刺槐核糖体蛋白同源基因RpRPL22在共生结瘤过程中功能研究

目的: 核糖体蛋白(RPs)属于多功能蛋白,能够参与调控细胞生长和响应胁迫条件。RpRPL22是一个从豆科植物刺槐中分离得到的结瘤相关基因,通过序列比对发现其与核糖体大亚基蛋白RPL22高度同源。对其如何通过调控根瘤菌侵染而在共生结瘤过程中发挥重要作用进行了较为深入的探索。方法: 利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析RpRPL22在接菌后不同时间及不同植物组织的表达变化。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)获得目的基因cDNA全长。通过GFP报告基因进行RpRPL22亚细胞定位分析。通过Gateway BP重组技术构建RNA干扰(RNAi)重组载体,借助电转化法将重组载体转至农杆菌K599,利用农杆菌介导植物根部,接菌后观察和测量植株表型。首先从宏观水平统计观察目的基因是否对结瘤过程有影响,其次从分子水平揭示目的基因在共生结瘤过程的重要功能。结果: 不同接菌时期、不同植物组织目的基因qRT-PCR相对表达量结果显示,几乎在所有取样的接菌时间,目的基因RpRPL22在接菌根中的相对表达量都低于未接菌对照根,只有接菌后第25天除外。在成熟的根瘤中,接菌后第25天该基因的表达量也最高。洋葱表皮和毛状根亚细胞定位结果均显示在椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子控制下,RpRPL22融合绿色荧光蛋白GFP的荧光信号在细胞核和细胞质有明显的表达。RNAi转化植株的表型统计观察结果,比如植株鲜重、植株的有效结瘤数目较对照组均有明显的降低;同时RNAi转化植株在根瘤菌侵染过程形成的侵染线数目和根瘤原基数目较对照均显著降低。根瘤切片实验用于观察根瘤显微超微结构,结果显示RNAi植株根瘤中固氮区的受菌侵染细胞数目与对照相比明显减少。电镜观察根瘤单个受菌侵染细胞中类菌体形态显示,RNAi根瘤中类菌体侵染细胞胞体多呈不规则形状,皱缩变形严重,环类菌体周间隙空间增大,多共生体融合,表现出细胞凋亡的迹象。对照根瘤中的受菌侵染细胞胞体多呈圆形椭圆形,胞质饱满丰富且分布均匀,细胞发育正常,表明RNAi植株根瘤发育过程明显受阻。结论: 核糖体蛋白(RP)能够参与调控豆科植物共生结瘤过程,相关同源基因RpRPL22可能在起始根瘤菌侵染植物和阻止类菌体降解过程中起重要作用。     

Rpfan37在刺槐共生结瘤过程中的功能探究

目的:研究刺槐中与磷脂酰肌醇转运蛋白有较高同源性的基因Rpfan37的功能,为探究相关基因参与豆科植物与根瘤菌共生结瘤过程提供新的思路。方法:通过前期研究,建立豆科植物刺槐与共生根瘤菌互作的抑制差减杂交反交文库,筛选疑似与共生结瘤相关的基因。利用PCR技术快速克隆经实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析基因在不同接菌时间及不同植物组织的表达。构建RNA干扰(RNAi)重组载体,转农杆菌介导转化植物根部,接种根瘤菌后验证该基因在刺槐共生结瘤过程的功能。结果:基因表达分析显示,在接菌与未接菌的刺槐根中,处理后第15天,Rpfan37表达均显著上调,但接菌与未接菌处理对该基因表达无显著影响;在成熟的根瘤中,该基因仅为低水平表达。RNAi转化植株的鲜重、株高、根长及结瘤数较对照组显著降低。在显微镜下观察到RNAi植株根毛发育异常;与对照相比,RNAi转化植株形成的根毛卷曲、根毛侵染线及根瘤原基数目均显著降低。根瘤石蜡切片结果显示RNAi植株根瘤中的侵染细胞与对照相比明显减少,分析豆血红蛋白表达发现,RNAi植株中根瘤发育成熟过程明显受阻。结论:在豆科植物刺槐中发现的相关基因Rpfan37能够参与刺槐共生结瘤过程,为研究磷脂酰肌醇转运蛋白在共生结瘤过程中的作用提供了新的理论基础。     

大麦TILLING群体的构建及EDR1基因突变的检测

该研究选用栽培大麦品种‘西引2号’,通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate, EMS）处理,创建了3 750个 M₁及2 012个 M₂突变株系。结果表明：在M₂中,有115株表现黄化,98株表现矮化,101株表现极早或极晚抽穗,其他35株表现分蘖少、叶片小或者不育等性状,所有突变株系占M₂群体的17.35%;M₂的基因组DNA用于突变频率的研究,用优化的CELⅠ酶切体系对M₂株系进行了EDR1基因突变体筛选,获得了EDR1基因的3个突变体,其中一个发生在外显子区域,导致了氨基酸Pro到Ser的转换,突变频率平均为每661 kb一个点突变,这与前人研究的突变频率基本在一个范围内。该研究创建了大麦品种‘西引2号’的TILLING筛选群体,并用于EDR1突变体的筛选。为大麦性状研究提供了不同的思路,搭建了新的资源和技术平台。     

决明GRAS基因家族全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫条件下的表达分析

目的: 基于决明(Senna tora L.)全基因组数据,对GRAS家族成员、理化性质、基因结构、进化关系以及胁迫条件下的表达模式进行鉴定和分析。方法: 将决明基因组蛋白数据与拟南芥GRAS成员进行比对,分别利用TBtools、MEGA-X、CLUSTALW、MEME等生物信息学软件和工具,对决明GRAS基因家族成员进行分析。利用qRT-PCR(quantitative real-time PCR)检测干旱和盐胁迫条件下决明根中GRAS基因的表达情况。结果: 50个StGRAS分为9个亚家族,不均等地分布在13条染色体上。结构分析表明,StGRAS34和StGRAS12分别与蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)结瘤信号蛋白NSP1和NSP2高度同源。StGRAS的启动子区域多含有与胁迫响应、激素调节等相关的响应元件。qRT-PCR结果表明,在盐胁迫条件下,StGRAS表达具有明显差异;在干旱胁迫条件下,绝大多数检测基因能够快速响应,表达显著升高;两种胁迫条件下,StGRAS28和StGRAS29表达趋势互补,具有协同调控关系。结论: GRAS基因家族能够广泛参与胁迫响应,其中StGRAS28与StGRAS29可能共同参与介导决明根的盐与干旱胁迫应答,StGRAS34和StGRAS12分别作为决明共生结瘤的NSP1和NSP2,可能与增强结瘤因子信号诱导相关,这为进一步挖掘和研究GRAS基因在决明响应胁迫和共生固氮过程所发挥的作用提供了基础。     

大麦TILLING群体的构建及EDR1基因突变的检测（英文）

该研究选用栽培大麦品种‘西引2号’,通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)处理,创建了3 750个M1及2 012个M2突变株系。结果表明:在M2中,有115株表现黄化,98株表现矮化,101株表现极早或极晚抽穗,其他35株表现分蘖少、叶片小或者不育等性状,所有突变株系占M2群体的17.35%;M2的基因组DNA用于突变频率的研究,用优化的CELⅠ酶切体系对M2株系进行了EDR1基因突变体筛选,获得了EDR1基因的3个突变体,其中一个发生在外显子区域,导致了氨基酸Pro到Ser的转换,突变频率平均为每661kb一个点突变,这与前人研究的突变频率基本在一个范围内。该研究创建了大麦品种‘西引2号’的TILLING筛选群体,并用于EDR1突变体的筛选。为大麦性状研究提供了不同的思路,搭建了新的资源和技术平台。     

核盘菌角质酶的克隆、表达及活性分析

角质酶可降解脂肪族或芳香族聚酯,对聚对苯二甲酸乙二醇酯也具有较好的降解作用,但目前市面上角质酶产品非常稀缺,因此寻求一种高效表达的角质酶用于工程酶的开发非常有必要。本研究从核盘菌中克隆得到8个角质酶基因,利用PCR结合RT-PCR技术筛选出主效基因SsCut-52,利用大肠杆菌Escherichia coli BL21将SsCut-52进行异源表达并通过镍柱亲和层析的方法分离纯化,研究重组酶的特性及其致病性。SsCut-52全长为768 bp,N端有17个信号肽,进化树分析显示其氨基酸序列和葡萄孢属(Botrytis)角质酶同源性最高,和蜡盘菌属(Rutstroemia)角质酶亲缘关系也较近。SsCut-52在核盘菌侵染植物的过程中高效表达,在菌丝形成菌核的过程中表达量也高于其他角质酶基因。异源表达检测结果显示,角质酶以包涵体的形式存在,复性的SsCut-52在pH 6.0时活性最高,比活力达到3.45 U/mg,在pH为4.0–10.0时活性均较高。最适温度为20–30℃,当温度高于50℃时该酶的残余活性低于60%。植物叶片侵染结果表明,SsCut-52对核盘菌侵染板蓝根叶片具有一定...