拟南芥莲座叶芥子油苷含量对水分胁迫的响应

芥子油苷(glucosinolates)是十字花科植物中一类含氮、含硫的次生代谢产物,与其水解产物在植物防御功能中有重要意义且与环境因子关系密切.通过控制供水的方式对营养生长时期的拟南芥幼苗进行水分胁迫,观察了土壤自然干旱对营养生长时期拟南芥莲座叶芥子油苷含量及组成的影响.结果表明,土壤自然干旱处理下,拟南芥莲座叶的芥子油苷总量从处理3 d起低于对照,且随着处理天数的增加与对照组的差异逐渐增大,脂肪族芥子油苷的响应均比较明显,与芥子油苷总量的变化趋势基本一致,而吲哚族芥子油苷对水分胁迫则不敏感.脂肪族中的4-甲基亚磺酰丁基芥子油苷(4-methylsulphinylbutyl GS,4MSOB)占脂肪族芥子油苷的比例最大,它的含量变化成为影响莲座叶中芥子油苷组合模式的主导因素.     

机械损伤对拟南芥莲座叶芥子油苷含量和组成的影响

植物可以利用体内次生代谢产物的变化来抵御昆虫取食和机械损伤.芥子油苷是拟南芥的主要次生代谢产物.通过剪刀剪取叶片(40%面积)对温室培养的拟南芥幼苗莲座叶进行机械损伤处理,观察机械损伤后8个时间点拟南芥叶片中不同种类芥子油苷含量和组合模式的变化.结果表明机械损伤后3 h叶片中芥子油苷总含量开始明显上升,脂肪族和吲哚族芥子油苷含量在损伤后3 h也都显著高于损伤前.在检测到的12种芥子油苷中,4-甲基亚磺酰丁基芥子油苷(4-methylsulphinylbutyl GS,4MSOB)的含量最多,占芥子油苷总量的48.5%,并且在损伤3 h后含量增加.4MSOB含量的变化成为影响莲座叶中芥子油苷组合模式的主导因素.其它各种芥子油苷在损伤后不同时间点的变化也存在差异.     

盐胁迫对拟南芥和盐芥莲座叶芥子油苷含量的影响

芥子油苷是十字花科植物中一类含氮、含硫的次生代谢产物,与其水解产物在植物防御功能中有重要意义且与环境因子关系密切。以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）和盐生模式植物盐芥（Thellungiella halophila）为研究对象,系统地分析了盐胁迫下二者芥子油苷组成和含量的变化规律。拟南芥（生长4周）和盐芥（生长6周）叶片的芥子油苷组成在盐胁迫后没有改变。拟南芥的芥子油苷总量、脂肪族芥子油苷总量、吲哚族芥子油苷总量受盐胁迫的影响均不显著,而盐芥的则随盐胁迫增强先减少、后增加并高于对照水平。拟南芥脂肪族的3MSOP、5MSOP和吲哚族的4OHI3M、4MOI3M随盐胁迫增强而含量降低,而脂肪族的6MSOH、吲哚族的I3M以及盐芥脂肪族的3MSOP则随盐胁迫增强有含量增加的趋势。拟南芥脂肪族的8MSOO和吲哚族的1MOI3M,盐芥脂肪族的3MTP、Allyl、10MSD和吲哚族的4MOI3M,在盐胁迫下的含量变化与盐芥芥子油苷总量的变化趋势一致。     

植物芥子油苷代谢与硫营养

文章简要介绍芥子油苷积累、代谢及其防御作用受环境供硫水平调控的研究进展。     

COI1参与茉莉酸调控拟南芥吲哚族芥子油苷生物合成过程

芥子油苷是一类具有防御作用的植物次生代谢产物,外源激素茉莉酸对吲哚族芥子油苷的合成具有强烈的诱导作用,但茉莉酸调控吲哚族芥子油苷生物合成的分子机制并不清楚。以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的野生型和coi1-22、coi1-23两种突变体为研究材料,通过茉莉酸甲酯(MeJA)处理,比较了拟南芥野生型和coi1突变体植株吲哚族芥子油苷含量、吲哚族芥子油苷合成前体色氨酸的生物合成基因(ASA1、TSA1和TSB1)、吲哚族芥子油苷生物合成基因(CYP79B2、CYP79B3和CYP83B1)及调控基因(MYB34和MYB51)的表达对MeJA的响应差异,由此确定茉莉酸信号通过COI1蛋白调控吲哚族芥子油苷生物合成,即茉莉酸信号通过信号开关COI1蛋白作用于转录因子MYB34和MYB51,进而调控吲哚族芥子油苷合成基因CYP79B2、CYP79B3、CYP83B1和前体色氨酸的合成基因ASA1、TSA1、TSB1。并且推断,COI1功能缺失后,茉莉酸信号可能通过其他未知调控因子或调控途径激活MYB34转录因子从而调控下游基因表达。     

植物芥子油苷代谢及其转移

芥子油苷是一类含氮、含硫的植物次生代谢产物,主要分布于十字花科植物。芥子油苷及其降解产物具有多种生化活性,在植物防御方面也有重要作用。简要介绍芥子油苷的分布、合成、降解和在植物体内的转移。     

植物中的吲哚族芥子油苷与生长素代谢途径的关系

文章介绍了植物中的吲哚族芥子油苷代谢与生长素合成途径相互关系的研究进展。     

几丁质和flg22诱导的辣椒幼苗先天免疫生理响应特征

【目的】明确几丁质和鞭毛蛋白衍生肽flg22诱导的辣椒幼苗先天免疫生理响应特征,探讨辣椒先天免疫生理响应与辣椒抗多种病害的关系。【方法】以5个四川本地辣椒品种幼苗为试材,鉴定它们的青枯病和疫病病情指数和抗性水平,采用水培法培育幼苗并进行外施几丁质和flg22处理,检测各品种不同诱导时间下幼苗根系生长、气孔孔径、胼胝质沉积、活性氧（ROS）积累和SOD、CAT活性,以及先天免疫相关基因表达量的变化,并运用生物统计学综合评价其生理响应及其与抗病性关系。【结果】（1）幼苗青枯病和疫病病情指数以‘川腾10号’最低,抗病性最强,以‘本地条椒’最高,抗病性最弱。（2）外源几丁质和flg22抑制了各品种幼苗根系生长速率,诱导离体叶片气孔闭合,促进叶片细胞壁胼胝质沉积加厚,ROS含量持续增加,SOD和CAT活性不断提高。各品种幼苗先天免疫生理响应指标的平均隶属函数值以‘川腾10号’最高,‘本地条椒’最低,并且平均隶属函数值与疫病、青枯病病情指数均具有显著负相关性。（3）外源flg22和几丁质诱导‘川腾10号’幼苗先天免疫相关基因CaWRKY22、CaMAPK7和ChiIV3显著上调表达。【结论】外源flg22和几丁质可诱导辣椒幼苗先天免疫生理响应,且响应程度强弱在品种间存在差异,依据生理响应指标通过隶属函数可综合评价辣椒品种的抗病水平;‘川腾10号’的平均隶属函数值最高,多抗性水平相对最好,这与其先天免疫相关基因CaWRKY22、CaMAPK7和ChiIV3的显著上调表达有关。     

环境对植物芥子油苷代谢的影响

芥子油苷是一类含氮、含硫的植物次生代谢物质,主要分布于十字花科植物.芥子油苷及其降解产物具有多种生化活性,近年来人们更多地关注芥子油苷代谢与植物生存环境的相互作用以及与其它物质代谢途径的相互联系.介绍了温度、光、水分、硫营养、CO2浓度以及重金属污染等非生物环境对芥子油苷代谢影响的研究概况.     

拟南芥PMSR2对脂肪族芥子油苷侧链的修饰作用

芥子油苷是一类由氨基酸合成的次生代谢产物,脂肪族芥子油苷主要来源于甲硫氨酸,因侧链长度和结构的不同而拥有多样化的生物活性。根据拟南芥不同组织中芥子油苷组分和含量的特点及生物信息学分析,我们推断脂肪族芥子油苷的侧链修饰反应中可能存在由甲基亚磺酰基芥子油苷向甲硫基芥子油苷转化的还原反应,候选基因为甲硫氨酸硫还原酶2(Peptide Methionine Sulfoxide Reductase 2,PMSR2)。为了验证这一假设,我们构建了过量表达PMSR2基因的转基因拟南芥,对其芥子油苷组分及含量进行了测定,并与野生型和PMSR2基因缺失的突变体进行了对比分析,结果表明,PMSR2基因的过量表达并未使芥子油苷含量与组分发生明显变化,但PMSR2基因缺失的突变体与野生型相比,MS GSL/MT GSL的值显著提高,证明PMSR2参与了脂肪族芥子油苷侧链的修饰反应,可以将MS GSL中的硫还原生成MT GSL。该酶的鉴定进一步完善了对芥子油苷合成途径及其侧链修饰的认识,为深入研究脂肪族芥子油苷的生理功能奠定了理论基础。     

Complete structure of the chloroplast genome of Arabidopsis thaliana.

The complete nucleotide sequence of the chloroplast genome of Arabidopsis thaliana has been determined. The genome as a circular DNA composed of 154,478 bp containing a pair of inverted repeats of 26,264 bp, which are separated by small and large single copy regions of 17,780 bp and 84,170 bp, respectively. A total of 87 potential protein-coding genes including 8 genes duplicated in the inverted repeat regions, 4 ribosomal RNA genes and 37 tRNA genes (30 gene species) representing 20 amino acid species were assigned to the genome on the basis of similarity to the chloroplast genes previously reported for other species. The translated amino acid sequences from respective potential protein-coding genes showed 63.9% to 100% sequence similarity to those of the corresponding genes in the chloroplast genome of Nicotiana tabacum, indicating the occurrence of significant diversity in the chloroplast genes between two dicot plants. The sequence data and gene information are available on the World Wide Web database KAOS (Kazusa Arabidopsis data Opening Site) at http://www.kazusa.or.jp/arabi/.     

钙离子参与拟南芥的缺氧信号传导

报告了钙流通抑制剂钌红对缺氧条件下拟南芥中ADH基因表达的诱导和植株存活的影响。结果表明 ,缺氧早期ADH基因的激活和表达需要钙离子 ,钌红处理可以延长缺氧条件下拟南芥植株的存活期。据此推测 :拟南芥中缺氧诱导的细胞死亡是一个钙离子介导的主动过程 ,钌红通过阻止细胞内钙离子浓度的增加而抑制这一过程。延长缺氧处理的时间会导致拟南芥叶片细胞内发生核凝聚和染色体断裂的现象 ,也进一步验证了这种构想。表明缺氧处理引起的叶片细胞损伤直至植株死亡是一个程序化的过程     

新疆北部拟南芥自然居群表型变异与协变

拟南芥(Arabidopsis thaliana)自然居群的表型特征代表其在自然环境下的适应状况, 不同居群间特征的对比可以为了解拟南芥表型变化规律, 进而分析其形成过程和机制提供重要线索。本研究以分布于新疆北部天山、塔尔巴哈台山和阿尔泰山的10个种群的9个表型性状为基础, 对比分析了小尺度、局域尺度和区域尺度环境下原生境拟南芥种群表型性状的变化。结果发现, 不同性状对环境变化的反应不同, 其中株高、株重、根重、根长、单个果实重、果实开裂力度在3种环境尺度下种群间的差异均达到极显著水平, 而分枝数、果实长度的种群间变化不显著, 种群间的表型分化系数较低。不同环境尺度下株重、根重、单株果数均表现出一致的协变格局, 反映了生理功能性状之间整合对拟南芥适应环境的重要性。同时, 各种群间整体的性状协变差异性明显, 根长、单个果实重、分枝数、果实长度、果实开裂力度等特征与其他特征协变具有明显的局部性, 局域尺度和区域尺度环境之间的变化较大。聚类分析发现区域尺度上的不同种群聚合在一起的现象非常突出, 进一步表明拟南芥的表型特征受微环境的强烈影响。Mantel检验表明, 小尺度上10个种群株高、株重、根重、单个果实重、果实长度、果实开裂力度6个性状变化存在显著的空间相关性, 而分枝数、根长的相关性却不显著。因此, 我们认为拟南芥表型变化受小尺度环境的影响强烈, 但在表型层面并非所有性状都与原生境气候存在遗传关联。     

拟南芥雄性不育突变体ms1142的遗传定位与功能分析

经EMS诱变野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)群体筛选得到一株雄性不育突变体ms1142, 突变体的果荚短小, 不含种子。细胞学观察和扫描电镜结果表明, 突变体花药发育过程中, 花药中小孢子外壁异常、破裂, 最后没有花粉形成。遗传分析表明, 该突变体为隐性单核基因突变所致; 利用图位克隆的方法将MS1142基因定位于第1条染色体的BAC克隆F16P17上44 kb区间内, 目前尚未见该区间内有雄性不育基因的报道。以上结果结合生物信息学分析表明, MS1142是一个新的调控花药发育的关键基因。该工作为花药发育关键基因MS1142的克隆及功能分析奠定了基础。     

M yb28基因表达载体的构建及拟南芥转化

利用通过RT-PCR扩增到的M yb28(GenBank注册号:HQ270468)基因分别构建正义和反义植物表达载体,采用冻融法转入农杆菌LBA4404菌株,通过花序浸泡法对Myb28基因缺失的拟南芥进行了遗传转化,经RT-PCR和酶切鉴定,结果表明Myb28正义和反义真核表达载体构建成功,经基因组PCR鉴定表明正义表达载体已成功整合到拟南芥基因组中。     

Indole Glucosinolates and Camalexin do not Influence the Development of the Clubroot Disease in Arabidopsis thaliana

Root galls of Brassicaceae caused by Plasmodiophora brassicae are dependent on increased auxin and cytokinin formation. In this study we investigated whether indole glucosinolates are involved in indole‐3‐acetic acid (IAA) biosynthesis in root galls, by using a genetic approach. The cytochrome P450 enzymes, CYP79B2 and CYP79B3, convert tryptophan to indole‐3‐acetaldoxime (IAOx), which is a precursor for indole glucosinolates and the phytoalexin camalexin in Arabidopsis thaliana. Root galls of the Arabidopsis ecotypes Wassilewskija (WS) and Columbia (Col) accumulated camalexin, WS at levels up to 320 μg/g dry weight. By contrast, camalexin was absent in root galls of cyp79b2/b3 double mutants. Infection rate and disease index as a measure of club development in mutant and wild‐type plants of the two ecotypes were investigated and no differences were found in gall formation. This demonstrates that camalexin is an ineffective inhibitor of P. brassicae and indole glucosinolates are not the source of elevated levels of IAA in galls, because free IAA levels in mutant galls were comparable with those in wild type.     

拟南芥雄性不育突变体ms214的遗传与功能分析

经过EMS诱变、背景纯化以及遗传分析,得到一株隐性核基因控制的拟南芥雄性不育突变体ms214,用图位克隆的方法将突变基因MS214定位于拟南芥第一条染色体上顶端700kb的区间内。生物信息学分析发现,该区间内有一个与蜡质合成有关的基因CERl;测序分析表明在突变体ms214中,CERl基因第一个外显子上碱基由C^509变成了u^509的突变,导致CER蛋白在该处的氨基酸由脯氨酸^170变成了亮氨酸^170;等位实验结果表明ms214和cerl是等位突变体。ms214突变体的茎和果荚呈现出与野生型不同的亮绿色;组织切片观察结果表明,突变体花药发育各个时期无异常变化;扫描电镜观察发现ms214的茎和果荚的表皮没有蜡质的形成,但是突变体成熟花粉粒表面含油层异常,具有许多小的脂肪小滴。这些结果揭示了MS214蛋白质参与蜡质合成过程,而且脯氨酸^170是该蛋白质行使功能所必需的。     

拟南芥白化突变体心口的基因定位与分析

EMS30是拟南芥经甲基磺酸乙酯（EMS）诱变得到的白化突变体。该突变体的叶绿体结构存在严重缺陷,同时伴随叶绿素缺失。遗传分析显示EMS30突变体的突变表型受隐性单基因控制。采用图位克隆的方法对EMS30突变基因进行定位的结果显示,该基因位于拟南芥第一条染色体的分子标记F21M12和F14N23之间的96kb区间内,该区间包含25个基因。通过生物信息学分析发现,该区间内有3个基因定位在叶绿体或与叶绿体发育相关。这些结果有助于该基因的克隆,为阐释叶绿体发育提供线索。     

利用流式细胞仪分选拟南芥根尖发育早期非根毛细胞

建立了应用流式细胞仪分选植物特定类型细胞的方法。以拟南芥(Arabidopsis thaliana)Wer::GFP转基因株系为材料,用激光共聚焦显微镜鉴定GFP的表达位置,采用酶解法制备拟南芥根尖原生质体,应用流式细胞仪荧光激活细胞分选技术(FACS)分选收集GFP阳性细胞,并提取细胞的RNA。结果表明,Wer::GFP转基因株系仅在根表皮发育早期的非根毛细胞中表达GFP;利用酶解法制备的根尖原生质体数目较多;从FACS分选收集的细胞中提取的RNA质量较好,可用于研究特定类型细胞的基因表达谱。应用流式细胞仪分选拟南芥非根毛细胞的方法为研究植物特定类型细胞的基因表达谱及基因功能奠定了技术基础。