木薯SWEETs基因家族生物信息学及表达特性研究

SWEET (sugars will eventually be exported transporters)是植物中新发现的一类编码糖转运蛋白的基因,它在植物生长发育及糖代谢过程中发挥重要作用。该基因家族在木薯(Manihot esculenta)中尚未有详细的报道。本研究从Phytozome数据库获得了28个木薯SWEET候选基因并对其进行生物信息学分析,在华南124的木薯苗中通过荧光定量实验检测SWEET基因在旱胁迫下的表达水平。结果发现木薯SWEET基因被分为4簇,主要分布在第6条和第14条染色体上,编码234 aa与302 aa之间的氨基酸序列;木薯SWEET基因家族的表达在旱胁迫条件下发生了变化,其中明显上调的基因有9个,包括MeSWEET1b、MeSWEET2a、MeSWEET6、MeSWEET9a、MeSWEET9b、MeSWEET12、MeSWEET15a、MeSWEET15b和MeSWEET16c;而表达量明显下调的基因也有9个,为MeSWEET2b、MeSWEET3b、MeSWEET4、MeSWEET7、MeSWEET11、MeSWEET16a、MeSWEET16b、MeSWEET17a和MeSWEET17c。这些结果为进一步阐明SWEET基因家族在木薯中的功能提供理论依据。     

PRRs家族功能基因的研究进展

PRRs家族基因作为生物钟核心振荡器的主要组分,在植物光周期控制开花途径中起抑制作用,并通过调控ABA等方式影响植物抗逆性,对植物生物量的积累有重要影响,在植物生长发育过程中起重要作用。综述了PRRs家族基因的结构特征、光周期调控作用模型及其对逆境的响应方式,将为进一步研究PRRs家族基因的功能和培育优质广适性作物品种提供理论参考。     

水稻锌指蛋白基因OsBBX6的克隆、表达及生物信息学分析

锌指蛋白作为植物体内一类重要的转录因子,对植物生长发育、基因调控以及响应外界环境变化方面发挥重要作用。Os BBX6基因属于水稻锌指蛋白B-Box基因家族成员,启动子元件分析发现其含有高温应答元件(HSE)、干旱应答元件(MBS)及非生物胁迫响应元件(TC-rich repeats)等逆境相关元件。组织特异性定量表达分析表明,Os BBX6在叶片中表达最高,根其次,茎和幼穗中表达最低。胁迫处理后的荧光定量PCR发现其受低温诱导上调,受高温、干旱、盐胁迫等抑制表达,表明其正向响应低温胁迫,负向响应高温、干旱、盐胁迫等。另外,本研究还克隆了OsBBX6基因,并对其进行了系统进化、蛋白跨膜、蛋白亚细胞定位及OsBBX6基因共表达等分析,为进一步研究其生物学功能奠定基础。     

青藏高原北部戈壁植物群落物种、功能与系统发育β多样性分布格局及其影响因素

戈壁荒漠广泛分布于全球干旱和极旱区域, 是我国陆地生态系统的重要组成部分。由于自然环境恶劣和交通条件限制, 目前有关戈壁植物群落物种、功能和系统发育等多维度β多样性形成机制的系统研究还很缺乏, 严重制约着对戈壁植物多样性维持机制的认知。本文以青藏高原北部61个典型戈壁生境植物群落为研究对象, 通过构建系统发育树和测量8个关键功能性状, 获取戈壁生境的物种、功能和系统发育β多样性, 比较3个维度β多样性格局与零模型的差异, 同时量化环境距离和地理距离对其的相对影响, 以探讨戈壁植物多样性的形成机制。结果显示: (1)戈壁植物的物种、功能和系统发育β多样性均表现出显著的距离衰减效应; (2)戈壁植物的物种、功能和系统发育β多样性均表现为非随机的格局; (3)由于功能性状趋同进化, 植物功能和系统发育β多样性变化趋势并不一致; (4)环境差异对植物3个维度β多样性均有着比空间距离更为重要的影响, 且土壤含水量、地表砾石盖度等局域生境因素的影响比气候更为强烈。以上结果表明, 戈壁植物的β多样性可能主要由局域生境过滤作用控制, 且不同维度的β多样性分布格局并不一致。     

植物花青素合成代谢途径及其分子调控

植物花青素是一种天然食用色素,具有安全、无毒的特点,具有预防心脑血管疾病、保护肝脏与抗癌等多种重要的营养和药理功能。因此,花青素在食品、医药保健、园艺和作物改良等方面均具有重要研究价值和应用潜力。该文综述了植物花青素合成代谢途径及其分子调控研究进展,概述了植物花青素的生物合成、代谢以及积累过程,重点介绍了影响植物花青素代谢的结构基因和调控基因及其作用机制,同时展望了花青素合成代谢相关基因的研究应用前景和发展趋势。     

植物DNA甲基化研究进展

DNA基化是一种重要的表观遗传修饰方式,强烈地影响植物染色质结构和基因的表达,因此植物DNA基化的研究对植物生长发育及进化过程的研究发展起着重要作用。本文概述了植物DNA基化的特征,并对植物DNA基化的发生机制、生物学功能、检测分析方法等方面进行了综述,旨在深入了解DNA基化对植物的影响。     

黄瓜花叶病毒基因沉默载体的病毒含量和症状分析

病毒诱导的基因沉默(Virus-induced Gene Silencing, VIGS)已被广泛应用于植物基因功能研究,具有操作容易、较短时间内即可观察到沉默效果、成本较低的特性.黄瓜花叶病毒(Cucumber Mosaic Virus, CMV) VIGS载体已经应用于沉默辣椒、烟草、大豆等植物基因,对于研究植物基因功能有重要作用.研究以CMV的Fny株系(CMV-Fny)RNA2中2b基因缺失载体CMV-F209△2b和表达2b基因N端61个氨基酸的载体CMV-F2092b61aa为对象,插入不同长度的外源基因gfp片段后,分析CMV VIGS载体在本氏烟植株上的病毒表达含量及诱导产生的病毒症状.结果表明,插入外源基因片段后,病毒外壳蛋白(Coat Protein, CP)基因RNA表达水平均明显降低.携带不同长度gfp序列的重组病毒CMVF2092b61aa-gfp₁₀₀、 CMVF2092b61aa-gfp₂₀₀和CMVF2092b61aa-gfp₃₅₀其CP RNA含量比装载最适长度gfp序列的CMVF209...     

植物AP1基因研究进展(综述)

AP1(APETALA1)基因属于植物花分生组织特征基因和花器官形态特征基因,在控制植物花分生组织特性与花器官的形成过程中起着重要的作用。本文综述了近年来植物AP1基因结构、功能、表达调节及其与物种进化关系研究的新进展,并对其在果树上的应用研究进行分析和展望。     

植物中介体的组成及功能和表达特性研究进展

中介体是一种大分子蛋白复合物,由至少25个亚基组成,是转录因子和转录起始复合物间信息传递的平台。中介体在植物蛋白编码基因和非蛋白编码基因的转录调控中均发挥重要的作用,是植物生长发育和胁迫抗性中不可缺少的关键调节因子。不同中介体亚基基因的功能缺失导致植物生长发育的表型变异不同,说明单个中介体亚基的功能缺失并没有影响全基因组基因的整体表达水平,而仅仅改变了特异靶基因的表达水平。可见,植物不同的发育进程和信号途径由特定的中介体亚基基因所调控,阐明不同中介体亚基的功能对于全面了解植物的发育和胁迫响应具有重要的意义。该文结合近年来国内外有关植物中介体研究的成果,对植物中介体复合物的结构和组成、植物中介体在植物发育调控中的功能以及植物中介体亚基基因的组织表达特性等方面的研究进展进行综述,并对植物中介体将来的研究进行展望。     

小麦长链非编码RNA的预测及功能分析

生物体有部分基因被转录成RNA,但是不编码相应蛋白质,称为长链非编码RNA(lncRNA)。它们参与基因的表观调控,这一过程对动物、植物的生长发育都有重要作用,但是,目前植物中发现和研究的lncRNA较少。为了研究lncRNA在植物中的功能,本研究建立了基于小麦全长cDNA的lncRNA识别程序。从6162条小麦全长cDNA中发现了231条lncRNAs,并从中鉴定出两个新miRNAs,这表明lncRNAs可以通过形成miRNAs前体基因形成其功能。此外,通过序列富集分析,我们从小麦lncRNAs中鉴定出三个保守的调控元件,结果显示小麦lncRNAs可能通过和其它蛋白质或DNA等分子作用,进而参与小麦生长、发育等过程的调控,这些结果对进一步研究植物体内的lncRNA的功能和作用机制具有重要意义。     

植物物种形成的模式与机制

物种形成是指由已有的物种通过各种进化机制进化出新物种的过程。持续不断的物种形成产生了地球上灿烂的生物物种多样性。然而,研究人员对物种形成的模式与机制的了解却非常有限。一直以来,谱系分裂被认为是最重要的物种形成模式,但在植物中,谱系融合,即通过杂交形成新物种的过程,也是一个非常重要的物种形成模式。经过几十年的研究才逐渐认识到,生殖隔离是差异适应和遗传漂变的副产品,而不是物种形成的前提。相比合子形成后隔离,合子形成前的隔离在物种形成过程中更早地发挥作用。合子形成前的隔离,尤其是生态地理的隔离是植物中最重要的隔离机制。一些基于QTLs分析的研究发现,基因组中的少数主效位点在物种形成中起了关键作用,并且这些位点往往受到自然选择的作用。适应性辐射往往发生在隆起的山脉和新形成的岛屿上,很可能与这些地方能够提供很多可利用的生态位有关。最新的物种形成理论认为,基因是物种形成的基本单位,不同的物种可以在非控制物种差异适应性状的位点上存在基因流。这一观点为植物物种形成的研究提供了新的思路。随着植物物种形成研究的深入,越来越多植物物种形成基因被分离,包括花色素苷合成通路和S-基因座上的一些关键基因,揭示了植物物种形成的分子机制。前期的研究主要集中在模式植物和农作物上,许多生态上非常有趣的非模式植物还未得到广泛的研究。在未来的研究中,还需要更多来自非模式植物的例子以全面理解植物物种形成的多样化机制。     

Costs of resistance to fungal pathogens in genetically modified wheat

Aims Many resistance genes against fungal pathogens show costs of resistance. Genetically modified (GM) plants that differ in only one or a few resistance genes from control plants present ideal systems for measuring these costs in the absence of pathogens.Methods To assess the ecological relevance of costs of pathogen resistance, we grew individual plants of four transgenic spring wheat lines in a field trial with three pathogen levels and varied the genetic diversity of the crop.Important findings We found that two lines with a Pm3b transgene were more resistant to powdery mildew than their sister lines of the variety Bobwhite, whereas lines with chitinase (A9) or chitinase and glucanase (A13) transgenes were not more resistant than their mother variety Frisal. Nevertheless, in the absence of the pathogen, both the GM lines of Bobwhite as well as those of Frisal performed significantly worse than their controls, i.e. Pm3b #1 and Pm3b #2 had 39% or 53% and A9 and A13 had 14% or 23% lower yields. In the presence of the pathogen, all GM lines except Pm3b #2 could increase their yields and other fitness-related traits, reaching the performance levels of the control lines. Line Pm3b #2 seemed to have lost its phenotypic plasticity and had low performance in all environments. This may have been caused by very high transgene expression. No synergistic effects of mixing different GM lines with each other were detected. This might have been due to high transgene expression or the similarity between the lines regarding their resistance genes. We conclude that costs of resistance can be high for transgenic plants with constitutive transgene expression and that this can occur even in cases where the non-transgenic control lines are already relatively resistant, such as in our variety Frisal. Transgenic plants could only compete with conventional varieties in environments with high pathogen pressure. Furthermore, the large variability among the GM lines, which may be due to unpredictable transgene expression, suggests that case-by-case assessments are necessary to evaluate costs of resistance.     

Analysis of developmentally interesting genes cloned from higher plants by insertional mutagenesis

The ability of transposable elements to generate gene mutations by excising from one site in the genome and reintegrating into new, different sites elsewhere in the genome has led to the development of procedures whereby the elements can be used to tag specific gene sequences for eventual isolation and analysis through gene cloning. This transposon tagging strategy is particularly useful in those situations where limited knowledge of the biochemistry of the target gene precludes gene cloning by conventional strategies. This approach, in conjunction with the more general insertional mutagenesis approach using T-DNA, has led to the cloning and subsequent analysis of several genes from higher plants involved in particular developmental processes. Studies of this nature should eventually shed light on the precise molecular mechanisms utilized to regulate and control cellular differentiation in plants.     

正向选择的生物安全标记基因

标记基因的产生方便了植物的转化,随着转基因植物的迅速发展及商品化,人类更关注抗性标记基因的安全性。目前解决的有效途径是发展正向选择系统,使用非抗性的生物安全标记基因,主要包括糖类代谢酶基因（pmi和xylA）、干扰氨基酸代谢酶基因（ak和dapA）、绿色荧光蛋白基因（gfp）、β-葡萄糖苷酸酶基因（gus）、核糖醇操纵子（rtl）和叶绿素生物合成基因（hemL）等。     

低拷贝核基因在异源多倍体植物中的进化与表达

异源多倍体植物在自然界中广泛分布。在这类植物谱系中, 低拷贝核基因具有特殊的进化特点和丰富的植物系统发生信息, 在转录水平存在基因沉默、基因激活和不均等表达等特点。以低拷贝核基因为主线, 概述了其在多倍体植物系统发生中的应用和相关注意事项, 并对其在多倍体植物中的表达变化及其分子机制进行了探讨, 系统地介绍了国际上相关领域的研究成果和最新动向。     

植物表皮毛研究进展

表皮毛是大多数植物地上部分表皮组织所延伸出来的一种特化的毛状结构附属物。表皮毛在植物表皮层和环境间构筑了一道天然的物理屏障, 不但对植物的生长发育具有重要意义, 而且还具有非常高的应用价值和经济价值。近几年, 研究者从不同植物中不断克隆出新的表皮毛发育相关基因, 在揭示植物调控表皮毛生长发育的分子机制方面取得很大进展。该文综述了植物表皮毛的最新研究进展, 并展望了植物表皮毛的研究方向及应用开发价值。     

A Dual Role for Microbial Pathogen-Derived Effector Proteins in Plant Disease and Resistance

Many proteins from plant pathogens affecting the interaction with the host plant have dual functions: they promote virulence on the host species and they function as avirulence determinants by eliciting defense reactions in host cultivars expressing the appropriate resistance genes. In viruses all proteins encoded by the small genomes can be expected to be essential for viral development in the host. However, in different plants surveillance systems have evolved that are able to recognize most of these proteins. Bacteria and fungi have specialized pathogenicity and virulence genes. Many of the latter were originally identified through the resistance gene-dependent elicitor activity of their products. Their role in virulence only became apparent when they were inactivated or transferred to different microbes or after their ectopic expression in host plants. Many microbes appear to maintain these genes despite their disadvantageous effect, introducing only few mutations to abolish the interaction of their products with the plant recognition system. This has been interpreted as been indicative of a virulence function of the gene products that is not impaired by the mutations. Alternatively, in particular in bacteria there is now evidence that pathogenicity was acquired through horizontal gene transfer. Genes supporting virulence in the donor organism's original host appear to have traveled along. Being gratuitous in the new situation, they may have been inactivated without loss of any beneficial function for the pathogen.     

植物抗寒及其基因表达研究进展

植物经过逐渐降低的温度从而提高抗寒能力 ,这个过程被人们称为低温驯化。植物低温驯化过程是一个复杂的生理、生化和能量代谢变化过程 ,这些变化主要包括膜系统的稳定性、可溶性蛋白的积累和小分子渗透物质 ,比如脯氨酸、糖等 ,这些变化中的一些是植物抗寒必需的 ,而另外一些变化不是必需的。主要对冷害和低温生理生化变化、低温诱导表达基因的功能和作用、低温驯化的调节机制及其信号转导方面进行了综述。通过差别筛选 c DNA文库的方法已经鉴定了许多低温诱导表达、进而提高植物抗寒能力的基因 ,其中有脱水素、COR基因和 CBF1转录因子等。低温信号的感受、转导和调节表达是低温驯化的关键环节 ,低温信号的转导过程与干旱胁迫之间具有一定的交叉 ,这为利用 ABA等来提高植物抗寒能力成为可能 ,相信不久的将来人们可以通过提高植物抗寒能力从而增加经济产量成为现实。