高等植物开花时程的调控与光受体Ⅰ.开花时程的基因与光受体调控

系统评述了高等植物开花时程的调控与植物光受体的联系.重点说明了控制开花时程的遗传途径以及光周期途径的有关基因的研究进展.影响高等植物开花的最重要的因子之一便是光周期,光周期对高等植物开花的调控是通过相关基因间的相互作用来实现的,这些基因包括参与花启动发育控制基因,昼夜节律时间钟调控基因及光受体信号转导基因.近5年左右的时间通过对拟南芥及其一系列突变体的研究为我们展示了这一热门领域的广阔的前景.     

单叶蔷薇GRAS转录因子家族鉴定及表达分析

【目的】对单叶蔷薇（Rosa persica）GRAS基因家族成员进行鉴定及功能分析;为单叶蔷薇GRAS基因家族功能研究及育种应用奠定理论基础。【方法】以单叶蔷薇基因组为研究对象;对单叶蔷薇GRAS基因家族进行成员鉴定、结构分析、进化分析、顺式作用元件分析、GRAS蛋白二级结构、三级结构预测;结合转录组对组织部位、不同水平干旱和低温胁迫环境中基因表达进行分析。【结果】鉴定出42个GRAS基因家族成员;分布在 7条不同的染色体上;42个RbGRAS基因可分为9个亚族;基因结构分析表明RbGRAS基因具有保守的N端;而C端在结构上较多变;对基因家族成员共线性分析显示;有4对片段重复基因和4对串联重复基因;顺式作用元件分析发现;单叶蔷薇GRAS基因家族中含有丰富的激素应答元件和胁迫响应元件;RbGRAS蛋白二级预测结构以α-螺旋以及无规则卷曲为主;三级预测结果显示蛋白组成相似;组织特异性表达分析结果显示GRAS基因主要在根系和茎组织中表达;在花中表达量较低;RbGRAS基因在干旱和低温胁迫中也存在基因特异性表达。【结论】鉴定得到42个RbGRAS家族成员;均含有逆境相关作用元件;RbGRAS27和RbGRAS41分别对干旱和低温胁迫积极响应。     

Classification of Genes Differentially Expressed during Water-deficit Stress in Arabidopsis thaliana: an Analysis using Microarray and Differential Expression Data

Many changes in gene expression occur in response to water-deficitstress. A challenge is to determine which changes support plantadaptation to conditions of reduced soil water content and whichoccur in response to lesions in metabolic and cellular functions.Microarray methods are being employed to catalogue all of thechanges in gene expression that occur in response to specificwater-deficit conditions. Although these methods do not measurethe amount or activities of specific proteins that functionin the water-deficit response, they do target specific biochemicaland cellular events that should be detailed in further work.Potential functions of approx. 130 genes of Arabidopsis thalianathat have been shown to be up-regulated are tabulated here.These point to signalling events, detoxification and other functionsinvolved in the cellular response to water-deficit stress. Asmicroarray techniques are refined, plant stress biologists willbe able to characterize changes in gene expression within thewhole genome in specific organs and tissues subjected to differentlevels of water-deficit stress.     

植物抗脱水胁迫的分子机制

主要介绍植物在脱水胁迫下,逆激基因产物的功能和胁迫信号的转导过程.逆激基因产物的功能可分为两类：一类起“保护”作用,另一类起“调节”作用.在脱水胁迫起始信号和基因表达之间至少存在四条信号转导通路,两条依赖脱落酸(ABA),两条不依赖ABA,依赖ABA的途径中有1条必须有蛋白质合成.不依赖ABA的途径中有1条与低温胁迫应答有共同的信号转导通路.     

拟南芥开花时间调控的分子基础

在合适的时间开花对大多数植物的生存和成功繁衍极为重要。开花时间受错综复杂的环境因素和植物自身的遗传因子影响,由开花调控因子所构成的光周期、春化、温度、赤霉素、自主以及年龄等至少6条既相互独立又相互联系的遗传途径调控。该文综述了有关拟南芥(Arabidopsis thaliana)开花时间调控的分子机制的最新研究进展,并对今后的研究进行了展望。     

辣椒CaFD1基因克隆、表达特征及功能验证

目的 探究CaFD1调控辣椒开花时间的分子机制;以及其在应对非生物胁迫反应中的作用;为辣椒的分子育种提供可用的基因资源。 方法 利用RT-PCR技术;从一年生辣椒（Capsicum annuum L.）‘遵辣1号’茎器官的cDNA中克隆出AtFD同源基因CaFD1。借助生物信息学手段;对该基因的理化性质、蛋白结构以及系统进化关系展开分析。利用RT-qPCR技术研究基因在辣椒不同组织以及不同胁迫处理下的表达特征。构建基因沉默载体TRV-CaFD1、过表达载体TRV-CaFD1-OE和亚细胞定位35S∶CaFD1载体;再通过农杆菌侵染法分别转化辣椒和烟草。 结果 CaFD1的ORF长度为711 bp;所含氨基酸数量达236个;预估的分子量约为22.34 kD;理论上的等电点值为7.71。该蛋白属于亲水性蛋白;脂肪族氨基酸指数为70.85;热稳定性较高。CaFD1蛋白中包含2个保守结构域;碱性氨基酸区域N-x9-R和亮氨酸拉链区x6-L-x6-L-x6-L。其二级结构以无规则卷曲为主要特征;还包含少量的α-螺旋。启动子预测分析表明;CaFD1启动子上存在多种激素和胁迫相关的顺式作用元件。RT-qPCR证实CaFD1主要在茎中表达;其次是花;在根中几乎不表达。亚细胞定位实验说明CaFD1蛋白定位在细胞核中。在病毒诱导的基因沉默植株中;沉默CaFD1基因植株出现现蕾天数和开花天数延长的表型;而过表达植株的表型则得到互补。 结论 CaFD1在茎中优势表达;能够促进植物开花;并且对干旱、高盐、ABA与弱光胁迫做出响应。     

过表达海洋微生物宏基因组MbCSP提高转基因拟南芥的抗旱和耐寒性

干旱和低温是影响农作物生长发育的重要因素,培育转基因作物是解决此问题的有效途径。冷激蛋白（Cold Shock Proteins,CSPs）是一类高度保守的核酸结合蛋白,参与非生物胁迫应答等细胞生理活动,转CSP基因可增强作物抗逆能力。以海洋微生物宏基因组DNA为模板,采用锚定PCR的方法克隆得到了MbCSP基因,其ORF为216 bp,编码一个由71个氨基酸构成的蛋白;对其进行同源性分析,显示该氨基酸序列与EcCSPG、EcCSPA（大肠杆菌 Escherichia coli）,BsCspB（枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis）和BcCspA（蜡样芽孢杆菌 Bacillus cereus）等冷休克蛋白氨基酸序列同源性在60%~90%;对该氨基酸序列进行多重序列比对和系统发育树分析,结果发现MbCSP蛋白包含RNP1（KGFGFI）和RNP2（VFVHF）等CSP蛋白经典的保守结构域,其与EcCspG（大肠杆菌）和CmCspG、CmCspB（堆肥宏基因组）等生物的冷休克蛋白亲缘关系较近。为进一步探讨冷休克蛋白MbCSP的功能,构建了植物表达载体pTF101-MbCSP,采用花序浸染法转化拟南芥,经过除草剂筛选和PCR检测,获得转基因植株。进行半定量RT-PCR分析,选择表达量最高的阳性株系进行后续的生理检测。结果表明：在干旱胁迫及低温胁迫下,转基因拟南芥的生长状况明显优于野生型,其生物量显著高于野生型植株;转基因拟南芥的叶片相对含水量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶活性均高于野生型拟南芥,而丙二醛含量则低于野生型拟南芥。上述结果表明,过表达海洋微生物宏基因组MbCSP能够提高转基因拟南芥的抗旱和耐寒能力,为培育转基因作物新品种奠定了基础。     

Pleiotropy of FRIGIDA enhances the potential for multivariate adaptation

An evolutionary response to selection requires genetic variation; however, even if it exists, then the genetic details of the variation can constrain adaptation. In the simplest case, unlinked loci and uncorrelated phenotypes respond directly to multivariate selection and permit unrestricted paths to adaptive peaks. By contrast, ‘antagonistic’ pleiotropic loci may constrain adaptation by affecting variation of many traits and limiting the direction of trait correlations to vectors that are not favoured by selection. However, certain pleiotropic configurations may improve the conditions for adaptive evolution. Here, we present evidence that the Arabidopsis thaliana gene FRI (FRIGIDA) exhibits ‘adaptive’ pleiotropy, producing trait correlations along an axis that results in two adaptive strategies. Derived, low expression FRI alleles confer a ‘drought escape’ strategy owing to fast growth, low water use efficiency and early flowering. By contrast, a dehydration avoidance strategy is conferred by the ancestral phenotype of late flowering, slow growth and efficient water use during photosynthesis. The dehydration avoidant phenotype was recovered when genotypes with null FRI alleles were transformed with functional alleles. Our findings indicate that the well-documented effects of FRI on phenology result from differences in physiology, not only a simple developmental switch.     

谷子泛素连接酶U-box E3基因家族的鉴定及响应非生物胁迫分析

目的 基于全基因组水平对谷子（Setaria italica）泛素连接酶U-box（plant U-box protein, PUB）基因家族（SiPUB）进行系统鉴定;为谷子泛素连接酶U-box基因家族的生物学功能研究提供理论支撑。 方法 利用U-box保守Pfam序列全基因组鉴定谷子U-box基因家族成员;采用系统进化树构建、亚细胞定位预测、预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质、绘制家族成员Scaffold定位图等分析;利用实时荧光定量PCR技术（RT-qPCR）对不同胁迫处理下的谷子U-box基因家族成员表达情况进行研究。 结果 谷子基因组中有71个PUB基因家族成员;不均匀地分布在8条染色体上。系统进化分析表明;SiPUB基因分布在Ⅰ-Ⅸ亚家族中。启动子顺式作用元件分析显示;U-box基因与植物生长发育、胁迫和激素调控相关。荧光定量PCR结果表明;SiPUBs在谷子的各个部位差异表达;对谷子U-box基因家族不同结构域在胁迫下的表达模式分析;含U-box结构域基因在低温和干旱下表达量变化显著、茉莉酸下特定时段表达;含U-box+HEAT_2结构域基因在3种胁迫下变化不显著;含U-box+Pkinase等结构域基因在不同胁迫下表达量有升有降;表明各结构域在植物环境应答及基因调控中有不同作用;植株可通过调控SiPUBs表达响应非生物胁迫。 结论 鉴定出71个SiPUBs基因;不同亚家族在非生物胁迫下的表达模式存在差异;表明SiPUBs对谷子响应非生物胁迫起重要的调控作用。