死亡信号传递: 叶绿体与线粒体间信号交流调控植物程序性细胞死亡

程序性细胞死亡(PCD)是生物体受遗传调控的自主细胞死亡现象, 在植物生长发育和抵抗环境胁迫中起重要作用。PCD的发生可受线粒体中活性氧(ROS)诱导。中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组早期的研究发现了1个拟南芥(Arabidopsis thaliana)细胞死亡突变体mod1, 并暗示植物细胞中存在叶绿体与线粒体之间的信号交流调控PCD, 但其中的具体作用机制尚不清楚。最近, 他们通过大规模筛选mod1突变体的抑制突变体, 克隆了3个新的抑制基因plNAD- MDH、DiT1和mMDH1。此3个基因分别编码质体定位的NAD依赖的苹果酸脱氢酶、叶绿体被膜定位的二羧酸转运蛋白1和线粒体定位的苹果酸脱氢酶1, 突变后都可抑制mod1中ROS的积累及PCD的发生。通过对这些基因进行深入的功能分析, 他们论证了苹果酸从叶绿体到线粒体的转运对线粒体中ROS的产生及随后PCD的诱导起重要作用。该研究拓展了我们对植物细胞中细胞器间交流的认识, 为我们深入理解植物PCD发生机制提供了新线索, 是该领域的一项突破性进展。     

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.     

拟南芥活性氧不敏感型突变体的筛选与特性分析

采用 EMS化学诱变方法与 H2 O2 氧化胁迫选择 ,以根在重力作用下的弯曲生长为指标 ,筛选得到拟南芥活性氧不敏感型突变体。对突变体杂交后代遗传分析表明 ,突变株对活性氧不敏感性状为隐性单基因突变所致 ;生理生化分析表明突变体对 H2 O2 有很强的抗性 ,表现为气孔开度对 H2 O2 不敏感和 H2 O2 胁迫时较低的膜脂过氧化水平。运用 L SCM技术并结合 H2 O2 荧光探针 H2 DCFDA检测外源 ABA诱导保卫细胞内产生 H2 O2 的情况 ,结果显示突变体体内荧光强度比对照低 ,暗示了突变体体内消除 H2 O2 的能力可能有所提高 ,增强了植株对氧化胁迫的抗性。拟南芥活性氧不敏感突变体的筛选 ,不仅为人们深入研究活性氧在细胞内的作用提供良好的实验材料 ,而且还将大大加深人们对信号转导途径的再认识     

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。     

拟南芥活性氧不敏感型突变体筛选与特性分析

采用EMS化学诱变方法与H2O2氧化胁迫选择,以根在重力作用下的弯曲生长为指标,筛选得到拟南芥活性氧不敏感型突变体。对突变体杂交后代遗传分析表明,突变株对活性氧不敏感性状为隐性单基因突变所致;生理生化分析表明突变体对H2O2有很强的抗性,表现为气孔开度对H2O2不敏感和H2O2胁迫时较低的膜脂过氧化水平。运用LSCM技术并结合H2O2荧光探针H2DCFDA检测外源ABA诱导保卫细胞内产生H2O2的情况,结果显示突变体体内荧光强度比对照低,暗示了突变体体内消除H2O2的能力可能有所提高,增强了植株对氧化胁迫的抗性。拟南芥活性氧不敏感突变体的筛选,不仅为人们深入研究活性氧在细胞内的作用提供良好的实验材料,而且还将大大加深人们对信号转导途径的再认识。     

活性氧与植物细胞编程性死亡

在各种条件诱导的植物细胞编程性死亡(PCD)过程中都有活性氧的参与,H2O2和O2可能是参与PCD调节的最重要的活性氧.文中概述了活性氧与植物细胞编程性死亡的关系以及活性氧的生成调节和与其它一些信号物质之间可能的相互作用.     

拟南芥金属蛋白酶FtSH4通过生长素与活性氧调控叶片衰老

植物金属蛋白酶Ft SH基因家族在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中有12个成员,目前各基因的功能还不清楚。该文利用细胞生物学和遗传学方法初步分析了拟南芥FtSH4在叶片衰老中的功能。ftsh4-4突变体叶片中H_2O_2含量及细胞死亡率增加,叶绿素含量降低;此外,突变体中过氧化物酶基因表达上调,过氧化物酶活性增加,出现早衰表型。外源抗氧化剂As A、内源和外源生长素能够通过降低ftsh4-4体内H_2O_2含量、过氧化物酶基因的表达及过氧化物酶活性,恢复ftsh4-4叶片的衰老表型。ftsh4-4突变体中生长素响应因子基因ARF2和ARF7上调表达,外源生长素和抗氧化剂能够降低ARF2和ARF7的表达,并且ARF2突变能够降低ftsh4-4的H_2O_2含量并恢复其早衰表型。以上结果表明,FtSH4基因通过生长素与活性氧在调控植物叶片衰老中起重要作用。     

拟南芥角质层发育突变体中WBC11基因的分析与鉴定

从拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)突变体库中筛选到一个发育突变体ku7fy1,其突变表型为叶片狭长,生长缓慢。该研究利用图位克隆技术和候选基因测序鉴定出ku7fy1角质层发育基因(white-brown complex11,WBC11)有一个点突变。对该突变体cDNA测序结果显示,WBC11基因的突变导致其第7个内含子在形成成熟mRNA时无法被正常剪切,使该突变体内WBC11的mRNA大量降解并在翻译时提前引入终止密码子。甲苯胺蓝染色实验显示,突变体叶片表面角质层有缺陷;遗传互补实验进一步证明,突变体ku7fy1中的突变基因是WBC11,ku7fy1表型是由WBC11突变造成的。     

拟南芥温度诱导脂质运载蛋白TIL1参与雌配子体发育

雌配子体的正常发育是种子形成的前提条件之一,拟南芥温度诱导的脂质运载蛋白编码基因TIL1突变使胚珠败育,结实率下降明显。基因表达分析表明T-DNA插入使得TIL1基因敲除,突变体TIL1基因功能缺失;互交实验、Alexander染色、花粉离体培养和胚珠透明实验结果表明till-1突变体雄配子体发育正常、雌配子体胚囊发育有缺陷;通过遗传互补实验证明外源克隆的TIL1基因能恢复突变体的败育表型,并确定了TIL1基因主要在胚珠的胚囊中表达。实验结果表明TIL1基因参与了植物雌配子体发育这一重要的生理过程。     

CO_2浓度和温度对甘肃风毛菊生理特性的协同影响

该研究以分布在青藏高原东缘的特有种菊科风毛菊属植物甘肃风毛菊为材料,利用CO_2人工气候箱模拟CO_2浓度升高和温度变化,分析其对甘肃风毛菊各项生理指标的影响。结果表明:CO_2浓度和温度升高对甘肃风毛菊的生理指标影响显著,存在显著的交互作用。在CO_2浓度为550μmol·mol~(-1)时,甘肃风毛菊叶片叶绿素总量、可溶性糖和可溶性蛋白含量达到最大值,而丙二醛(MDA)和超氧阴离子自由基含量均为最小值;在较高温度下,甘肃风毛菊叶片叶绿素总量、可溶性糖和可溶性蛋白含量均增加;丙二醛(MDA)和超氧阴离子自由基含量均降低。当CO_2浓度为550μmol·mol~(-1)时,升高温度能显著提高甘肃风毛菊叶片的叶绿素总量、可溶性糖和可溶性蛋白含量,并且显著减少丙二醛(MDA)和超氧阴离子自由基含量。该研究表明CO_2浓度和温度的升高对甘肃风毛菊的生长具有一定的促进作用。     

广西柳树桑寄生内生真菌的分离鉴定与抗肿瘤活性菌株筛选

该研究从广西钦州市采集健康的柳树桑寄生的根、茎和叶中分离并纯化内生真菌,对真菌进行形态学鉴定,提取内生真菌的DNA,采用真菌ITS序列对内生真菌进行分子鉴定。利用A549和H460细胞作为抗肿瘤活性指示细胞,采用MTT法测定真菌乙酸乙酯提取物的抗肿瘤活性。经过初步分离分析,从柳树桑寄生中纯化出27株内生真菌,经鉴定它们分别属于7个目9个属15个种。拟盘多毛孢属和间座壳属为优势属,其中拟盘多毛孢属全部定植于寄生根;其次为新壳梭孢属、拟茎点霉属和球座菌属,各分离到3株;其他包括青霉属、镰刀菌属、炭疽菌属和派伦霉属,各分离到1株。抗肿瘤活性研究表明,有一株与Pestalotiopsis protearum的ITS序列相似性达100%的拟盘多毛孢属菌株Gen24表现有抑制肿瘤细胞A549和H460生长的特性,在真菌乙酸乙酯浸提物浓度为800μg·mL~(-1)时,对A549细胞的抑制率达到了56.92%,对H460细胞的抑制率达到了70.11%。该研究结果表明广西柳树桑寄生内生真菌较丰富,在寄主中的分布表现了一定的组织特异性,而且还存在一些具有抗肿瘤活性的菌株及其活性物质可供进一步深入研究。     

利用DNA片段测序方法探究枳属和富民枳的分类地位

富民枳(Poncirus polyandra)属于芸香科(Rutaceae)枳属(Poncirus Raf.).自发表以来,分类地位一直备受争议,其中在Flora of China中认为富民枳为柑橘杂交种(Poncirus polyandra),把枳属归并于柑橘属(Citrus).该研究选取枳属的富民枳、枳(Ponci...     

AgNO3对橡胶树花药愈伤组织形态及体胚发生的影响

橡胶树的花药愈伤组织在长期继代过程中,胚性易下降甚至丧失;而AgNO3作为乙烯活性抑制剂,被广泛应用于植物组织培养中.该研究以继代培养4 a以上的热研7-33-97花药愈伤组织为材料,在继代培养基中添加2.5 mg·L-1 AgNO3预培养35 d后,观察预培养前后愈伤组织表形及其细胞形态的变化,并设计不同浓度AgNO3及不同处理时间对其进行体胚诱导,90 d后分别统计胚状体总数和正常胚数.结果表明:浅黄色质地柔软的愈伤组织在含AgNO3的培养基上预培养后能转变成鲜黄色易碎愈伤组织,在倒置显微镜下前者大多表现为不规则多边形,细胞内含物较稀薄;而后者则呈圆形或椭圆形,细胞内含物丰富,属于典型的胚性细胞.在体胚诱导的第1个月添加5 mg·L-1 AgNO3能显著促进体胚的发生,AgNO3浓度升至10 mg·L-1时体胚发生受到抑制,且畸形胚的形成率显著增加;在含5 mg·L-1 AgNO3的培养基中培养2个月以上,体胚发育明显受阻,大部分形成畸形胚.该研究结果在一定程度上恢复了橡胶树长期继代花药愈伤组织的胚性能力,并提高了其体胚发生频率,为橡胶树花药胚性愈伤组织长期继代培养过程中胚性的保持提供了参考.     

牛流行热病毒糖蛋白G1抗原表位在毕赤酵母中的表达和抗原性鉴定

从包含牛流行热病毒G蛋白基因的质粒pMD-G中克隆G₁抗原表位区基因,亚克隆进表达载体pPIC9K,构建重组载体pPIC9K-G₁,线性化后电转化毕赤酵母GS115,通过G418压力和PCR法筛选阳性重组酵母进行诱导表达。经SDS-PAGE、脱糖基化分析、Western blot、ELISA、兔体免疫实验和特异性分析,表明该基因在GS115中表达并进行了适度的糖基化,表达蛋白有良好的生物学活性和特异性,可作为包被抗原,开发ELISA诊断试剂盒。     

牛流行热病毒糖蛋白G1抗原表位在毕赤酵母中的表达和抗原性鉴定

从包含牛流行热病毒G蛋白基因的质粒pMD-G中克隆G₁抗原表位区基因,亚克隆进表达载体pPIC9K,构建重组载体pPIC9K-G₁,线性化后电转化毕赤酵母GS115,通过G418压力和PCR法筛选阳性重组酵母进行诱导表达。经SDS-PAGE、脱糖基化分析、Western blot、ELISA、兔体免疫实验和特异性分析,表明该基因在GS115中表达并进行了适度的糖基化,表达蛋白有良好的生物学活性和特异性,可作为包被抗原,开发ELISA诊断试剂盒。     

血红蛋白A2现象发生机制的研究——“红细胞HbA2”为HbA2与HbA的结合产物

为了弄清血红蛋白A₂现象的发生机制,我们对“红细胞HbA₂”的化学组成进行了分析。“红细胞HbA₂”的双向电泳结果表明,它含有两种血红蛋白成分:一种相当于HbA,另一种很可能是溶血液HbA₂。其单向二次电泳结果也证明,它是由溶血液HbA₂和HbA所组成。结果初步说明,盘红细胞中HbA₂可能与HbA结合存在。两者可能有相互作用,也许这是产生血红蛋白A₂现象的原因。     

AgNO_3对颠茄毛状根生物碱及关键酶基因表达的影响

为了研究不同浓度AgNO_3对颠茄毛状根生长过程中托品烷类生物碱及影响其合成关键酶基因表达的影响,该研究使用五种不同浓度的AgNO_3处理黑暗培养12 d的颠茄毛状根,2 d后收集毛状根并测定其鲜、干质量、托品烷类生物碱的含量、部分生理指标(MDA、Pro、可溶性糖、可溶性蛋白)、关键酶基因(pmt、trI、h6h)表达量。结果表明:AgNO_3虽然抑制了颠茄毛状根的生长,但却促进了托品烷类生物碱的积累,与对照相比,50、100、150μmol·L~(-1)处理均显著性地提高了托品烷类生物碱的产量。同时在150μmol·L~(-1)处理下,毛状根代谢途径中MDA与对照相比均具有显著性的提高,脯氨酸含量在150μmol·L~(-1)下也有了显著性提高,达到了5.92μg·g~(-1)FM,是对照的2.91倍。可溶性糖与可溶性蛋白含量在150μmol·L~(-1)浓度下处理时其含量分别是对照的1.55倍和1.67倍。托品烷类生物碱合成过程中关键酶基因(pmt、trI、h6h)的表达量在不同浓度AgNO_3处理下均有不同程度的提高。由此可以推断,AgNO_3在150μmol·L~(-1)处理下,可能通过调控脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖这几种初级代谢产物或某几种关键酶基因的表达来影响颠茄毛状根托品烷类的合成。     

白及小分子热激蛋白BsHsp17.3基因的克隆与表达分析

为了探索人工栽培白及的适宜条件,该研究以湖北省十堰市野生白及为对象,采用同源克隆和3'RACE技术,从白及(Bletilla striata)中获得与热激蛋白合成有关的BsHsp17.3基因,并分析BsHsp17.3基因对不同胁迫的响应。结果表明:BsHsp17.3基因开放阅读框长度为453 bp,编码150个氨基酸;蛋白的分子量为17.42 kD,等电点为6.33。进化树分析表明BsHSP17.3蛋白与同为兰科的铁皮石斛进化关系较近,同在一分支上。半定量RT-PCR分析显示BsHsp17.3基因在白及根、叶、鳞茎及花组织中的表达具有特异性,且BsHsp17.3基因在叶中的表达量较高,在鳞茎及花中不表达。实时荧光定量PCR检测显示BsHsp17.3对非生物胁迫高温、低温具有明显应答反应,20%PEG模拟干旱胁迫不诱导该基因表达,推测该基因在白及防止倒苗过程中可能发挥一定作用。     

葱属Anguinum亚属4种19居群的核型研究

石蒜科(Amaryllidaceae)葱亚科(Allioideae)葱族(Allieae)葱属(Allium)的Anguinum亚属在中国分布有6种2变种,该亚属植物具有重要的药用价值。该研究在扩大样本量和覆盖范围的基础上,采用常规压片法对葱属Anguinum亚属4种植物19居群的染色体核型进行了研究,首次报道了心叶韭(Allium ovalifolium var.cordifolium)的核型。结果表明:供试类群中茖葱都为四倍体,对叶韭和心叶韭都为二倍体,太白韭具有二倍体和四倍体,染色体基数均为x=8,核型类型都为2A型,每个居群都具有随体染色体,随体染色体多为st染色体,随体均位于短臂末端,并且对叶韭眉县居群和太白韭聂拉木居群存在B染色体。结合前人研究结果讨论了Anguinum亚属植物的染色体特征、随体染色体的多态性和该亚属植物的进化方式,探讨了茖葱(Allium victorialis)和对叶韭(A.listera)的细胞地理学问题。得到如下推论:(1)染色体加倍和结构变异是Anguinum亚属进化的两种重要机制,环境异质性使得Anguinum亚属植物随体染色体具较高的多态性;(2)茖葱通过多倍化和无性繁殖并存来扩大居群;(3)染色体形态变异是对叶韭适应环境变异的重要方式。