[反]-β-法尼烯合成酶基因在植物抗蚜分子育种中的应用

蚜虫是重要的农业害虫,每年造成数以亿计的经济损失。[反]-β-法尼烯[(E)-β-farnesene,EβF]是绝大多数蚜虫报警信息素的主要成分,可使蚜虫产生骚动、从植株上脱落,并吸引蚜虫天敌,有效控制蚜虫危害。EβF合成酶是催化合成EβF的关键酶,目前该基因已从薄荷、香橙、花旗松、黄花蒿、洋甘菊等植物中得到分离鉴定。植物中表达EβF合成酶基因以催化法呢基焦磷酸(Farnesyl diphosphate,FPP)合成EβF是控制蚜虫危害的重要策略。文中概括了当前植物抗蚜转基因研究现状,综述了植物EβF合成酶基因及其在植物抗蚜分子育种中的应用。针对当前转基因植物的EβF生成量较低等问题,展望了EβF合成酶基因在植物抗蚜分子育种中的应用前景和研究策略。     

植物蔗糖非发酵-1相关蛋白激酶家族研究进展

蛋白质磷酸化与去磷酸化过程在细胞的信号转导网络中起关键的作用,是生物体中普遍存在的一种调节机制。植物中的蛋白激酶通过磷酸化和去磷酸化在调节ABA信号传导、能量缺失反应和非生物胁迫反应过程中有着重要的作用。其中,植物蔗糖非发酵-1相关蛋白激酶(sucrose non-fermenting-1-related protein kinase,SnRK)是植物蛋白激酶家族中一个重要家族,它们与酵母中的SNF1(sucrose non-fermenting-1,SNF1)和哺乳动物中的AMPK(AMP-activated protein kinase,AMPK)同源,具有与它们相似和自身独特的功能,根据其氨基酸序列的同源性和表达模式的差异可分为3个亚组:SnRK1、SnRK2和SnRK3。目前,在拟南芥、水稻、豆科植物、高粱以及苔藓植物等基因组中都发现了大量的SnRK蛋白激酶,它们广泛参与了植物的生长发育、病虫害防御、ABA和非生物胁迫等各种信号的应答反应。     

普通小麦祖先种类TaNAC2a基因的生物信息和表达分析

采用生物信息学方法,利用核酸、蛋白数据库对普通小麦祖先种乌拉尔图小麦(Triticum urartu L.)和粗山羊草(Aegilops tauschii L.)NAC转录因子基因家族进行分析,分别鉴定出107、126个NAC蛋白家族成员。根据拟南芥、水稻NAC基因家族分类系统,将其分为15个亚族。通过与抗逆相关基因TaNAC2a进行同源进化树分析,发现5个TuNAC、6个AetNAC基因与其高度同源,对这些基因的蛋白结构域、基因结构、启动子顺式作用元件及组织表达特性进行分析。结果表明,11个NAC蛋白具有典型的NAC结构域。进化关系较近的基因具有相似基因结构;启动子区域预测发现其均含有逆境胁迫响应作用元件。实时荧光定量PCR结果显示,TuNAC、AetNAC基因分别在乌拉尔图小麦和粗山羊草根、胚芽鞘、叶组织中均有表达,并呈现出明显的组织表达特异性。通过芯片表达数据和逆境胁迫基因表达试验,推测AetNAC2c基因可能参与植物干旱胁迫响应,AetNAC2b可能参与调控植物的耐旱、耐低温胁迫反应。上述分析结果为普通小麦祖先种基因家族的系统研究,优异候选功能基因的预测、筛选提供了试验依据。     

植物NAC转录因子的研究进展

NAC转录因子是近些年来新发现的植物特有的转录调控因子,其N端含有高度保守的NAC结构域,在植物的生长发育、器官建成、逆境胁迫以及作物的品质改良中具有重要作用.主要介绍了植物NAC转录因子结构特点、生物学功能、作用机制等方面的最新研究进展进行综述.     

长穗偃麦草EeNAC9基因功能初步研究

NAC(NAM-ATAF-CUC)转录因子在植物逆境胁迫应答反应中发挥重要作用.通过同源克隆方法从长穗偃麦草中分离到一个NAC转录因子基因EeNAC9(Elytrigia elongate NAM-ATAF-CUC 9),该基因编码274个氨基酸,等电点为9.03;对该蛋白二级结构预测发现主要存在9个螺旋区(helices)和无规则卷曲(coils).氨基酸疏水性分析表明,该蛋白存在大量的疏水性氨基酸.将该基因构建到PBI121双元植物表达载体上,通过农杆菌介导转化烟草,经PCR分子检测获得T0代35S∷EeNAC9转基因烟草阳性植株65株.胁迫培养基上初步功能研究表明,过表达EeNAC9转基因烟草表现出对ABA的敏感性,同时增强了对干旱、高盐的胁迫耐性,从而为小麦抗逆分子育种提供了优良候选基因资源.     

一种快速准确构建酵母单杂交系统报道子的方法

酵母单杂交系统是根据DNA结合蛋白 (即转录因子 )与DNA顺式作用元件结合调控报道基因表达的原理来克隆编码目的转录因子的基因 ,其中构建带有不同DNA顺式作用元件的报道子是该系统的重要环节。目前 ,构建酵母单杂交系统报道子主要采用随机串联的方法 ,由于串联的顺式作用元件的个数和方向不能控制 ,所以筛选报道子费时费力。尝试采用同尾酶定向克隆的方法 ,将顺式作用元件按相同方向和所需的个数串联起来 ,减少了筛选报道子所需的时间和费用。     

全基因组小麦PPR基因家族鉴定及表达分析

旨在筛选对二系杂交小麦杂交种具有育性恢复功能的PPR(Pentatricopeptide repeats)基因,以期进一步研究PPR基因的功能及调控机制。通过对小麦全基因组数据进行生物信息学分析,获得了1 351个小麦PPR成员,并对该基因家族进行了染色体定位与分布分析及进化树构建。通过与已报道的水稻育性恢复基因进行同源比对分析,候选了23个育性恢复相关PPR基因。进一步对高、低2种不同类型恢复系、不育系及杂交种减数分裂期幼穗取样,对23个育性恢复相关PPR基因进行实时荧光定量PCR表达模式筛选鉴定。结合结实率等重要农艺性状表型分析发现,4个PPR基因在高恢复系杂交组合中表现出了明显的超亲表达模式,相应地,这4个基因在低恢复系杂交组合中基本呈现低亲的表达模式。初步确认了4个可能参与调控二系杂交小麦杂交种的育性恢复基因。     

小麦ARF基因家族生物信息学分析及在干旱胁迫下的表达特性研究

植物生长素响应因子ARF(auxin response factor)参与调节了植物的向性运动、顶端优势、微观的分化、侧根和茎的形态发生等众多生理反应,在植物生长发育的整个过程都起到重要调控作用。本研究通过对小麦最新基因组数据进行分析,获得了61个ARF家族基因,命名为TaARFs,根据染色体编号排列为TaARF1~TaARF61,对61个TaARFs基因进行系统生物信息学分析后发现ARF家族基因结构较为复杂,外显子数量从1个到15个变化不等,除了4号染色体和5A和5B染色体之外,其余的染色体均有ARF家族基因分布。ARF家族基因大多包含B3 DNA结构域、ARF结构域(Auxin-resp)和Aux/IAA结构域;同源进化分析表明,小麦ARF家族基因的旁系同源基因数量明显多于大麦和二穗短柄草。通过拟南芥数据库比对获得14个高同源的根系发育相关的小麦ARF家族基因,利用二系杂交小麦京麦6号及父母本根系为试材进行干旱胁迫处理及实时荧光定量PCR(qPCR)筛选。结果表明,7个小麦ARF基因不同程度受到干旱胁迫诱导,其在旱胁迫下的表达量显著高于正常条件下的表达量,可能参与干旱胁迫应答;此外本研究还发现,ARF基因在F1杂交种中表达量显著高于双亲,表现出超亲表达模式,可能参与了根系抗旱杂种优势基因表达调控网络。