MADS-box基因控制植物成花的分子机理

植物花器官的发育和开花是植物生殖发育中最重要的过程,植物在长期的进化过程中产生了春化(低温)途径、自主途径、光周期途径以及不依赖于光温环境条件的赤霉素信号途径来适应多变的环境和调控植物开花过程。本文综述了模式植物拟南芥中由LEAFY(LFY)、CONSTANS(CO)、FLOWERING LOCUSC(FLC)、FLOW ERING LOCUS T(FT)和SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1(SOC1)等基因构成的双子叶植物响应光温条件变化的开花调控网络;以及大麦、小麦中由VERNALIZATION1(VRN1)、VRN2、ODD-SOC2(OS2)和拟南芥CO、FT同源基因构成的禾本科植物开花调控网络。其中最重要的是转录调控因子MADS-box基因FLC、SOC1、VRN1和OS2,并发现组蛋白的乙酰化/脱乙酰化,赖氨酸的甲基化/脱甲基化在调控FLC、VRN1染色质活性状态及基因表达,从而产生开花控制的机理。这些研究发现将有助于对具有重要经济价值的单双子叶植物,通过生物技术手段改良其品种特性以应对非生物逆境,特别是低温胁迫的指导。     

水稻SDG736抑制拟南芥FLC表达调控开花时间

130～150个氨基酸组成SET (Su (var) 3-9, Enhancer-of-zeste, Trithorax)结构域构成了组蛋白赖氨酸甲基转移酶特异性催化位点。SET结构域蛋白在进化上高度保守,广泛调控植物的生长发育。进化分析结果显示水稻SET结构域家族成员可分为7个不同的亚家族(KMT1, KMT2, KMT3, KMT6, KMT7, S-ET和RMT)。KMT3亚家族可能涉及开花调控或花的发育,其中包含5个拟南芥基因和5个水稻同源基因。拟南芥SDG4通过H3K4/K36甲基化的活性调控花发育,结果表明水稻同源基因SDG736超量表达,可促进拟南芥开花。对拟南芥开花途径相关的基因进行定量分析显示,超量表达的SDG736拟南芥植株中FLC基因表达量降低,而SCO1基因的表达量增加。     

伴胞细胞中表达的组蛋白脱甲基化酶感受发育信号调控开花时间

开花是高等植物发育过程中一个非常重要的转化过程,它能够保证植物的正常发育和后代的延续,并且有重要的农业价值和观赏价值[1]．开花时间的调控是一个非常复杂的过程,受到自身发育信号和外部环境因素的共同影响[2-3]．FLC是拟南芥开花调节过程中的中心抑制因子,其在拟南芥顶端分生组织和叶片维管束的伴胞细胞中均有表达,并且这两个部位的FLC对开花时间都有重要的调节作用[4]．目前已知的多数影响开花的通路都通过调节顶端FLC的表达来调控植物开花时间,关于伴胞细胞中的FLC如何被调控的研究还非常少[1, 3]． 在动植物中都存在一类具有JmjC结构域的蛋白质,是一类保守的组蛋白脱甲基化酶[5]．我们实验室最近的工作表明,JMJ18是一个受植物自身发育调节的H3K4脱甲基化酶,JMJ18主要在伴胞细胞中表达,通过特异调节伴胞细胞中的FLC调控植物开花时间[6]． Yang等[6]实验证实在体外全长的JMJ18可以特异性地以H3K4m3的多肽为底物,脱掉其上一个甲基生成H3K4m2．在拟南芥中,JMJ18主要在伴胞细胞中表达,并且表达水平受到植物自身发育进程的调控[4]．JMJ18功能缺失突变体呈现弱的晚花表型,而JMJ18的超表达植株呈现明显的早花表型,说明JMJ18参与了拟南芥开花时间的调控[4].尽管多个具有JmjC结构域的组蛋白脱甲基化酶,如 JMJ14、ELF6/JMJ11、REF6/JMJ12等都参与了拟南芥开花时间的调节,但是机制都不太清楚[5, 7],并且目前没有发现可以直接调控FLC的JmjC蛋白．Yang等的实验证实JMJ18可以结合到FLC的染色质上,通过降低FLC的染色质H3K4m3和H3K4m2修饰抑制FLC表达．FLC表达水平的降低导致FT表达的释放,促进FT在伴胞细胞中积累．积累的FT从伴胞细胞进入筛管组织,进而运输到顶端分生组织,与顶端分生组织特异性表达的bZIP转录因子FD直接相互作用,通过调节下游基因SOC1和AP1调控植物开花进程(图1)． 最近的研究发现,植物开花时间除了受到春化作用、自主途径、光周期途径、GA途径等调控以外,还可以通过自身年龄衡量因子miR156和其靶基因SQUAMOSA PROMOTER BINDING-LIKE (SPLs)调节开花进程[8]．Yang等实验证实：JMJ18主要在韧皮部的伴胞细胞表达．并且同miR156类似,在植物营养生长时期,JMJ18随着发育进程的深入表达水平逐渐升高．SUC2启动子驱动JMJ18在维管伴胞细胞中表达时也出现早花表型并且依赖于FT．这些研究结果表明,同miR156类似,JMJ18受植物自身发育调节,也可能作为自身年龄衡量因子调控植物开花时间,不同点是JMJ18是通过组蛋白修饰直接调节FLC表达调控开花时间的自身年龄衡量因子．即可能有两条感受自身年龄的途径：miR156-SPLs和JMJ18-FLC/MAFs途径,让人感兴趣的是两个因子都是表观遗传调控因子,而且在每个途径中均是前者负调控后者,而且后者均为一个转录因子基因家族,这两个途径最后都调控FT表达．这两个途径之间的关系也是一个有待于研究的科学问题,这可能会对于我们理解自身年龄衡量因子在植物开花进程中的作用有一定的启示．     

人乳铁蛋白cDNA 基因乳腺表达载体的构建与鉴定

为了构建人乳铁蛋白基因 (hLF) 的乳腺表达载体并验证其在乳腺细胞中的表达情况,本载体以山羊β-casein基因上游包括启动子、外显子1、内含子1、部分外显子2作为5′端调控序列,下游包括部分外显子7、内含子7、外显子8、内含子8、外显子9及3′部分基因组片段作为3′端调控序列,长度分别为6.2 kb和7.1 kb,将hLF基因 (目的基因) 和Neo基因 (筛选标记) 分别插入到5′端调控序列和3′端调控序列的下游,构建成pBC1-hLF-Neo载体,其全长为25.348 kb。为了检测该载体的生物学     

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。     

拟南芥F-box蛋白FKF1与转录因子FUL互作调控开花研究

F-box蛋白FLAVIN-BINDING KELCH REPEAT F-BOX 1(FKF1)参与调控拟南芥光周期开花,但其分子机制尚不完全清楚。本研究通过体内和体外实验,证明FKF1与转录因子FRUITFULL(FUL)相互作用。qRT-PCR和Western blot结果显示,FKF1正调节FUL的转录水平,但不影响FUL蛋白的稳定性。遗传分析结果显示,35S-FKF1-Myc / ful-8双突变体的开花表型以及开花基因FLOWERING LOCUS T(FT)的转录水平与ful-8突变体相一致。研究结果表明FKF1可通过与FUL互作,在FUL的上游促进FT表达,进而促进开花。     

拟南芥At1g10300基因调节叶形和开花时间

核仁G蛋白1(Nucleolar G protein 1,NOG1)是一种高度保守的核仁GTP酶,在真核生物中广泛存在,参与60 S核糖体亚基前体的组装。在线虫中敲减NOG1的表达造成生长缓慢、虫体变小和寿命延长的表型,而过量表达NOG1则使线虫的寿命缩短。拟南芥的At1g10300基因注释为NOG1-2,但是其生物学功能还有待研究。该研究对其功能进行了初步研究,首先检测了该基因在拟南芥各个器官的表达情况。结果表明:该基因在7 d龄幼苗、茎生叶和花中均有表达,其中在花中表达量最高。获得了At1g10300基因的T-DNA插入突变体,发现在长日照条件下,At1g10300突变体植株的莲座紧凑,莲座叶片长宽比降低,但叶面积和植株高度与野生型相比无显著差异,表明其叶形发生改变;突变体植株的抽薹时间晚于野生型。荧光定量RT-PCR结果表明,突变体植株中开花促进因子FT、CO和GI的表达水平下调,而开花抑制因子FLC的表达水平上调。以上结果揭示At1g10300基因的突变影响了FT、CO、GI及FLC基因的表达,使植株出现晚花表型。     

春化作用相关基因FLC的研究进展

拟南芥春化作用相关基因FLOWERING LOCUS C（FLC）属于MADS盒基因,它编码的蛋白转录因子对开花具抑制作用。春化作用通过负调控FLC的转录及蛋白表达水平,促进拟南芥的某些晚花生态型和晚花突变体开花。主要介绍了FLC基因在春化途径中的关键作用,及其春化作用通过FLC基因与其它开花途径相联系等内容。     

毛白杨PtFT1和PtFT2基因编码区克隆与表达模式分析

以毛白杨为材料,采用同源基因克隆法从毛白杨中分离了FT(FLOWERING LOCUS T)同源基因PtFT1和PtFT2编码区序列。测序结果表明PtFT1和PtFT2 编码区长度均为525bp,可编码174个氨基酸。蛋白序列比对发现这两个基因与拟南芥、葡萄等物种中FT同源基因所编码的氨基酸同源性达到75%以上, PtFT1 和 PtFT2 所推测的氨基酸序列包含FT类蛋白保守基序(LGRQTVYAPGWRQN)和两个关键性氨基酸残基Tyr84(Y),Gln139(Q)。系统进化分析进一步表明 PtFT1 和 PtFT2 属于FT亚家族成员。采用Real-time qRT-PCR技术检测 PtFT1 和 PtFT2 在各个组织部位中的表达模式,结果表明 PtFT1 和 PtFT2 在各个组织部位均有表达,但这两个基因的表达水平存在差异;两个基因在早期雌雄花芽(7月5日)表达量明显高于成熟雌雄花芽(翌年3月10日)表达量,进而推测在毛白杨中 PtFT1 和 PtFT2 的表达响应日照长短,长日照条件促进这两个基因的表达,它们可能在光周期调控的开花途径中促进花芽分化和开花发挥特定作用。这些研究对于阐明 PtFT1 和 PtFT2 在光周期开花调控途径中的作用机制具有重要意义,为进一步开展毛白杨开花调控基因工程研究奠定了工作基础。     

FLC基因表达在植物春化过程中的作用

在对以往有关不同开花途径研究简要总结的基础上综述了FLC基因在春化过程中的作用。近期以拟南芥不同生态型和突变体为模式的研究结果表明基因FLC可能是春化反应的关键基因。研究发现 ,FLC的表达水平与植株低温处理的时间呈数量关系 ,低温处理时间越长 ,FLC的表达越弱 ,去甲基化也可能对FLC起负调控的作用。同时FLC也存在于自主开花途径中 ,与其他基因共同作用以调节植株开花时间。而FLC的表达对开花起抑制作用。一系列研究表明 ,春化的低温作用可能在于相关基因的去甲基化 ,消除了FLC对开花的抑制作用 ,从而解除赤霉素合成途径的封锁最终导致植株在一定时期开花。     

Molecular analysis of two genes between let-653 and let-56 in the unc 22(IV) region of Caenorhabditis elegans

Summary A previous study of genomic organization described the identification of nine potential coding regions in 150 kb of genomic DNA from the unc-22(IV) region of Caenorhabditis elegans. In this study, we focus on the genomic organization of a small interval of 0.1 map unit bordered on the right by unc-22 and on the left by the left-hand breakpoints of the deficiencies sDf9, sDf19 and sDf65. This small interval at present contains a single mutagenically defined locus, the essential gene let-56. The cosmid C11F2 has previously been used to rescue let-56. Therefore, at least some of C11F2 must reside in the interval. In this paper, we report the characterization of two coding elements that reside on C11F2. Analysis of nucleotide sequence data obtained from cDNAs and cosmid subclones revealed that one of the coding elements closely resembles aromatic amino acid decarboxylases from several species. The other of these coding elements was found to closely resemble a human growth factor activatable Na⁺/H⁺ antiporter. Pairs of oligonucleotide primers, predicted from both coding elements, have been used in PCR experiments to position these coding elements between the left breakpoint of sDf19 and the left breakpoint of sDf65, between the essential genes let-653 and let-56.     

(Na + K)-ATPase activity of crude homogenates of rat skeletal muscle as estimated from their K-dependent 3-O-methylfluorescein phosphatase activity

A highly sensitive fluorimetric assay using 3-O-methylfluorescein phosphate as substrate was used in the determination of K⁺-dependent phosphatase activity in preparations of rat skeletal muscle. The gastrocnemius muscle was chosen because of mixed fibre composition. Crude, detergent treated homogenate was used so as to avoid loss of activity during purification. K⁺-dependent phosphatase activities in the range 0.19–0.37 μmol · (g wet weight)⁻¹ · min⁻¹ were obtained, the value decreasing with age and K⁺-deficiency. Complete inhibition of the K⁺-dependent phosphatase was obtained with 10⁻³ M ouabain. Using a KSCN-extracted muscle enzyme the intimate relation between K⁺-dependent phosphatase activity and (Na⁺ + K⁺)-activated ATP hydrolysis could be demonstrated. A molecular activity of 620 min⁻¹ was estimated from simultaneous determination of K⁺-dependent phosphatase activity and [³H]ouabain binding capacity using the partially purified enzyme preparation. The corresponding enzyme concentration in the crude homogenates was calculated and corresponded well with the number of [³H]ouabain binding sites measured in intact muscles or biopsies hereof.     

Functional interactions between the gene tetanic and the Shaker gene complex of Drosophila

Different phenotypes associated with the tetanic (tta) mutation such as appendage contraction, maternal effect and low viability and fertility are enhanced by one extra dose of the Shaker gene complex (ShC). The tta mutation is lethal with two extra doses of ShC. In addition, tta embryos have a defective nervous system. In this paper, I analyse the interaction between tta and ShC to gain insight into their relationship. Aneuploid analysis suggests that the lethality is due to an interaction of the tta mutation with the maternal effect (ME) region of this gene complex. Mutations in the ME region of ShC partially suppress this interaction. Trans-heterozygous combinations of MEI[l(1)305] and MEIII [l(1)459] mutations causes dominant lethality in a tta background. Trans-heterozygous combinations of an MEII [l(1)1359] mutation with the cited MEI and MEIII mutations are lethal in a tta background. Double mutant combinations and gene dosage experiments, suggest that tta also interacts with the viable (V) region of ShC. These specific genetic interactions indicate that tta and the ME and V regions of ShC are functionally related. These results, together with the previous electrophysiological, molecular and biochemical studies on these mutants suggest an interaction at the protein level. Thus, in the case of the V region, the tta gene product may modulate the activity of the K⁺ channels encoded in this region. Furthermore, the extreme dosage sensitivity of the interaction between tta and ShC suggests a stoichiometric requirement for the different gene products involved, which might be physically associated and form heteromultimers.     

Fluorescent labeling of (Na + K)-ATPase by 5-iodoacetamidofluorescein

5-Iodoacetamidofluorescein (5-IAF) covalently labels dog kidney (Na⁺ + K⁺)-ATPase with approximately 2 moles incorporated per mole of enzyme. ATPase and K⁺-phosphatase activities are fully retained after reaction, and the kinetic parameters for Na⁺, K⁺, Mg²⁺, ATP and p-nitrophenyl phosphate are likewise not significantly affected. The fluorescence of the bound 5-IAF is increased by ATP, Na⁺, and Mg²⁺, and decreased by K⁺. These fluorescence changes likely reflect ligand-induced stabilization of the E₁ or E₂ states of the enzyme.     

重金属Cr6+胁迫对茳芏生理生态特征的影响

采用盆栽模拟试验,研究了不同水平重金属Cr6+对茳芏生理生态的影响,探索了茳芏对重金属的抗性机理,充实有关盐沼植物的污染生态学研究。结果表明:(1)Cr6+胁迫对茳芏生物量具抑制作用;(2)叶绿素含量及叶绿素a/b比值显著降低,并对净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)及气孔导度(Gs)产生显著负面影响;(3)各浓度Cr6+胁迫对茳芏根系活力表现为抑制效应;(4)在Cr6+胁迫下,茳芏过氧化氢酶(CAT)活性均比对照低(除50mg/L外),超氧化歧化酶(SOD)活性随Cr6+浓度增加呈降低趋势,而过氧化物酶(POD)活性则持续上升。丙二醛(MDA)、细胞膜透性和脯氨酸(Pro)随Cr6+浓度增加显著增加,表明Cr6+胁迫对茳芏细胞质膜系统及主要细胞器的结构与功能都具有较强的破坏作用。     

基因CfATG6和CfATG14参与调控果生刺盘孢细胞自噬和致病力

【目的】炭疽病是油茶的主要病害,由刺盘孢属的多种真菌引起,其中果生刺盘孢分布范围最广、分离率最高,是油茶炭疽病的主要致病菌。研究自噬相关蛋白CfAtg6和CfAtg14的生物学功能,为进一步揭示果生刺盘孢通过细胞自噬调控致病的分子机制,并为油茶炭疽病的防治提供理论基础。【方法】根据同源重组原理,通过聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)介导的方法,在果生刺盘孢中敲除基因CfATG6和CfATG14,并进一步获得回补菌株ΔCfatg6-C和ΔCfatg14-C。【结果】酵母双杂交试验结果显示,果生刺盘孢蛋白CfAtg6和CfAtg14可能存在互作关系。生物学表型测定结果表明,相较于野生型和回补菌株,突变体ΔCfatg6和ΔCfatg14均表现出营养生长速率显著减慢,附着胞形成率分别只有野生型的5%和18%;突变体ΔCfatg6和ΔCfatg14致病力均极显著减弱,造成的油茶叶片病斑面积少于野生型和回补菌株的1/3;CfATG6和CfATG14基因缺失突变体均丧失转运和降解CfAtg8蛋白的能力,并对细胞壁胁迫更敏感。突变体ΔCfatg6的分生孢子产量显著降低,仅为野生型的20%左右;氧化胁迫试验结果表明,相较于野生型和回补菌株,过氧化氢对突变体的生长抑制率升高10%左右。内质网压力胁迫试验表明,ΔCfatg14对二硫苏糖醇抑制率升高5%以上。【结论】自噬相关基因CfATG6和CfATG14参与调控了果生刺盘孢生长发育、细胞自噬和致病力。     

Annular and non-annular binding sites on the (Ca + Mg)-ATPase

Quenching of the fluorescence of the (Ca²⁺ + Mg²⁺)-ATPase purified from muscle sarcoplasmic reticulum can be used to measure relative binding constants of hydrophobic compounds to the phospholipid-protein interface. We show that the binding constant for cholesterol is considerably less than that for phosphatidylcholine, so that cholesterol is effectively excluded from the phospholipid annulus around the ATPase. However, dibromocholestan-3β-ol causes quenching of the fluorescence of the ATPase, and so has access to other, non-annular sites. We suggest that these non-annular sites could be at protein/protein interfaces in ATPase oligomers. Oleic acid can bind at the phospholipid/protein interface, although its binding constant is less than that for a phosphatidylcholine, and it can also bind at the postulated non-annular sites. The effects of these compounds on the activity of the ATPase depend on the structure of the phospholipid present in the systems.