绿色荧光蛋白基因结合鼠Talin基因蛋白标记转基因水稻未成熟花粉的微丝骨架

利用绿色荧光蛋白基因结合鼠Talin基因表达技术及水稻转基因技术,在未成熟花粉发育期（即生殖细胞在形成后从靠壁部位移向中央部位的阶段）的水稻（Oryza sativa L.)内发现了一系列前人未曾报道过的微丝骨架的形成和多变过程。在这一发育阶段,未成熟花粉内的生殖细胞呈圆形,中央部位存有一个大液泡,大量微丝在细胞的中央胞质内形成。微丝首先在营养核的核膜表面形成两个集结中心,中心内的微丝呈短粗状。尔后,中心微丝不断瞎长,最终在细胞中央的胞质内形成一个非常 类似多个纺锤体结合在一起的网络结构。这一网络的中间部位经常包围着营养核和生殖细胞,网络的部分微丝则与存在周缘细胞质（或称周质）的微丝网络形成连接,在连接点部位则形成一些由微丝环状组成的结构。未成熟花粉中央的微丝网络可能与营养核和生殖细胞在未成熟花粉内的运动有密切关系。     

绿色荧光蛋白基因结合鼠Talin基因蛋白标记转基因水稻活体生殖细胞及精细胞的微丝骨架

利用绿色荧光蛋白(GFP)基因结合鼠Talin基因表达技术及水稻(Oryza sativa L.)转基因技术,筛选出表达稳定和具等位基因型的第三代转基因水稻。在其活体花粉的4个发育阶段(Ⅰ．小孢子晚期;Ⅱ．二细胞早期;Ⅲ．二细胞晚期;Ⅳ．三细胞阶段),观察了细胞内微丝骨架的分布和结构形态的变化。发现在这4个花粉发育阶段,花粉内的营养核、生殖核、生殖细胞和精细胞都在不同的发育阶段出现位移。而这些位移与微丝骨架的结构变化和运动有密切关系。在胞质中央的微丝网络以及细胞周质的网络不断变化和互动,导致营养核、生殖核或生殖细胞和精细胞的定向位移。在活体生殖细胞和精细胞内,存有一股与细胞纵轴平行排列的微丝骨架。这些微丝骨架对生殖细胞及精细胞可以提供移动的动力,这对生殖细胞或精细胞在花管内以及胚囊内的运动(包括独自游动)提供了依据。     

绿色荧光蛋白基因结合鼠Talin基因蛋白标记转基因水稻活体生殖细胞及精细胞的微丝骨架

利用绿色荧光蛋白(GFP)基因结合鼠Talin基因表达技术及水稻(Oryza sativa L.)转基因技术,筛选出表达稳定和具等位基因型的第三代转基因水稻.在其活体花粉的4个发育阶段(Ⅰ.小孢子晚期;Ⅱ.二细胞早期;Ⅲ.二细胞晚期;Ⅳ.三细胞阶段),观察了细胞内微丝骨架的分布和结构形态的变化.发现在这4个花粉发育阶段,花粉内的营养核、生殖核、生殖细胞和精细胞都在不同的发育阶段出现位移.而这些位移与微丝骨架的结构变化和运动有密切关系.在胞质中央的微丝网络以及细胞周质的网络不断变化和互动,导致营养核、生殖核或生殖细胞和精细胞的定向位移.在活体生殖细胞和精细胞内,存有一股与细胞纵轴平行排列的微丝骨架.这些微丝骨架对生殖细胞及精细胞可以提供移动的动力,这对生殖细胞或精细胞在花管内以及胚囊内的运动(包括独自游动)提供了依据.     

GFP-mTn融合蛋白对蓝猪耳生活细胞微丝骨架的标记

用农杆菌介导法将嵌合基因GFP-mTn(mTn是微丝结合蛋白Talin的微丝结合域,可以显示活体细胞中微丝的结构)导入蓝猪耳.经激光共聚焦显微镜观察了转基因植株的各种不同组织中融合蛋白的表达和分布情况.在叶片的表皮细胞、保卫细胞、根部的皮层细胞中有融合蛋白的不同程度表达.但仅在保卫细胞中微丝标记状况良好,显示基因表达的组织特异性.经光诱导处于开放态的气孔的保卫细胞微丝呈网状结构,在细胞内无规则分布;经黑暗诱导处于关闭态的气孔保卫细胞中微丝束沿保卫细胞纵轴排列,呈卷曲状分布,并观察到螺旋和环状的微丝结构.在转基因植株的其他部位,例如茎表皮细胞、根毛细胞和花粉粒中,未检测到目的基因的表达.本研究获得的转基因植株为研究气孔运动过程中微丝动态变化提供了有用的材料.     

微丝骨架动态参与花粉萌发的研究

利用改进的Alex-phalloidin活细胞染色方法和激光共聚焦显微镜技术,观察川百合(Lilium davidii Duch)花粉原生质体极性形成及萌发过程中微丝骨架的列阵变化.结果表明,花粉原生质体从贮存状态,经过水合、极性形成至萌发花粉管,其微丝结构从短小的梭形体,经过形成均匀的网状结构、向细胞边缘汇集的平行排列的束状结构,逐渐变成多层连续环绕细胞的微丝束结构.用酪氨酸磷酸酶抑制剂苯胂化氧(PAO)处理花粉原生质体,在微丝的汇合处,肌动蛋白聚集成小的团块,花粉的萌发受到抑制;而利用酪氨酸磷酸激酶抑制剂genistein处理细胞,微丝结构的列阵变化与对照相似.结果说明,在川百合花粉萌发过程中,有某种酪氨酸磷酸酶参与了反应.     

应用水稻花粉离体萌发体系观察花粉管内微丝分布

采用非固定、DMSO渗透和异硫氰酸标记的鬼笔环肽（FITC—Ph）染色方法,观察水稻花粉离体萌发过程中花粉管内肌动蛋白微丝的形态和分布。结果表明：（1）水稻花粉水合2min后即可萌发,花粉管生长速度在600～1500μm／h之间。（2）水合而未萌发的花粉粒中,大量较短的梭形微丝束构成微丝网络结构,萌发过程中花粉粒内的梭形微丝束松解,部分微丝转移至萌发的花粉管内沿花粉管纵轴呈束状结构;随着花粉管的伸长,微丝束主要分布在花粉管中前端,但在花粉管顶端区域始终未见明显的微丝束。（3）水合后不能正常萌发的花粉粒内肌动蛋白微丝呈弥散不规则分布,在相同萌发时间生长迟缓的花粉管中,微丝束较少,且主要位于花粉管近萌发孔的部位。表明微丝骨架的形态和分布影响水稻花粉管的萌发和生长。     

构建化学发光-绿色荧光稳定标记的鼠伤寒沙门氏菌

基因改造的鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)作为弱毒疫苗活载体被广泛应用于多种病毒、细菌、寄生虫等的免疫研究和生产实践中,甚至在肿瘤治疗方面也有诸多研究。在科学研究中,可视化技术为研究提供十分方便的手段。在鼠伤寒沙门氏菌强毒株ATCC 14028s基因组上插入Lux operon和gfp基因,使其同时具有化学发光和绿色荧光的特征,而这种基因组的改变并未影响其生长和毒力;在荧光显微镜下可观察到其在食管癌细胞TE1和乳腺癌细胞MDA-MB-468的分布情况;用小动物活体成像系统可检测其在小鼠体内的分布情况。该菌株在细胞水平下的绿色荧光信号和在小鼠体内的化学发光信号搜集方便,信号明显,为今后进一步研究鼠伤寒沙门氏菌提供了良好的可视化手段。     

绿色荧光蛋白基因作为报告基因在水稻基因转化中的应用研究

本研究中 ,构建了含有编码绿色荧光蛋白的改进型基因质粒pJPM5。用基因枪法分别把pJPM5和另一带有绿色荧光蛋白基因的质粒pSBG70 0转入水稻TNG6 7愈伤组织。用South ern杂交法证实了转基因的存在 ,而且表明多数转基因植株含有 1到 8个拷贝的转基因。取 2个月的转基因植株上的叶片用于分析绿色荧光蛋白基因表达。用SLM - 80 0 0荧光分析仪定量测定绿色荧光蛋白。多数转基因植株具有很高的绿色荧光蛋白信号。虽然水稻植株有少量自发荧光 ,但是绿色荧光蛋白基因表达出的绿色荧光蛋白信号比植株的自发荧光强得多 ,其测定不会受自发荧光的太大影响。在荧光显微镜下观察到了绿色荧光蛋白基因的表达。借助观察分析绿色荧光蛋白基因的瞬时表达 ,本研究还发现基因枪法转化中 ,如果两枪的气压为90 0psi& 135 0psi,比两枪的气压都为 90 0psi或者 135 0psi更好 ,因其能使质粒进入更多的细胞。研究结果表明 ,绿色荧光蛋白基因可以作为水稻 (甚至小麦、玉米 )转基因研究中的报告基因。研究还显示 ,MAR序列能明显增强绿色荧光蛋白基因的表达能力 (这一结果在另文讨论 ) .     

用绿色荧光蛋白监测转基因植物中选择标记基因的消除

绿色荧光蛋白(GFP)可直接进行活体观察,它的这个优点可被用于监测转基因植物中选择标记基因的消除。为此,构建了植物表达载体pGNG,将绿色荧光蛋白基因(gfp)和卡那霉素抗性基因表达盒(NosP-nptll-NosT)一起克隆在两个同向的lox位点间,在第一个lox位点上游置有CaMV 35S启动子以驱动GFP表达,第二个lox位点下游置有不含启动子的大肠杆菌β-葡萄糖醛酸酶(GUS)基因。首先在含卡那霉素(Kan)的培养基上筛选出转pGNG的烟草,借助绿色荧光可容易地检出表达GFP的转化体。然后用另一转化载体pCambia1300Cre二次转化表达GFP的转基因植物,利用另一选择标记基因潮霉素抗性基因(hpt)进行筛选,在获得的再生植株中,Cre重组酶的表达消除了转化体中两lox位点间的gfp和nptll。实验结果表明可借助GFP荧光的消失,快速选出nptII被消除的二次转化体,同时GUS(作为目的蛋白) 在CaMV 35S启动子驱动下获得表达。最后利用后代的分离将hpt和cre除去。     

GFP基因在棉花转化中的应用

以绿色荧光蛋白GFP基因为报道基因,用花粉管通道和农杆菌介导的转化方法将外源基因导入棉花（Gossypium hirsutum L.)分别获得转化幼胚,幼苗和转化愈伤组织,用手持紫外灯结合显微镜检术能够快速地对转化子进行活体筛选鉴定,比用GUS检测广阔圾明显的优越性,本研究不但为花粉管道道转化法的可行性提供了新的证据。同时也建立了GFP用于棉花基因工程研究的检测技术体系。     

花粉发育的转录组研究进展

在受精过程中花粉通过其极性生长的花粉管将精细胞运送到胚囊启动双受精，除了在有性生殖过程中的重要作用外，花粉及其极性生长的花粉管也是研究植物生长发育的重要模式材料。随着模式植物拟南芥和水稻基因组测序的完成，在基因组水平上揭示花粉发育以及花粉管极性生长的分子基础已成为可能。经过最近几年的研究已初步明确了花粉转录组特征。本文主要讨论了拟南芥花粉转录组学的研究进展，以期帮助读者对花粉发育的研究有全面了解。     

Pathway Tools可视化分析水稻基因表达谱

后基因组时代的到来使基因转录组学、蛋白质组学和代谢组学等高通量、多层次的生物研究手段广泛应用于植物科学研究,从海量数据中有效挖掘必要的生物信息成为当今组学研究的瓶颈问题。RiceCyc(http://www.gramene.org/pathway/)及其核心软件Pathway Tools是水稻代谢途径分析的有效工具。通过搜索TIGR(ht-tp://www.tigr.org/tdb/e2k1/osa1/)数据库,用Pathway Tools软件的omics viewer工具将耐盐品种FL478和其不耐盐亲本IR29在盐处理条件相对对照条件下的110个差异表达基因可视化展示在包含362条代谢途径信息的RiceCyc细胞代谢图上,从整体水平上分析了二者对盐胁迫反应的不同。结果表明,在相同的盐胁迫条件下,FL478相对IR29反应明显较快,前者中被诱导的代谢途径主要是能量循环过程如磷酸戊糖途径、糖酵解和三羧酸循环(TCA循环),以及核糖的分解、碳水化合物的利用途径;而后者中表达出现差异的基因主要涉及植物激素的生物合成,细胞结构组分代谢及次级代谢等途径;类黄酮合成途径在IR29中被明显诱导而在FL478中没有变化。     

绿色荧光蛋白作为分子标记物在微生物学中的应用

荧光染料在微生物学中的应用受到广泛的关注。近年来 ,来源于发光性生物的荧光蛋白进一步丰富了微生物学的研究手段。其中绿色荧光蛋白 (Greenfluorescentprotein ,GFP ,来源于水母 )具有独特的应用价值。在活体研究中 ,GFP相对于其它报告蛋白 (如 β 半乳糖苷酶 )在原位、实时的微生物生理生化研究中有很多优越性。对GFP作为分子标记物在微生物学中的应用进行回顾 ,对GFP在微生物与宿主相互作用、生物膜(biofilm)、生物降解、细菌与原生动物相互作用、基因转导、基因表达、蛋白质定位以及生物传感器等领域的应用进行讨论 ,并扼要介绍了一些应用于荧光观察和定量分析的方法。