Optimization of gene transfer into barley (Hordeum vulgare L.) mature embryos by tissue electroporation

 This study was conducted to detect the optimum conditions for DNA transfer into mature embryos of barley via electroporation. Cultured mature embryos of barley were directly electroporated in the presence of the pBI 121 vector carrying both the β-glucuronidase (GUS) and neomycin phosphotransferase II (npt II) genes. It was found that 500 v/cm and 500 μFd capacitance was the optimum combination for healthy germination of the transformed plants from mature electroporated embryos. Effects of culture duration before electroporation and selection antibiotic concentrations on germination were also examined. Gene transfer performed on 3-day-old cultures resulted in the highest germination frequencies. GUS expression was observed on transversal sections of embryos and mature leaves from 3 month-old regenerants. PCR and Southern blot analyses show the presence of the npt II transgene in the genome of a plant. Received: 15 June 1999 / Revision received: 27 September 1999 / Accepted: 26 October 1999     

Tissue and cell-specific localization of rice aquaporins and their water transport activities

Water transport in plants is greatly dependent on the expression and activity of water transport channels, called aquaporins. Here, we have clarified the tissue- and cell-specific localization of aquaporins in rice plants by immunoblotting and immunocytochemistry using seven isoform-specific aquaporin antibodies. We also examined water transport activities of typical aquaporin family members using a yeast expression system in combination with a stopped-flow spectrophotometry assay. OsPIP1 members, OsPIP2;1, OsTIP1;1 and OsTIP2;2 were expressed in both leaf blades and roots, while OsPIP2;3, OsPIP2;5 and OsTIP2;1 were expressed only in roots. In roots, large amounts of aquaporins accumulated in the region adjacent to the root tip (around 1.5-4 mm from the root tip). In this region, cell-specific localization of the various aquaporin members was observed. OsPIP1 members and OsTIP2;2 accumulated predominantly in the endodermis and the central cylinder, respectively. OsTIP1;1 showed specific localization in the rhizodermis and exodermis. OsPIP2;1, OsPIP2;3 and OsPIP2;5 accumulated in all root cells, but they showed higher levels of accumulation in endodermis than other cells. In the region at 35 mm from the root tip, where aerenchyma develops, aquaporins accumulated at low levels. In leaf blades, OsPIP1 members and OsPIP2;1 were localized mainly in mesophyll cells. OsPIP2;1, OsPIP2;3, OsPIP2;5 and OsTIP2;2 expressed in yeast showed high water transport activities. These results suggest that rice aquaporins with various water transport activities may play distinct roles in facilitating water flux and maintaining the water potential in different tissues and cells.     

家蚕羧酸酯酶基因克隆及差异表达

家蚕浓核病毒 (Bombyx mori densonucleosis virus,BmDNV)是蚕业生产上危害比较严重的一类病毒。用完全抗浓核病中国镇江株(BmDNV-Z)的家蚕品系秋丰、感性品系华八及以华八为轮回亲本回交8代和自交8代构建的近等基因系BC₈为材料,采用mRNA荧光差显技术首次分离克隆了家蚕羧酸酯酶（B. mori carboxylesterase,BmCarE）基因全长cDNA,并用实时荧光定量PCR检测了添毒后12 h、36 h、72 h BmCarE在感、抗BmDNV-Z家蚕品系中肠内的表达差异。结果表明： （1）添毒后12 h不同品系家蚕中肠BmCarE表达差异最大,抗性品系BC₈和秋丰分别是感性品系华八的17.714倍和3.602倍,三者彼此间的差异达到极显著水平;（2）同一品系添毒后12 h与添清水后12 h BmCarE表达也有较大差异, BC₈添毒是BC₈添清水的15.08倍, 秋丰添毒是秋丰添清水的3.39倍, 差异达到极显著水平,而华八添毒和添清水的BmCarE表达量均低,二者差异不显著;（3）同一品系添毒后不同时间BmCarE表达也有较大差异, BC₈和秋丰添毒后12 h BmCarE表达量最高,显著高于各自添毒后36 h和72 h表达水平,而添毒后36 h与72 h表达无显著差异;华八添毒后12 h、36 h和72 h,BmCarE表达无显著差异。上述结果提示羧酸酯酶基因可能与家蚕抗浓核病毒有一定关系。     

家蚕细胞周期蛋白基因BmCcnl1的克隆及表达分析

家蚕Bombyx mori由受精卵到完成胚胎发育孵化的过程中, 细胞进行大量的分裂和分化, 然而滞育性卵的胚胎细胞分化至G2期便停滞在此阶段。为了探索这一发育阶段细胞内的分子调控, 本研究以人Homo sapiens的细胞周期蛋白基因cyclin L1为模板, 成功克隆了家蚕同源基因BmCcnl1（GenBank登录号: FJ889988）。BmCcnl1基因开放阅读框（open reading frame, ORF）全长1 254 bp, 编码417个氨基酸。利用Protean软件分析得出BmCcnl1蛋白预测分子量为49 kDa, 等电点为9.84。利用DNA重组技术构建了BmCcnl1基因的重组表达载体pET-21d-BmCcnl1, 对其进行原核表达, 其表达的蛋白以包涵体形式存在。利用RT-PCR技术分析了BmCcnl1基因在胚胎发育过程中的转录水平, BmCcnl1基因在非滞育性卵的胚胎发育阶段基本保持相对稳定的转录表达, 而滞育性卵从蛾体产下经过72 h后已经检测不到BmCcnl1基因的转录。结果提示, BmCcnl1基因与胚胎期滞育及非滞育性卵的发育调控相关。对该基因的克隆和表达分析为今后研究家蚕胚胎发育及细胞周期调控奠定了基础。     

家蚕微孢子虫感染对家蚕海龟蛋白(Bmtutl)基因表达水平的影响

【目的】本研究旨在阐明家蚕微孢子虫Nosema bombycis感染不同时间对家蚕Bombyx mori幼虫不同组织中家蚕海龟蛋白(Bombyx Turtle, Bmtutl)基因表达水平的影响,为揭示家蚕微孢子虫的侵染机制奠定基础。【方法】利用生物信息学方法对家蚕海龟蛋白3种亚型Bmtutl-464, Bmtutl-519和Bmtutl-810的序列结构特征进行了分析;利用qPCR检测家蚕微孢子虫感染后12, 24, 48, 72, 96和120 h,家蚕幼虫中肠、血淋巴与脂肪体组织中Bmtutl-464, Bmtutl-519和Bmtutl-810基因表达水平的变化情况。【结果】家蚕海龟蛋白3种亚型的二级结构均主要由无规则卷曲、α螺旋、β转角和延伸链组成,其中无规则卷曲所占比例最高。但是PredictProtein分析发现,Bmtutl-464, Bmtutl-519和Bmtutl-810之间的蛋白/多核苷酸结合位点存在较大差异。qPCR结果表明,感染家蚕微孢子虫后,家蚕幼虫中肠、血淋巴与脂肪体组织中Bmtutl-464, Bmtutl-519和Bmtutl-810基因的整体表达处于被抑制状态,尤其在脂肪体中最为明显：Bmtutl-519和Bmtutl-810基因的表达在家蚕微孢子虫感染家蚕后的72 h开始受到显著抑制,特别是Bmtutl-519基因,其相对表达水平均不到对照的5.0%。【结论】家蚕海龟蛋白这3种亚型的序列结构特征存在较大差异,家蚕微孢子虫感染在一定程度抑制了家蚕幼虫中肠、血淋巴与脂肪体组织中Bmtutl-464, Bmtutl-519和Bmtutl-810基因尤其是Bmtutl-519的表达。结果说明,与其他两种家蚕海龟蛋白亚型相比,Bmtutl-519蛋白可能在家蚕微孢子虫侵染宿主的过程中起主要作用。     

家蚕先天免疫基因 Bmimd 的克隆、表达及序列分析

昆虫的先天免疫应答由一组基因通过级联网络调控实现。果蝇 Drosophila 免疫缺陷(immune deficiency, imd)基因在体液免疫信号传递途径中起着重要的作用。我们利用生物信息学方法进行电子克隆,成功地找到了 imd 基因在家蚕 Bombyx mori 中的同源体,命名为 Bmimd。该基因全长1 092 bp,由 4 个外显子和 3 个内含子组成,开放阅读框(open reading frame, ORF)长 750 bp,编码 250 个氨基酸,预测蛋白质分子量为 28.6 kD。Bmimd 序列中含有一个致死结构域,经聚类分析表明该结构域与哺乳动物的受体相互作用蛋白(receptor interacting protein, RIP)相似。将该基因亚克隆到 PET-50b 载体进行原核表达,表达出了带有 2 个 6×His tag 和 1 个 Nus·Tag 标签的重组蛋白。Western blotting 结果表明 Bmimd 蛋白在 5 龄 4 天家蚕的头、脂肪体 、生殖腺、表皮和中肠中都有表达,但丝腺中没有检测到表达。     

Analysis of axon tract formation in the zebrafish brain: the role of territories of gene expression and their boundaries

Mutant analysis in the zebrafish is revealing the genes that are expressed in the early neuroepithelium and that regulate factors responsible for the guidance of commissural axons. We review work on the developing zebrafish brain illustrating the way in which territories of regulatory gene expression influence the formation and positioning of axon pathways. Received: 20 May 1997 / Accepted: 9 June 1997     

家蚕溶茧酶基因的真核表达及其产物的生物活性检测

为了研究家蚕 Bombyx mori 溶茧酶基因 （cocoonae）真核表达及其产物的生物活性,将溶茧酶基因（GenBank 登录号 EF428980）克隆至杆状病毒转移载体 pFastBac^TM 1 中获得 pFast-cocoonase,将其转化 DH10Bac 感受态细胞后,PCR 方法检测证实所分离的重组病毒 DNA 中含有目的片段溶茧酶基因。用脂质体法 转染家蚕 BmN 细胞,获得重组病毒。SDS-PAGE 分析显示,感染重组杆状病毒 Bac-cocoonase 的细胞表达产物在约为 27.6 kD 处出现特异性条带,这与预测的蛋白大小相符。用该表达产物与茧丝反应后,电镜下观察茧丝的形态,结果表明表达产物对茧丝的丝胶层有一定的水解作用。     

家蚕V型ATP酶B亚基的克隆及表达特征

V型ATP酶(Vacuolar-type ATPase)是一种定位于细胞膜和细胞器膜上的氢离子转运酶。它利用ATP水解的能量将氢离子转运到液泡、囊泡或者胞外,从而维持细胞内正常的酸碱环境。V型ATP酶B亚基(V-ATPase B)作为ATP的催化位点,也有着非常重要的作用。为了探讨家蚕V-ATPase B(Bm V-ATPase B)的功能,首先从家蚕五龄幼虫的中肠c DNA中克隆了Bm V-ATPase B基因并构建原核表达载体进行原核表达,获得了重组蛋白,经质谱鉴定正确后,通过镍柱亲和层析的方法纯化了该蛋白并制备了多克隆抗体;最后分析了该蛋白在家蚕丝腺中的表达特征并利用免疫荧光对其在丝腺中的表达位置进行了定位。结果显示Bm V-ATPase B基因序列全长1 473 bp,预测蛋白分子量55 k Da,预测等电点5.3。通过Western blotting对家蚕5龄第3天和上蔟第1天幼虫丝腺的不同区段进行Bm V-ATPase B蛋白的表达特征分析,发现在两个时期该蛋白均在前部丝腺高量表达,而在中部丝腺和后部丝腺表达量相对较低。进一步对两个时期丝腺的不同区段进行免疫荧光定位,发现该蛋白在两个时期的前部丝腺、中部丝腺和后部丝腺均定位于细胞层。利用激光共聚焦显微镜对该蛋白进行进一步的定位,发现该蛋白主要在丝腺的细胞膜表达。研究结果明确了该蛋白在丝腺中的表达模式,为深入研究该蛋白在蚕丝纤维形成中的作用奠定了基础。     

吡哆醛激酶基因在家蚕体内的时空表达特征

【目的】了解家蚕Bombyx mori维生素B₆关键代谢酶吡哆醛激酶（pyridoxal kinase, PLK）在家蚕不同组织间的表达差异。【方法】原核表达家蚕重组PLK, 获得目的蛋白制备多克隆抗体, 利用Western blot方法对PLK在家蚕不同发育时期、 5龄第3天幼虫不同组织及5龄不同日龄幼虫表皮、 头部和马氏管中的表达进行分析; 并采用实时荧光定量PCR的方法对PLK基因在家蚕不同组织中的mRNA转录水平进行比较。【结果】PLK在家蚕5龄幼虫的表达水平最高, 在5龄第3天幼虫各组织中的表达由高到低依次为： 精巢、 马氏管、 表皮、 中肠、 头部、 卵巢、 脂肪体、 丝腺; 5龄期不同日龄幼虫表皮组织的表达差异最大, 头部和马氏管中均为前期表达量稍高于后期。在转录水平方面, 精巢的表达量最高, 其次是马氏管和头部。【结论】PLK在家蚕不同发育时期及组织中的差异表达进一步证实PLK在家蚕VB6代谢中的生物学功能的重要性。     

不同催青方式对二化性家蚕过氧化氢酶基因表达的影响

25℃明催青和15℃暗催青分别诱导二化性家蚕Bombyx mori 产滞育性卵和非滞育性卵。此前我们的研究表明, 上述催青处理的二化性家蚕H₂O₂水平存在显著差异。过氧化氢酶（catalase, CAT）是昆虫清除H₂O₂的关键酶。为了进一步明确家蚕滞育过程中H₂O₂代谢的调控机制, 用RT-PCR测定了上述两种催青处理对二化性家蚕CAT基因表达的影响。结果表明：25℃明催青显著提高了滞育诱导和决定阶段的CAT mRNA 水平和CAT活性。滞育性卵的CAT mRNA水平在产后24 h形成峰值, 在72 h后消失; CAT活性在96 h前上升, 120 h后保持于低水平。非滞育性卵的CAT mRNA水平和CAT活性都随着胚胎发育而上升。可见, 25℃明催青诱导二化性家蚕子代滞育可能是通过影响CAT基因表达来调节H₂O₂水平。