植物功能基因组学研究技术及其在林木中的应用

介绍了近年来植物功能基因组学研究技术包括表达序列标签、基因表达的系列分析、DNA微阵列、反向遗传学的发展及其在植物,特别是在林木中的应用进展.     

树木抗病基因研究进展

在长期进化过程中,植物形成了一系列防御机制,抵抗各类病原物入侵,抗病R基因在其中发挥着关键作用。R基因的研究,在农作物中取得很大进展,已成为植物病理学的研究热点。相比之下,树木抗病基因研究较为落后,虽从苹果、杨树和柚子中已分离了几个与已知R基因具有类似结构与功能的基因,但还没有真正的树木抗病R基因被克隆出来;目前,大部分研究主要集中在利用分子标记构建连锁图谱,寻找抗病数量性状位点（Quantitative trait loci,QTL）和与R基因紧密连锁或共分离的质量性状标记;其中一些标记已经应用在分子辅助选育中,并显示了诱人的应用前景。另外,利用已知抗病R基因的保守区域,从多种植物中已扩增出许多抗病基因类似序列,它们大多被转化为与R基因紧密连锁的标记或被当作抗病候选基因。     

杨树葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)基因启动子的克隆与分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶是磷酸戊糖途径的关键性调控限速酶,其主要功能是为脂肪酸合成、氮还原和谷胱甘肽等生物分子合成提供还原力NADPH,也为核酸合成提供戊糖;此外,还参加非生物逆境胁迫应答反应.因此,G6PDH对植物的生长发育起着非常重要的作用.本文利用甜杨G6PDH基因和毛果杨基因组序列,通过PCR获得了甜杨G6PDH基因上游1 400bp的序列.序列分析结果表明,该序列具有启动子的基本元件TATA-bOX、CAAT-box.此外,还包含多个胁迫诱导元件,如低温诱导元件LTR,盐诱导元件GT-1,抗冻、缺水、脱落酸、抗寒元件MYB和MYC,以及光响应元件L-box、G-box、3AF-1、TC丰富区等.     

火炬松DREB1基因的电子克隆与生物信息学分析

利用来自Forest TreeDB数据库中热胁迫cDNA文库ESTs聚类、拼接组装的Unigene以及基因GO注释,得到了假定的火炬松DREB1基因,全长1 293bp,具有完整的蛋白编码框的cDNA序列。采用DNAMAN软件分析碱基组成、限制酶切位点和重复序列等,结果发现,该序列与其他物种中克隆得到的DREB1具有较高的同源性,初步断定所电子克隆得到的cDNA序列为火炬松DREB1基因(PteaDREB1)。在此基础上,利用网上的公共数据库和相关软件(Antheprot等)对PteaDREB1编码的理化性质和一级结构进行分析,并模拟了其二级结构和三级结构。结果表明,该蛋白为疏水性非球形可溶蛋白,含有295个氨基酸,分子量为32.4kD,等电点为8.22;其二级结构以螺旋和卷曲为主,三级结构具有DREB蛋白家族中典型的结合DNA的AP2结构域。这进一步说明所克隆到的cDNA片断为火炬松DREB1基因。上述研究结果可为PteaDREB1基因下一步的分子克隆、功能鉴定和应用奠定基础,具有一定的现实意义和应用前景。     

甜杨6-磷酸葡萄糖脱氢酶在抗冻性低温诱导中的作用

对-20℃低温锻炼及脱锻炼过程中甜杨(Populus suaveolens)幼苗的G6PDH、SOD和POD活性、MDA含量和半致死温度(LT50)进行了测定和分析.结果发现,低温锻炼在一定程度上提高了幼苗6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)、SOD和POD活性,降低了MDA含量和幼苗半致死温度(LT50).另外,将幼苗放回常温(脱锻炼)2 d能引起幼苗的G6PDH、SOD和POD活性的显著下降,并使LT50和MDA含量的迅速回升.结果表明,低温锻炼中G6PDH活性的增加有助于SOD和POD活性的提高,进而对幼苗的LT50和MDA含量的降低有明显的促进作用,G6PDH可能参与了SOD和POD活性的调节和抗冻性的低温诱导.     

植物抗冻蛋白及抗冻性分子改良

概述了植物抗冻蛋白及其相关基因的研究现状,主要包括植物低温诱导蛋白、具有热滞活性的植物抗冻蛋白及其相关基因的分离、鉴定与表达调控,以及植物抗冻性基因工程研究动态.在此基础上,讨论了该领域研究中的主要问题、发展趋势及近期研究热点.     

钙-钙调素在零下低温诱导毛白杨扦插苗抗冻性中的作用

以零下低温锻炼和结合效应剂(CaCl2、钙离子螯合剂EGTA、钙离子通道阻断剂LaCl3或钙调素拮抗剂CPZ)处理的低温锻炼下的毛白杨(Populus tomentosa)扦插苗为试材,对其体内丙.醛(M D A)及钙调素(CaM)含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及线粒体腺苷三磷酸酶(Ca2 -ATPase)活性,以及幼苗的半致死温度(LT50)分别进行测定.结果表明,低温锻炼不仅在一定程度上提高了幼苗 CaM含量,SOD、POD和线粒体Ca2 -ATPase活性,降低了MDA含量和幼苗半致死温度;而且减小了低温胁迫所引起的SOD、POD、线粒体Ca2 -ATPase活性和CaM含量的下降程度以及MDA的增加幅度,促进了胁迫后恢复过程中SOD、POD、线粒体Ca2 -ATPase活性和CaM水平的迅速回升以及MDA的下降.在低温锻炼的同时,用CaCl2处理能加强低温锻炼的效果,但这种效应可被EGTA、LaCl3或CPZ处理抑制.经或未经CaCl2处理的低温锻炼后,幼苗中CaM含量的增加有助于SOD、POD和线粒体Ca2 -ATPase活性的提高,进而对幼苗抗冻性的提高有明显的促进作用.看来,Ca2 -CaM信号系统可能参与了SOD、POD和线粒体Ca2 -ATPase活性的调节和抗冻性的低温诱导.     

火炬松热胁迫cDNA文库的表达谱分析

以火炬松热胁迫cDNA文库的EST序列为材料,对EST序列进行聚类、拼接等处理后,再进行Blast同源比对以及基因GO注释分析。研究结果如下:从Forest TreeDB数据库中下载了火炬松热胁迫cDNA文库的所有EST序列,共4 283条。EST序列经CAP3拼接后,获得2 062个UniGene,其中934个Contig,1 128个Singletons。对UniGene进行同源检索,按照GO的分子功能、生物过程和细胞组分三个不同分类角度分类,被赋予功能的基因数累计达4 661个,但365个(17.7%)的序列与核酸和蛋白数据库无序列同源性,即17.7%为新发现的基因。经对所有具有功能的基因研究发现,受外界胁迫表达的抗逆相关基因含量较高。上述研究结果对于研究火炬松热胁迫基因表达特征与抗逆分子机制具有一定的借鉴价值,以及开发火炬松新分子标记与开展分子辅助育种具有一定的指导意义。     

甜杨的组织培养和快速繁殖

1植物名称甜杨(Populoussuaveolens). 2材料类别多年生嫁接苗枝条. 3培养条件芽启动及增殖培养基:(1)改良MS(大量NH4NO3、KH2PO4分别调为0.8、0.34 g.L-1,微量MnSO4·4H2O、ZnSO4·7H2O分别调为15.6、4.3 mg·L-1,其它成分与MS相同) 6-BA 0.5 mg.L-1(单位下同) NAA 0.1;(2)改良MS 6-BA 0.2 NAA0.1;(3)改良MS 6-BA 0.3 NAA 0.1;(4)改良MS 6-BA 0.3 NAA 0.1 GA 0.1.根诱导培养基:(5)1/2改良MS IBA 0.1;(6)1/2改良MS IBA0.1 NAA 0.1;(7)1/4改良MS IBA 0.1;(8)1/4改良MS IBA 0.1 NAA 0.1.上述培养基中加入2%～3%蔗糖和0.55%琼脂,pH 5.8.培养温度(25±2)℃,光照12 h·d-1,光照度2 200 lx.     

赤桉抗寒转录因子ICE1基因的分子克隆与表达分析

ICE1属于一种类似MYC的bHLH转录因子,可特异地结合到CBF3启动子的MYC作用元件并诱导CBF/DREB1下游基因的转录表达。本文以拟南芥ICE1蛋白序列为信息探针,搜索桉树基因组和EST数据库的同源序列并进行拼接、设计引物,通过RT-PCR从赤桉克隆了桉树的第一个ICE1基因。其cDNA长1792bp,含有完整的开放阅读框,可编码523个氨基酸。BLAST分析表明,cDNA序列及其推导的氨基酸序列均与拟南芥、芥菜、小麦和甜杨ICE1存在着较高的同源性,预示所获得的cDNA可能是赤桉ICE1基因（EcaICE1）。EcaICE1基因表达分析结果显示,EcaICE1在赤桉根、茎、叶中均表达,而且表达水平不受低温胁迫处理时间的影响,这表明EcaICE1是组成型表达。此外,EcaICE1的超表达可以提高转基因烟草的耐低温能力。上述结果为进一步研究EcaICE1在赤桉耐低温胁迫过程中基因表达的调控机制打下基础。