拟南芥叶片数目变化突变体对营养生长时相转变的影响

拟南芥(Arabidopsis thaliana)的营养生长可以分为2个阶段: 幼龄期与成熟期。由幼龄期向成熟期的转变(VPC)与叶片的形态学特征、茎顶端分生组织(SAM)形状、远轴面表皮毛的出现以及SPL家族转录因子表达水平的变化相关。研究表明, 造成这种转变的信号来源于叶原基。该研究利用2种莲座叶数目改变了的突变体和对野生型切除叶片的方法, 分析了叶片数目对VPC的影响。结果表明, 莲座叶数目的减少推迟了VPC的发生; 而莲座叶数目增多突变体amp1-1并未使VPC的发生提前, 推测叶源信号的产生受到了光合作用的影响。     

拟南芥ASL25/LBD28基因过量表达对叶片形态建成的影响

为研究ASL25/LBD28基因在植物发育过程中的作用,该研究构建了拟南芥ASL25/LBD28的过量表达载体并将其转入野生型拟南芥中,结果发现,ASL25/LBD28基因的过量表达可导致转基因拟南芥的叶片变得狭长;在叶极性发育突变体as2中,ASL25/LBD28基因过量表达导致部分转基因植株在形成1～3片畸形叶后顶端分生组织的发育会终止;而许多转基因植株则会形成许多"针状"叶.扫描电镜观察表明,不正常的叶片近轴面或"针状"叶的表皮细胞具有远轴面化的长条形细胞,说明在as2突变体中过量表达ASL25/LBD28基因影响叶片的极性发育.     

拟南芥茎顶端分生组织相关突变体的表型与结构分析

以拟南芥野生型(C24)和T-DNA插入诱发的突变体(155系)为材料,通过表型分析、组织切片、GUS基因表达的组织化学定位等研究方法对155系的形态结构和生长发育进行了较为细致的观察分析,结果发现:(1)T-DNA插入诱发的155系突变体植株矮化,叶片等器官体积减小,营养生长阶段延长,发育较C24缓慢;(2)同一时期155系的茎顶端分生组织面积较C24减小,顶端平坦,细胞层数减少,两侧叶原基基部之间的距离缩短,呈现出发育迟缓、从茎顶端分生组织向花分生组织转变延迟等特征;(3)GUS基因特异性地在155系茎顶端分生组织和维管组织中表达.结果表明,T-DNA诱捕基因可能在茎顶端分生组织中发挥作用,由于T-DNA的插入使该基因的功能受到了影响,进而影响了155系中茎顶端分生组织的发育模式,产生了155系的一系列表型改变.     

拟南芥突变体uro的表型分析表明URO基因参与生长素调节的植物发育过程

在筛选拟南芥(ArabidopsisthalianaL.)叶突变体的过程中获得拟南芥uprightrosette(uro)突变体。uro为半显性突变体,因突变体在幼苗生长期莲座叶竖直生长而得名。对uro突变体的表型进行了详细的分析,结果表明uro突变不仅造成叶生长模式的改变,还出现多种其他异常表型。uro杂合和纯合突变体都表现出植物顶端优势的丧失,纯合突变体表现得更为严重。uro纯合突变体的一些二级分枝会被叶取代,这种叶的叶柄与叶片远轴面连接。突变体的花发育也有多种异常表型,主要表现为花瓣及雄蕊数目的改变、花器官的同源异型转化和不同花器官的融合。uro突变体茎软,细胞学水平分析表明突变体的内皮层组织发生增生,束间纤维发育及维管束分化受阻。顶端优势的丧失及维管组织的异常发育表明,URO基因可能参与生长素对植物发育的调节。pin1uro双突变体表型的分析表明,虽然双突变茎表型出现了两亲本表型的叠加,但双突变体的花却出现了新的表型,说明URO与PIN1基因在调节植物发育过程中具有部分遗传上的相互作用,这一结果进一步证明URO基因参与了生长素调节的植物发育过程。     

拟南芥突变体uro的表型分析表明URO基因参与生长素调节的植物发育过程

在筛选拟南芥(Arabidopsisthaliana L.)叶突变体的过程中获得拟南芥upright rosette(uro)突变体.uro为半显性突变体,因突变体在幼苗生长期莲座叶竖直生长而得名.对uro突变体的表型进行了详细的分析,结果表明:uro突变不仅造成叶生长模式的改变,还出现多种其他异常表型.uro杂合和纯合突变体都表现出植物顶端优势的丧失,纯合突变体表现得更为严重.uro纯合突变体的一些二级分枝会被叶取代,这种叶的叶柄与叶片远轴面连接.突变体的花发育也有多种异常表型,主要表现为花瓣及雄蕊数目的改变、花器官的同源异型转化和不同花器官的融合.uro突变体茎软,细胞学水平分析表明突变体的内皮层组织发生增生,束间纤维发育及维管束分化受阻.顶端优势的丧失及维管组织的异常发育表明,URO基因可能参与生长素对植物发育的调节.pin1 uro双突变体表型的分析表明,虽然双突变茎表型出现了两亲本表型的叠加,但双突变体的花却出现了新的表型,说明URO-与PIN1基因在调节植物发育过程中具有部分遗传上的相互作用,这一结果进一步证明URO基因参与了生长素调节的植物发育过程.     

超大型烟草突变株的生理生化特征和分子生物学鉴定

超大型烟草突变株再生植株高度是野生型的2．2倍,叶片数是野生型的3．3倍,呈现晚花发育特征;叶片气孔保卫细胞中叶绿体数是野生型的1．3倍,叶绿素a、b和叶绿素总量均高于野生型,可溶性蛋白质含量是野生型的1．18倍,过氧化物酶、细胞色素氧化酶同工酶电泳图谱上有一定差异;可溶性蛋白SDS-PAGE电泳图谱上比野生型少4条谱带;RAPD结果表明突变体在DNA水平上确实发生了变化,DDRT-PCR结果显示出两者在基因表达上有差异。突变株再生植株可以开花结实,植株高大、叶数多,晚花的特征可以稳定遗传。     

SOD活性增高的拟南芥晚花突变体具有增强的非生物胁迫耐受性

为了研究晚花突变表型和非生物胁迫耐受性之间是否存在相关性,以遗传背景同为Wassilewskija(Ws-2)的7个拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)晚花突变体(CS2235、CS2238、CS2239、CS2240、CS2246、CS2248和CS6208)为材料,通过干旱胁迫、盐胁迫和氧化胁迫实验,发现晚花突变体的耐旱、耐盐和耐氧化性都较野生型(wildtype,WT)强。对叶片失水速率和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性测定结果也表明,晚花突变体的保水能力和SOD活性均高于野生型。相关性回归分析表明SOD活性与耐氧化性、耐旱性、耐盐性之间呈正相关,耐旱性和耐盐性随耐氧化性增强而增强。实验结果表明,这些晚花突变体的表型和非生物胁迫耐受性之间存在相关性。     

SOD 活性增高的拟南芥晚花突变体具有增强的非生物胁迫耐受性

为了研究晚花突变表型和非生物胁迫耐受性之间是否存在相关性, 以遗传背景同为Wassilewskija (Ws-2)的7个拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)晚花突变体(CS2235、CS2238、CS2239、CS2240、CS2246、CS2248和CS6208)为材料,通过干旱胁迫、盐胁迫和氧化胁迫实验, 发现晚花突变体的耐旱、耐盐和耐氧化性都较野生型(wildtype, WT)强。对叶片失水速率和超氧化物歧化酶superoxide dismutase, SOD)活性测定结果也表明, 晚花突变体的保水能力和SOD活性均高于野生型。相关性回归分析表明SOD活性与耐氧化性、耐旱性、耐盐性之间呈正相关, 耐旱性和耐盐性随耐氧化性增强而增强。实验结果表明, 这些晚花突变体的表型和非生物胁迫耐受性之间存在相关性。     

高羊茅FaCONSTANS基因的表达及功能分析

植物由营养生长向生殖生长转变过程中光周期调控起着重要的作用。CONSTANS (CO) 是光周期途径中的特有基因,为探讨高羊茅FaCONSTANS (FaCO) 基因响应日照长短从而启动植物开花的机理,利用实时荧光定量qRT-PCR技术分析在长日照、短日照、持续光照、持续黑暗条件下FaCO基因的表达水平。构建过表达载体p1300-FaCO,利用农杆菌介导法遗传转化拟南芥,构建沉默载体p1300-FaCO-RNAi遗传转化高羊茅。结果表明,FaCO基因的表达受光周期调控,与生物钟控制的昼夜节律相关。在长日照条件下FaCO基因促进拟南芥开花,且恢复拟南芥突变体开花表型。RNAi沉默FaCO基因的高羊茅转基因植株晚花或者一直处于营养生长阶段。本研究初步探究高羊茅FaCO基因对开花过程的调控,这将有助于更进一步了解该基因的生物学功能。     

番荔枝科10种植物叶表皮结构的研究

利用光学显微镜和扫描电子显微镜,对番荔枝科10种植物的叶表皮结构进行了观察,结果如下：表皮细胞近等径多角形或不规则形,垂周壁直,弧形,浅波状,波状或深波状,瓜馥木和香港瓜馥木叶片远轴面表皮细胞平周壁形成乳突,有的植物表皮细胞内具棱晶或晶簇,气孔器全部为平列型,具2－6个副卫细胞,除鹰爪花近轴面,远轴面均具气孔器外,其它9种植物的气孔器仅分布在远轴面,有的植物还具有双气孔器或败育的气孔器类型。除圆滑番荔枝外,其它9种的表皮均具表皮毛,表皮毛有单细胞毛,单列多细胞毛,2列多细胞毛,棍棒状毛和星状毛等类型,研究结果表明,10种植物的表皮细胞形状,垂周壁的式样,平周壁是否乳突,表皮细胞内晶体的有无及其类型,近轴面是否具气孔器,表皮毛的类型等方面存在着种间差异,这些特征可以作为种间甚至属间分类和系统关系探讨的依据。     

核盘菌侵染对拟南芥表皮蜡质结构及化学组成的影响

以野生型拟南芥与蜡质突变体cer1、cer4为试验材料,通过研究核盘菌胁迫对拟南芥茎表皮蜡质结构及组分含量的影响,揭示核盘菌侵染与表皮蜡质的关系。扫描电镜结果显示,野生型拟南芥蜡质晶体以垂直于表面的杆状、块状结构为主;突变体cer1晶体类型以水平的松针状、块状结构为主;突变体cer4蜡质晶体以垂直片层结构为主。核盘菌胁迫下,拟南芥蜡质晶体结构及分布形态发生变化。蜡质层结构在核盘菌胁迫下表现为:杆状、松针状蜡质晶体减少—蜡质晶体熔融—表皮"囊状凸起"—表皮膜层破裂。这些结构变化有利于病菌突破角质层屏障而侵入到植株体内。色质谱分析结果显示:与野生型相比,cer1突变体烷、次级醇、酮类显著减少;cer4突变体表现为一级醇含量减少。接种核盘菌后,野生型拟南芥与蜡质突变体一级醇类显著增加(cer1增加不显著);烷类、次级醇类、酮类含量与蜡质总量均显著减少,表明蜡质前体物质在受到核盘菌胁迫后更多地通过酰基还原途径生成一级醇,从而减少了由脱羰基途径所生成的蜡质组分。核盘菌通过改变表皮蜡质晶体结构与化学组分分泌量来促进侵染。     

拟南芥株型突变体zpr1的性状特征与基因鉴定分析

对本研究室经T-DNA插入法获得的拟南芥株型突变株系——隐性突变体zpr1植株进行植物学性状调查和遗传分析,并对该突变基因进行鉴定、表达定位和调控元件分析。结果显示:(1)性状分析表明,与野生型拟南芥Ws-2相比,突变体zpr1的茎生叶分枝数量增加,茎生叶分枝发生于拟南芥顶端花序部位;野生型拟南芥茎生叶为披针形,而突变体zpr1没有出现分枝的茎生叶呈倒卵形,出现分枝的茎生叶呈披针型;突变体zpr1的主花序高度、株高、分枝高度和分枝长度都高于野生型,且分枝数多于野生型。(2)利用质粒挽救和反向PCR法(IPCR)确定了ZPR1基因突变发生位置是该基因起始密码子上游426bp处,证明T-DNA插入破坏了ZPR1基因的启动子区域,导致该基因在拟南芥内不能正常表达。(3)基因转录调控区域的顺式作用元件分析发现在ZPR1基因的转录调控区有多个与植物激素相关的调控元件,还有与光周期调节相关的调控元件。(4)亚细胞定位发现,ZPR1基因在所有细胞中的细胞膜中表达,而在部分细胞的细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达。研究表明,ZPR1基因的表达对植物株型发育有重要的调控作用,该基因的表达水平受植物激素和光照的调节,最终导致了植物株型的变化。     

花序分生组织特性基因TFL1的系统发育及其功能分析

TFL1同源基因在维持植物营养生长和花序分生组织特性方面起着非常重要的作用,其功能的丧失常导致植物提早开花,花序的正常发育受到抑制,最终茎端形成顶花。至今已经有28种植物的TFL1基因被克隆到,其中包括拟南芥、金鱼草和番茄等模式植物。TFL1 蛋白的系统发育树基本符合物种的亲缘关系。作为花序分生组织特性基因的TFL1与花分生组织特性基因LFY 和AP1相互作用,抑制花序分生组织向花分生组织的转变。TFL1和LFY等基因可用来培育早花新品种,也可用于培育无果的新品种,减少悬铃木、杨、柳等果毛的污染。     

成花素FT的调控运输及生理功能的研究进展

开花作为植物从营养生长到生殖生长的转折点,受外界环境变化影响,对植物发育和繁殖有着至关重要的作用。成花素(flowering locus T FT)蛋白作为拟南芥开花信号核心分子,在开花调控中扮演重要角色。拟南芥叶片在感应外界温度光照等因素变化后,通过生理钟(constants,CO)等蛋白及部分Mico-RNA正负协调调控筛管伴胞中的FT基因表达,FT蛋白通过筛管从叶片运输到茎顶端分生组织后,与一个碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,b ZIP)蛋白FD结合调控茎顶端分生组织(shoot apical meristem,SAM)中的花组织形成相关基因表达,继而诱导开花。对近年来FT基因在叶片中的调控、FT蛋白的运输及其在顶端分生组织中的开花诱导机理进行综述,为进一步完善FT表达调控及功能研究提供参考。     

异三聚体G-蛋白突变对拟南芥生长发育过程的影响

对拟南芥异三聚体G蛋白α-亚基突变体gpa1-3、β-亚基突变体agb1-2及α和β亚基双突变体gpa1agb1与相应的Col野生型的形态特征比较发现,异三聚体G蛋白的突变引起根、叶、生殖器官等的表型发生改变,gpa1-3的叶片宽椭圆形,略大于Col,叶片下表皮细胞显著大于Col、agb1-2及gpa1agb1,果柄也显著长于其它三类,但侧根发生及长角果形态与Col无显著性差异;agb1-2的表型与gpa1agb1的表型相似:叶片小而近圆形、叶缘平滑,侧根发达,长角果较短,这些特征均显著区别于Col及gpa1-3.结果表明,异三聚体G-蛋白在拟南芥的多个生长发育过程中发生作用,且α-亚基和β-亚基在叶、根、花器官等发育过程中的作用不同.     

拟南芥干旱突变体远红外成像技术的筛选和特性鉴定

利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行化学诱变获得突变体筛选群体。在干旱胁迫下,以叶片的温度差异为筛选指标,利用远红外成像技术进行突变体的筛选,获得了对干旱不敏感突变体dri1(drought-insensitive 1)和敏感突变体drs1(drought-sensitive 1)。实验结果表明dri1和drs1为单基因隐性突变,气孔密度同野生型无差异,而叶片温度、气孔开度和叶片失水率则有明显改变。在MS培养基上的种子萌发实验表明在ABA、甘露醇和NaCl胁迫下dri1萌发率要比野生型高,而drs1则比野生型低。对突变基因的研究有待进一步进行。     

植物花发育的分子机理研究进展

花的发育分为开花决定、花的发端和花器官的发育三个阶段。植物开花由多条途径诱导,包括光周期和光质诱导、春化作用、自主途径、赤霉素诱导、碳水化合物诱导等;植物体本身也存在着开花抑制途径。各种开花诱导途径能激活花分生组织特性基因,使茎端分生组织转变为花分生组织。花器官的发育由器官特性基因决定,这些基因的精确表达需要花分生组织特性基因的激活和多个正、负调节因子的调控;另有一类基因控制着花发育的对称性。花发育机理的研究具有重要的理论意义和广泛的应用前景。     

印度南瓜梭形果突变体的发现及遗传分析

从印度南瓜自交系HL中发现了一个梭形果突变体HL-fu。该突变体的花、果、茎等多器官的生物学特性同时发生了明显变异:雌花及雄花花器中异性花蕊的残存度较野生型高;果实为梭形,果形指数达野生型5倍;节间呈现长短交替分布的排列状态,叶序类似于对生。以突变体HL-fu与野生型HL杂交分别构建了正、反交F1,正交F2,BC1(P1)F1、BC1(P2)F1群体进行遗传分析,推测该变异类型为隐性多效单基因突变,突变性状受1对隐性核基因fu控制。探讨了梭形果突变体在南瓜育种及相关基础研究方面的潜在价值。     

东北桤木叶表皮盾状腺毛的形态及其变化过程

利用电镜扫描技术,观察东北桤木叶片表面,发现其远轴面表皮上具有盾状腺毛。其由2个基细胞、4个柄细胞和20～25个头部细胞组成,随着分泌物质的积累,细胞逐渐破裂。幼叶远轴面表皮无盾状腺毛,仅有气孔分布。观察东北桤木叶片横切面,发现其为异面叶,远轴面表皮上的盾状腺毛细胞与叶脉维管组织相连。外文资料显示用于表述桤木属表皮上的盾状腺毛的名词较多,该毛状体应为“Peltate glandular hairs”。同时建议对“Glandular scales”、“Peltate gland”、“Peltate scale”、“Peltate glandular hairs”等名词进行规范统一。另外有关东北桤木叶表皮上毛状体从原表皮细胞的发生过程及其分泌物的成份,需进一步研究。     

植物花发育的分子机理研究进展

花的发育分为开花决定、花的发端和花器官的发育三个阶段。植物开花由多条途径诱导,包括光周期和光质诱导、春化作用、自主途径、赤霉素诱导、碳水化合物诱导等;植物体本身也存在着开花抑制途径。各种开花诱导途径能激活花分生组织特性基因,使茎端分生组织转变为花分生组织。花器官的发育由器官特性基因决定,这些基因的精确表达需要花分生组织特性基因的激活和多个正、负调节因子的调控;另有一类基因控制着花发育的对称性。花发育机理的研究具有重要的理论意义和广泛的应用前景。