胚珠发育的分子基础

胚珠作为胚囊的携带者,在植物的生殖过程中起重要作用。胚珠是种子的前身,它在受精后发育成种子。近年来通过诱变已创造出一些胚珠和胚囊发育异常的突变体,如ｓｉｎ１,ｂｅｌ,ｏｖｍ２,ｏｖｍ３。这几个突变体的表现型不但是珠被发育异常,而且胚囊不能形成或发育异常,最终结果是雌性不育。同时,已分别从蝶兰和矮牵牛的胚珠中分离出一批胚珠发育特异的基因,其中有关ＭＡＤＳＢｏｘ基因在胚珠形成和发育中的作用研究得比较清楚,基因转化工作证实胚珠的分化和形成受一类新的ＭＡＤＳＢｏｘ基因控制。     

棉纤维初始发育过程中过氧化物酶和吲哚乙酸氧化酶的活性

选用互为近等基因系的陆地棉品种徐州１４２和无絮棉突变体,比较研究开花前５ｄ至开花后６ｄ胚珠内可溶性蛋白质含量,ＰＯＤ和ＩＡＡ氧化酶活性的变化,结果表明,开花前３ｄ至１ｄ蛋白质大量合成可能与纤维发育相关基因的表达有联系,而ＰＯＤ和ＩＡＡ氧化酶阻碍纤维的初始发育。     

棉花胚珠内种皮特异基因GhIAA16的分离鉴定

棉花(Gossypium hirsutum L.)纤维是由胚珠外珠被表皮细胞发育形成的一种单细胞表皮毛.为了分析鉴定与棉花胚珠发育相关的基因,本文通过cDNA阵列方法分离了25个在开花前后棉花胚珠中差异表达的基因.其中一个基因与拟南芥IAA16具有很高的同源性,并命名为GhIAAl6.该基因编码一个208个氨基酸组成预测蛋白.分子生物学分析表明它在棉花基因组中以单拷贝形式存在,而且在棉花胚珠内种皮(endothelium)中特异表达.GhIAAl6是棉花中第一个分离到的内种皮特异表达的基因,本文对它在棉花胚珠发育中的可能功能进行了讨论.     

水稻矮化小穗突变d18新等位基因的发现及生理功能分析

株高和穗型是决定水稻产量密切相关的农艺性状.本研究从粳稻品种台北309经甲基磺酸乙酯诱变的群体中分离出一个能稳定遗传的矮化小穗突变体,主要表现矮化、粒长增加而宽度变小和穗型变小等特点.遗传分析表明,该突变体受单隐性核基因控制.定位于水稻第1号染色体的Indel标记P4和P5之间,物理距离约为20 kb.由于该区间只有一个已经克隆的矮化基因Dwarf18(d18),其功能编码赤霉素3β-羟化酶(GA3ox2).所以,表明突变基因与d18可能等位.测序比对发现,该突变基因的第2个外显子发生了1个碱基(G)的缺失,造成无义突变,实时荧光定量PCR结果显示,OsGA3ox2基因在突变体中表达量显著下降.因此,将该突变基因暂命名为d18-1.组织切片观察结果显示,与野生型相比,突变体的茎部倒三节间纵向细胞长度显著变短,但细胞数目增多.生理功能结果分析表明,突变体对外源激素GA更敏感,但对外源激素BR不如野生型敏感.检测与GA和BR生物合成与信号传导途径相关基因的表达结果发现,与野生型相比,在突变体中参与GA失活基因OsGA2ox3出现了下调表达,GA生物合成相关基因OsGA20ox2和OsGA3ox2也出现了下调表达,GA信号传导途径中的关键基因都没有明显的差异表达变化.另外,参与BR的合成或者信号传导途径的大部分相关基因在突变体中的表达都出现了下调.由此证明,突变体矮化是由于GA激素的不能正常合成所导致,并且对外源活性BR的响应通路受损而造成对BR激素的低敏感反应.另外,对孕穗期的野生型和突变体的幼穗进行转录组测序分析表明,与野生型相比,突变体检测到1497个差异表达基因,这些差异基因涉及苯丙素的生物合成、糖代谢和碳代谢等.因此,推测突变体中的OsGA3ox2基因发生了无义突变影响了GA和BR生物合成与信号传导途径以及穗型发育相关调控途径,这为更深入研究调控水稻矮化以及穗型的遗传网络提供了新的信息.     

Thermobifida fusca角质酶突变体D204C/E253C高效可溶表达及其应用

Thermobifida fusca角质酶突变体D204C/E253C是通过在野生型角质酶中引入二硫键获得的热稳定性突变体.由于二硫键的引入,导致突变体D204C/E253C在表达过程中,易错误折叠形成大量包涵体,可溶表达比率极低.这极大地限制了其发酵制备以及在PET纤维改性中的应用.为了加强突变体D204C/E253...     

AtMES1正调控拟南芥角粒数

基于拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh)单角果种子数量(角粒数)的全基因组关联分析(GWAS)数据,筛选到一个可能影响角粒数的候选基因AtMES1,并对其表达模式和转录组数据进行了分析。结果显示,AtMES1的表达模式分析结果表明其在心皮和花序处等特异性表达。分析该基因T?DNA插入突变体的表型发现其角粒数比野生型对照显著下降。转录组分析结果表明,参与调控胚珠发生和发育的多个重要基因在缺失突变体中表达下调。同时使用胎座特异启动子使AtMES1在雌蕊中过量表达,发现转基因植株的角果长度变短,但种子密度显著增加,原因可能是通过激活植物激素相关通路,从而调控胚珠发生和发育相关基因表达正调控角粒数。研究结果初步证实了AtMES1具有正调控拟南芥角粒数和种子密度的功能。     

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。     

菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及15个叶绿体编码基因的表达

以菲白竹（Pleioblastus fortunei）组培苗绿化突变体及经60Coγ射线辐射获得的白化突变体为实验材料,从生长特性、超微结构及15个叶绿体编码基因的拷贝数及转录水平方面进行了研究。结果显示,白化突变体具有分化不定芽和不定根的能力,其叶肉细胞中叶绿体缺失或结构不完整,基因拷贝数与野生型无明显差异,部分基因转录水平低于野生型,psbA基因的转录水平高于野生型。绿化突变体叶色一致且能稳定遗传,与野生型绿色组织细胞的超微结构相比,其叶绿体基粒片层数量少,结构松散,基因拷贝数低或相当于野生型,多数叶绿体编码基因转录水平较野生型呈下调趋势,atpI基因转录水平高于野生型。psaA基因在两种突变体中均不表达,仅在野生型中有微弱表达。     

拟南芥LecRK-ConA基因突变体的筛选鉴定及其功能初步研究

植物凝集素类受体激酶(lectin receptor-like kinases,LecRLKs)在植物抗逆性、激素信号转导及生长发育调节等方面扮演重要角色。LecRK-ConA基因是拟南芥Lec RLK基因家族中的一员。利用三引物法鉴定获得LecRK-ConA基因两个缺失突变体的纯合子。启动子顺式作用元件分析显示,LecRK-ConA具有多个与干旱、光、赤霉素(gibberellic acid,GA)等应答相关的元件。实时定量PCR结果表明:LecRK-ConA基因具有组织表达差异性,且在春化后4 d的种子中表达量最强,用NaCl和甘露醇处理均能抑制该基因的表达。用NaCl和甘露醇处理缺失突变体lecrk-cona和Col-0后,发现lecrk-cona的种子萌发率显著低于野生型。此外,突变体lecrkcona相对野生型Col-0来说,具有早花现象。上述实验结果为进一步深入研究LecRK-ConA基因在抗逆与开花调控途径中的生理功能奠定了基础。     

菲白竹组培苗白化、绿化突变体的超微结构及15个叶绿体编码基因的表达

以菲白竹(Pleioblastus fortunei)组培苗绿化突变体及经⁶⁰Co γ射线辐射获得的白化突变体为实验材料, 从生长特性、超微结构及15个叶绿体编码基因的拷贝数及转录水平方面进行了研究。结果显示, 白化突变体具有分化不定芽和不定根的能力, 其叶肉细胞中叶绿体缺失或结构不完整, 基因拷贝数与野生型无明显差异, 部分基因转录水平低于野生型, psbA基因的转录水平高于野生型。绿化突变体叶色一致且能稳定遗传, 与野生型绿色组织细胞的超微结构相比, 其叶绿体基粒片层数量少, 结构松散, 基因拷贝数低或相当于野生型, 多数叶绿体编码基因转录水平较野生型呈下调趋势, atpI基因转录水平高于野生型。psaA基因在两种突变体中均不表达, 仅在野生型中有微弱表达。     

拟南芥温度诱导脂质运载蛋白TIL1参与雌配子体发育

雌配子体的正常发育是种子形成的前提条件之一,拟南芥温度诱导的脂质运载蛋白编码基因TIL1突变使胚珠败育,结实率下降明显。基因表达分析表明T-DNA插入使得TIL1基因敲除,突变体TIL1基因功能缺失;互交实验、Alexander染色、花粉离体培养和胚珠透明实验结果表明till-1突变体雄配子体发育正常、雌配子体胚囊发育有缺陷;通过遗传互补实验证明外源克隆的TIL1基因能恢复突变体的败育表型,并确定了TIL1基因主要在胚珠的胚囊中表达。实验结果表明TIL1基因参与了植物雌配子体发育这一重要的生理过程。     

胚珠发育的分子基础

胚珠作为胚囊的携带者,在植物的生殖过程中起重要作用。胚珠是种子的前身,它在受精后发育成种子。近年来通过诱变已创造出一些胚珠和胚囊发育异常的突变体,如 sin1, bell, ovm2, ovm3。这几个突变体的表现型不但是珠被发育异常,而且胚囊不能形成或发育异常,最终结果是雌性不育。同时,已分别从蝶兰和矮牵牛的胚珠中分离出一批胚珠发育特异的基因,其中有关MADS Box基因在胚珠形成和发育中的作用研究得比较清楚,基因转化工作证实胚珠的分化和形成受一类新的MADS Box基因控制。     

拟南芥SUA41基因的表达和功能分析

植物的开花受多条途径的控制, 其中包括光周期途径、春化途径、赤霉素途径、自主途径和温敏途径。SUA41(SUMO substrate in Arabidopsis 41)是本实验室筛选到的、SUMO(Small ubiquitin modifier)的潜在底物, 并且前人的研究发现它参与自主途径的开花调节, 但其对开花时间的调节机制没有详细报道。文章对SUA41基因的表达、sua41突变体对不同环境条件的反应以及SUA41对开花时间调节的可能机制进行初步分析。结果显示, 与野生型相比, sua41突变体在常温或低温、长日或者短日条件下均为早花, 并且在低温和常温下的开花时间没有太大差别。过表达SUA41能够恢复sua41突变体的早花表型。SUA41基因在拟南芥的幼苗、根、茎、叶和花以及各个植物发育阶段都有表达, 说明SUA41基因是一个组成型表达基因。SUA41基因的表达与GA处理无关, 长日低温条件能够诱导SUA41基因的表达, 且在温敏途径突变体fve和fca中SUA41基因的表达量减少。与野生型比较, sua41突变体中CO基因的mRNA表达量没有明显变化, FT和SOC1基因表达量增加且FT增加幅度更大, FLC的mRNA表达量减少。结果表明SUA41基因虽然在自主途径中起作用, 但主要在温敏途径中参与拟南芥开花时间调节。     

斑马鱼eomesb基因突变体的构建及其功能分析

Eomesodermin (Eomes)是T-box转录因子基因家族的成员,在脊椎动物胚胎发育、模式形成和形态发生过程中发挥重要作用.斑马鱼(Danio rerio) eomesa基因的一个点突变导致其母源合子突变体胚胎发育延迟而大量死亡,而eomesa合子突变体可正常发育至性成熟,但缺失背鳍.本研究利用CRISPR/Cas9技术构建了斑马鱼eomesa旁系同源基因eomesb的突变体,eomesb纯合突变体不仅可正常发育至性成熟,而且鳍的发育也完全正常.q-PCR和整体原位杂交实验结果显示,eomesa和eomesb在脑部组织具有重叠的表达域,eomesb在中脑的表达略高于eomesa,故推测两基因在脑部可能行使相似的功能,存在一定的功能冗余.对2,4,6 dpf(Days post fertilization)和6 dpf的WT和突变体q-PCR基因表达分析显示,eomesb突变对eomesa的表达没有明显影响.eomesa-/-;eomesb-/-双突变体未出现背鳍缺失以外的附加表型,推测斑马鱼eomesa和eomesb在背鳍发育过程中可能不存在功能冗余,eomesb不参与背鳍的发育过程.此外,整体原位杂交实验结果显示,eomesb突变也不影响其同源基因tbr1a和tbr1b的早期表达.eomesb纯合突变体未观察到明显表型,可能与其影响的功能不引起明显表型有关,也可能与其它基因的遗传补偿效应有关.本研究结果为深入研究斑马鱼eomesb基因的功能提供了实验材料,同时对研究eomesa与eomesb基因功能分化具有参考价值.     

棉花胚珠内种皮特异基因GhIAA16的分离鉴定

棉花(Gossypium hirsutum L.)纤维是由胚珠外珠被表皮细胞发育形成的一种单细胞表皮毛。为了分析鉴定与棉花胚珠发育相关的基因,本文通过cDNA阵列方法分离了25个在开花前后棉花胚珠中差异表达的基因。其中一个基因与拟南芥IAA16具有很高的同源性,并命名为GhIAA16。 该基因编码一个208个氨基酸组成预测蛋白。分子生物学分析表明它在棉花基因组中以单拷贝形式存在,而且在棉花胚珠内种皮(endothelium)中特异表达。GhIAA16是棉花中第一个分离到的内种皮特异表达的基因,本文对它在棉花胚珠发育中的可能功能进行了讨论。     

ATMYB123和ATKOR1基因参与拟南芥根发育的调控

从拟南芥T-DNA插入突变体库中筛选到2个根发育相关基因ATMYB123和ATKOR1表达缺失的突变体atmyb123和atkor1,通过杂交构建这两个基因表达缺失的双突变体atmyb123/atkor1,以明确这两个基因在根发育中的作用。结果显示:(1)ATMYB123表达缺失突变体atmyb123植株地上部分发育减缓,种皮颜色变黄,而ATKOR1表达缺失突变体atkor1植株在这两方面与其野生型没有明显差异;两基因缺失均显著影响了拟南芥根的发育,根生长受到了严重抑制。(2)双突变体atmyb123/atkor1在植株形态和种皮颜色方面表现出单突变体AT-MYB123的特点,而其根长却介于两单突变体的中间。(3)进一步研究发现,培养基pH改变、NaCl处理、外源GA施用均没有改变突变体根生长趋势,显示这3种因素与两基因缺失突变引起的根发育抑制无关。研究表明,AT-MYB123和ATKOR1基因参与拟南芥根的发育调控,转录因子ATMYB123可能作为主调控因子参与ATKOR1对拟南芥根发育的调控。     

棉纤维蔗糖合酶基因SS3上游调控序列的克隆及其表达分析

棉纤维蔗糖合酶基因SS3在棉纤维发育过程中起着重要作用.采用YADE技术克隆了该基因5′上游1717bp的调控区,该调控区含有典型的启动子核心元件TATA box ,以及TATC box、G box、GCN4 -motif、Prolamin box、Skn 1 likemotif、TCA element、HSE和O2 site等各种顺式调控元件和其他一些反应元件.将此序列和报告基因GUS融合在烟草、棉花中表达.组织化学分析结果显示棉花SuSyR序列启动GUS基因在烟草的子房、胎座、种子以及在棉花花蕾与棉铃中表达.在棉花花蕾蕾长为3mm、6mm、9mm和15mm花蕾中表达主要存在于雄蕊及雄蕊管、胎座等器官;在棉铃中,1DPA棉铃的花柱、花药、子房及胚珠中出现了蓝色,6DPA棉铃的子房及胚珠被染成蓝色,在2 0DPA的棉铃中蓝色只出现在胚珠及其纤维中、在胚珠中只有珠心被染成蓝色,在4 0DPA胚珠中只有纤维呈蓝色.研究结果揭示,棉花的SuSyR调控序列启动GUS基因主要在子房、胚珠和纤维等器官和主叶脉、茎微管束等输导组织中表达,在棉花中尤为明显,表明棉纤维蔗糖合酶基因SS3除参与棉花蕾铃发育、纤维素的合成外,还参与了光合产物的运输与分配过程.     

拟南芥突变体cka3-2的筛选及其功能初步研究

CKA3-2基因属于拟南芥CK基因家族成员,该基因编码一条691个氨基酸残基的多肽.利用三引物法和实时定量PCR法鉴定获得CKA3-2基因对应的T-DNA插入纯合突变体cka3-2,并对其表T型变化进行了观察.实时定量PCR分析表明:CKA3-2基因在茎生叶中表达最高,花和茎中次之,在根、莲座叶和果荚中表达量较低.赤霉素使CKA3-2基因的表达升高,6 h时表达量明显增加,8 h时表达量下降.用50μmol/L GA3处理Col-0和cka3-2幼苗6 h,结果发现赤霉素信号转导通路相关基因如KS、KAO1、KAO2、GA2ox1、GA3OX1和GA20OX1等在两种幼苗中的相对表达量发生明显变化.此外,突变体cka3-2相对野生型Col-0来说,具有较明显的早花现象.     

OsGA3ox通过合成不同活性GA调控水稻育性及株高

赤霉素(gibberellin,GA)是一种重要的激素,参与调控植物多种生长发育过程。GA生物合成通路已基本阐明,其中赤霉素3β羟化酶(gibberellin 3β-hydroxylase,GA3ox)是多种活性GA合成的关键酶。水稻中有2个GA3ox基因(OsGA3ox1和OsGA3ox2),其生理功能虽有初步研究,但它们在合成活性GA调控水稻发育过程中是如何分工协作尚不清楚。本研究通过CRISPR/Cas9技术获得基因编辑突变体ga3ox1和ga3ox2,发现ga3ox1花粉育性显著下降,而ga3ox2株高显著变矮,表明OsGA3ox1是花粉正常发育必需的,而OsGA3ox2是茎叶伸长必需的。组织表达分析表明,OsGA3ox1主要在未开的花中表达,OsGA3ox2主要在未伸长的叶中表达。进一步对野生型(WT)和两个ga3ox突变体未开的花、未伸长的叶及根中的GA进行检测分析,发现OsGA3ox1在花中催化GA9形成GA7与花粉育性密切相关;OsGA3ox2在未伸长的叶中催化GA20形成GA1调控株高;OsGA3ox1在根中催化GA19形成GA20,调控GA3的生成。总之,OsGA3...