GAI/RGA蛋白家族的研究进展

赤霉素(GAs)通过同细胞膜上的受体结合,经过一系列信号分子传递从而调节植物的生长发育。在已发现的植物GA信号传递分子中,有一类重要的组成元件—GAI/RGA家族蛋白,不仅作用于植物的种子萌发、茎的伸长和花的发育等许多方面,而且在GA信号转导途径与其他植物激素信号转导途径的相互作用中起着非常重要的作用。最近几年,对GAI/RGA家族蛋白的研究取得了惊人的进展。现就GAI/RGA家族蛋白的结构、在GA信号转导中的作用、在植物生长发育中的作用以及在激素相互关系中的作用等方面进行综述。     

苋菜AtGAI基因克隆及表达分析

为研究苋菜赤霉素不敏感基因(AtGAI)对赤霉素的响应,采用RT-PCR结合RACE技术,从‘大红’苋菜(Amaranthus tricolor L.‘Dahong’)中克隆得到一个GAI基因,命名为AtGAI(GenBank登录号为MK049175)。结果表明:(1)苋菜AtGAI基因含一个1 818bp开放阅读框,编码605个氨基酸。(2)生物信息学分析表明,苋菜AtGAI含2个保守结构域DELLA和GRAS,有GAI家族特有序列特征。(3)系统进化树分析表明,苋菜AtGAI蛋白与籽粒苋GAI蛋白亲缘关系最近。(4)显微观察及色素含量分析表明,甜菜色素主要分布于子叶和下胚轴的表皮及维管束鞘周围的薄壁细胞中,GA_3浓度与甜菜色素含量呈负相关。(5)qRT-PCR分析结果表明,GA_3抑制AtGAI、AmMYB1、AmaDODA和AmCYP76AD1基因在子叶和下胚轴中的表达。研究表明,GA_3可能通过影响AtGAI基因的表达来调控苋菜甜菜色素代谢。     

赤霉素信号转导及其调控植物生长发育的研究进展

赤霉素(Gibberellins或gibberellic acid,GA)是植物生长发育所必需的植物激素之一,调控植物生长发育的多个过程。近年来随着植物分子生物学和功能基因组学的发展,有关GA信号转导途径及其调控植物生长发育的研究取得了一系列的进展。综述了GA信号转导途径的关键组分,包括GA受体GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1(GID1)蛋白、F-box蛋白(拟南芥中的SLEEPY1[SLY1]和水稻中的GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF2[GID2])及DELLA蛋白,阐述了GA去除DELLA蛋白阻遏作用的分子模型,同时探讨DELLA蛋白通过其互作蛋白整合其它激素及环境信号调控植物生长发育的作用机理。     

棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4启动子的克隆及序列分析

棉纤维是纺织行业的重要原材料。赤霉素能够促进棉纤维的生长发育,而DELLA蛋白又是赤霉素信号转导通路中的关键调控因子,因此研究棉花DELLA蛋白基因表达的调控模式,对阐明棉纤维生长发育的分子生物学机理具有重要意义。本研究根据两个棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4序列设计特异引物,以陆地棉新陆早13号的基因组DNA为模板,用基因组步移法克隆了棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4的启动子。对两个启动子进行序列分析表明,这两个启动子均具有真核生物典型的核心启动子区,同时也都具有一个或多个光响应元件和赤霉素响应元件,说明这两个基因可能受到光信号和赤霉素信号的调控,这与其它植物中DELLA蛋白的表达模式是一致的。此外,这两个启动子还具有各种转录调控相关的顺式作用元件,比如其它激素类的响应元件和逆境胁迫响应元件,说明棉花中DELLA蛋白基因可能在响应其它激素信号以及逆境胁迫中也起到一定的作用。     

甘蓝DELLA基因家族鉴定及其mRNA在嫁接体中的运输分析

DELLA基因家族参与植物激素信号转导通路的调控，其中GAI(GA insensitive)mRNA还是植物体内长距离运输的信号分子。在全基因组范围内鉴定甘蓝(Brassica oleracea var. capitata) DELLA基因家族成员并分析mRNA运输特性，可为甘蓝DELLA基因家族的开发应用提供基础数据。本研究利用甘蓝基因组数据和转录组数据，在甘蓝中鉴定了5个DELLA基因家族成员(BoRGA1、BoRGA2、BoRGL1、BoRGL2和BoRGL3)，但甘蓝基因组缺失了GAI基因。采用劈接法将甘蓝(自交系G27)接穗和菜心(Brassica campestris L. ssp. chinensis var.utilis Tsen et Lee)(四九菜心)砧木嫁接在一起，构建异源嫁接体。对砧木菜心花序轴和对应位置的实生苗菜心花序轴(对照)取样进行转录组测序。在甘蓝/菜心异源嫁接体的砧木菜心花序轴的转录组测序文库中分别鉴定到8、9、3、5、1个来自甘蓝BoRGA1、BoRGA2、BoRGL1、BoRGL2和BoRGL3的外源read。甘蓝DELLA家族基因mRNA运输并...     

蜻蜓凤梨AfGAI基因的克隆、分析与表达载体构建

根据蜻蜓凤梨转录组信息,通过RACE技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)获得蜻蜓凤梨中一个DELLA蛋白的cDNA序列,并将其命名为AfGAI。AfGAI cDNA全长1 960 bp,开放阅读框为1 764 bp,编码587个氨基酸。氨基酸序列分析结果显示,AfGAI蛋白含有DELLA蛋白家族共有的功能结构域:DELLA结构域和GRAS结构域,与菠萝(Ananas comosus)、海枣(Phoenix dactylifera)、油棕(Elaeis guineensis)、巨桉(Eucalyptus grandis)、陆地棉(Gossypium hirsutum)中的GAI同源性分别为90%、73%、73%、65%、59%。进一步构建了35S:AfGAI过表达载体,为解析凤梨科植物开花机理提供理论依据。     

葡萄VvRGL基因应答GA调控无核果实发育的研究

DELLA蛋白是GA信号传导途径的核心作用元件,属于GRAS核转录调节因子家族。该研究以‘魏可’葡萄品种为试材,通过基因克隆、启动子分析、染色体定位、基因蛋白结构及系统进化分析,鉴定VvRGL1和VvRGL2精确序列,预测其潜在功能,并采用qRT-PCR技术检测VvRGL基因应答GA在果皮、果肉及种子(区)的时空表达特征。结果表明:(1)VvRGL1及VvRGL2的染色体定位为Chr14和Chr7,开放阅读框(ORF)为2 007bp和1 815bp,编码氨基酸数量为668和604个;二者均含有GRAS保守结构域,但却不具备DELLA结构域,属于GRAS转录因子大家族成员,而不属于DELLA亚家族;基因结构分析表明,VvRGL1的DNA序列有1个内含子,2个外显子,而VvRGL2的DNA序列无内含子,有1个外显子,基因结构高度保守;进化分析表明,VvRGL1与拟南芥和柑桔的亲缘关系较近,而VvRGL2与草莓和杨树的亲缘关系较近。(2)2个基因的启动子均含有响应赤霉素和胚乳发育相关的作用元件,表明它们可能参与响应GA信号传导和种子胚乳发育过程。(3)qRT-PCR结果显示,外源GA处理均不同程度降低了2个基因在葡萄果皮和种子区的表达,但却上调了其在幼果期果肉中的表达,表明在果皮与种子(区)中,GA可能通过抑制葡萄VvRGL1/RGL2基因的表达参与调控葡萄无核果实的发育。本研究结果为进一步阐明VvRGL在赤霉素信号传导及葡萄无核果实发育机理中的作用机制提供重要依据。     

橡胶树DELLA基因HbRGL1的克隆与表达分析

DELLA蛋白属于植物特异性GRAS家族,是植物生长的负调控因子。为揭示橡胶树DELLA基因在橡胶树生长发育中的分子调控机制,本研究从橡胶树热研7-33-97中克隆HbRGL1的cDNA全长序列,含1 851 bp的ORF,编码616个氨基酸。生物信息学分析表明HbRGL1属于不稳定的亲水蛋白,定位在细胞核上,含有DELLA和GRAS保守结构域。系统进化关系分析表明HbRGL1与橡胶树HbGAIL、木薯MeGAIL、蓖麻RcGAI、麻风树JcGAI聚为一类。qRT-PCR分析表明HbRGL1在橡胶树不同组织中的表达量差异显著,在花中的表达量最高。在生长素（IAA）、乙烯利（ET）和脱落酸（ABA）等不同激素处理叶片中HbRGL1表达量均呈现显著上调趋势,尤其对赤霉素（GA3）的应答具有反应快速且上调表达倍数最高。本研究为进一步阐明HbRGL1在橡胶树生长发育中的功能奠定理论基础。     

铝胁迫对拟南芥根尖AtPIN2蛋白表达活性的影响

铝胁迫能影响根尖生长素的运输,这与生长素运输载体密切相关,PIN2作为根尖生长素的运输蛋白,其独特的组织定位可能诱导PIN2蛋白参与了铝调节生长素的运输过程。该研究以拟南芥PIN2缺失突变体(pin2)、PIN2□∷□GFP融合体及其野生型(WT)为材料,应用激光扫描共聚焦显微技术,研究铝处理对拟南芥根尖生长素运输蛋白PIN2的表达活性、蛋白在组织及亚细胞水平分布及其对铝内置化作用的影响。结果表明:短期铝处理或低铝浓度能明显增加拟南芥根尖细胞PIN2蛋白表达活性,而长期铝处理或高铝浓度抑制其表达活性;以100μmol·L-1Al Cl3处理4 h的蛋白表达活性最高。蛋白印迹反应发现,铝处理促进PIN2蛋白在细胞膜上累积,减少胞内囊泡中PIN2蛋白的含量;囊泡运输抑制剂(BFA)能抑制铝诱导PIN2蛋白的分配。铝胁迫增加拟南芥根尖细胞H2O2累积,pin2的H2O2累积量大于WT,而相对根长小于WT。Morin染色结果显示,pin2的铝内置化显著小于WT。上述研究表明,PIN2蛋白在100μmol·L-1Al Cl3处理条件下活性最高,细胞膜累积程度加强,铝内置化能力增强,从而调节根系的生长发育。该研究结果进一步为铝抑制生长素的运输机制提供了理论基础。     

铝胁迫对拟南芥根尖ＡｔＰＩＮ２ 蛋白表达活性的影响

铝胁迫能影响根尖生长素的运输,这与生长素运输载体密切相关,PIN2作为根尖生长素的运输蛋白,其独特的组织定位可能诱导PIN2蛋白参与了铝调节生长素的运输过程。该研究以拟南芥PIN2缺失突变体( pin2)、PIN2□∷□GFP融合体及其野生型( WT)为材料,应用激光扫描共聚焦显微技术,研究铝处理对拟南芥根尖生长素运输蛋白PIN2的表达活性、蛋白在组织及亚细胞水平分布及其对铝内置化作用的影响。结果表明：短期铝处理或低铝浓度能明显增加拟南芥根尖细胞PIN2蛋白表达活性,而长期铝处理或高铝浓度抑制其表达活性;以100μmol?L-1 AlCl3处理4 h的蛋白表达活性最高。蛋白印迹反应发现,铝处理促进PIN2蛋白在细胞膜上累积,减少胞内囊泡中PIN2蛋白的含量;囊泡运输抑制剂( BFA)能抑制铝诱导PIN2蛋白的分配。铝胁迫增加拟南芥根尖细胞H2 O2累积,pin2的H2 O2累积量大于WT,而相对根长小于WT。 Morin染色结果显示,pin2的铝内置化显著小于WT。上述研究表明,PIN2蛋白在100μmol?L-1 AlCl3处理条件下活性最高,细胞膜累积程度加强,铝内置化能力增强,从而调节根系的生长发育。该研究结果进一步为铝抑制生长素的运输机制提供了理论基础。     

黄腐酸对水稻幼苗根系生长的影响及其与生长素的关系北大核心CSCD

该研究以水稻品种‘宁粳6号’为材料,通过外源使用黄腐酸(FA)与生长素抑制剂共同处理水稻,探究FA对水稻根系生长的影响及其与生长素之间的关系。结果表明:(1)50~800 mg·L^(-1) FA处理水稻幼苗6 d后,当FA浓度超过100 mg·L^(-1)时显著促进水稻种子根的伸长生长;FA浓度超过400 mg·L^(-1)时,与对照组相比水稻的平均侧根长和侧根密度显著增加。(2)与对照相比,低浓度FA处理对水稻幼苗根尖生长素的含量无显著影响,但400 mg·L^(-1) FA处理后显著提高了内源生长素的含量。(3)3μmol·L^(-1)生长素合成抑制剂4-联苯硼酸(BBo)、4-苯氧基苯基硼酸(PPBo)或30μmol·L^(-1)生长素信号转导抑制剂2-(对-氯苯氧)-异丁酸(PCIB)处理均可显著抑制水稻根和侧根的发生;1μmol·L^(-1)生长素极性运输抑制剂三碘苯甲酸(TIBA)可显著抑制水稻种子根的伸长生长与侧根发生,但对侧根长度无显著作用。(4)FA与BBo或PPBo共同处理可显著抑制FA对水稻根系伸长生长与侧根发生的促进作用;TIBA和PCIB分别和FA共同处理水稻,可显著抑制FA对种子根伸长生长的促进作用,且PCIB可显著抑制FA对侧根发生的促进作用,但TIBA对此没有显著影响。研究发现,外源FA可能通过调控植物内源生长素的合成、极性运输或信号转导来调控水稻根的伸长生长和侧根的发育。     

DELLA蛋白在被子植物有性生殖中的作用

DELLA蛋白是植物生长发育过程中响应赤霉素(GA)应答途径的关键调控因子, 主要行使转录调控因子的功能, 几乎参与了植物生长发育的各个重要过程。已有的研究表明, DELLA蛋白在被子植物的雄性生殖器官、雌性生殖器官和胚胎等组织中均有表达, 在植物有性生殖过程中起着极其重要的作用。该文综述了DELLA蛋白的分子结构、特性及其在植物有性生殖过程中的表达与功能, 并讨论了现存的问题及研究思路。     

DELLA蛋白参与拟南芥幼苗对一氧化氮逆境的抵抗

DELLA蛋白是赤霉素信号途径中的一类对植物生长起抑制作用的重要蛋白质,在拟南芥（Arabidopsis thaliana）基因组中已经鉴定出5个DELLA蛋白基因。目前研究发现,DELLA蛋白在抗逆中也起了重要的作用。近年来,一氧化氮（nitric oxide,NO）的研究工作取得重要进展,低浓度的NO能够促进植物的生长,但在高浓度下它对植物生长起抑制作用甚至导致细胞死亡。通过外施一氧化氮供体硝普钠（sodium nitro prusside,SNP）,研究高浓度NO对拟南芥幼苗生长的影响,发现植物体内H2O2积累,幼苗死亡。通过研究DELLA蛋白基因表达的变化及其相关突变体的表型,证明DELLA蛋白在抵抗NO逆境中起了重要作用。研究结果揭示了DELLA蛋白与NO逆境的关系,为今后科学指导农业生产提供了理论依据。     

茶树DELLA基因家族的鉴定及表达分析

利用生物信息学方法,从茶树(Camellia sinensis (L.) O. Ktze.)全基因组数据库中分析获得DELLA蛋白的家族成员,并对它们的系统进化关系、蛋白序列特征、基因表达特异性及其与茶树次生代谢物的相关性进行分析。结果显示:茶树基因组中共有5个DELLA基因,分别为:TEA009882 (CsGAI)、TEA022818 (CsRGA1)、TEA010112 (CsRGL1)、TEA008736 (CsRGL2)和TEA020933 (CsRGL3);其编码的氨基酸数量在525～594之间,均定位于细胞核。该蛋白的二级和三级结构分析结果表明,茶树DELLA蛋白结构中含有大量的α螺旋及少量β转角结构。蛋白保守结构域分析结果显示该蛋白与拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.)Heynh.)具有高度的同源性,均具有GRAS、DELLA等保守结构域。基因的表达特异性分析结果表明,在茶树不同组织部位中,TEA009882、TEA022818和TEA010112基因的表达量均较高,而TEA020933和TEA008736的表达量在各组织中均较低;茶树DELLA基因的表达受到干旱、NaCl、低温及茉莉酸甲酯等非生物逆境胁迫的调控,且其表达量与茶树次生代谢物的积累间存在相关性。推测茶树DELLA基因广泛参与了茶树生长发育及非生物逆境胁迫的响应,以及对次生代谢物生物合成过程的调控。     

巴西橡胶树赤霉素信号转导途径HbRGA1结构和功能分析

DELLA蛋白是赤霉素激素信号负调控因子,具有抑制植物生长发育的作用。解析其家族成员结构与功能将有助于揭示橡胶树DELLA蛋白家族成员调控橡胶树生长发育的机制。本研究从橡胶树热研73397叶片中克隆HbRGA1的cDNA全长序列。该基因长为2136 bp,含1839 bp的ORF,编码613个氨基酸。HbRGA1蛋白序列包含DELLA和GRAS保守结构域,与杨树、木薯和橡胶树DELLA基因相似性高达82.5%。qRT-PCR分析发现HbRGA1在橡胶树叶片中表达量高,在树皮和胶乳中表达量极低。叶片中HbRGA1表达量受喷施赤霉素和脱落酸等诱导显著上调。本研究表明HbRGA1与橡胶树赤霉素等激素信号密切相关,为深入研究其在橡胶树生长发育中的结构和功能打下良好基础。     

根际微生物产生的植物激素对小麦生长的作用（简报）

根际微生物PGI和PG6培养液中含有生长素、赤霉素和细胞分裂素。用PGI和PC6接种小麦能显著促进幼苗的生长发育,它们对幼苗根形态的影响与植物激素处理的效果相似。施加生长素和细胞分裂素的生理前体色氨酸及腺嘌呤和异戊醇更加促进PG1和PG6对小麦幼苗根茎的生长。关键词##4根际微生物;;植物激素;;小麦     

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。     

果树赤霉素代谢与信号途径研究进展

赤霉素作为5大植物激素之一,在果树的花芽分化、花序发育、开花坐果、果实的生长发育及植株的形态建成等方面扮演着重要的角色,但对果树赤霉素的分子生物学研究与其他大田作物相比差距较大。为了在果树生产中能更加合理有效地利用赤霉素调控果树花果发育,研究果树赤霉素的合成及其信号转导途径的分子调控机制十分必要。研究发现GA合成的关键酶KO、GA2ox及GA20ox的表达均与果树矮化呈负相关,而KS的含量则与植株高矮呈正相关,板栗雄性不育现象也与KO、KAO的表达量密切相关。GAMYB基因及LFY基因则在果树的成花诱导和雄蕊发育等生殖生长过程中发挥重要作用。DELLA蛋白在果树的GA信号途径中作为负调控因子可致使矮化植株形成,在果树的细胞周期循环过程、转录调控、花的形成、细胞的信号转导及许多生理过程中,DELLA蛋白泛素化降解均扮演着至关重要的角色。主要从果树赤霉素的合成及赤霉素的信号途径两大方面,着重对果树赤霉素合成过程中的关键酶基因及其定位、果树赤霉素信号途径的重要元件如赤霉素受体GID1、DELLA蛋白等进行了综述,以期为高效利用赤霉素调控果树生长发育提供重要的理论参考。     

苦荞麦FtWRKY28基因克隆及其在低磷与激素诱导下的表达分析

【目的】WRKY转录因子参与植物对低磷胁迫反应的调控。文章基于前期苦荞在低磷胁迫下的转录组数据,克隆FtWRKY28 基因,预测基因及其编码蛋白的序列结构特征,分析基因在各器官中以及在低磷和激素处理下的表达模式,分析蛋白的亚细胞定位与转录激活活性,为阐明基因的生物学功能奠定基础。【方法】基于苦荞基因组数据库注释设计特异引物,用逆转录PCR从低磷处理的苦荞根RNA样中克隆FtWRKY28的完整编码序列,采用生物信息学方法分析基因与蛋白的结构以及同源蛋白的进化关系,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析基因的表达模式,采用拟南芥原生质体瞬时表达体系分析蛋白的亚细胞定位,采用酵母单杂交分析蛋白的转录激活活性。【结果】FtWRKY28的完整编码序列长876 bp,编码1个含291个氨基酸、有1个WRKY结构域、锌指结构域为C2H2型的蛋白,归属WRKY家族Ⅱ组。FtWRKY28定位于细胞核,具有转录激活活性。FtWRKY28在根中表达水平最高,受低磷、吲哚乙酸、赤霉素3和6-苄氨基嘌呤显著诱导。【结论】FtWRKY28具有转录因子的基本结构与生物化学特征,可能通过生长素、赤霉素、细胞分裂素信号网络的交互作用,调控苦荞在低磷胁迫下的响应过程。