拟南芥在盐胁迫环境下SOS转录调控网络的构建及分析

研究拟南芥在高浓度盐处理环境下的基因调控网络, 有助于了解其在盐胁迫环境下保持正常生长的防御机制。针对目前广泛研究的SOS (Salt Overly Sensitive)耐盐机制, 文章整合公共数据库中盐胁迫相关的拟南芥基因组表达谱芯片, 通过反向工程方法构建了拟南芥在盐胁迫状态下的SOS转录调控网络。所获得的调控网络包含70个盐胁迫相关且高度互作的互作基因, 其中27个转录因子为主要调控节点。进而根据SOS核心基因的表达特性, 所得调控网络内的不同表达模式得到了鉴别。     

调控拟南芥花瓣脱落的果胶甲酯酶基因表达和功能分析

在基因序列和表达信息分析的基础上,重点研究初选出的两个拟南芥果胶甲酯酶基因At8g47550和At4g02330的表达和功能。半定量RT-PCR和转基因植株检测表明,At2g47550主要在花粉粒中大量表达,其次在微管组织中有明显表达。然而,At4g02330在拟南芥花和荚果整个发育时期都有不同程度的表达。主要在花的离层组织、柱头、微管组织和花粉粒中表达。结果说明,At2g47550可能参与花粉粒和花粉管的发育,而At4g02330则可能通过参与细胞壁中果胶代谢,从而达到调控细胞分离和花瓣脱落的目的。     

基于MADS-box诱饵与蛋白质相互作用的拟南芥花瓣发育分子网络拓展

阐明花器官发育调控机理具重要的进化、发育和生态学意义。该文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)花瓣发育为例, 整合蛋白质互作、亚细胞定位、基因芯片和基因功能注释等数据库, 通过组建蛋白质互作可信预测模型, 获得拟南芥花瓣蛋白质互作网络, 以含有MADS-box结构域蛋白为诱饵在网络中进行一级拓展, 得到含38个蛋白质和67对互作的拓展网络。基于拓展网络, DAVID基因功能注释表明, 多数蛋白质涉及的生物学过程与花发育调控相关; 提取到19个候选四元互作, 涉及ABCDE模型基因之外的8个基因, 其中含MADS-box结构域的AGL16可能是B类基因新成员或其冗余; SEU、LUH、CHR4、CHR11、CHR17和AT3G04960为拟南芥花瓣AP1-AP3-PI-SEP四聚体的候选靶标基因。研究结果为深入解析拟南芥花瓣发育分子调控网络奠定了基础。     

我多组学关联分析揭示表观等位基因在拟南芥环境适应性进化中的作用及机制

表观等位基因一般是指仅由DNA甲基化差异引起的表达量不同的等位基因,对植物形态结构和各种生理过程具有重要影响。但自然条件下环境因素对植物表观等位基因的影响还不清楚,同时表观等位基因在植物环境适应性进化中的作用和机制还亟待探究。为了在全基组水平鉴定拟南芥(Arabidopsis thaliana)中与特定环境因素相关的表观等位基因,并分析它们参与拟南芥环境适应性进化的可能机制,本研究利用623株拟南芥生态型的转录组、甲基化组和种源地气候数据进行多组学关联分析,并同时进行了蛋白互作网络和基因富集分析。以春季和夏季降水量为例,本研究最终鉴定到5个基因(AGL36、AT2G34100、AT4G09360、LSU4和AT5G56910)可能具有相应的表观等位基因,基因内部或附近特定区域不同甲基化水平对它们的表达可能具有调控作用。其中与种子发育有关的印记基因AGL36首次被发现可能作为表观等位基因参与拟南芥环境适应性进化,其他4个基因均与生物胁迫响应有关。自然条件下降水量能影响当地病虫害的严重程度,而DNA甲基化能通过影响这4个免疫基因的表达来影响拟南芥免疫能力。在长期演化过程中有利于个体适应当地降水模式的表观等位基因受到正向选择,这可能是这些表观等位基因参与拟南芥降水适应性进化的潜在机制。通过蛋白互作网络、GO功能分析和KEGG通路分析,本研究还首次发现LSU4可能与LSU基因家族其他成员一样参与硫代谢网络,并通过影响硫代葡萄糖苷代谢参与拟南芥生物胁迫响应。     

拟南芥BAK1基因转化及防御作用

将拟南芥BAK1基因采用Gateway方法连接到植物表达载体,通过侵花粉管进行转化,从基因和蛋白表达水平检测转化是否成功。以不同BAK1表达水平植株作为试验材料,分析BAK1在芜菁缩叶病毒(Turnip crinkle virus,TCV)-拟南芥(Col-0)亲和互作系统中对植株防御的影响。结果显示,在接种TCV后,BAK1缺陷型植株对TCV较为感病,衰老相关基因表达水平增加,表明BAK1能够增强宿主对病毒的防御作用。     

高等植物受精过程中雌-雄相互作用的分子调控机制

从广义上讲,被子植物的受精过程是指花粉粒落到柱头上萌发形成花粉管,花粉管穿过柱头沿着引导组织生长进入子房内,最终在胚囊中实现精细胞与卵细胞以及中央细胞分别融合从而起始胚胎和胚乳的发育．被子植物的精细胞由于不具有鞭毛而无法自由移动,因此在受精过程中需要借助于花粉管来将精细胞运送到胚囊中．花粉管通过与雌性的孢子体组织之间的相互作用和识别将精细胞准确地运送到胚珠附近,而最终将精细胞准确地运送到胚囊内的过程则是受到了雌配子体细胞的控制．可以说,受精的成功实现有赖于雌性和雄性细胞之间的持续的识别和相互作用,这种互作具有多样性和阶段特异性．本文将主要综述被子植物受精过程中花粉粒以及花粉管与多种雌性孢子体组织以及雌配子体之间的信号互作研究．     

拟南芥根特异表达基因启动子在烟草中的表达

以拟南芥为材料,利用PCR技术分离pyk10启动子序列,构建了该启动子GUS植物表达载体,农杆菌介导转化烟草,分析该基因在烟草中的表达,以明确拟南芥根特异表达基因pyk10启动子在烟草中的表达特性.结果表明:克隆的pyk10启动子与已报道的pyk10启动子一致性为100%,GUS基因在烟草的根部特异表达,表明该启动子为根部特异表达启动子,为揭示植物根的发生、分化和发育机制,以及培育抗根部病虫害和营养高效利用型转基因烟草奠定了基础.     

棉花磷脂酶C基因的克隆及参与油脂代谢的功能分析

以陆地棉胚珠和纤维为实验材料,利用RT-PCR技术克隆得到磷脂酶C(Phospholipase C,PLC)基因(GhPLC,GenBank登录号:KR154219),将棉花磷脂酶C基因转化拟南芥,分析其在油脂代谢过程中的重要作用。测序鉴定显示,GhPLC基因的全长开放读码框为1 524bp,编码包含508个氨基酸的蛋白质,理论分子量约为55kD。序列比对分析显示,GhPLC属于典型的碱性磷酸酶超家族的磷脂酶。利用pET32a-GhPLC原核表达获得分子量约为55kD左右的重组蛋白GhPLC;酶活力分析显示,重组GhPLC蛋白具有较高的将卵磷脂(PC)催化为二酰甘油(DAG)的酶活力。半定量RT-PCR结果表明,GhPLC基因参与棉花种子和纤维发育过程。构建植物过量表达载体35S∷GhPLC并转化哥伦比亚野生型拟南芥,转基因拟南芥中GhPLC基因的表达和PLC酶活力显著提高,且转基因拟南芥种子的油脂含量提高了5.3%。     

荠菜CRABS CLAW的克隆与拟南芥遗传转化

根据GenBank收录的CRC基因cDNA序列设计引物,以短角果荠菜(Capsella bursa-pastoris)为材料,通过RT-PCR扩增出与拟南芥CRC基因同源的全长cDNA,进行测序、比对及同源性分析.结果显示,克隆的该基因cDNA序列与报道的拟南芥CRC序列一致性达到93%,可以推断其为荠菜CRC基因的cDNA(cbCRC).以Ti质粒pWM101为载体,构建了由CaMV35S启动子调控的cbCRC基因植物表达载体pWM101-cbCRC, 采用根癌农杆菌滴注柱头法转化拟南芥,获得了转cbCRC基因的拟南芥植株.转基因拟南芥心皮果荚形态大小发生了一定的变化,说明荠菜cbCRC基因在拟南芥中的表达对拟南芥心皮形态和大小都产生了一定影响,但其并没有使拟南芥表现出荠菜短角果的形态.     

花粉萌发转录基因组研究

为了解花粉萌发的详细细节,中国科学家利用拟南芥基因组芯片,首次发现从脱水成熟花粉粒,到含水花粉粒,再到拟南芥的花粉管的转录组变化。在花粉萌发和花粉管生长过程中,与细胞存活、转录、信号传导和细胞转运有关的表达基因发生了很大变化,尤其是那些正调控的基因。此外,类钙调蛋白、阳离子交换因子、以及热激蛋白家族在花粉萌发和花粉管生长过程中变化较大,     

蓝标型核不育小麦花药转录物组学及花色素苷合成相关基因的表达分析

为了揭示蓝标型小麦核雄性不育的分子机制,更好地利用隐性核不育小麦杂种优势,本研究以蓝标型白粒小麦WS（不育）和浅蓝粒小麦WF（育性正常）植株花药为试验材料,利用转录物组学技术对两者差异表达基因进行了分析,并对其中涉及花色素苷合成相关基因进行了验证。结果表明： WF与WS相比,共检测到2 352个差异表达基因,这些基因经GO功能注释分为3大类43个小类,主要涉及生物合成、苯丙烷代谢、L-苯丙氨酸分解代谢、膜组成部分、质膜、细胞质、ATP结合和蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性等。 KEGG通路分析结果显示,苯丙烷类生物合成通路富集基因最多,有159个,其次是苯丙氨酸代谢通路,包含136个显著差异表达基因,其他还涉及多种氨基酸代谢、嘌呤代谢、嘧啶代谢及糖代谢通路;与花青素代谢直接相关的通路中,多个控制关键酶结构基因存在差异表达,且大多数在WF中上调表达,只有黄烷酮3-羟化酶基因（flavanone 3-hydroxylase,F3H）和无色花青素双加氧酶基因（anthocyanin dioxygenase,ANS）下调表达;实时荧光定量分析显示,10个与花青素代谢相关基因实际表达情况和转录物组测序数据中基因表达情况具有相同的上下调趋势;差异基因序列同源性分析显示,筛选出的2个转录因子（DN48762c2g1、DN25944c0g1）与玉米、水稻及拟南芥花色素苷合成调控转录因子聚为同一簇,可能是蓝标型小麦浅蓝粒植株蓝色糊粉层性状的候选基因。并且荧光定量分析表明,DN48762c2g1和DN25944c0g1在WF中的表达量要明显高于WS。综上认为,花青素的生物合成途径相关基因不仅与籽粒蓝色性状有关,而且可能参与了蓝标型核不育系的花药败育。     

芒果胶孢炭疽病菌应答菌丝机械损伤产生无性孢子的分子机制

胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)是引发芒果(Mangifera indica)炭疽病的主要病原体。室内平板培养胶孢炭疽菌不产生或产生很少分生孢子的情况时有发生, 但菌丝在机械损伤后24-48小时会产生大量分生孢子。胶孢炭疽菌应答机械损伤诱导产孢的核心基因及关键代谢通路尚未见报道。基于转录组测序(RNA-seq)技术检测了芒果胶孢炭疽菌菌丝在机械损伤处理后2小时内5个时间点的基因表达变化, 对差异表达基因进行GO富集和KEGG代谢通路富集分析, 并对菌丝响应胁迫的基因动态表达数据进行分析。基于常微分方程ODE模型结合变量选择技术, 构建了动态基因调控网络。结果表明, 有417个差异表达基因参与应答胶孢炭疽菌菌丝机械损伤, 分属12个聚类模块, 有4条通路存在显著富集, 分别是丙酮酸代谢、硫代谢、黄曲霉素合成途径和二萜合成途径。结合功能注释筛选出12个应答菌丝损伤胁迫的核心基因。研究结果为后续深入开展芒果胶孢炭疽菌产孢和致病机理研究奠定了重要基础。     

巴斯德毕赤酵母甲醇诱导表达磷脂酶A2的转录组学分析

【目的】基于转录组学技术研究表达磷脂酶A_2的毕赤酵母重组菌在甲醇诱导表达外源蛋白时的基因表达差异,从而解析外源蛋白高效诱导表达机制,为进一步工程菌株的改造提供理论支撑。【方法】以一株产磷脂酶(PLA_2)的毕赤酵母为出发菌株,采用RNA-Seq二代测序方法,研究在甘油培养和甲醇诱导两种条件下,重组毕赤酵母转录组基因表达差异情况。【结果】重组毕赤酵母中共鉴定到5225个转录本。甘油培养与甲醇诱导相比,共有857个基因发生显著变化。依据代谢途径分类,差异基因集中在核糖体成分、甲醇代谢、磷酸戊糖途径、糖酵解途径、柠檬酸循环、乙醛酸循环以及蛋白质加工过程。【结论】通过分析甲醇诱导前后的差异表达基因,结果表明碳源改变对胞内代谢会产生全局影响。本研究结果为进一步研究毕赤酵母表达外源蛋白的机制提供了基础。     

Candidate genes involved in tanshinone biosynthesis in hairy roots of <Emphasis Type="Italic">Salvia miltiorrhiza</Emphasis> revealed by cDNA microarray

Salvia miltiorrhiza is a valuable Chinese herb (Danshen) that is widely used in traditional Chinese medicine. Diterpene quinones, known as tanshinones, are the main bioactive components of S. miltiorrhiza; however, there is only limited information regarding the molecular mechanisms underlying secondary metabolism in this plant. We used cDNA microarray analysis to identify changes in the gene expression profile at different stages of hairy root development in S. miltiorrhiza. A total of 203 genes were singled out from 4,354 cDNA clones on the microarray, and 114 unique differentially expressed cDNA clones were identified: six genes differentially expressed in 45-day hairy root compared with 30-day hairy root; 96 genes differentially expressed in 60-day hairy root compared with 30-day hairy root; and 12 genes unstably expressed at different stages. Among the 96 genes differentially expressed in 60-day hairy root compared with 30-day hairy root, a total of 57 genes were up-regulated, and 26 genes represent 29 metabolism-related enzymes. Copalyl diphosphate synthase, which catalyzes the conversion of the universal diterpenoid precursor (E,E,E)-geranylgeranyl diphosphate to copalyl diphosphate, was up-regulated 6.63 fold, and another six genes involved in tanshinone biosynthesis and eight candidate P450 genes were also differentially expressed. These data provide new insights for further identification of the enzymes involved in tanshinone biosynthesis.