植物叶绿体分裂的分子机制

叶绿体是植物细胞内一种重要的细胞器．它不仅是光合作用的场所,还是其它多种中间代谢的场所．叶绿体起源于蓝细菌,与其原核祖先类似,通过二分裂方式进行增殖．最近的研究表明,叶绿体的分裂装置包含原核起源和真核起源的蛋白质,它们在叶绿体的内膜内侧和外膜外侧协同作用以完成叶绿体的分裂．在过去十几年里,包括丝状温度敏感蛋白Z（FtsZ）、Min系统蛋白、质体分裂蛋白（PDV）和ARC蛋白等在内的多个叶绿体分裂相关组分被分离鉴定．本文简要介绍了叶绿体分裂装置各成员的发现、叶绿体被膜的收缩和叶绿体分裂位点的选择机制．另外,植物发育过程中叶绿体分裂可能受到细胞的控制,但目前对细胞如何调控叶绿体分裂知之甚少．本文对该领域的最新研究进展也进行了综述．     

H_2O_2预处理及高温胁迫下杜鹃叶片活性氧及抗氧化酶亚细胞定位分析

为明确H_2O_2在杜鹃耐热性形成中的作用机制以及高温胁迫下杜鹃活性氧清除系统的亚细胞分布,该研究以3个耐热性不同的杜鹃品种为实验材料,进行H_2O_2预处理后再进行高温胁迫,分析叶绿体、线粒体和细胞溶质等亚细胞组分中活性氧产生和清除系统的变化。结果表明:(1)‘胭脂蜜’、‘红月’、‘红珊瑚’分别为耐热、较耐热和热敏感品种。(2)高温胁迫下,3个杜鹃品种H_2O_2含量的亚细胞分布为细胞溶质叶绿体线粒体,各亚细胞组分中超氧阴离子自由基■产生速率差异不显著;3个杜鹃品种均以细胞溶质中的丙二醛(MDA)含量最高,且热敏感杜鹃‘红月’和‘红珊瑚’中MDA亚细胞分布与H_2O_2相一致,但‘胭脂蜜’线粒体中MDA含量高于叶绿体。(3)高温胁迫下,‘胭脂蜜’和‘红珊瑚’亚细胞组分超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性排序为细胞溶质叶绿体线粒体,‘红月’相应排序为细胞溶质线粒体叶绿体;过氧化氢酶(CAT)活性在‘胭脂蜜’和‘红月’亚细胞组分中的排序相同,线粒体中CAT活性高于细胞溶质和叶绿体,而在‘红珊瑚’中叶绿体CAT活性最高。(4)H_2O_2预处理可以通过增强耐热杜鹃的抗氧化防御能力,减轻杜鹃幼苗的过氧化损伤,尤其是对耐热性较差的杜鹃品种效果显著。研究发现,杜鹃叶片MDA、活性氧、抗氧化酶活性的亚细胞分布在高温胁迫下存在品种差异,MDA亚细胞分布与活性氧的分布并不完全一致,热敏感杜鹃‘红月’和‘红珊瑚’叶绿体所受的过氧化损伤程度高于耐热品种‘胭脂蜜’;高温胁迫下,H_2O_2预处理对不同杜鹃品种各亚细胞器的活性氧和抗氧化酶的影响程度也表现出品种间差异。     

中国东部沿海水仙归化群体的遗传多样性

为揭示我国东部归化水仙(Narcissus tazetta var. chinensis)的群体遗传多样性,利用2个叶绿体基因mat K和trn H-psb A片段对采自沪、浙、闽的5个代表群体的49株水仙进行了评估。结果表明,双基因联合序列的总长为1443bp,共定义6个单倍型,各归化群体的遗传多样性水平为DLSYPTDNJD=ZZCMD。AMOVA分析表明,群体内变异为遗传变异的主要来源(91.98%),群体间的遗传分化较低(Fst=0.080 22)。群体物种水平上的谱系结构不显著(Nst=0.020Gst=0.031;P0.05)。Mantel检验表明水仙群体间的遗传距离与地理距离呈显著的线性相关(r=0.929,P=0.02 0.05)。中性检验和错配分布分析结果均暗示水仙群体背离了快速扩张模型的假设。单倍型分布的中介网络图结合系统发育NJ树均将所有群体划分为2大分支。因此,我国东部沿海水仙归化群体整体遗传多样性水平较低,各群体间遗传分化较弱,遗传变异主要来自群体内,物种近期未经历扩张事件,可能是基因流受海岛隔离、自身生物学特征、生境异质性与及人为干扰的综合作用影响。     

一份条斑和颖花异常水稻双突变体的形态特征和细胞学观察

在水稻遗传转化过程中发现一个不含外源基因的条斑和颖花异常的双突变体。该突变体的茎、叶、穗出现条斑。在分蘖盛期,一些叶片开始分岔或卷曲;花器官数目增多,表现为多内外稃,叶片状浆片,或浆片增大,雌雄蕊增多,颖花开裂。透射电镜对叶片白色组织细胞超微结构观察,发现细胞壁内陷,质体结构异常,不能发育出正常叶绿体所具有的片层和类囊体。叶绿素总含量和净光合速率明显低于野生型。突变体绿色组织部分中的细胞生长正常,但细胞较大。利用扫描电镜对花器官形态发生过程进行观察,雄蕊原基发育严重不同步,原基大小也不一样;心皮原基较小。     

Bt基因甜菜叶绿体转化载体构建及毒蛋白表达

利用植物叶绿体基因组在进化中高度保守的特点,根据烟草、菠菜、水稻叶绿体基因组全序列资料设计合成引物,PCR扩增并克隆了甜菜叶绿体两个重要功能基因rbcL和atpB(GenBank登录号分别为DQ067450和DQ067451),并以其作为定点整合外源基因的同源重组片段,构建了Bt基因CryIAc甜菜叶绿体定点转化载体pSKARBt,酶切鉴定表明:所构建载体符合预期设计。对克隆菌菌体总蛋白进行了生物杀虫试验,结果表明:Bt基因CryIAc能够在叶绿体特异性启动子及终止子的调控下表达,并对二龄末甘蓝夜蛾有很强的毒杀作用。该载体构建对培育甜菜高抗虫品种具有重要应用价值。叶绿体转化及后续工作正在进行中。     

番茄LeHsp110/ClpB基因的分子克隆及其对植物耐热性的影响

HSP100ClpB是Clp蛋白家族的一员,具有分子伴侣功能,与细胞“获得耐热性(acquiredthermotolerance)”相关。从番茄cDNA文库中筛选到长度达3144bp的cDNA,依据最长的开放读码框推导出的多肽含980个氨基酸残基,分子进化分析结果表明该蛋白属于HSP100ClpB家族,因其计算分子量为110kD,所以命名为LeHSP110ClpB。实验证明,LeHsp110ClpB在番茄叶片中没有组成型表达,为热诱导型基因,其编码蛋白定位于叶绿体基质。利用农杆菌介导法,将CaMV35S驱动的反义LeHsp110ClpBcDNA片段导入番茄,高温下转反义基因的番茄株系中LeHsp110ClpBmRNA水平明显低于对照,转基因株系的PSⅡ对高温胁迫更加敏感,说明HSP110ClpB在植物耐热性方面起重要作用。     

杜氏盐藻叶绿体atpA基因片段的克隆及序列分析

根据莱因衣藻、卵形肾藻、普通小球藻等10种藻类的atpA全基因氨基酸高度保守序列,设计简并引物,利用PCR方法从盐藻叶绿体DNA中扩增出约400bp的片段,将该片段连接到T-vector上进行序列测定。结果表明,核苷酸长度为405bp,编码135个氨基酸。推导的氨基酸序列与莱因衣藻的同源性为92%,普通小球藻88%,Mesostigmaviride87%,卵形肾藻86%,Cyanidioschyzonmerolae85%。以所克隆的DNA片段为探针,与盐藻叶绿体基因组进行SouthernBlot杂交结果有明显的杂交信号。据此可推断本实验中所克隆的序列为杜氏盐藻叶绿体atpA基因片段。该基因序列已被GenBank收录,接受号为AY435096。     

蚕豆萎蔫病毒2号分离物侵染对蚕豆叶片光合活性和叶绿体超微结构的影响

研究了受蚕豆萎蔫病毒2号（Broad bean wilt virus 2,BBWV2）中国分离物B935和欧洲分离物PV131侵染的蚕豆（Vicica faba）叶片光合特性、叶绿素荧光诱导动力学参数和叶绿体超微结构变化。感病蚕豆叶绿素含量减少,叶绿素a／b比逐步降低;光合气体交换参数Pn值和Gs值降低,Ci值升高;叶绿素荧光诱导动力学参数Fv/Fm、FV＇/Fm＇、ΦPSII、qP值均有不同程度降低,NPQ值升高;光合器结构遭到不同程度的破坏,B935侵染后叶绿体发育不良,片层结构疏松,PVl31侵染后叶绿体肿胀变圆,片层结构疏松瓦解。与B935相比,PV131侵染对以上各参数的变化有更大影响,且对叶绿体的破坏更为严重。实验结果表明BBWV2不同分离物对光系统II（PSII）的抑制作用与光合器受损程度相关。     

利用rp132-trnL分析阿尔金山自然保护区真藓居群遗传多样性

本研究对分布在中国新疆维吾尔自治区阿尔金山自然保护区的6个真藓(Bryum argenteum)居群的遗传结构及遗传多样性进行比较。通过对32条叶绿体DNA的rpl32-trnL序列的核苷酸序列变异的分析,发现了14种单倍型,存在201个可变位点;分子变异分析显示有51.02%的遗传变异发生在居群间水平,居群内部的遗传变异为48.98%,真藓居群间的遗传分化程度较高略大于居群内的遗传分化。居群遗传变异的分化系数为0.510 2,基因流值为0.48,显示各居群间的基因流低。单倍型多态性水平为(0.780 2±0.076 0),核苷酸多态性水平为(0.058 59±0.020 09),表明真藓居群遗传多样性丰富。对所有变异位点进行的Taijma's检验的结果是Taijma's D值为-1.567 05 (p0.10),显示所有变异符合中性进化假说。     

紫九牛叶绿体基因组密码子偏好性分析

为确定瑶药紫九牛叶绿体基因组密码子的使用模式及其成因,该研究以紫九牛叶绿体基因组50条蛋白质编码序列为研究对象,利用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP和Chips分析其密码子偏好性。结果表明:(1)RSCU>1的密码子有29个,其中有28个以A/U结尾,说明叶绿体基因组的同义密码子中偏好以A/U结尾。(2)紫九牛叶绿体基因组密码子的GC含量GC₁(47.38%)>GC₂(39.81%)>GC₃(29.60%),ENC值大于45的有40个,说明紫九牛叶绿体基因组存在较弱的偏性。(3)中性绘图分析和ENC-plot分析说明了紫九牛叶绿体基因组密码子的偏好性既受到选择的作用,又受到突变因素的影响。(4)通过构建的高低基因表达库最终确定了15个最优密码子,分别为UUG、AUU、GUU、GUA、UCU、 CCU、ACU、ACA、GCU、CAA、AAC、GAA、UGU、CGU和GGU。该研究为紫九牛叶绿体基因组的确定以及遗传多样性分析提供了依据。