磷酸肌醇激酶FAB1调控拟南芥根毛伸长

FAB1/PIKfyve是介导PI(3,5)P₂ (磷脂酰肌醇3,5-二磷酸)生物合成的磷酸肌醇激酶。在动物和酵母(Saccharomyces cerevisiae)中, PI(3,5)P₂参与调控胞内膜运输, 但在植物中的研究较少。该文通过分析拟南芥(Arabidopsis thaliana) FAB1的T-DNA插入突变体的表型解析PI(3,5)P₂的生物学功能。拟南芥FAB1基因家族包含FAB1A、FAB1B、FAB1C和FAB1D四个基因。研究发现, fab1a/b呈现雄配子体致死的表型。利用遗传杂交获得fab1b/c/d三突变体, 发现FAB1B、FAB1C和FAB1D功能缺失导致根毛相比野生型变短, 经FAB1特异性抑制剂YM201636处理后的野生型中也观察到相似的短根毛表型。此外, fab1b/c/d三突变体中DR5转录水平降低。同时, 外源施加生长素类似物2,4-D和NAA能部分恢复fab1b/c/d植株短根毛的表型, 但fab1b/c/d突变体对生长素转运抑制剂(1-NOA和TIBA)的敏感性与野生型相似。此外, FAB1B/C/D功能缺失使根毛中ROS的含量减少且影响肌动蛋白的表达。上述结果表明, FAB1B/C/D通过调控生长素分布、ROS含量和肌动蛋白的表达影响拟南芥根毛伸长。     

生长素和乙烯互作调控硝酸铵诱导的根毛分叉

以野生型拟南芥(WT)及其生长素和乙烯不敏感型突变体(aux1-7、axr1-3、etr1-1和etr1-3)为实验材料,采用固体培养法研究了高浓度硝酸铵对根毛发育的影响,以揭示其调控根毛发育的机制。结果表明:(1)随着外源硝酸铵浓度的逐渐增加,拟南芥根毛伸长受阻,产生大量的分叉根毛。(2)高浓度硝酸铵条件下,外源活性氧或活性氧产生抑制剂二苯基氯化碘(DPI)的添加能抑制高浓度硝酸铵诱导的分叉根毛产生。(3)高浓度硝酸铵条件下,外源生长素或乙烯合成前体物质1-氨基-环丙烷-1-羧酸(ACC)处理能恢复根毛的正常生长,解除高浓度硝酸铵诱导根毛分叉现象。(4)高浓度硝酸铵条件下,外源生长素处理乙烯不敏感型突变体或ACC处理生长素不敏感型突变体均能抑制突变体分叉根毛的形成。研究表明,活性氧、生长素和乙烯都参与了高浓度硝酸铵对根毛发育的过程调控;在硝酸铵诱导的根毛分叉中生长素和乙烯存在相互作用,在缺乏生长素信号通路时,乙烯能够发挥补充作用抑制分叉根毛的产生;在缺乏乙烯信号通路时,生长素也可以弥补缺失乙烯的作用抑制根毛的分叉,但是需要更高浓度的生长素才能充分抑制分叉根毛的产生。     

低氮下拟南芥叶酰聚谷氨酸合成酶突变体atdfb根发育研究

利用叶酰聚谷氨酸合成酶功能缺失突变体atdfb解析叶酸在拟南芥根发育过程中的生物学功能。纯合T-DNA插入功能缺失突变体atdfb 在土壤培养条件下生长3周,与野生型表型无明显差异。在氮源充足的1/2MS培养基上,atdfb的主根显著短于野生型,互补植株的主根长度恢复到野生型水平,说明主根缩短的表型是由AtDFB基因功能缺失造成的。在1/2MS培养基生长11 d的突变体主根长度只有野生型的23%。在低氮条件下,突变体的生长发育几乎停滞,培养11 d的突变体主根长度只有野生型的4%;5-甲酰四氢叶酸(5-F-THF)可以恢复低氮条件下atdfb-3的表型,其主根长度、根毛长度及静止中心的细胞排列均得到恢复。进一步分析发现,低氮条件下培养少于3 d的atdfb-3补充充足的5-F-THF,3 d后能像野生型一样适应低氮环境。由此说明叶酸对拟南芥根部发育及对低氮环境的适应是必需的。     

PLDα1介导ABA调控的拟南芥主根伸长并参与根毛生长

探讨了磷脂酶Dα1（PLDα1）在ABA抑制拟南芥主根伸长过程中的作用。PLOα1基因突变体pldα1主根伸长受ABA抑制小于野生型（WT）;根系PLDα1活性在ABA处理下升高;拟南芥根细胞原生质体中活性氧（ROS）含量在ABA处理下升高,但是pldα1升高小于WT;根系NADPH氧化酶活性在ABA处理下升高,pldα1升高小于WT,外源加入10μmol/L^-1 PA（磷脂酸,PLD水解产物）后,前者活性显著升高;外源加入H2O2可诱导WT和pldα1主根伸长都受到抑制,且二者差异不明显。结果表明,PLDα1产生的PA通过激活NADPH氧化酶产生ROS介导ABA调控的拟南芥主根伸长过程。此外,初步探讨了PLDα1在拟南芥根毛尖端生长中的作用：pldα1突变体根毛长度小于WT,根毛尖端ROS和Ca^2＋浓度低于WT。     

隐花素在生长素调控拟南芥下胚轴伸长中的作用分析

以拟南芥野生型(Col-4)和隐花素双突变体cry1cry2为材料,研究不同光照条件下不同浓度吲哚乙酸(IAA)和IAA极性运输抑制剂氨基酞氨酸(NPA)对幼苗下胚轴伸长的影响。结果显示,低浓度IAA(10-7mol/L)可促进连续白光和红光下cry1cry2幼苗下胚轴伸长,而连续蓝光下cry1cry2下胚轴的伸长则受到抑制。蓝光下相同浓度的NPA对cry1cry2幼苗下胚轴伸长的抑制程度比野生型要小。RT-PCR分析结果显示,瞬时蓝光处理时IAA合成关键酶基因IGPS以及生长素应答基因IAA1和IAA5在cry1cry2突变体中的转录水平比野生型中要高。这表明隐花素可能部分通过调节IAA合成和/或IAA极性运输,介导蓝光调控拟南芥下胚轴的伸长。     

拟南芥生长素相关突变体uro的光依赖性乙烯信号异常

拟南芥uro（upright rosette）突变体由于它的莲座叶垂直向上生长而得名。已有的研究表明,uro突变体的表型是由单突变导致的;同时,URO基因可能参与生长素对拟南芥发育的调控过程。uro突变体具有一些乙烯相关的表型特征,如：偏下性生长的叶,较长的下胚轴,宿存的花被等。施加乙烯与乙烯作用抑制剂硝酸银的实验结果显示,uro突变体的部分表型特征是由于乙烯信号系统异常所造成的。     

拟南芥复制因子C亚基3在黄化苗下胚轴伸长生长中的作用

拟南芥遮光培养2．5d时,rfc3-1突变体黄化幼苗的下胚轴平均长度约比野生型植株黄化幼苗的下胚轴长27．5％。观察表明,相对于野生型复制因子C亚基3（replication factor C3,AtRFC3）基因突变体的下胚轴表皮细胞,特别是上部靠近子叶部分的表皮细胞,单细胞长度变长。将野生型RFC3基因转染到rfc3-1后,突变体恢复野生型表型,进一步说明RFC3在黄化苗的下胚轴伸长生长中有作用。     

拟南芥突变体在生长素信号传导中的研究进展

近年来,在植物激素的信号传导研究上已取得突破性进展.生长素的信号传导通路研究除了在生长素结合蛋白(ABP)上有所进展外,在生长素应答基因(Aux IAA),生长素调节因子(ARF)以及感应突变体的研究上也取得较大进展.对生长素运输通路及PIN1蛋白的功能和其抑制剂的研究也使对生长素信号传导的认识更清楚.生长素应答基因(Aux IAA)是生长素处理后快速诱导的基因.Aux IAA蛋白具有组织特异性(例如SAU蛋白)可以用来研究外源激素对植物生长发育的影响.生长素调节因子(ARF)与生长素应答基因的启动子序列具有特异性结合,Aux IAA蛋白与生长素调节因子(ARF)相互作用,并引发一系列蛋白质降解.使用转基因的拟南芥突变体,能有效地研究生长素在植物体内的特异性分布.借助运输载体抑制剂,可以对生长素的极性运输有更深入的了解.已经证明PIN蛋白参与生长素运输并与肌动蛋白有关.而且生长素参与了赤霉素介导的植物伸长反应.     

拟南芥CtpA纯合突变体的光合生理特征

以T-DNA插入获得的拟南芥at3g57680基因缺失的CtpA纯合突变体植株为材料,检测了其与光合作用相关的生理特征,以揭示拟南芥at3g57680基因功能和其编码的CtpA蛋白的作用.结果显示:拟南芥的CtpA突变体植株在整个生长过程中都略小于野生型植株,但能够健康生长;CtpA突变体的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a/b和叶绿素a+b值, PSⅠ、PSⅡ和光合电子传递总链的电子传递活性,以及77K低温荧光波谱都与野生型植株无显著差异(P>0.05);CtpA突变体植株的最大光化学量子产量(Fv/Fm)和有效光化学量子产量(ΦPSⅡ)也与野生型无显著差异,而光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(qN)值在室温下显著低于野生型(P<0.05).研究表明, 拟南芥at3g57680基因在正常条件下对植株生长无显著影响,可能不是编码CtpA蛋白的关键基因.     

水稻温度超敏突变体ths1的鉴定和基因定位

从籼稻品种‘Kasalath’甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate,EMS)诱变突变体库中筛选到一个温度敏感突变体ths1(temperature hyper-sensitive 1)。与野生型相比,突变体ths1的主根伸长和侧根发育对温度变化非常敏感:在30°C条件下ths1表型与野生型一致;在温度低于26°C时,ths1主根变短,侧根缺失。在低温(24°C)条件下ths1侧根原基停留在原基起始阶段,根尖ROS含量显著高于野生型。遗传分析显示,ths1表型由半显性单基因控制。利用F2群体对ths1基因进行定位,将突变基因定位在第1染色体长臂着丝粒附近C01M14到RM11110两个标记之间的694 kb区间。研究结果为进一步克隆THS1基因,揭示植物感受外界温度变化的分子生理机制奠定基础。     

拟南芥agl16突变体的创制及功能鉴定

AGL16是调控拟南芥气孔密度和ABA含量的重要负调控转录因子,在拟南芥抗旱反应过程中发挥重要的作用。为了获取拟南芥agl16突变体材料,采用棉花叶皱缩病毒(CLCrV)介导的VIGE系统筛选靶向敲除拟南芥AGL16的sgRNA,同时利用农杆菌介导的浸花法将完整编辑载体转化野生型拟南芥,创制了拟南芥agl16突变体并进行抗旱性鉴定。结果表明：(1)利用CLCrV介导的VIGE系统筛选获得2个能靶向敲除AGL16基因的sgRNA,同时构建AtU6 26∷AtAGL16 sgRNA1 35S∷Cas9 Ter p1300编辑载体转化野生型拟南芥Col 0,筛选获得靶位点缺失4 bp的agl16纯合突变体(AGL16: 4)。(2)抗旱表型性鉴定结果显示,干旱处理18 d后,大部分野生型植株干枯死亡,而突变体植株受胁迫的表型相对较轻;复水后,野生型和突变体植株的存活率分别为34.5%(10/29)和75%(27/36)。(3)与野生型相比,干旱胁迫下AGL16: 4纯合突变体植株叶片单位面积气孔数量减少、离体叶片失水率显著降低,但二者的单株种子量并没有发生明显的改变。研究认为,AGL16: 4纯合突变体的抗旱性较野生型明显增强,且种子量与野生型基本一致,表明AGL16基因可作为作物抗旱育种理想的候选靶基因;所获得的agl16突变体为后期从农作物中克隆的AGL16同源基因进行功能回补验证提供了有利的转基因受体材料。     

蓝光对拟南芥种子萌发的影响

通过检测分析不同蓝光条件下,拟南芥野生型和蓝光受体突变体的种子萌发率发现,蓝光诱导拟南芥种子萌发,隐花素主要介导蓝光诱导拟南芥种子的早期（蓝光培养1—3d）萌发,并且与光照强度有关。施用GA生物合成抑制剂多效唑或嘧啶醇的研究结果表明,相同浓度的抑制剂对crylcry2突变体种子萌发的抑制作用比野生型强,并且解除抑制剂对crylcry2突变体种子萌发所需的外源有生物活性的GA,量也较野生型多。这些实验结果初步证实了隐花素介导蓝光诱导种子萌发,并且可能与蓝光下种子萌发过程中有生物活性的GA合成增加有关。     

Leukamenin E调节拟南芥幼苗生长发育的模式及其机制

研究对映-贝壳杉烷型二萜化合物Leukamenin E对拟南芥种子萌发、下胚轴伸长以及根生长发育的作用模式,并探讨植物激素生长素和乙烯可能介导Leukamenin E影响拟南芥主根生长、侧根和根毛发育的初步机制。结果表明:Leukamenin E浓度在10~160μmol·L~(-1)范围对拟南芥种子的萌发率无显著影响,但高浓度Leukamenin E(80~160μmol·L-1)显著抑制种子的萌发速率。Leukamenin E对拟南芥幼苗根生长的抑制作用明显高于对下胚轴的抑制效应。进一步研究表明,Leukamenin E通过阻滞根尖细胞有丝分裂和细胞伸长进而抑制主根的生长,并能促进侧根提前发生并影响其形成数量,同时减少根毛密度及降低根毛长度。Leukamenin E联合乙烯利(乙烯释放剂)处理可阻止乙烯利单独使用对拟南芥幼苗根毛生长的促进作用,与Ag+(乙烯竞争抑制剂)联合乙烯利的作用效果相一致,表明Leukamenin E可能通过干扰根细胞乙烯途径而抑制根毛发育。流动注射化学发光分析和酶联免疫检测的结果发现,Leukamenin E显著上调拟南芥幼苗根组织中生长素(IAA)水平,表明生长素可能作为主要因子介导了Leukamenin E对拟南芥幼苗根生长发育的调节作用。     

水稻雄性不育突变体D63的育性基因遗传分析与精细定位

利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)处理籼稻品种冈46B获得雄性不育突变体D63,并对该突变体进行表型鉴定、遗传分析和基因定位。结果显示D63突变体花药瘦小呈乳白色,花药内完全无花粉粒,属于无花粉型雄性不育。与野生型亲本冈46B相比,D63突变体成熟期株高降低了13.7%,穗伸出度减少了266.7%,自交结实率为0,其他农艺性状无显著差异。遗传分析表明该不育性状受1对隐性核基因控制,该突变基因定位于第2号染色体长臂靠近着丝粒区域In Del标记J2和J4之间,与J2和J4的遗传距离分别为0.2 c M和0.1 c M,该定位区间的物理距离为105.8 kb。候选基因分析结果表明,D63突变体在编码分泌性成束糖蛋白基因LOC_Os02g28970编码区第1580位碱基A突变为C,使编码蛋白的氨基酸序列第527位组氨酸(His)突变为脯氨酸(Pro)。D63突变体与已报道的mtr1突变体表型上不同之处主要是后者花药含有败育花粉粒,二者表型上的差异可能是由于LOC_Os02g28970基因序列突变位点不同,以及它们分别属于籼、粳亚种2个不同遗传背景所致。     

拟南芥LTP2参与乙烯信号转导调控的初步研究

以野生型拟南芥(Col-0)与脂质转运蛋白(LTP2)突变体ltp2为试验材料,初步研究了LTP2对乙烯信号转导的影响.采用乙烯前体1-氨基环丙烷羧酸(ACC)处理野生型与突变体材料,结果表明,LTP2基因的表达受乙烯诱导,"三重反应"的表型显示突变体ltp2对乙烯的敏感性弱于野生型.采用荧光定量PCR(Real-ti...     

拟南芥种皮色素形成突变体的筛选与表型鉴定

类黄酮在植物应答各种环境胁迫和种皮发育调控中起着重要作用。通过甲基磺酸乙酯（EMS）诱变筛选获得1个透明种皮突变体,与野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana）(Col-0)相比,突变体成熟的种子颜色为黄色,其表型性状由隐性单基因控制。利用图位克隆和精细定位技术将突变基因定位于5号染色体MAH20的BAC上,是TT4(At5G13930)基因的第1 299位碱基C突变为T,使得第324位氨基酸甘氨酸突变为谷氨酸。TT4(transparent testa 4)编码1个类黄酮合成的结构基因查尔酮合酶（CHS）,突变后种皮透明,种子颜色为黄色,突变体命名为tt4-1。利用功能回补突变体恢复褐色种皮表型,进一步证明了TT4在调节种皮颜色发育过程的重要作用。启动子偶联GUS基因组织表达分析显示TT4基因在植株幼苗的根、茎、叶和花中均有表达,生理表型分析结果显示与野生型相比,突变体tt4-1种子萌发早,幼苗主根短、侧根和根毛较多,成苗叶片气孔开度大和失水率高等特性。该研究将为进一步阐述TT4基因功能奠定理论依据。     

拟南芥叶绿体分裂突变体cpd111的基因定位与分析

通过EMS(ethyl methane sulphonate)诱变从拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变体库中筛选到一个叶绿体分裂突变体(c)hloro(p)last (d)ivision 111 (cpd111).遗传学分析表明,该突变体的表型是单基因控制的隐性性状.与野生型相比,突变体植物细胞的叶绿体数量少,叶绿体形态和大小多样化,并且细胞体积与叶绿体数量之间无相关性.利用图位克隆的方法确定cpd111的突变基因为FtsZ1.进一步的分析表明,该突变影响FtsZ7基因mRNA的正常剪切和稳定性,使蛋白质翻译提前终止,最终导致叶绿体分裂异常.该工作为研究FtsZ1在叶绿体分裂中的作用提供了新的材料和线索.     

棉花li突变体生长素极性运输的减弱

陆地棉(Gossypium hirsutum L.)li突变体叶片卷曲,植株扭曲,种子表皮毛明显偏短。通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,li突变体的纤维发育在起始期与野生型植株并无明显差异,但在伸长期开始后,如开花后3d(3 day post anthesis,DPA),纤维伸长受阻;li突变体茎的形成层和韧皮部分化发育不完全,生长素由顶端向基部的极性运输能力下降,仅为野生型植株的大约三分之一。推测棉花li突变体包括纤维发育不良在内的多效性异常表型,与其生长素极性运输能力的下降有关。     

第25届国际生物学奥林匹克竞赛试题 理论A-4

正遗传与进化31.野生型果蝇分别和3种隐性纯合突变体:b(黑体)、sc(亮红眼)和vg(残翅)进行正交。所获得的F1代果蝇分别与对应的纯合突变体回交,所得F2代表型和比例如下表所示:请指出下面的描述正确与否。A.将2个F2代,仅体色为黑体,其他性状正常的果蝇杂交将获得不同的翅膀表型B.b和vg基因位点的相对距离小于20 cM C.b和sc为杂合,vg为纯合的果蝇将产生等比例的4种不同基因型的配子D.如果vg和sc杂合个体进行杂交,所得后代     

超表达AhNCED1拟南芥植株在渗透胁迫下抗氧化能力和抗旱相关下游基因表达变化

利用纯系超表达AhNCED1拟南芥植株,在添加300mmol·L-1山梨醇的MS培养基上胁迫培养,分析其表型及抗氧化能力。结果表明,在正常情况及300mmol·L-1山梨醇处理10d条件下,与129B08/nced3突变体和野生型比较,超表达AhNCED1植株生长状况好,主根长度增加,幼苗体内O2ˉ含量水平较低,POD和SOD酶活性较高。说明NCED1基因对于拟南芥体内抗氧化酶系统的维持有重要意义。用sqRT-PCR方法检测结果表明,野生型和超表达AhNCED1拟南芥植物体内KIN1、COR47和RAB18基因表达随脱水延长而明显增强,且在超表达AhNCED1拟南芥中增强幅度大。