高羊茅FaCONSTANS基因的表达及功能分析

植物由营养生长向生殖生长转变过程中光周期调控起着重要的作用.CONSTANS (CO)是光周期途径中的特有基因,为探讨高羊茅FaCONSTANS(FaCO)基因响应日照长短从而启动植物开花的机理,利用实时荧光定量qRT-PCR技术分析在长日照、短日照、持续光照、持续黑暗条件下FaCO基因的表达水平.构建过表达载体p13...     

高羊茅春化基因FeVRN2的克隆及其在非生物胁迫下的表达

VRN2基因是受春化作用负调控的开花抑制子。为揭示非生物胁迫下高羊茅(Festuca elata)春化基因VRN2的分子调控机制,本研究以高羊茅为实验材料,采用c DNA末端快速扩增技术,克隆得到VRN2基因全长c DNA序列,命名为Fe VRN2。Fe VRN2基因c DNA全长为1 219 bp,具有一个完整的长度为657 bp的开放阅读框,编码蛋白质产物长度为218个氨基酸,并包含一个CCT保守结构域。同源性分析表明Fe VRN2与禾本科植物圆锥小麦(Triticum turgidum)、节节麦(Aegilops tauschii)、山羊草(Aegilops speltoides)、二穗短柄草(Brachypodium distachyon)、大麦(Hordeum vulgare subsp.vulgare)的亲缘关系非常近。荧光定量PCR结果显示:Fe VRN2基因在高羊茅叶片中的表达受高温、干旱与高盐胁迫特异诱导,说明该基因参与了高羊茅对高温、干旱与高盐胁迫的适应性调控。     

高羊茅春化基因FaVRN1亚细胞定位与差异表达分析

高羊茅在生长季出现生殖枝,抑制新枝形成,不利于草坪质量及其持久性生长.研究春化基因的分子特征,探索抑制生殖生长的分子育种新途径,对坪用型高羊茅品种改良具有重要意义.本研究在克隆高羊茅春化基因FaVRN1的基础上,构建高羊茅春化基因FaVRN1与绿色荧光蛋白基因GFP融合的植物表达载体p-FaVRN1-hGFP,利用基因枪转化法转入洋葱表皮细胞,荧光显微镜检测融合基因的瞬时表达,并运用实时荧光定量PCR分析春化基因FaVRN1在春化与非春化条件下的表达差异.研究结果表明,FaVRN1基因编码的蛋白产物位于细胞核,符合它作为转录因子特性;春化条件下,FaVRN1基因的表达随处理时间延长逐渐增加.非春化条件下,FaVRN1基因的表达随处理时间延长而降低.FaVRN1基因在春化条件下的表达水平远高于非春化条件,FaVRN1基因的表达受春化条件正调控.     

农杆菌介导的高羊茅高效遗传转化和转基因植株再生

用带有质粒pDBA121(含hpt基因和bar基因)的农杆菌EHA 105转化高羊茅(Festucaarundinacea Schreb.)胚性悬浮细胞,建立了可重复的、高效的农杆菌介导的高羊茅遗传转化系统.商业用的除草剂Basta直接用于转化细胞的筛选.基因型、受体材料的类型、培养基成分和筛选剂影响农杆菌介导的转化频率.悬浮细胞的农杆菌转化效率为每克悬浮细胞再生2.85～10.9株转基因植株,大大高于基因枪法的高羊茅转化效率(2～5株).经PCR分析和Southern杂交检测表明,bar基因已整合进入高羊茅基因组,转基因植株Basta喷洒试验表明bar基因已成功地实现高水平的表达.此转化系统的建立为高效地将外源有用基因导入高羊茅并高效稳定地表达奠定了基础.     

温度和光周期对水稻抽穗期调控的交互作用

光周期和温度是植物开花的2个关键的调控因素,植物成花转变决定于植物对光周期和温度变化的精确测量.作为短日照植物,水稻在长日低温条件下抽穗期推迟,为了阐明温度和光周期对水稻开花时间的调控效应,本文利用1个光周期不敏感的突变体及其野生型,系统地分析了不同温度和光周期处理条件下,调控水稻开花时间几个关键基因（Hd3a,RFT1,Ehd1,Ghd7,RID1/Ehd2/OsId1,Se5）的表达调控模式,结果表明Ehd1-Hd3a/RFT1通路在光周期和温度调控水稻开花途径中保守.Ehd1,Hd3a和RFT1的表达在低温（23℃）条件下急剧下降,表明Ehd1,Hd3a和RFT1表达阻抑是低温条件下水稻开花推迟的主要原因.另外,在长日照条件下,低温（23℃）处理促进了水稻开花抑制子Ghd7的表达,表明低温条件和长日照条件对Ghd7的表达具有协同作用.此外,本文还分析了Hd1与光周期开花调控途径中几个关键基因的调控关系,发现Hd1在长日照条件下负向调控Ehd1的表达而正向调控Ghd7的表达,表明在长日照条件下,Hd1-Ghd7-Ehd1-RFT1通路也是水稻抽穗期调控的一条重要途径.     

谷子光敏色素基因光周期、非生物胁迫响应特性及关键自然变异位点鉴定北大核心CSCD

比较分析光敏色素基因家族成员对光周期、非生物胁迫响应模式并鉴定其有利自然变异类型,为全面了解光敏色素基因家族在光周期调控谷子生长发育及应对非生物胁迫中的作用机制、开展关键性状的分子辅助选择奠定基础。文中利用RT-PCR技术从超晚熟谷子农家种‘毛粟’中克隆了3个光敏色素基因SiPHYA、SiPHYB和SiPHYC;在进行生物信息学分析后,利用荧光定量PCR技术研究了3个基因的光周期调控模式及对聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)模拟干旱、自然干旱、脱落酸(abscisic acid,ABA)、高温、Na Cl五种非生物胁迫的响应特性;最后检测这3个基因在160份谷子材料的突变位点,通过单倍型分析确定基因的功能效应。结果表明,获得了基因SiPHYA、SiPHYB和SiPHYC包含完整编码区的c DNA序列,长度分别为3 981、3 953、3 764 bp,其中基因SiPHYB和SiPHYC具有较近的进化关系。基因SiPHYA、SiPHYB和SiPHYC均受光周期调控,但光周期对SiPHYB、SiPHYC昼夜表达模式的影响要强于SiPHYA;短日照条件临近抽穗SiPHYA、SiPHYB表达水平显著低于长日照,暗示其在谷子长日照抑制抽穗中发挥作用。SiPHYB和SiPHYC共同响应PEG模拟干旱、自然干旱、ABA、高温4种胁迫;SiPHYA和SiPHYB以不同方式响应盐胁迫,SiPHYC没有参与谷子盐胁迫响应过程。基于160份谷子材料重测序数据发现基因SiPHYB高度保守,基因SiPHYA含有两个错义突变:单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP) 7 034 522;,SNP7 036 657;,导致延迟抽穗、增加株高。基因SiPHYC含有一个错义突变(SNP5 414 823;),导致短日照缩短抽穗期,长日照延长抽穗期,对株高、穗长的增加作用不受光温环境影响。光周期对基因SiPHYA、SiPHYB和SiPHYC具有不同的调控作用,除了盐胁迫,SiPHYB和SiPHYC共同响应多种非生物胁迫,相比参考基因型,SiPHYA、SiPHYC突变延迟抽穗、增加株高和穗长。     

水稻长日照开花因子Lfm1的图位克隆

开花期是水稻最重要的农艺性状之一,水稻的花期决定着水稻的地区适应性和最终产量。人工选择使水稻从短日照向长日照、低纬度向高纬度扩张,因此水稻已逐渐进化出适应长日照条件下的开花调控机制。目前,虽然鉴定了一些影响水稻长日照的开花基因如SDG724、RFT1、EHD4、DTH2,但是挖掘水稻长日照开花基因还十分有限。本研究通过筛选水稻突变体库,获得一批在长日照下花期有显著差异的突变体材料,其中一份突变体lfm1(late-flowering mutant1),在长日照条件下开花延迟,在短日照条件下开花时间正常。通过图位克隆,将Lfm1基因初定位至第8染色体端粒附近。进一步的精细定位将Lfm1基因定位于分子标记8-0.269和与8-0.283之间,范围为12 kb,该区域包括3个候选基因。经测序分析发现,在突变体lfm1中,LOC_Os08g01420基因的第六外显子2800处缺失9个碱基,突变体lfm1等位于已报道的突变体ehd3。在适度(中日照条件下,~12 h/12 h)的光照条件下,突变体lfm1表现为穗粒数增多,生育期略延长,具有应用于生产的潜力。Lfm1基因的克隆为培育适应不同生态区域的水稻材料提供了重要的基因资源。     

高羊茅FaChit1基因组DNA的克隆及其拷贝数的验定

以获得的高羊茅FaChit1基因cDNA设计引物扩增其基因组DNA,序列比对发现该基因内不存在内含子.进一步采用染色体步移方法分离FaChit1基因上游的一段935 bp启动子序列以及下游的一段470 bp 3′非翻译区序列发现,在该启动子区域内不仅含有保守的TATA盒和CAAT盒,而且包含多个潜在的与胁迫应答有关的顺式调控元件,表明该启动子可能是1个多胁迫诱导型启动子.此外,在FaChit1 3′非翻译区含有真核生物基因中高度保守的特征序列.Southern杂交结果表明,FaChit1在高羊茅基因组中有2个拷贝.     

水稻光温敏不育基因研究概况

光温敏雄性核不育水稻的花粉育性受日照长度或温度的调控,在长日、高温条件下表现不育,短日、低温条件下表现可育.水稻这一特性的发现使得人们可以利用其进行‘两系法'杂交稻育种来补充传统的‘三系法'杂交育种体系.水稻光温敏核不育基因的研究对于'两系法'杂交稻育种的利用研究至关重要.主要对光温敏核不育基因的遗传规律分析、基因的定位研究进展以及DAN分子标记在基因定位中的应用等方面进行了综述.     

豌豆乙酰羟酸还原异构酶基因结构、蛋白活性分析及其调控机制研究

用PCR方法获得了G2豌豆AAIR基因的核DNA序列, 分析表明该基因由8个内含子和9个外显子组成, 其中3个内含子带有特征性的富A/T内源启动子区. 分子杂交试验表明, 短日照条件下G2豌豆中AAIR的表达不受生殖生长的影响, 开花前后都维持较高水平的表达. 长日照条件下, 植株开花后AAIR的表达水平迅速下降. AAIR基因表达强度的变化与豌豆乙酰羟酸还原异构酶的活性变化规律相一致. 用乙酰羟酸还原异构酶缺陷型大肠杆菌做功能互补实验发现, 带有豌豆AAIR cDNA的细菌能够在缺少分枝氨基酸的M9培养基上生长, 表明该基因产物确实具有乙酰羟酸还原异构酶活性. 进一步的研究表明, 豌豆AAIR基因产物能显著提高野生型大肠杆菌合成分枝氨基酸的能力. 凝胶阻滞实验表明, AAIR基因的内含子中的富A/T区能与豌豆核蛋白提取物发生特异性结合. 该蛋白在不衰老的短日照G2豌豆顶芽中一直保持稳定表达, 但在迅速衰老的长日照豌豆顶芽中, 开花后该蛋白就迅速降低直至完全消失. 因此, AAIR基因内源启动子区与核蛋白的特异性结合可能是调控该基因表达的重要机制.     

高羊茅对高温的生理生态响应

分析了昼/夜38℃/30℃高温下2种高羊茅草坪草(凌志和交战Ⅱ)与狗牙根叶片的相对含水量、叶绿素含量、细胞膜脂过氧化、抗氧化系统以及光合作用等生理生态指标的变化.结果表明:随高温时间的延长,2种高羊茅的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率和最大光能转化效率均呈降低趋势,而且凌志高羊茅的平均降幅小于交战Ⅱ高羊茅.经过9d的高温处理,凌志高羊茅叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的平均活性比交战Ⅱ高羊茅分别高19.7%、17.9%和17.7%,而凌志和交战Ⅱ高羊茅的净光合速率分别下降了60.7%和81.9%.与交战Ⅱ高羊茅相比,凌志高羊茅具有更高的光化学转换功能,有利于减轻高温对光合器官的损伤,使其保持较高的净光合速率.在整个高温处理过程中,狗牙根的各项生理生态指标随时间变化的差异不显著.狗牙根、凌志高羊茅和交战Ⅱ高羊茅对高温胁迫的适应能力由强到弱.     

光周期途径核心因子CO的开花调控机制

CONSTANS（CO）基因是生物钟和开花时间基因之间监测日照长度的重要元件,在光周期途径中发挥核心功能。CO可以整合光信号和生物钟信号,诱导开花途径整合子FLOWERINGLOCUST（F即和SUPPRESSOROF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1（SOC1）的表达,进而促进植株开花。本文综述CO基因的开花调控机制,并结合CO基因的研究现状展望了其未来的研究方向。     

酵母基因上游序列中潜在的转录正调控位点分析

前期研究表明,高效转录酵母基因内含子在序列长度、寡核苷酸使用、以及位置分布等方面都有着区别于低转录内含子的特征 . 进一步观察发现：上游基因间区域的序列长度与基因转录频率也有与内含子序列相同的现象,转录频率高的上游基因间序列一般都比转录频率低的长 . 对高效转录和低效转录上游基因间序列的寡核苷酸使用频率进行统计比较分析,抽提出高转录基因上游区可能的转录正调控元件 . 与酵母的所有非编码序列比较,这些可能的正调控元件基本上也是过表达的 (over-represented) ,其中多数和实验所得的一些位点特征相吻合 . 这些元件富含 G 、 C ,这与内含子中可能的正调控元件在碱基组成上有一定的互补性 . 从这些特征看,高效转录基因上游的序列结构确实有利于基因的转录 .     

ECT 6和ECT 7调控拟南芥开花时间的研究北大核心CSCD

m^(6)A修饰是mRNA上含量最丰富的一种修饰,调控mRNA的命运决定。YT521-B同源性(YTH)结构域蛋白是一类典型的m^(6)A“阅读器”,能识别并结合m^(6)A,完成基因的转录后调控。为了探究拟南芥YTH结构域蛋白ECT6和ECT7的功能及其分子机制,该研究对ect 6、ect 7和ect 6 ect 7双突变体进行基因型和半定量PCR鉴定及开花表型观察,通过细胞学观察分析ECT6和ECT7的亚细胞定位,并采用qRT-PCR检测开花关键基因的表达量。结果显示:(1)ECT 6基因组包含5个外显子和4个内含子,ect 6突变体分别插入在ECT 6基因的第3和第5外显子;ECT 7基因组包含6个外显子和5个内含子,ect 7突变体分别插入在ECT 7基因的第4和第6外显子。(2)突变体ect 6和ect 7均为完全敲除的功能缺失突变体,在长日照下二者均表现出开花提前和叶片数减少。(3)在长日照和短日照下ect6 ect7双突变体均表现出开花提前和叶片数减少。(4)开花抑制基因FLC和成花素基因FT是关键的开花调控因子,qRT-PCR分析结果显示,在ect 6 ect 7双突变体中,FLC的表达水平降低,FT的表达水平升高,且春化通路基因VIN 3、VRN 2、VRN 5和自主通路基因FVE的表达水平也显著升高。(5)ECT6和ECT7均定位于细胞核和细胞质中。     

翦股颖和高羊茅对铜、铅吸收及耐受性

测定了高羊茅和翦股颖两种草坪植物在Cu、Pb污染下发芽率、叶绿素、净光合速率和SOD的变化,以及两种草对Cu、Pb的吸收.结果表明, 重金属污染对高羊茅种子的萌发产生显著影响.高浓度Pb污染以及Pb、Cu复合污染对高羊茅的叶绿素影响很大,Cu单独污染对高羊茅叶绿素的抑制作用较小.翦股颖的叶绿素变化不显著.在3个Pb处理及350 mg·kg^-1 Cu处理下,翦股颖的SOD活性均高于对照,而只有在700 mg·kg^-1Pb 和350 mg·kg^-1 Cu+1 100 mg·kg^-1 Pb处理下高羊茅的SOD活性才升高.高羊茅的净光合速率受Cu污染影响较小,而受Pb污染影响较大.在Cu、Pb单独污染条件下,翦股颖净光合速率均呈下降趋势.从生理角度来看,翦股颖对Cu、Pb污染的耐受性强于高羊茅,而高羊茅对Cu污染的耐受性强于Pb.高羊茅Cu吸收量大,但Cu吸收量不随污染浓度升高而升高.翦股颖对土壤Pb的吸收能力较强, 且Pb吸收量随污染浓度的增加而增加.翦股颖和高羊茅可分别用于Pb和Cu污染土壤的治理.     

盐生境下硅对坪用高羊茅生物学特性的影响

干旱半干旱区草坪绿地的长期灌溉容易引发土壤次生盐渍化,提高草坪草在盐生境下的生长发育能力是应对土壤次生盐渍化的主要途径之一.采用盆栽试验研究了盐生境下硅对坪用高羊茅(Festuca arundinaea)生物学特性的影响.结果表明,向盐生境土壤中添加不同浓度硅均提前高羊茅出苗时间2d,加快出苗速率,增加出苗总数,提高保苗率,且总出苗率和保苗率随着硅浓度增加而显著增大(P＜0.05),这说明盐生境下向土壤添加硅改善了幼苗完全死亡的现象.盐生境下硅显著增加了高羊茅叶长,株高和分蘖数,但对叶宽影响不显著,说明硅能够促进高羊茅生长,但对草坪绿地的质地影响不大.虽然硅能显著增加高羊茅总生物量(P＜0.05),但较低浓度时促进其茎叶生长,高浓度促进其根系生长.硅在高羊茅体内的沉积量随施入硅增加而增大,但其茎叶和根系内硅含量不超过3.0％,且根系内硅含量约为茎叶内硅含量的2倍.结果显示,硅提高了坪用高羊茅在盐生境下的适应能力,这为以后草坪绿地管理中应对土壤潜在盐渍化的问题提供了一定的科学依据.     

氮胁迫下高羊茅基因组DNA甲基化的MSAP分析

高羊茅是一种重要的禾本科牧草,尽管其具有良好的耐寒耐热性,但其生长发育过程受外界氮素浓度的直接影响。DNA甲基化作为一种表观遗传调控方式在植物抵御逆境胁迫中起到至关重要的作用。本研究以高羊茅为试验材料,经无氮胁迫15 d后,以未经氮胁迫为对照,对基因组DNA甲基化的变化进行甲基化敏感扩增多态性(MSAP)分析。结果表明:无氮处理15 d后,植株生长受到强烈地抑制,且叶片大面积发黄;MSAP分析选用12对选扩引物,共检测到725个基因位点,其中发生甲基化和去甲基化的位点占16.4%;对照组和氮胁迫组总甲基化水平分别是65.56%和65.47%,显示氮胁迫15 d高羊茅基因组DNA总的甲基化水平未发生显著变化。对15条标记带进行克隆并测序,成功获得14条不同变化类型的序列,这些序列与禾本科植物具有较高的同源性,推测氮胁迫下的高羊茅基因组甲基化可能发生在编码区域。综上,高羊茅对环境的适应性调节可能与氮胁迫诱导的甲基化的变化有关。     

高羊茅甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因FaGAPDH的克隆与分析

以高羊茅茎基部与叶基部的mRNA为模板,引用基于多年生黑麦草GAPDH基因序列设计的引物,进行RT-PCR分析,同时结合3'RACE和5'RACE方法从高羊茅中扩增出两个GAPDH基因,命名为Fa-GAPDH1(GQ480772)与FaGAPDH2(GQ480773)。两序列cDNA全长分别为1281bp和1348bp,具有完整的开放阅读框(ORF,FaGAPDH1:74～1087bp;FaGAPDH2:106～1119bp),编码蛋白都为337个氨基酸。保守结构域功能分析表明两基因编码的蛋白质都具有典型的Rossman-NAD连接折叠和C-末端结构域。FaGAPDH1和FaGAPDH2蛋白与禾本科植物的该基因蛋白产物比较发现氨基酸序列的同源性都在90%以上,说明两基因具有高度的保守性。     

光周期对春石斛开花及多胺含量的影响

以春石斛为试材,研究光周期对其开花及多胺（腐胺、亚精胺和精胺）含量的影响,以期了解春石斛开花的光周期特性以及期间能源物质多胺的变化规律。结果显示,春石斛短日照处理植株开花较长日照处理的提前约18d,为称量性短日照植物;同时,短日照处理植株的花芽多,开花量犬,花径较长日照大。不同光周期诱导开花过程中,春石斛叶片内腐胺含量最高,波动较大,短日照处理下基本维持比长日照高的水平。亚精胺含量其次,且随生长发育逐渐升高,短日照处理下一直保持比长日照高的水平。精胺含量最低,变化不大,短日照下保持与长日照相同或略高的水平。由此推测,春石斛为称量性短日照植物,高水平的腐胺和亚精胺可能与春石斛花芽的形成有关。     

机场草坪植被调控对土壤细菌群落结构与功能的影响

为了探究植被调控对土壤细菌群落结构和功能的影响,对天津滨海国际机场草地植被进行单一草坪植物建植和高强度刈割,在调控后第3年的春、夏、秋季节取调控区土壤样本,利用16S rRNA基因高通量测序和PICRUSt软件,分析了不同植被调控方式下土壤细菌组成、多样性及季节性变化,预测细菌功能特征。结果表明,各样地共有的优势菌门（相对丰度>5%）有变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和绿弯菌门（Chloroflexi）。与对照区相比,刈割调控区土壤放线菌门相对丰度显著增加;单一草坪建植调控区,夏季土壤芽单胞菌门相对丰度显著增加（P<0.05）。刈割调控、高羊茅及黑麦草调控区,土壤细菌门之间相关性较对照分别减弱21.4%、46.4%和67.9%,使细菌网络结构更为简单。夏季和秋季3个调控区土壤细菌群落的Shannon指数和Chao1指数显著高于对照区,而秋季Simpson指数显著低于对照区（P<0.05）。KEGG代谢途径差异分析可知,刈割调控、高羊茅和黑麦草调控区,土壤细菌分别有25、24和23个代谢通路的功能基因丰度显著低于对照区,主要体现在聚糖的生物合成与代谢、细胞运动、细胞生长与死亡、核苷酸代谢等通路上。可见,机场植被调控改变了土壤细菌群落的组成,简化了细菌网络结构,代谢功能也明显下降。