甘蔗节间伸长过程赤霉素生物合成关键基因的表达及相关植物激素动态变化

以甘蔗(Saccharum officinarum)优良品种桂糖42号(GT42)为研究材料, 分别于未伸长期(9-10叶龄以前) (Ls1)、伸长初期(12-13叶龄) (Ls2)和伸长盛期(15-16叶龄) (Ls3)取甘蔗第2片真叶(自顶部起)对应的节间组织, 测定其赤霉素(GA)、生长素(IAA)、油菜素甾醇(BR)、细胞分裂素(CTK)、乙烯(ETH)和脱落酸(ABA)的含量, 并通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析赤霉素合成途径关键基因GA₂₀氧化酶基因(GA20-Oxidase1)、赤霉素受体基因(GID1)和DELLA蛋白编码基因(GAI)的差异表达。结果表明, 在甘蔗伸长期间, GA和IAA含量呈现上升趋势, CTK和ABA含量呈下降趋势, ETH含量先上升后下降, BR含量则变化不明显; GA20-Oxidase1和GID1的表达呈上升趋势, 而GAI的表达则呈下降趋势, 这与相关植物激素的变化基本一致。综上, 甘蔗节间伸长过程主要与GA和IAA相关, 其次为CTK和ABA, 而ETH受到IAA的调控影响节间伸长; 植物激素间通过相互作用调控GA20-Oxidase1、GID1和GAI的表达, 影响GA含量和GA的信号转导过程, 进而影响甘蔗节间的伸长。该研究揭示了甘蔗节间伸长过程中赤霉素生物合成途径和信号转导关键基因的差异表达及植物激素含量的动态变化规律。     

深水稻节间伸长生长的机制

淹水可促进深水稻节间快速伸长生长,其主要受内源赤霉素、乙烯、脱落酸等激素信号分子的调控。淹水能促进深水稻植物株体内乙烯、赤霉素的生物合成、抑制脱落酸的生物合成,外源乙烯、赤霉素会加速深水稻节间伸长,而外源脱落酸抑制淹水节间的伸长,其中赤霉素是直接作用因子,乙烯能降低内源脱落酸水平、增加节地赤霉素的敏感性;还与渗透调节、细胞壁组份如膨胀素等有关,淹水及赤霉素都大大增加了膨胀素基因的表达。并就深水稻的     

赤霉素诱导甘蔗节间伸长的cDNA-AFLP差异显示

以‘新台糖22号’甘蔗为材料,在其伸长初期以200mg/L的赤霉素进行叶面喷施处理,对照喷清水,分别提取对照和处理(0、6、12、24h)的总RNA进行等量混合,获得2种不同处理的样品池,采用cDNA-AFLP技术对赤霉素诱导下甘蔗节间伸长的差异表达进行分析。结果显示:(1)通过169对引物组合的选择性扩增,共得到了约11 000条大小在50～700bp的cDNA片段,获得186条差异条带。(2)经反向Northern杂交,于结果显示阳性的TDFs中选取56个片段进行克隆和序列分析,获得56条大小在80～500bp的差异条带。(3)经BLAST分析,按功能可将获得的56条TDFs分为7类,分别为能量与代谢相关基因、未知功能蛋白、未知基因、植物抗性相关基因、细胞壁生物合成与修饰相关基因、信号传导相关基因和转录因子相关基因。该研究获得了一些与甘蔗节间伸长相关的差异基因片段,为进一步研究甘蔗节间伸长的分子机理奠定了基础。     

赤霉素诱导甘蔗节间伸长的效应与相关酶活性的关系

以甘蔗品种'新台糖22号'为试验材料,在伸长初期以200 mg/L GA3进行叶面喷施处理,对照喷清水,研究GA3处理后甘蔗节间糖苷酶、过氧化物酶、过氧化氢酶的变化,以揭示赤霉素诱导甘蔗节间伸长与相关酶活性的关系.结果表明:(1)GA3处理的株高在各个时期显著高于对照,而且在处理后7、14和28 d分别比对照提高了17.32%、14.50%和8.35%,GA3处理引起甘蔗植株表现的高度优势一直保持到后期,节间伸长效果主要是在茎的中部(5～10节).(2)GA3处理后α-葡萄糖苷酶和α-甘露糖苷酶的活性较对照显著下降;POD和β-半乳糖苷酶的活性也略有下降;α-半乳糖苷酶、β-N-乙酰氨基已糖苷酶、过氧化氢酶的活性显著提高;β-葡萄糖苷酶的活性也有一定程度提高.由此推测,外源GA3主要通过调节α-葡萄糖苷酶活性、α-甘露糖苷酶、α-半乳糖苷酶、β-N-乙酰氨基已糖苷酶活性和过氧化氢酶,其次是POD、β-半乳糖苷酶和β-葡萄糖苷酶活性,最终达到节间伸长效果.     

毛竹茎秆伸长过程中赤霉素生物合成、降解和信号转导关键基因的鉴定及表达分析

赤霉素(Gibberellin)是一类非常重要的植物激素,在高等植物生命活动的整个周期都起着重要的调控作用。从毛竹Phyllostachys edulis基因组中共鉴定出23个赤霉素途径基因,包括赤霉素生物合成相关的8个GA20ox和1个GA3ox基因、降解相关的8个GA2ox基因、参与赤霉素感知的2个GID1基因以及信号转导的2个GID2基因和2个DELLA基因。拟南芥、水稻和毛竹的系统进化树和保守基序分析显示赤霉素的合成代谢与信号转导在这些物种中是高度保守的。利用外源赤霉素处理毛竹种子和幼苗,发现赤霉素能显著提高种子的萌发率和幼苗的茎秆伸长,并且有着最佳的作用浓度。在GA3处理后,毛竹体内赤霉素生物合成基因GA20ox和GA3ox表达量均下调而降解活性赤霉素的GA2ox基因表达量上调;赤霉素受体GID1和正调控基因GID2的转录水平显著提高而负调控基因DELLA的表达受到抑制。这些基因在竹笋茎秆的不同形态学位置表达差异明显,大部分赤霉素生物合成与降解的相关基因GA20ox、GA3ox和GA2ox以及赤霉素受体GID1和正调控基因GID2都在竹笋的形态学上端大量表达,而赤霉素信号转导的阻遏基因DELLA在笋体形态学底端大量积累而顶端基本不表达。     

深水稻节间伸长生长的机制

淹水可促进深水稻节间快速伸长生长,其主要受内源赤霉素、乙烯、脱落酸等激素信号分子的调控。淹水能促进深水稻植株体内乙烯、赤霉素的生物合成、抑制脱落酸的生物合成,外源乙烯、赤霉素会加速深水稻节间伸长,而外源脱落酸抑制淹水节间的伸长,其中赤霉素是直接作用因子,乙烯能降低内源脱落酸水平、增加节间对赤霉素的敏感性;还与渗透调节、细胞壁组份如膨胀素等有关,淹水及赤霉素都大大增加了膨胀素基因的表达。并就深水稻的进一步研究进行了展望。     

麻竹节间伸长过程的初步研究

竹子秆茎的快速生长是禾本科生物学的一个未解之谜,而秆茎的生长又是以节间为单位进行的。本研究以第8节为标准节,利用统计学及石蜡切片的方法,获得了麻竹的节间伸长曲线以及节间组织发育的形态解剖信息。麻竹节间的伸长呈现“慢-快”的生长趋势,早期节间以细胞分裂为主,然后节间由上到下逐渐进入细胞伸长阶段,最后节间停止伸长进入成熟生长阶段。本研究为大型丛生竹节间发育的研究提供了基础数据,有助于推动对竹子笋株快速生长机制的研究。     

高等植物赤霉素生物合成关键组分GA20-oxidase氧化酶基因的研究进展北大核心CSCD

GA-20氧化酶(GA-20 oxidase)是重要的GA生物合成和调控酶,直接催化生成有生物活性的GAs,是一种多功能酶,最显著的特点就是负反馈调节。GA20-氧化酶在植物发育和生理过程中起着重要的调控作用。综述了高等植物体内GA20氧化酶基因的克隆及表达调控研究及其对株高、纤维、开花、产量性状等影响,重点阐述了GA20氧化酶基因与激素、光周期、抗性等之间的相互作用,以便更好地揭示GA-20氧化酶信号网络系统及其作用机制。     

油菜素内酯、赤霉素与光共同调控拟南芥的细胞伸长和光形态建成

在植物的生长发育过程中,植物激素发挥着重要的作用. 最新研究对油菜素内酯、赤霉素两类植物激素与光的信号通路共同调控植物的细胞伸长和光形态建成的分子机制给予了精确的阐述,这也为提高农作物产量提拱了理论基础.     

微管骨架在轮藻节间细胞伸长生长中的作用

利用免疫荧光定位及激光共聚焦扫描显微镜,结合细胞生长曲线的定量测定,对不同生长阶段的轮藻节间细胞微管骨架进行了观察研究,结果如下:轮藻顶端生长活跃的新生细胞中,与细胞长轴垂直的周质微管(cortical microtubules)占绝对优势,随着生长速率的减慢,周质微管由垂直于细胞长轴逐渐转为平行排列;基部生长基本停止的节间细胞中,胞内微管则以平行细胞长轴为主;不同生长阶段节间细胞的微管骨架,对微管特异解聚剂黄草消(oryzalin)处理的敏感性表现不相同。顶端生长活跃的节间细胞经oryzalin处理40min后,绝大多数周质微管发生解聚;而基部生长基本停止的老细胞中,即使延长处理时间,仍残留一些尚未完全解聚的微管片段;10μmol/L微管解聚剂oryzalin处理轮藻顶端新生细胞,在高精度的细胞伸长生长测定装置监测下,发现oryzalin对细胞的伸长生长速率有明显的抑制作用,去掉药剂后,伸长生长又有一定的恢复。并且发现,经o-ryzalin处理后,微管的解聚(40min左右)与顶端节间细胞伸长生长的停止(100min左右)两者间存在着时间上的差异,即微管解聚在先,细胞伸长停止在后。以上结果均说明微管骨架在轮藻节间细胞生长中具有重要作用。     

石榴赤霉素合成相关基因PgKO的克隆及表达分析

该研究以‘红玉石籽’(Punica granatum cv.Hongyushizi)石榴为试验材料,采用RT-PCR和RACE技术,从石榴花中克隆得到赤霉素合成关键酶——内根贝壳杉烯氧化酶(KO)基因,命名为PgKO(GenBank登录号为MG208017)。PgKO全长cDNA为1 729bp,包含1 542bp开放阅读框(ORF),编码513个氨基酸,相对分子量为141.16kD,理论等电点为4.9。多重序列对比显示,PgKO与苹果MdKO、白梨PcKO、葡萄VvKO的相似性分别为61.28%、64.56%和73%,并且具有CYP450结构域(脯氨酸富含域、氧还原位点和血红素结合域)。系统进化树分析表明,PgKO与其他物种的起源相同,并与桉树EgKO的亲缘关系最近。荧光定量PCR发现,在石榴蕾期和盛花期,PgKO基因的表达量均为筒状花高于钟状花,且PgKO基因在两种花型的子房、花药、花萼中均有表达,但筒状花中子房的表达量最高,花萼的表达量最低;钟状花中花药的表达量最高,子房的表达量最低。     

Internode length in Pisum. Two further gibberellin-insensitivity genes, lka and lkb

Two further internode length genes are identified in Pisum sativum L. and named lka (identified from line NGB5865) and lkb (from NGB5862). These genes result in a similar phenotype, which includes reduced stem elongation, peduncle length and basal branching, and 'banding' of the stem. These effects are similar to, but less severe than, those of gene lk . Genes lka and lkb influence gibberellin (GA) sensitivity, since mutants NGB5865 and NGB5862 possess similar levels of endogenous GA-like substances to the wild-type parental cultivar Torsdag and respond less to applied GA₁ than do wild-type plants or GA-synthesis mutants of a similar stature. The action of genes lka and lkb is localised in the young apical tissue but is not thought to involve GA-perception, since plants possessing genes lka and lkb are not true phenocopies of GA-deficient plants. The genetic interaction of genes lka and lkb is examined and the action of gene lkb on a le gene background determined.     

赤霉素合成基因的克隆以及其相关矮化突变体

矮化突变体在阐明植物茎的生长发育调节机制和植物育种中具有十分重要的作用。研究表明,赤霉素(GA)与植物矮化突变体的产生有密切关系。目前运用各种不同的方法,几乎所有编码GA合成过程中的酶的基因都被克隆出来了。近年来,一系列新方法更加促进了GA调控的研究进展。现就GA合成过程中相关基因的克隆、GA的信号转导以及如何进行GA调控等方面进行综述。     

Internode length in Lathyrus odoratus. The involvement of gibberellins

Evidence was obtained by gas chromatography-mass spectrometry and gas chromatography-selected ion monitoring for the presence of gibberellin A₂₀), GA₁, GA₂₉, GA₈ and 2-epiGA₂₉ in vegetative shoots of tall sweet pea, Lathyrus odoratus L. Both tall (genotype L –) and dwarf (genotype II ) sweet peas elongated markedly in response to exogenous GA₁ attaining similar internode lengths at the highest dose levels. Likewise internode length in both genotypes was reduced by application of the GA biosynthesis inhibitor, PP333. The ratio of leaflet length to width was reduced by application of PP333 to tall plants and this effect was reversed by GA₁. When applied to plants previously treated with PP333, GA₂₀ promoted internode elongation of L – plants as effectively as GA₁, but GA₂₉ was not as effective as GA₁ when applied to II plants. In contrast, GA₂₀ and GA₁ were equally effective when applied to the semidwarf lb mutant but GA-treated lblb plants did not attain the same internode length as comparable GA-treated Lb – plants. The difference in stature between the tall and dwarf types persisted in dark-grown plants. It is concluded that GA₁ may be important for internode elongation and leaf growth in sweet pea. Mutant l may influence GA₁ synthesis by reducing 3β-hydroxylation of GA₂₀ whereas mutant lb appears to affect GA sensitivity.     

葡萄果实成熟期花色苷与白藜芦醇合成相关基因的表达

以酿酒葡萄‘赤霞珠’为试材,采用pH示差法和高效液相色谱(HPLC)法分别测定葡萄成熟期果皮花色苷和白藜芦醇含量,用实时荧光定量PCR检测两者合成途径中相关基因的表达量,分析花色苷含量和白藜芦醇含量与其相关基因表达的关系,以揭示结构基因与调控基因的调控机制,为筛选富含花色苷和白藜芦醇的酿酒葡萄提供理论依据。结果显示:(1)葡萄果皮花色苷含量在花后112d达到最高值(0.77mg/g),反式白藜芦醇含量在花后126d达到最高值(30.87μg/g)。(2)花色苷和白藜芦醇合成途径中,CHSs、CHI、STS、UFGT、MybA1、MybA2基因的表达量除花后98d下调外,其余时间均呈上调表达,而Myb5a则始终呈上调表达。(3)相关分析表明,STS基因表达量与CHS1、CHS2基因表达量呈极显著和显著正相关关系,MybA1、MybA2基因表达量与CHSs、CHI、STS、UFGT基因的表达量呈极显著正相关关系;Myb5a基因表达量与CHS3基因表达量呈极显著正相关关系。研究表明,部分结构基因的表达与花色苷和白藜芦醇的变化不同步,MybA1和MybA2可能调控花色苷合成途径中多个结构基因的表达,花色苷与白藜芦醇的关系并不固定,而是处在动态变化中。     

Internode length in Pisum. Estimation of GA1 levels in genotypes Le, le and led

The levels of GA₁, 3-epiGA₁ and GA₈ in genotypes Le, le and le^d of Pisum sativum L. were determined by gas chromatography-selected ion monitoring (GC-SIM) after feeds of [³H, ¹³C]-GA₂₀ to each genotype. The levels of endogenous and [¹³C]-labelled metabolites were determined by reverse isotope dilution with unlabelled GA₁, 3-epiGA₁ and GA₈. The results demonstrate a quantitative relationship between the level of GA₁ and the extent of elongation both on a per plant and a per g fresh weight basis. These results are consistent with previous findings in peas and other species possessing a predominant early 13-hydroxylation pathway for GA biosynthesis.
The levels of 3-epiGA₁ also decreased in the genotypic sequence Le, le, le^d although not as rapidly as for the level of GA₁. This may suggest that the alleles at the le locus also influence the formation of 3-epiGA₁.     

甘蔗MOC1基因(ScMOC1)的克隆与表达分析

MONOCULM 1(MOC1)基因在植物腋分生组织和腋芽的形成中发挥重要作用,是植物分蘖关键调控基因。本研究利用同源基因克隆法结合RT-PCR、RACE技术从甘蔗品种ROC22中克隆获得MOC1的同源基因,命名为Sc MOC1。生物信息学分析发现该基因的c DNA序列包含一个长度为1299 bp的开放阅读框,编码432个氨基酸残基组成的含有GRAS保守结构域的非分泌蛋白,其分子量为45.43 k D,理化等电点p I为6.98。序列比对分析显示Sc MOC1与高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)、赖草(Leymus secalinus(Georgi)Tzvel.)、水稻(Oryza sativa L.)等禾本科植物同源蛋白氨基酸序列一致性较高;系统进化树分析显示其与高粱、小米草(Setaria italica(L.)P.Beauv.)、玉米(Zea mays L.)等禾本科植物MOC1同源蛋白亲缘关系最近;Sc MOC1在甘蔗品种ROC22中的序列变异分析发现,30个克隆得到的序列中共有46个SNP位点和29处In Del位点,其中1个位点发生的单个碱基缺失和另一个位点的4个碱基插入是造成基因编码蛋白序列变化的主要原因。中性检测表明,Sc MOC1在ROC22中遵循中性进化模型。采用实时荧光定量PCR分析Sc MOC1在甘蔗品种ROC22分蘖期不同组织部位(根、茎、叶、分蘖芽、叶鞘、生长点)、茎尖生长点和不同发育阶段腋芽(幼嫩腋芽、半大腋芽、较大腋芽、成熟休眠腋芽)的表达特征,结果显示Sc MOC1在分蘖期的ROC22中的表达具有组织特异性,在生命活跃的茎尖生长点处表达量最高;在腋芽形成发育过程中该基因表达总体呈现出"升-降-升-降"的趋势,说明Sc MOC1基因可能在甘蔗腋芽形成发育阶段中发挥作用。以上研究可推测Sc MOC1在甘蔗的分蘖性状调控上扮演重要的角色。本研究为Sc MOC1的功能研究及其在甘蔗产量分子辅助育种中的利用奠定基础。