组在进化过程中高度保守的特点,根据已知植物烟草、水稻和菠菜等的叶绿体基因组全序列,设计并合成了一对引物,以甜菜叶绿体DNA为模板,PCR扩增得到包含atpB完整基因(GenBank登录号为DQ067451)在内的一段序列,测序与序列分析表明:该克隆片段全长2 293 bp,其中包括有1 497 bp的编码区序列,推测编码498个氨基酸。同源性比较,该克隆基因与烟草、菠菜、油菜、水稻atpB基因的核苷酸序列同源性分别为90.92%、95.79%、87.71%和86.37%,推测的氨基酸序列同源性分别为94.58%、97.19%、92.17%和91.97%。同时,建立了几种植物的氨基酸序列系统进化树。     

猕猴桃属植物叶绿体基因PCR-RFLP分析

分别用2个不同限制性内切酶对猕猴桃属27个种和15个栽培品种的叶绿体基因(rbcL基因和psbA基因)的PCR扩增产物进行酶切分析,共得到25个限制性位点,其中24个具有多态性。确立了该属植物的单元型分布,对该属植物的系统发育方式和部分重要种类的亲缘关系进行了探讨,拓展了可用于该属植物分子系统学研究的遗传信息。     

植物线粒体基因转录和转录后加工

植物线粒体基因组作为植物细胞中三个遗传系统之一 ,在转录和转录后的加工中存在有许多特殊性 :在基因组结构中 ,植物线粒体基因组比较大 ,且不同物种间差异较大 ;其转录过程具有许多特点 ,例如可以起始于编码区的多个位点等 ;在高等植物中 ,所发现的线粒体基因内含子大多是II型内含子 ,这些内含子有时编码蛋白 ;植物线粒体基因转录后的编辑中C -U转换是一个十分明显的特征 ;在线粒体中 ,多腺化使转录本趋于不稳定 ,而在细胞核中 ,RNA的多腺化可以增强转录本的稳定性。综述了植物线粒体基因组结构以及转录后的编辑、剪接、多腺化等方面的特点和研究进展 。     

甜菜ATP合酶β亚基基因αtpB的克隆、序列分析及进化

αtpB基因编码ATP合酶β亚基,是光合作用中的重要基因。ATP合酶是生物体内能量代谢的关键酶,参与氧化磷酸化和光舍磷酸化反应。利用植物叶绿体基因组在进化过程中高度保守的特点,根据已知植物烟草、水稻和菠菜等的叶绿体基因组全序列,设计并合成了一对引物,以甜菜叶绿体DNA为模板,PCR扩增得到包含αtpB完整基因（GenBank登录号为DQ067451）在内的一段序列,测序与序列分析表明：该克隆片段全长2293bp,其中包括有1497bp的编码区序列,推测编码498个氨基酸。同源性比较,该克隆基因与烟草、菠菜、油菜、水稻αtpB基因的核苷酸序列同源性分别为90.92％、95．79％、87．71％和86．37％,推测的氨基酸序列同源性分别为94．58％、97．19％、92．17％和91．97％。同时,建立了几种植物的氨基酸序列系统进化树。