植物质体基因工程调控元件研究进展

随着植物合成生物学的发展,质体逐渐成为许多具有商业价值的次生代谢产物和治疗性蛋白异源生产的理想平台。与核基因工程相比,质体基因工程在外源基因高效表达和生物安全性等方面具有其独特优势。然而,外源基因在质体系统中的组成型表达或对植物生长不利,因此需进一步挖掘、设计调控元件实现对外源基因的精准调控。本文概述了质体基因工程调控元件的研究进展,内容包括操纵子设计与优化思路、多基因共表达调控策略及新型表达调控元件的挖掘等,为植物合成生物学的发展提供参考。     

植物转录因子最新研究方法

转录因子可以调控众多下游基因的表达,在植物的生长发育、代谢及对外界环境的反应中起着重要作用。我们结合近年来植物转录因子的研究进展,归纳分析了高等植物转录因子研究的主要策略和最新的技术方法,并从生物信息学分析、瞬间转化技术的应用、突变体表型分析及调控网络等几个方面进行了全面阐述,为植物转录因子的预测、功能鉴定及靶基因分析等相关研究提供理论和方法的参考。     

提高外源基因在植物体内表达的策略

介绍提高外源基因在植物体内表达的方法。从外源基因的优化、整合、转录、翻译、运输以及基因间的相互作用等方面,总结提高外源蛋白在植物宿主体内表达的常用策略。     

叶绿体基因表达调控的研究进展

在植物生长和发育过程中,叶绿体基因表达包括两个方面：一方面在光照条件下质体转化成为叶绿体,一系列质体基因激活,表达叶绿体所必需的基因产物;另一方面叶绿体中由于环境条件变化引起基因表达的改变。叶绿体基因表达调控的机制主要包括转录水平、转录后的mRNA加工、mRNA稳定性和翻译水平的调节,并且在各个步骤中多种核编码蛋白因子的参与也起着重要的作用。     

四吡咯代谢中间产物在植物质体向细胞核信号转导中的作用

在植物细胞内,除了顺向的信号转导通路,即核基因控制着质体基因的转录和翻译之外,还存在着逆向的信号转导通路,即质体的代谢状况作为一种信号去调控核基因的表达。过去对这条逆向的信号转导通路,亦称质体因子,研究得非常少。近几年来,随着对基因组解偶联突变体的深入研究,人们对这条通路的认识大大加深了。现着重介绍质体中的四吡咯代谢中间产物参与信号的产生,以及质体向细胞质搬运这些中间产物启动了对编码质体蛋白的核基因的表达调控。     

花青素合成途径中分子调控机制的研究进展

花青素是广泛存在于植物中的天然水溶性色素。植物不同物种中花青素生物合成代谢途径的遗传特性和调控机制决定了该物种的花色。目前花青素生物合成途径的研究已清晰透彻。花青素合成途径的调控主要发生在结构基因的转录水平上,受多种转录因子的调控。研究发现,对花青素代谢途径中结构基因起调控作用的重要转录因子,主要包括WD40重复蛋白、b HLH蛋白和R2R3-MYB蛋白,这些转录因子之间的结合及其相互作用决定结构基因的表达。本文着重介绍花青素生物合成途径的分子调控机制,即转录因子通过形成三聚体复合物,与结构基因的启动子结合来调控结构基因的表达,并概述其在花色改造基因工程及定向改变花青素含量中的应用。     

DREB转录因子在植物非生物胁迫中的作用及应用研究

转录因子也称反式作用因子,是能够与真核生物基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用的DNA结合蛋白。DREB转录因子作为植物特有的转录因子,通过与DRE调控元件特异结合,能促进许多与低温、高盐和干旱相关基因的表达。本文综述了近年DREB转录因子的研究进展,并对其结构和生物学功能、表达调控和信号传递途径以及DREB基因在改良植物抗逆胁迫中的应用进行了讨论,同时对该领域的发展前景进行了展望。     

转录因子DREB1A和DREB2A调控机制的比较分析

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白质,它能特异结合启动子中含有DRE／C1KT顺式元件,激活许多逆境诱导基因的表达,增强植物对逆境的忍耐力。从DREB1A和DREB2A转录因子结构、功能、调控表达的基因以及蛋白稳定性等方面进行比较分析,为植物抗逆转录因子研究及应用提供依据。     

转录因子DREBlA和DREB2A调控机制的比较分析

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白质,它能特异结合启动子中含有DRE/CRT顺式元件,激活许多逆境诱导基因的表达,增强植物对逆境的忍耐力.从DREB1A和DREB2A转录因子结构、功能、调控表达的基因以及蛋白稳定性等方面进行比较分析,为植物抗逆转录因子研究及应用提供依据.     

植物抗旱耐盐基因的研究进展

近几年许多与植物抗旱耐盐相关基因被克隆和分析,同时通过转基因技术将这些基因转到植物中异源表达,能显著提高转基因植物的抗旱耐盐能力。这些基因主要包括渗透调节基因、蛋白类基因(如信号传导中的蛋白激酶基因)及转录因子等。在逆境条件下,渗透调节基因通过合成脯氨酸、甜菜碱、糖类和多胺类等渗透调节物质维持植物中的渗透平衡;蛋白激酶基因产物是细胞信号传导中的组分,这些基因能促进植物对干旱失水反应和逆境信号的传递,启动抗逆基因的表达;转录因子通过与相关基因的特异性结合来调控其表达,进而产生相关调控蛋白等物质增强植物在逆境中的生存能力。本文主要综述了这三类抗逆基因的研究现状及其生物学机理,讨论并分析这些基因在应用中尚待解决的问题,为发掘更多的抗逆性的基因资源和进一步开展分子育种工作提供参考。     

Identification of cis-elements conferring high levels of gene expression in non-green plastids

Although our knowledge about the mechanisms of gene expression in chloroplasts has increased substantially over the past decades, next to nothing is known about the signals and factors that govern expression of the plastid genome in non-green tissues. Here we report the development of a quantitative method suitable for determining the activity of cis-acting elements for gene expression in non-green plastids. The in vivo assay is based on stable transformation of the plastid genome and the discovery that root length upon seedling growth in the presence of the plastid translational inhibitor kanamycin is directly proportional to the expression strength of the resistance gene nptII in transgenic tobacco plastids. By testing various combinations of promoters and translation initiation signals, we have used this experimental system to identify cis-elements that are highly active in non-green plastids. Surprisingly, heterologous expression elements from maize plastids were significantly more efficient in conferring high expression levels in root plastids than homologous expression elements from tobacco. Our work has established a quantitative method for characterization of gene expression in non-green plastid types, and has led to identification of cis-elements for efficient plastid transgene expression in non-green tissues, which are valuable tools for future transplastomic studies in basic and applied research.     

In vivo import of plastocyanin and a fusion protein into developmentally different plastids of transgenic plants

Transgenic tomato plants that constitutively express a foreign plastocyanin gene were used to study protein transport in different tissues. Normally expression of endogenous plastocyanin genes in plants is restricted to photosynthetic tissues only, whereas this foreign plastocyanin protein is found to be present in all tissues examined. The protein is transported into the local plastids in these tissues and it is processed to the mature size. We conclude that plastids of developmentally different tissues are capable of importing precursor proteins that are normally not found in these tissues. Most likely such plastids, though functionally and morphologically differentiated, have similar or identical protein import mechanisms when compared to the chloroplasts in green tissue.