高钙逆境对拟南芥根部基因表达的影响

土壤钙含量过高会对植物正常生长发育形成严重的威胁.这是中国西南喀斯特区域农业生产和环境保护的重要限制因素.了解植物对高钙胁迫的响应机制,可以促进喀斯特地区可持续农业发展和生态环境保护.为揭示植物对高钙胁迫相应的分子机理,本研究充分利用拟南芥(Arabidpsis thaliana)丰富的生物信息资源,系统比较和分析了对照和高钙胁迫处理情况下拟南芥根部的基因表达情况.40 mmol/L CaCl2处理明显抑制了拟南芥根部生长.转录组分析表明,高钙处理下,拟南芥根部乙烯、脱落酸和茉莉酸途径表达上调,其中,茉莉酸合成、响应和代谢途径相关基因表达均上调,说明这3个激素相关途径,对植物应对高钙胁迫具有重要的作用,尤其是茉莉酸相关途径.     

动物 microRNA 靶基因的筛选与鉴定研究进展

miRNA（microRNA）是一类在生物体内广泛存在的长度约22nt的小分子非编码RNA,其在转录后水平调控靶基因的表达,在生物体生长发育过程中起重要的调控作用。近年来,miRNA的功能研究越来越受到人们的重视,而miRNA功能研究的关键在于其调控靶基因的确定。miRNA主要作用于靶基因mRNA的3’UTR区的结合位点．但由于miRNA和靶基因的作用位点并不完全匹配,没有明显的规律可寻,导致应用传统方法鉴定靶基因十分困难。近年来,人们开发了各种特异的、灵敏度高的高通量miRNA靶基因筛选与鉴定方法,极大地促进了miRNA的功能研究。     

拟南芥叶边缘锯齿状突变体的分离与鉴定

叶的极性建立直接决定叶的平展性发育,极性改变导致叶形态异常,影响植物体的各种正常生理活动。利用反向遗传学方法,从拟南芥基因激活标签突变体库中分离到一个叶片边缘锯齿状表型的突变体（命名为pCB1294）,该突变体同时表现出叶表皮腺毛形态发育异常。通过TailPCR方法成功定位突变基因为At5g41663,该基因编码miR319b基因。Real time PCR显示,pCB1294突变体植株中miR319b基因的表达量是野生型（col）植株的11倍多。所得结果为进一步研究miRNA调控叶极性的分子机制和进一步分析miR319b与叶形态发生的关系奠定了基础。     

一个钙调蛋白类基因对拟南芥叶片气孔分布的影响

以一个缺磷胁迫诱导的钙调蛋白类基因AtPsiCaM为研究对象,采用拟南芥浸润转基因方法获得了AtPsiCaM基因的35S增强转基因植株。经Northern杂交检测表明,在AtPsiCaM基因的增强转基因株系中,该基因的转录水平明显增强。实验结果表明AtPsiCaM基因降低了增强转基因植株叶片的气孔指数和气孔导度,并且影响了植株的气孔分布。     

外源钙降低拟南芥幼苗盐害效应

用5mmol／L CaCl2喷叶后的拟南芥幼苗,在100mmol／L NaCl胁迫下,SOD、CAT和POD的活性以及叶绿素含量降低幅度明显低于对照,MDA含量增加幅度显著低于对照,由此表明钙与拟南芥幼苗盐害效应的降低有关。     

拟南芥光形态突变体的筛选与基因鉴定

以哥伦比亚(Columbia)野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,用含有激活标记双元质粒pCB260的农杆菌浸花进行转化,构建拟南芥T-DNA插入突变体库.通过突变体的筛选和表型分析,获得了两株光形态突变体,子叶下胚轴伸长的光抑制效应减弱.通过TAIL-PCR(thermal asymmetric interlaced-PCR)技术,成功扩增出突变植株T-DNA插入位点侧翼序列,经NCBI序列比对,T-DNA分别插在CRY1第一和第三外显子部位.突变体的表型分析及PCR鉴定结果表明,T-DNA插入CRY1并影响到突变植株的光形态建成.     

拟南芥钙依赖蛋白激酶参与植物激素信号转导

在植物信号通路中,涉及到钙应答的蛋白激酶大多是钙依赖蛋白激酶。钙依赖蛋白激酶作为钙信号转导因子,参与了包括激素信号转导途径在内的很多传递过程。本工作在前人研究的基础上,对拟南芥AtCPK30基因的功能进行了深入的研究。RT-PCR分析结果表明:AtCPK30在植物根中的表达量很高,其在幼苗中的转录水平分别受ABA、IAA、2,4-D、GA_3和6-BA等激素的诱导调节。AtCPK30基因过表达的转基因株系幼苗的主根比野生型的长,同时发现转基因植株幼苗的根在缺钙的MS培养基上生长较野生型植株长,表明缺钙对转基因幼苗影响较小。用ABA、IAA、GA_3和BA处理时,转基因植株幼苗的根对激素更敏感。当野生型和转基因植株生长在含有生长素抑制剂NPA的MS培养基上时,NPA对转基因植株侧根的抑制比对野生型弱。GFP-CPK30融合蛋白的亚细胞定位研究结果表明:CPK30蛋白定位在细胞壁和细胞膜上。这些研究结果说明了AtCPK30作为钙信号转导因子,参与了多种激素调节植物根生长的过程。     

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。     

拟南芥光周期开花突变体的筛选和基因的鉴定

以双子叶模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）突变体crylcry2为实验材料,用舍有激活标记质粒DSK1015的农杆菌浸花进行转化,构建了拟南芥T-DNA插入突变体库．通过筛选和观察分析,获得了一些开花时间比crylcry2明显延迟或明显提早的突变体．采用IPCR（inverse PCR）和TAIL-PCR（thermal asymmetric interlaced PCR）等方法,鉴定了这些突变体T-DNA插入位点的基因组旁邻序列,并采用半定量RT-PCR对插入位点两侧基因的mRNA水平进行了分析,初步鉴定了与开花相关的候选基因,为进一步研究其功能,深入研究隐花素调节光周期开花的作用机制奠定了基础．     

Identification of Quantitative Trait Loci Controlling High Calcium Response in Arabidopsis thaliana

Natural variation for primary root growth response to high Ca stress in Arabidopsis thaliana was studied by screening a series of accessions (ecotypes) under high Calcium (40 mM CaCl₂ ) conditions. The genetic basis of this variation was further investigated by QTL analysis using recombinant inbred lines from Landsberg erecta (Ler)×Cape Verde Islands (Cvi) cross. Four QTLs were identified in chromosome 1, 2 and 5,and named response to high Calcium (RHCA) 1–4. The three QTLs (RHCA1, RHCA2 and RHCA4) were further confirmed by analysis of near isogenic lines harboring Cvi introgression fragments in Ler background. Real-time PCR analysis showed that several genes associated with high Ca response including SMT1 and XHT25 have changed expression pattern between Ler and near isogenic lines. These results were useful for detecting molecular mechanisms of plants for high Ca adaption.     

玉米纹枯病抗性相关miRNA的鉴定与功能分析

MicroRNA (miRNA)是一类内源性非编码小分子RNA,通过指导剪切或者抑制翻译等方式调节植物基因的表达,参与调控植物的生长发育,并在多种非生物与生物胁迫响应中发挥重要作用. 但目前关于玉米纹枯病抗性相关miRNA表达调节与功能尚不十分清楚. 本研究结合直接克隆法与生物信息学分析,鉴定玉米纹枯病抗性相关9个新的玉米miRNA和已知的zma-miR168a、zma-miR168a*;WMD 3软件进行靶基因预测显示,共获得靶基因总数34个,靶基因功能主要涉及玉米的抗氧化胁迫机制、自身反馈调节、转录调控途径、抗病相关代谢途径以及毒物转运外排等调控过程;实时定量PCR检测miRNA显示,耐感纹枯病材料R15和Ye478叶片和叶鞘中共有9个miRNA受纹枯病感染诱导发生特异性差异表达. 本研究结果提示,玉米纹枯病抗性相关 miRNA介导的玉米对纹枯病诱导产生可能的抗病途径构成了玉米抗纹枯病侵染复杂的防御机制.     

小桐子半胱氨酸蛋白酶家族和相应miRNAs的鉴定及其对低温锻炼的响应

小桐子(Jatropha curcas)是一种极具潜力的能源植物及冷敏植物,12°C低温锻炼可显著提高其耐冷性。在全基因组水平上对小桐子半胱氨酸蛋白酶家族及靶向其基因的miRNAs进行鉴定、生物信息学分析和表达特性分析,并对该基因家族成员与miRNAs互作参与调控小桐子对低温锻炼的响应进行解析。结果表明,在小桐子基因组...     

CIPK11-Dependent Phosphorylation Modulates FIT Activity to Promote Arabidopsis Iron Acquisition in Response to Calcium Signaling

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A Genome-wide Functional Characterization of Arabidopsis Regulatory Calcium Sensors in Pollen Tubes

Calcium, an ubiquitous second messenger, plays an essential and versatile role in cellular signaling. The diverse function of calcium signals is achieved by an excess of calcium sensors. Plants possess large numbers of calcium sensors, most of which have not been functionally characterized. To identify physiologically relevant calcium sensors in a specific cell type, we conducted a genome-wide functional survey in pollen tubes, for which spatiotemporal calcium signals are well-characterized and required for polarized tip growth. Pollen-specific members of calmodulin (CaM), CaM-like (CML), calcium-dependent protein kinase (CDPK) and calcineurin B-like protein (CBL) families were tagged with green fluorescence protein (GFP) and their localization patterns and overexpression phenotypes were characterized in tobacco pollen tubes. We found that several fusion proteins showed distinct overexpression phenotypes and subcellular localization patterns. CDPK24-GFP was localized to the vegetative nucleus and the generative cell/sperms. CDPK32-GFP caused severe growth depolarization. CBL2-GFP and CBL3-GFP exhibited dynamic patterns of subcellular localization, including several endomembrane compartments, the apical plasma membrane (PM), and cytoskeleton-like structures in pollen tubes. Their overexpression also inhibited pollen tube elongation and induced growth depolarization. These putative calcium sensors are excellent candidates for the calcium sensors responsible for the regulation of calcium homeostasis and calcium-dependent tip growth and growth oscillation in pollen tubes.