日本晚樱PrseSHP基因的克隆与功能分析

采用同源克隆方法结合RACE技术,从日本晚樱(Prunus lannesiana)品种‘大岛樱’中克隆到花发育调控相关的PrseSHP基因(GenBank登录号为GU362645)。PrseSHP基因序列全长1 223bp,包含1个长741bp的完整开放阅读框,编码246个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析表明,PrseSHP属MADS-box转录因子的PLE/SHP进化系,并与蔷薇科植物的SHP同源蛋白聚于同一进化分支;蛋白序列比对显示,该转录因子拥有M、I、K和C共4个结构域,且其C末端结构域中包含高度保守的AGⅠ和Ⅱ基序。基因表达分析表明,PrseSHP基因主要在‘大岛樱’的花瓣、雄蕊、雌蕊和幼果等器官中表达,在花萼中仅能检测到微弱的转录信号,在幼叶中不表达,与其他植物SHP同源基因的表达模式有一定的差别。功能分析显示,转PrseSHP基因拟南芥植株明显比野生型拟南芥弱小,转基因拟南芥在6~8片莲座叶后即抽薹开花,时间较野生型拟南芥(14~17片莲座叶后抽薹开花)明显提前,证明异位表达的PrseSHP基因能促进拟南芥早花,其在花发育过程中可能参与调控植物开花。     

小拟南芥ApZFP基因异源超表达促进拟南芥开花并提高耐逆性

锌指蛋白(ZFP)是一类重要的转录因子, 广泛参与植物的生长发育和非生物胁迫应答。新疆小拟南芥(Arabidopsispumila)又名无苞芥, 是十字花科短命植物, 具有高光效、繁殖力强和适应干旱等生物学特征, 而且比模式植物拟南芥(A.thaliana)更耐高盐胁迫。将前期克隆的小拟南芥锌指蛋白基因ApZFP通过花滴法转化到哥伦比亚生态型拟南芥(Col-0)中,获得了独立表达的转基因株系。表型观察发现, 过量表达ApZFP基因可促使拟南芥在长短日照下均提前开花。实时荧光定量PCR结果显示, 转基因拟南芥株系中, 光周期途径中的CO基因和年龄途径中的SPL基因表达上调; 春化、环境温度和自主途径中的FLC基因表达下调; 编码成花素的基因FT及下游开花相关基因AP1和LFY的表达量均升高。进一步通过盐、干旱和ABA胁迫处理ApZFP转基因株系的种子和幼苗, 发现在胁迫处理下, 与对照相比, 转基因拟南芥种子萌发率较高, 幼苗主根较长。因此推测, ApZFP在植物发育过程中具有多种功能, 可能既参与植物的开花转变过程, 又同其它植物的锌指蛋白基因一样, 参与植物的耐逆过程。     

转双价抗虫基因大白菜新种质的获得及其抗虫性分析

采用超声波辅助花粉介导方法,将双价抗虫基因BmkIT-Chitinase导入早熟型大白菜自交系20-19-3,最终获得了5个转基因大白菜优良自交系纯合株系Z1-5、Z2-7、Z9-6、Z11-6和Z20-13;以转基因大白菜株系和非转基因对照植株为材料,对BmkIT-Chitinase基因在大白菜中的遗传规律、基因表达及抗虫性进行进一步分析。结果显示:(1)转化株后代多代(T_1~T_4)PCR、Southern blotting等分子跟踪检测表明,目的基因已成功导入受体植株,且能够稳定遗传;用该转基因方法对大白菜进行基因转化所获得的转基因植株分析显示,外源基因多数以多拷贝形式整合于核基因组,少部分外源基因以单拷贝形式整合。(2)Elisa分析结果证明,所导入的外源基因可高效表达,T4代株系新鲜叶片中表达产物量最高达到0.069μg·g~(-1)左右。(3)转基因株系田间抗虫性统计分析表明,转化株系与对照在抗虫性方面有显著差异,其对小菜蛾及菜青虫抗性普遍提高2~3级。研究认为,转BmkIT-Chitinase基因大白菜中BmkIT-Chitinase基因的表达可有效提高大白菜的抗虫性。     

PTLF-PTAG-IR对转基因烟草开花的抑制效应

PTLF(LEAFY同源基因)和PTAG(AGAMOUS同源基因)是杨树中控制花发育的重要基因,为了解RNA干涉同时抑制PTLF和PTAG对花发育的影响,本研究采用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法将35S::PTLF-PTAG-IR导入烟草(Nicotiana tabacum)。经PCR检测获得了15株阳性转化株系,进一步的Southern分析证实PTLF-PTAG-IR基因已整合到烟草基因组中。荧光定量分析结果显示,转基因烟草内源NFL(LEAFY同源基因)和NAG1(AGAMOUS同源基因)的表达量均低于野生型。对开花时间调查的结果表明:与野生型烟草相比,53.3%的转基因株系开花受到完全的抑制,26.7%的转基因株系开花时间平均推迟34.3d,仅20%的转基因株系与野生型在同一时期开花。另外,对转基因烟草花器官的观察发现花瓣形态,雄蕊着生方式、数目等方面发生变异,这些研究结果表明过量表达35S::PTLF-PTAG-IR对烟草花发育起到抑制作用,本研究将为利用转基因手段获得不育材料提供参考。     

光周期途径植物开花决定关键基因FT

随着分子生物学的快速发展,大量与光周期途径开花相关的基因已经被发现和克隆,刀(FLOWER-ING LOCUS T)是光周期途径植物开花时间决定关键基因,并认为刀基因表达产物可能就是人们长期追寻的开花刺激物质,这种开花刺激物质经过叶片到茎尖的长距离运输,最终引起茎顶端开花起始.目前已在多种植物中分离出FT同源基因,并通过转基因证明FT基因的表达可促进植物提早开花.本文对国内外关于FT基因家族的研究进展进行综述,旨在为进一步深入研究FT基因功能提供参考.     

利用Cre/lox重组系统获得无选择标记的SKTI抗虫转基因烟草

将置于两个同向lox位点之间的Bar基因表达盒与大豆胰蛋白酶抑制剂SKTI基因表达盒融合后获得相应植物表达载体,转化烟草Wisconsin 38后获得对棉铃虫具有明显抗性的SKTI转基因植株。SKTI转基因植株通过叶盘二次转化法导入Cre基因,对再生植株叶盘进行Basta的抗性检测,检测Bar基因的删除情况。结果表明:绝大多数再生植株对应叶盘在含8 mg/L PPT的筛选培养基上无法再生,Bar基因被删除的效率在38%~100%之间。对Bar基因删除区域进行PCR及克隆测序后发现Bar基因表达盒被精确删除。对Bar基因删除植株开花自交获得的分离后代进行NPTⅡ抗性检测,5株NPTⅡ敏感植株分子检测显示均只含有SKTI基因而无Cre基因存在,为无选择标记基因的SKTI转基因植株。     

转基因植物中外源基因的沉默及应对策略

随着转基因技术在作物育种领域的应用,转基因植物中外源基因表达量低的现象较为普遍。导致外源基因表达量低的主要原因是基因沉默。外源基因沉默可分为转录水平的基因沉默和转录后水平的基因沉默。如何应对基因沉默,提高外源基因的表达量,是转基因技术发展亟待解决的问题。     

不结球白菜晚抽薹BcFLC3基因的克隆及表达分析

根据大白菜BcFLC3基因(GenBank登录号AY036890.1)保守域序列设计引物,扩增不结球白菜晚抽薹BcFLC3基因的核心片段,结合RACE技术获得该基因1 017 bp的全长cDNA序列.序列分析结果表明,该cDNA包含完整开放阅读框,编码197个氨基酸的蛋白质,其分子量为21.62 kD,等电点9.36.荧光定量 PCR分析表明,不结球白菜经4℃低温处理后,BcFLC3基因在叶片中的表达量抽薹前明显高于抽薹后;低温处理后BcFLC3基因在不同部位的表达量存在明显差异,表达量由高到低依次为叶、茎、花蕾、花和根.Southern杂交结果表明,BcFLC3基因在不结球白菜基因组中为多拷贝.     

应用SELEX技术检测水稻RFL转录因子的DNA结合位点

FLORICAULA/LEAFY是植物特有的转录因子,其可以通过调控下游基因的表达对植物的发育起到调控作用。水稻(Oryza sativa)中的同源基因RFL(Rice FLORICAULA/LEAFY)能够调控多个发育过程,包括开花、叶间期以及枝梗和颖花分化。指数富集配体的系统进化(SELEX)技术已经被广泛应用于体外筛选转录因子的DNA结合位点。应用SELEX技术检测水稻RFL的DNA结合序列,经过7次PCR循环富集过程获得结合特异序列,通过测序和MEME分析,鉴定到RFL的DNA结合序列为(C/A)(C/T)NN(T/C/A)G(G/T)。实验结果为进一步阐明RFL分子功能奠定了基础。     

Effects of sugar on vegetative development and floral transition in Arabidopsis

Although sugar has been suggested to promote floral transition in many plant species, growth on high concentrations (5% [w/v]) of sucrose (Suc) significantly delayed flowering time, causing an increase in the number of leaves at the time of flowering in Arabidopsis. The effect of high concentrations of Suc seemed to be metabolic rather than osmotic. The delay of floral transition was due to extension of the late vegetative phase, which resulted in a delayed activation of LFY expression. In addition, growth on low concentrations (1% [w/v]) of Suc slightly inhibited flowering in wild-type plants. This delay resulted from effects on the early vegetative phase. This inhibition was more pronounced in tfl1, an early flowering mutant, than in the wild type. Although 1% (w/v) Suc was reported to promote floral transition of late-flowering mutants such as co, fca, and gi, floral transition in these mutants was delayed by a further increase in Suc concentration. These results suggest that sugar may affect floral transition by activating or inhibiting genes that act to control floral transition, depending on the concentration of sugars, the genetic background of the plants, and when the sugar is introduced. Growth on 1% (w/v) Suc did not restore the reduced expression levels of FT and SOC1/AGL20 in co or fca mutants. Rather, expression of FT and SOC1/AGL20 was repressed by 1% (w/v) Suc in wild-type background. The possible effects of sugar on gene expression to promote floral transition are discussed.     

拟南芥AtLH基因过量表达引起叶向下性卷曲和晚开花

AtLH基因是BcpLH基因在拟南芥(Arapsis thaliana L.)中的同源基因,含有两个编码双链RNA结合蛋白的结构域.在大白菜叶球发育过程中,BcpLH基因与包叶的卷曲有关.为研究AtLH的基因对叶卷曲这一重要生物学现象的调控作用,构建了35S:AtLH基因的正义表达载体并转化拟南芥.与野生型比较页言,转基因植株的花和叶中AtLH的表达量有显著增加,成为AtLH基因过量的植株.这些植株的莲座叶向外或向下卷曲,呈现明显的偏上性生长;而且抽苔和开花时间延迟;在营养生长期其短缩茎的叶腑处着生数个侧茎,表现为顶端优势减弱;在生殖生长期二级花序减少使得主花序更加发达,表现为顶端优势增强,转基因植株对激素的敏感性改变,IAA剌激根生长的作用增强,ABA抑制根生长的作用减弱.由此可见,AtLH基因的过量表达可引起转基因植株的叶片向下卷曲.     

拟南芥AtLH基因过量表达引起叶向下性卷曲和晚开花(英文)

AtLH基因是BcpLH基因在拟南芥(Arabidopsis thealiana L.)中的同源基因,含有两个编码双链RNA结合蛋白的结构域。在大白菜叶球发育过程中,BcpLH基因与包叶的卷曲有关。为研究AtLH基因对叶卷曲这一重要生物学现象的调控作用,构建了35S:AtLH基因的正义表达载体并转化拟南芥。与野生型比较而言,转基因植株的花和叶中AtLH的表达量有显著增加,成为AtLH基因过量表达的植株。这些植株的莲座叶向外或向下卷曲,呈现明显的偏上性生长;而且抽苔和开花时间延迟;在营养生长期其短缩茎的叶腋处着生数个侧茎,表现为顶端优势减弱;在生殖生长期二级花序减少使得主花序更加发达,表现为顶端优势增强;转基因植株对激素的敏感性改变,IAA刺激根生长的作用增强,ABA抑制根生长的作用减弱。由此可见,AtLH基因的过量表达可引起转基因植株的叶片向下卷曲。     

Aa TFL1 confers an age-dependent response to vernalization in perennial Arabis alpina

Flowering of many plants is induced by environmental signals, but these responses can depend on the age of the plant. Exposure of Arabidopsis thaliana to vernalization (winter temperatures) at germination induces flowering, whereas a close perennial relative Arabis alpina only responds if exposed when at least 5 weeks old. We show that vernalization of these older A. alpina plants reduces expression of the floral repressor PEP1 and activates the orthologs of the Arabidopsis flowering genes SOC1 (Aa SOC1) and LFY (Aa LFY). By contrast, when younger plants are vernalized, PEP1 and Aa SOC1 mRNA levels change as in older plants, but Aa LFY is not expressed. We demonstrate that A. alpina TFL1 (Aa TFL1) blocks flowering and prevents Aa LFY expression when young plants are exposed to vernalization. In addition, in older plants, Aa TFL1 increases the duration of vernalization required for Aa LFY expression and flowering. Aa TFL1 has similar functions in axillary shoots, thus ensuring that following a flowering episode vegetative branches are maintained to continue the perennial life cycle. We propose that Aa TFL1 blocks flowering of young plants exposed to vernalization by setting a threshold for a flowering pathway that is increased in activity as the shoot ages, thus contributing to several perennial traits.     

雄性不育相关基因msLTP的反义RNA验证

根据普通白菜雄性不育相关的脂质转移蛋白基因(msLTP)的cDNA序列设计引物,从普通白菜花蕾的cDNA中扩增出312bp的片段,然后将该片段连接至双元载体pBI12l中,得到反义RNA植物表达载体并导入农杆菌LBA4404菌株中,通过农杆菌介导法转化菜心;利用PCR和Southern blot分析检测得到了25株转基因植株,转基因植株的花粉部分畸形或空瘪,花粉离体萌发率为38.56%,较未转化植株的萌发率(76.32%)降低了37.76个百分点.研究表明,反义RNA技术使msLTP基因沉默而导致了菜心转基因植株的部分花粉发育不良,说明msLTP基因在普通白菜和菜心等花粉发育中具有重要作用.