油茶自、异交雌蕊CAT活性及相关基因克隆表达分析

油茶(Camellia oleifera Abel.)具有后期自交不亲和(LSI)特性,严重阻碍了油茶杂交育种的亲本选择和品种配置。为研究过氧化氢酶(Catalase, CAT)在油茶自交不亲和中的作用,本文对油茶自、异交授粉后雌蕊中的CAT活性进行了测定,并克隆得到3个CAT基因,命名为CoCAT1～CoCAT3。结果显示,其CDS分别为1479、1287和1479 bp,编码492、428和492个氨基酸。多序列比对结果表明,其编码产物在C末端均含有典型的三肽序列。系统进化分析发现,CoCAT2、CoCAT3与NtCAT3亲缘关系最近,CoCAT1与CsCAT1亲缘关系最近。基因表达模式分析结果显示,3个基因在授粉72 h后的自交雌蕊中表达量最大,在授粉36、84 h自交雌蕊中的表达量显著高于异交。自、异花授粉均引起油茶雌蕊内CAT活性的上升,但幅度不同,推测油茶CAT可能参与油茶自交不亲和的响应机制。     

4个油茶物种杂交亲和性分析

为探明油茶的自交亲和状况,以山茶属攸县油茶(Camellia yuhsienensis Hu)、浙江红山茶(C.chekiangoleosa Hu)、多齿红山茶(C.polyodonta How)、南山茶(C.semiserrata Chi)、为试验材料,采用自交异交控制授粉,结合田间座果率动态调查,统计分析不同授粉处理后的结实性及果实的性状特征,并计算自交亲和指数。结果表明,4份材料的自交亲和指数有差异,自交亲和指数高低依次为:攸县油茶(0.288 8)多齿红花油茶(0.251 1)浙江红花油茶(0.122 2)南山茶(0)。4个物种自交亲和指数均小于1,因而,认为4个物种均为自交不亲和植物。4种授粉方式后的结实率及结籽数呈现异株异花自由授粉同株异花自交自花自交的趋势。在蒴果性状上,自交处理所得果实的性状指标均低于异交处理水平。油茶自交授粉后,落果迅速,异株异交授粉处理在各个时期座果率均高于自交处理的水平。4种油茶具有普遍自交不亲和性,自交不亲和是4个物种落花落果,结实低,产量低的主要原因。     

外源SOD和APX基因在转基因烟草中的表达与遗传

分析转超氧化物歧化酶基因（SOD）或抗坏血酸过氧化物酶基因（APX）烟草及其自交和杂交后代的叶片中超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性的结果表明：转基因烟草的SOD和POD活性在终花期最强,不同叶位叶中SOD活性差异不明显,POD活性以下部叶为最高;转基因烟草的SOD或POD活性显著高于近等基因的非转基因品系。杂交后代（F1、F2）的SOD活性能保持稳定,略高于亲本;自交后代（S1～S3）与自交亲本的SOD和POD活性相当。     

连翘花的结构与繁育系统研究

通过定株观察、解剖和人工套袋交叉授粉试验对连翘花的生长发育和繁殖系统进行研究.结果表明:(1)连翘具有2种避免自交的方式,雌雄异位和雌雄异熟.其雌雄异位表现为长雄蕊短雌蕊花型和短雄蕊长雌蕊花型;雌雄异熟表现为长雄蕊短雌蕊花型为雄蕊先于雌蕊成熟,短雄蕊长雌蕊花型表现为雌蕊先于雄蕊成熟.(2)连翘花P/O值测定和户外套袋交叉授粉试验显示,P/O值为2 000±300;不同类型花的异花授粉结果率在50.64%~80.32%,其中短型花的花粉授到长型花柱头的结果率最高,达80.32%,而长型花和短型花的同型花授粉结果率分别为2.92%和34.15%,表明连翘的异花授粉结果率高于自花授粉,以异交为主,其繁育系统属兼性异交.研究结果认为,连翘雌雄异位和雌雄异熟是其自然结果率低下的主要原因,为进一步探讨连翘在木犀科中的系统进化提供了生殖生态学的依据.     

植物自交不亲和基因研究进展

自交不亲和性的研究是植物生殖生物学和分子生物学研究的热点之一,对自交不亲和基因和蛋白质的深入研究是解析自交不亲和性机理的关键.对控制孢子体自交不亲和性和配子体自交不亲和性的S基因及其蛋白质产物的分子生物学研究进展进行了综述.孢子体自交不亲和性植物S位点上至少存在3个基因,即SLG、SRK和SCR基因.其中SLG、SRK基因控制雌蕊自交不亲和性,而SCR控制花粉自交不亲和性.配子体自交不亲和植物雌蕊S基因产物为S-RNase,具有核酸酶活性;配子体自交不亲和植物花粉S基因产物尚未找到.     

高等植物自交不亲和性的分子生物学

自交不亲和性是大多数高等植物防止近亲繁殖的一种遗传屏障。它涉及受精时雄配子（花粉）和雌蕊之间的相互作用。目前,已经分离获得了编码控制雌蕊自交不亲和性的Ｓ基因。在孢子体型自交不亲和的芸苔属中,雌蕊Ｓ基因编码Ｓ位点糖蛋白（ＳＬＧ）和Ｓ受体激酶（ＳＲＫ）。它们可能与磷酸化和去磷酸化参与了的某种信号传递有关,最后导致自交花粉生长的抑制。在配子分配体型自交不亲和的茄科中,雌蕊Ｓ位点糖蛋白为一种核糖核酸酶,称     

胭脂花及小报春钙调素类似蛋白基因CML19的克隆与表达分析

CML是一类重要的Ca~(2+)响应蛋白,为了研究CML蛋白对报春花自交不亲和性的影响,该研究从胭脂花和小报春转录组数据中分别筛选出PmCML19和PfCML19基因,并对这2个基因进行全长克隆、生物信息学分析以及基因亚细胞定位和表达模式分析。结果发现:(1)PmCML19和PfCML19基因全长均为435 bp,所编码蛋白的氨基酸相似度达80.56%,均为酸性亲水性蛋白,包含4个EF手性结构;同源分析表明, PmCML19和PfCML19的亲缘关系与中华猕猴桃AcCML19最近,而拟南芥家族中的AtCML40与这2个蛋白的氨基酸序列相似度分别为44%和46%。(2)亚细胞定位结果表明,PmCML19和PfCML19基因在细胞核和细胞膜上均表达。(3)实时荧光定量PCR结果表明,PmCML19和PfCML19基因在花药中的表达量均高于雌蕊;在胭脂花和小报春亲和授粉组合的雌蕊中具有较高的表达量,而在不亲和授粉组合的雌蕊中表达量显著降低。研究推测,胭脂花和小报春CML19基因与报春花的自交不亲和性密切相关,为进一步研究异型自交不亲和遗传机制提供了新思路。     

无籽沙糖桔WUBE1基因的功能验证

为了解泛素活化酶E1基因(UBE1)在无籽沙糖桔自交不亲和反应中的作用,通过根癌农杆菌介导法将来源于自交不亲和无籽沙糖桔(Citrus reticulata ‘Wuzishatangju’) WUBE1基因转化烟草(Nicotiana tabacum)。结果表明,外源基因WUBE1已导入烟草基因组中并得到表达。转WUBE1基因的自交授粉组合花粉管在生长过程中,部分花粉管出现停止生长的现象,到达花柱基部的花粉管数量少于异交授粉和野生型自交组合。转WUBE1基因烟草的花粉生活力、发芽率、自交和异交后每个果荚中的种子数与野生型烟草无显著差异。这表明单一的WUBE1基因不能调控无籽沙糖桔自交不亲和反应,很可能是通过Ub/26S途径参与了无籽沙糖桔自交不亲和反应。     

紫花含笑传粉生物学初探

紫花含笑(Michelia crassipes)花色艳丽、花香浓郁,为解释其在自然条件下结实率低的原因和判断最佳杂交时期,该研究从传粉生物学入手,通过观察紫花含笑开花动态,运用异交指数(OCI)、花粉胚珠比(P/O)、花粉和柱头活性、人工授粉试验等方法对其繁育系统进行了检测,并记录访花昆虫的种类和行为。结果表明:(1)紫花含笑花期在4—5月,持续50 d左右,单花花期4~5 d。(2)雌雄同花,雌蕊先成熟,雄蕊空间位置高于雌蕊。(3)OCI等于4,P/O为2671±123。(4)套袋实验表明紫花含笑能进行少量的自花传粉,人工异花授粉结实率和种子质量显著高于人工自花授粉和自然条件下,且不存在无融合生殖。(5)开花后36 h雌蕊群弯曲分泌粘液时,与含笑(M.figo)杂交结实率最高达85.7%,为最佳授粉时期。(6)有效访花者主要有东方蜜蜂、黑纹食蚜蝇和独角仙,访花频率易受天气影响。综上说明,紫花含笑繁育系统以异交为主,部分自交亲和需要传粉者,存在一定近交衰退,自然条件下结实率低,主要受传粉昆虫和雌雄异熟限制,最佳授粉期的确定能够提高其杂交成功率。该研究结果为紫花含笑资源保护和杂交育种奠定了基础。     

玉米杂种优势与杂交后胚中ATP酶活性和RNA酶活性及蛋白质含量的关系

通过对若干个玉米杂交及其亲本自交授粉后1天、3天、7天、10天胚中ATP酶活性、RNA酶活性及蛋白质变化的比较来探讨杂种优势产生的生化机理。结果表明,30个组合的玉米授粉后一天,有90%组合杂交胚中ATP酶活性超过双亲或母本自交胚中ATP酶活性。授粉后3天杂交胚中ATP酶活性多数低于双亲自交胚中的ATP酶活性,看来这一表现与自交授粉后胚中合子细胞分裂较迟缓有关。以上四个时期授粉后,杂交胚中RNA酶活性介于双亲之间或低于双亲,这可能与杂交胚中核酸分解的速度较慢有关。杂交胚中蛋白质含量变化不同时期各组合间表现不同,杂交后胚胎发育初期胚中蛋白质的变化不一定是总的数量的增加,而是某些蛋白质或酶的变化。     

芸苔属自交不亲和细胞信号转导的研究进展

在芸苔属植物的自交不亲和细胞信号转导过程中,信号分子-SCR配体是由花粉粒产生的,被柱头乳突细胞SRK受体识别后,进行细胞内信号转导。这对受体-配体是两个由S位点编码的且高度多态的蛋白质,它们决定着自交不亲和反应。配体是位于花粉粒表面的一个小的胞被蛋白,由SCR基因编码;受体是位于柱头乳突细胞原生质膜上的跨膜的蛋白质激酶,由SRK基因编码。在自交授粉过程中,配体SCR和受体SRK的相互作用激活了受体SRK,被激活的SRK通过其下游组分ARC1介导底物的泛肽化,然后泛肽化的底物在蛋白酶体/CSN中被降解,从而导致了自交不亲和性反应。这些降解的底物可能是促进花粉水合、萌发和花粉管生长的雌蕊亲和因子。主要针对芸苔属自交不亲和细胞信号转导作一综述。     

芸苔属自交不亲和细胞信号转导的研究进展

在芸苔属植物的自交不亲和细胞信号转导过程中,信号分子-SCR配体是由花粉粒产生的,被柱头乳突细胞SRK受体识别后,进行细胞内信号转导.这对受体-配体是两个由S位点编码的且高度多态的蛋白质,它们决定着自交不亲和反应.配体是位于花粉粒表面的一个小的胞被蛋白,由SCR基因编码;受体是位于柱头乳突细胞原生质膜上的跨膜的蛋白质激酶,由SRK基因编码.在自交授粉过程中,配体SCR和受体SRK的相互作用激活了受体SRK,被激活的SRK通过其下游组分ARC1介导底物的泛肽化,然后泛肽化的底物在蛋白酶体/CSN中被降解,从而导致了自交不亲和性反应.这些降解的底物可能是促进花粉水合、萌发和花粉管生长的雌蕊亲和因子.主要针对芸苔属自交不亲和细胞信号转导作一综述.     

高等植物自交不亲和性的分子生物学

自交不亲和性是大多数高等植物防止近亲繁殖的一种遗传屏障。它涉及受精时雄配子（花粉）和雌蕊之间的相互作用。目前,已经分离获得了编码控制雌蕊自交不亲和性的Ｓ基因。在孢子体型自交不亲和的芸苔属中,雌蕊Ｓ基因编码Ｓ位点糖蛋白（ＳＬＧ）和Ｓ受体激酶（ＳＲＫ）。它们可能与磷酸化和去磷酸化参与了的某种信号传递有关,最后导致自交花粉生长的抑制。在配子分配体型自交不亲和的茄科中,雌蕊Ｓ位点糖蛋白为一种核糖核酸酶,称为Ｓ－核酸酶（Ｓ－ＲＮａｓｅ）。自交不亲和反应与Ｓ－核酸酶引起的花粉管ＲＮＡ降解有关,并且可能通过花粉管特异性地摄入Ｓ－核酸酶或者花粉管内存在的特异性的核酸酶抑制剂的作用,达到对自交花粉生长的抑制。另外,从配子体型自交不亲和的罂粟中,分离到了与芸台属和茄科不同的雌蕊Ｓ基因,其作用机理可能与Ｃａ＋＋参与的信号传递有关。     

沙田柚RING-H2 finger基因的生物信息学分析

为探讨沙田柚自交不亲和性的机理,利用高通量测序技术对沙田柚自交和异交花柱进行转录组测序,通过差异分析得到了沙田柚RING-H2 finger基因序列。采用生物信息学方法,对其编码的蛋白质从序列特征、理化性质、跨膜结构域、高级结构以及功能域等方面进行了预测和分析。结果表明:该基因全长为845 bp,开放阅读框(ORF)全长为387 bp,编码128个氨基酸,编码蛋白质的分子量为13.61 KDa,理论等电点为4.26;该蛋白质含有一个植物RING-H2 finger蛋白家族的保守结构域,为疏水性不稳定蛋白。氨基酸序列分析表明,其编码的氨基酸与甜橙(Cs4g15340.1)RING-H2 finger蛋白的相似度为98%。这些分析结果可为今后深入研究该蛋白的结构特征和功能提供参考。     

木枣叶片再生植株及其变异系过氧化物酶同工酶分析

用聚丙烯酰胺凝胶电泳分析了木枣叶片再生植株及其5种变异系过氧化物酶(POD)同工酶。结果表明：木枣叶片再生植株过氧化物酶同工酶由3个基因位点编码,位点1编码的是杂合三聚体酶,位点2和位点3编码的是纯合二聚体酶,其变异系中有不能表达位点2和位点3的植株,变异较大。也有完整表达3个基因位点的植株,且酶活性高。     

配子体自交不亲和植物花粉S基因研究进展

配子体自交不亲和植物的自交不亲和性是由雌蕊自交不亲和因子和花粉自交不亲和因子相互作用的结果。目前已经分离和鉴定了雌蕊自交不亲和基因及其表达产物。最近从金鱼草、Prumusdulcis、梅等植物中分离的F-box基因,它具有花粉S基因特点,即在花药、成熟的花粉和花粉管中特异表达;在基因位置上,与S-RNase基因紧密连锁;不同物种或同一物种不同品种F-box基因间核苷酸和氨基酸序列上存在高度多态性。通过分子生物学方法和杂交授粉试验证明所分离的F-box基因是花粉自交不亲和基因,但目前尚未分离出该类基因相应的表达蛋白。主要综述了配子体自交不亲和植物花粉自交不亲和基因的发现、基因的结构、雌蕊自交不亲和因子和花粉自交不亲和因子相互作用的模型。     

油茶长链脂肪酰基CoA合成酶基因1(CoLACS1)分子特征与表达分析

长链脂肪酰基Co A合成酶(LACS)在脂肪酸的合成与分解代谢中起着重要作用。本研究以油茶(Camellia oleifera Abel)国家审定品种华硕(Camellia oleifera Huashuo)种仁转录组数据为基础,根据LACS基因Unigene序列设计引物,分离克隆了油茶LACS1基因全长c DNA序列,命名为CoLACS1(Gene Bank登录号:KJ960228),全长2114 bp,开放阅读框2088 bp,编码695个氨基酸;生物信息学分析显示CoLACS1具有3个B1ock,从分子特征可判断CoLACS1属于LACS家族;氨基酸同源比对显示与其他物种的LACS氨基酸序列具有较高的相似性,其中与拟南芥LACS7相似性为78%,与麻风树、大豆、毛果杨等物种LACS6(peroxisomal)相似性可达80%以上;对CoLACS1进行原核表达分析,构建的p ET30a-CoLACS1载体成功转化至BL21(DE3)中经1 mmol/L IPTG诱导表达,菌液检测获得预测的目的蛋白(分子量约为76 k D);分析转录组数据中CoLACS1的Unigene序列RTKM值并对CoLACS1进行实时荧光定量PCR分析,结果表明CoLACS1在油茶华硕种子发育各时期平稳表达,表达丰度变化不大,荧光定量结果变化规律与转录组数据分析一致;同时分析华硕种仁不同时期含油率和脂肪酸成分变化,双变量统计分析发现CoLACS1表达模式与油茶油脂积累规律呈显著相关性。本研究为进一步研究油茶油脂积累与代谢的基因调控提供理论依据。     

水稻谷胱甘肽过氧化物酶基因OsGPX3 和OsGPX4的分子特性研究

植物谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)是清除体内活性氧的一种关键酶,在植物抗逆反应中发挥重要作用.本研究从水稻中克隆到2个GPX基因,分别为OsGPX3和OsGPX4.OsGPX3和OsGPX4分别编码238和234个氨基酸组成的蛋白质,预测分子量分别是25.84 kD和25.07 kD.两个基因都包含5个内含子,但是两个基因所对应的内含子长度具有较大变异.组织表达谱分析发现这2个基因在根、茎、叶和叶鞘中均表达,是组成型表达基因.在大肠杆菌中表达并纯化了这2个基因的重组蛋白,酶活性分析显示OsGPX3和OsGPX4蛋白对底物H₂O₂、tBOOH和COOH具有较高活性,但是OsGPX3对3种底物的活性均高于OsGPX4,蛋白质酶活性的差异预示着这2个基因可能存在功能上的分化.     

锰胁迫对商陆(Phytolacca acinosa)保护酶的影响

对室内栽培的商陆(Phytolacca acinosa)幼苗分别经4、12、36mmol/L的锰(Mn2 )溶液处理30d后,用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分离了根和叶片过氧化物酶(POD)同工酶和超氧化物歧化酶(SOD)同工酶,并测定了其酶活性.结果表明:(1)经不同浓度的Mn2 溶液处理,根POD同工酶(RP1)消失,而12、36mmoL/L Mn2 溶液处理根新的POD同工酶(RP5,RP8)出现,根POD酶活性出现先降低后升高的变化趋势;叶片POD同工酶(LP)有3种,与对照的相同,但其酶活性随Mn2 浓度增加而随之升高.(2)12、36mmol/L Mn2 溶液处理,根新的SOD同工酶(RS5-RS7)出现,SOD酶活性上升;36mmol/L Mn2 溶液处理,叶片SOD同工酶(LS2-LS5)消失,叶片SOD酶活性下降.推断,商陆根和叶片同工酶的表达调控的机制不同.认为,商陆在Mn2 胁迫中,POD发挥更重要的作用.     

一种新的人CNA1基因转录本的克隆和功能鉴定

钙调神经磷酸酶（calcineurin,CN）是唯一依赖于Ca2+和钙调蛋白（calmodulin,CaM）的丝氨酸/苏氨酸型蛋白磷酸酶,由1个催化亚基CNA和1个调节亚基CNB组成. CNA 有3种亚型,最常见的是由CNA1基因编码的α亚型（CNAα）. 在克隆CNA1基因cDNA的过程中,发现了1种新的人CNA1转录本-CNAα4. 与CNA1基因的其它转录本相比,CNAα4缺失第2外显子,其编码蛋白质由454个氨基酸组成,具有比其它3种CNAα亚型更短的磷酸酶催化结构域. CNAα4具有与CNAα1相似的CaM亲和力,但是其激活活化T细胞核因子（nuclear factor of activated T cells,NFAT）的活性明显强于CNAα1,提示CNAα4所缺失的氨基酸序列（Ala20 Thr86）并非CNA催化结构域所必需,相反,Ala²⁰-Thr⁸⁶缺失可能有助于其酶活性中心与NFAT的结合并发挥作用.