棉花SMALL AUXIN UP RNAs X (SAURX)克隆及表达模式分析

【目的】生长素是最重要的植物激素之一,调控了植物多种生物学过程。生长素上调的小RNA（SMALL AUXIN UP RNAs,SAURs）是一类生长素原初响应基因,在调控细胞伸长的过程中具有重要作用,但其在棉花纤维发育过程中的作用并不清楚。【方法】研究从陆地棉中克隆到1个编码SAUR蛋白的基因,命名为GhSAURX,通过表达模式分析、亚细胞定位、转基因拟南芥表型分析及生长素相关基因表达分析初步研究其功能。【结果】进化树分析表明,GhSAURX与拟南芥SAUR76、SAUR77和SAUR78关系较近,属于SAUR76亚家族。qPCR结果发现,GhSAURX基因在快速伸长的纤维中表达量较高,即开花后15,18,21 d。同时,GhSAURX在长纤维品种中的表达水平明显高于短纤维。亚细胞定位分析显示,GhSAURX定位在细胞膜和细胞核中。异源表达GhSAURX可以提高YUCCA6、ARF7及PIN4的表达,增加拟南芥的主根长度和黑暗条件下下胚轴的长度。【结论】GhSAURX可能在生长素调控细胞伸长的过程中具有重要作用。     

大豆生长素响应因子GmARF16参与调节叶片衰老进程

生长素响应因子(auxin response factors,ARFs)通过调节下游靶基因广泛参与植物生长发育过程,但ARFs如何调控植物叶片衰老的分子机制还不清楚。该文首先利用实时荧光定量PCR(q PCR)技术,分析大豆生长素响应基因Gm ARF16在叶片自然衰老、人工黑暗诱导衰老、外源植物生长素IAA处理条件下的表达模式,结果表明,该基因与叶片衰老调控密切相关,并且属于生长素的原初响应基因。为了进一步验证Gm ARF16基因的功能,采用农杆菌转化方法分别获得基因敲减(Gm ARF16-RNAi)和抗降解表达(m Gm ARF16)的转基因大豆植株。与非转基因对照相比,Gm ARF16-RNAi转基因大豆植株的叶片叶绿素含量和最大光量子效率(Fv/Fm)显著提高,叶片衰老标记基因(Gm CYSP1)的表达受到抑制,而m Gm ARF16转基因大豆植株则呈现出与Gm ARF16-RNAi转基因大豆植株相反的叶片生理表型。结果表明大豆生长素响应因子Gm ARF16正调节叶片的衰老进程。该研究表明,Gm ARF16在植物生长发育进程中发挥着重要作用。     

高表达水稻WRKY72基因影响拟南芥生长素信号传导

植物转录调控因子WRKY基因家族是一个拥有众多成员的超家族,功能涵盖了植物生长发育的控制与抗病耐逆的调节。我们主要分析了OsWRKY72基因在外源植物拟南芥中的生物学功能。通过转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)的遗传学研究发现外源高表达该基因不单明显地抑制转基因植株的顶端优势,增强植株侧枝的生长,还改变了转基因植株叶片和角果的发育。进一步分析证实,高表达OsWRKY72基因所导致转基因拟南芥植株的表型和其它生理现象都与生长素信号通路改变所导致的表型和生理变化极其相近。这些结果说明OsWRKY72基因在外源植物拟南芥体内高表达后很可能改变了其正常的生长素信号通路。     

植物生长素响应基因SAUR的研究进展

植物激素生长素在植物生长和发育过程中起重要的调节作用,它能够诱导一系列生长素早期响应基因的表达,包括Aux/IAA、GH3和SAUR。对拟南芥、水稻、高粱和茄科进行生物信息学分析后显示:大部分SAURs基因没有内含子,并且成簇坐落在染色体上;它们有特定的保守区,包含生长素响应元件AuxREs和促使mRNA降解的下游元件DST等。近年来,许多研究人员通过对SAUR蛋白功能的研究,发现它们主要参与调节生长素的合成和运输,从而影响细胞的膨大,但相关的机制并不明确,有待进一步的研究。从生物信息学和功能两方面综述了植物SAUR基因家族的研究进展,并对未来的研究方向做了展望。     

龙眼体胚发生早期SAUR 63/64基因克隆及表达分析北大核心CSCD

SAUR(small auxin up-regulated RNA)是一类生长素早期响应基因,与植物的生长发育密切相关。为揭示SAUR 63和SAUR 64在龙眼体胚发生早期的调控作用,该研究采用TA克隆龙眼SAUR 63和SAUR 64基因,对其进行亚细胞定位、qRT-PCR表达分析和荧光原位杂交分析验证。结果显示:(1)龙眼SAUR 63和SAUR 64序列长度分别为386 bp和312 bp;系统发育树显示SAUR63、SAUR64与拟南芥亲缘关系较近;亚细胞定位结果显示SAUR63蛋白定位在细胞核与细胞外基质,SAUR64蛋白定位在叶绿体。(2)预测发现SAUR 63和SAUR 64同时作为LTCONS_00038949、LTCONS_00038950及LTCONS_00038952(lnc38949、lnc38950及lnc38952)的靶基因。(3)qRT-PCR检测发现SAUR 63、SAUR 64与3个lncRNAs均在不完全胚性紧实结构阶段高表达;SAUR 63与3个lncRNAs在100和500μmol·L^(-1)赤霉素(GA 3)处理下上调表达,且在500μmol·L^(-1) GA 3时表达量达到峰值;SAUR 63、SAUR 64、lnc38949和lnc38950均在35℃处理下被显著诱导表达,而lnc38950在35℃下受到抑制;此外,SAUR 63、SAUR 64和3个lncRNAs还响应SA、MeJA、盐胁迫和干旱胁迫的调控。(4)荧光原位杂交结果显示,SAUR 63与lnc38949均没有定位在合子胚特定部位,且lnc38949表达量高于SAUR 63。研究表明,SAUR 63、SAUR 64基因可能受到lncRNAs的调控,共同参与龙眼体胚发生早期的调控。     

大豆microRNA基因GmMIR160A负调控植物叶片衰老进程

叶片衰老是受内外多种因子影响的遗传发育进程。生长素、细胞分裂素和乙烯等多种植物激素是调控叶片衰老的重要内部因子,它们通过长或短距离运输形成叶片组织内特定的区域分布和浓度梯度,从而直接或间接参与植物叶片衰老过程。分子遗传学表明,细胞分裂素和乙烯分别是叶片衰老的抑制子和正调节子,而生长素如何参与叶片衰老的分子机制目前还不清晰。植物体内成熟小分子RNA由小RNA基因转录并通过特定酶加工形成的21~23bp的双链RNA分子。这些小分子通过不完全配对方式抑制其靶基因转录和/或表达,参与植物生长发育多个过程,然而这类小RNA分子如何调控植物叶片衰老发育过程目前则还鲜有报告。大豆是重要的油料作物,具有典型的单次结实性衰老特征。研究大豆叶片衰老具有重要的科学意义和深远的应用价值。该文采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析大豆(Glycine max)micro RNA基因GmMIR160A的表达模式,发现大豆第一复叶中GmMIR160A表达受外源生长素和黑暗处理的诱导,暗示该基因是生长素快速响应的叶片衰老相关基因。为进一步探究GmMIR160A在大豆叶片发育中的功能,构建了肾上腺皮质激素(Glucocorticoid,GR)类似物地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导表达GmMIR160A双元表达载体并通过农杆菌介导的子叶节方法转化野生型大豆。通过抗性筛选和基因组PCR鉴定并结合表型分析,共获得了4株诱导表达的稳定遗传转基因植株(株系OX-3、OX-5、OX-7和OX-8)。GmMIR160A过表达植株根、茎、叶、花和果实在形态学上与野生型相比无显著差异,但叶片的叶绿素含量增加、最大光量子效率(Fv/Fm)增强。进一步分子分析发现,转基因大豆叶片中GmARFs和衰老标记基因(GmCYSP1)表达明显下降,表明大豆Gma-miR160通过抑制靶基因GmARFs的表达来负调控植物叶片的衰老进程。该文揭示了生长素通过小分子RNA调控叶片发育一条新途径,为研究植物激素调控植物叶片衰老提供了新的思路。     

大豆microRNA基因GmMIR160A负调控植物叶片衰老进程

:叶片衰老是受内外多种因子影响的遗传发育进程.生长素、细胞分裂素和乙烯等多种植物激素是调 控叶片衰老的重要内部因子,它们通过长或短距离运输形成叶片组织内特定的区域分布和浓度梯度,从而直 接或间接参与植物叶片衰老过程.分子遗传学表明,细胞分裂素和乙烯分别是叶片衰老的抑制子和正调节 子,而生长素如何参与叶片衰老的分子机制目前还不清晰.植物体内成熟小分子RNA 由小RNA 基因转录 并通过特定酶加工形成的２１~２３bp的双链RNA分子.这些小分子通过不完全配对方式抑制其靶基因转录 和/或表达,参与植物生长发育多个过程,然而这类小RNA 分子如何调控植物叶片衰老发育过程目前则还鲜 有报告.大豆是重要的油料作物,具有典型的单次结实性衰老特征.研究大豆叶片衰老具有重要的科学意义 和深远的应用价值.该文采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析大豆(Glycinemax)microRNA基因Gm- MIR１６０A 的表达模式,发现大豆第一复叶中GmMIR１６０A 表达受外源生长素和黑暗处理的诱导,暗示该基 因是生长素快速响应的叶片衰老相关基因.为进一步探究GmMIR１６０A 在大豆叶片发育中的功能,构建了 肾上腺皮质激素(Glucocorticoid,GR)类似物地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导表达GmMIR１６０A 双元表 达载体并通过农杆菌介导的子叶节方法转化野生型大豆.通过抗性筛选和基因组PCR 鉴定并结合表型分 析,共获得了４株诱导表达的稳定遗传转基因植株(株系OXＧ３、OXＧ５、OXＧ７和OXＧ８).GmMIR１６０A 过表达 植株根、茎、叶、花和果实在形态学上与野生型相比无显著差异,但叶片的叶绿素含量增加、最大光量子效率 (Fv/Fm)增强.进一步分子分析发现,转基因大豆叶片中GmARFs 和衰老标记基因(GmCYSP１)表达明显下 降,表明大豆Gma-miR１６０通过抑制靶基因GmARFs 的表达来负调控植物叶片的衰老进程.该文揭示了生 长素通过小分子RNA调控叶片发育一条新途径,为研究植物激素调控植物叶片衰老提供了新的思路.     

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。     

拟南芥莲座叶片发育过程中P1基因的表达特性

该实验对CDF1类似蛋白基因(P1)在拟南芥叶片发育不同阶段的定量PCR结果显示,P1基因在拟南芥叶片发育的所有时期均可表达,但在茎生叶和衰老叶中的表达水平明显高于成熟叶和幼叶。GUS报告基因表达的组织化学染色结果显示,P1启动子在拟南芥叶片中有较高的驱动活性;在营养生长阶段的幼苗和植株(4~5周)的所有叶片中均能检测到GUS表达,但在植株转入生殖生长阶段后(6周及以后),GUS表达主要集中在逐渐衰老的叶中,并随着叶片衰老程度加剧GUS染色程度也越深,这一结果与GUS荧光定量检测结果一致。通过分析P1基因启动子上可能存在的顺式调控元件,发现茉莉酸甲酯、热压、干旱和水杨酸等均能够引起叶片衰老调控元件的响应,证实P1的表达受到这些因素的调控。研究表明,P1在拟南芥莲座叶片中很可能参与了对上游衰老信号的响应,该研究结果为进一步探究P1在叶片衰老过程中的分子功能验证奠定了基础。     

生长素与植物叶片衰老调控

作为植物叶片发育的最后一个阶段,叶片衰老的启动和进程由遗传程序严格控制,并受到内外源不同因子的协同调控.多种植物激素对叶片的衰老发挥重要的调控作用,目前认为乙烯、脱落酸、水杨酸、茉莉酸和油菜素甾醇等激素促进植物叶片衰老,而细胞分裂素和赤霉素则抑制植物叶片衰老.传统观念曾认为生长素对植物叶片衰老起负调节作用,但近年来越来越多的实验证据表明生长素是叶片衰老的正调节因子.本文旨在对生长素在叶片衰老调控中的功能和研究历程进行简要综述,为进一步理解植物叶片衰老调控中的激素功能奠定基础.     

拟南芥中WRKY31转录因子的转录活性与互作蛋白分析

为深化对AtWRKY基因家族中功能尚未被报道成员的认识,探究拟南芥中WRKY转录因子基因在非生物逆境响应中的作用与可能的机制,通过对AtWRKY31进行亚细胞定位以及转录活性分析,并利用qRT-PCR检测AtWRKY31在不同逆境处理1、3和12 h后的表达变化,通过酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)对其互作蛋白进行了筛选与验证。发现AtWRKY31定位于细胞核,具有转录抑制作用,且表达受热害、低钾、低氮等处理显著的抑制。此外,发现WRKY31可以与WRKY31、WRKY6和WRKY42在体内发生互作。拟南芥WRKY31作为一个转录抑制子,可能通过与WRKY6和WRKY42转录因子互作来参与调控对一些非生物逆境的应答。     

AtSARK互作蛋白的筛选与鉴定

植物LRR型类受体蛋白激酶在植物生命活动中发挥着重要作用。前期研究发现了一个通过生长素和乙烯的协同作用参与拟南芥叶片衰老过程正调控的类受体蛋白激酶, AtSARK。为深入研究 AtSARK 蛋白的作用机制, 文章采用酵母双杂交系统, 以AtSARK胞内域（AtSARK-CD）为诱饵蛋白, 对拟南芥均一化cDNA文库进行筛选, 得到83个AtSARK的候选互作组分, 经过复筛, 初步发现AtSARK的互作组分包括14-3-3蛋白、FKBP-型肽脯氨酰顺反异构酶、醛缩酶超家族成员、RING/U-box 超家族成员以及WRKY转录因子家族成员。我们对其中一个功能未知的醛缩酶家族基因AtFBA5 （AT4G26530）的表达模式进行了分析, 并用GST pulldown实验证实了AtSARK-CD与 AtFBA5间存在直接的相互作用。At-SARK互作组分的文库筛选及AtFBA5的分离有利于进一步研究 AtSARK 基因在衰老信号通路中的作用机制。     

ARF和Aux/IAA调控果实发育成熟机制研究进展

生长素是调控果实发育成熟的重要植物激素之一。在生长素介导的信号转导机制中,ARF和Aux/IAA扮演重要的角色。ARF与生长素响应基因启动子区域内的生长素响应元件结合,促进或抑制基因的表达。Aux/IAA通过结构域Ⅲ和Ⅳ与ARF特异性结合,从而调节生长素早期应答基因的转录功能。研究表明,ARF因子参与调控果实形态发育、硬度和糖分积累等,Aux/IAA因子在授粉、果实形态发育等方面作用明显。此外ARF和Aux/IAA之间相互或与自身发生的互作以调控下游基因表达是植物体响应生长素信号的主要机制。介绍了ARF和Aux/IAA的结构特征、在不同植物中的分布状况以及与果实发育成熟的关系,同时讨论了ARF和Aux/IAA互作的研究现状,旨为进一步阐明生长素调控果实发育成熟的机制提供参考。     

大豆诱导型启动子驱动类受体蛋白激酶GmSARK转基因植物分析

植物LRR型类受体蛋白激酶在植物生命活动中发挥着重要作用。前期研究发现,大豆（Glycine max）LRR型类受体蛋白激酶基因GmSARK可能参与调控大豆叶片的衰老过程。利用CaMV35S启动子驱动组成型过表达GmSARK基因可导致转基因植株出现致死表型,据此构建了可诱导型启动子GVG驱动GmSARK基因过表达的双元表达载体,转化野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana）并获得了多株转基因植株。研究结果表明,外源施加诱导物地塞米松可引起GmSARK基因在转基因植株中过表达,并导致转基因植株出现叶片变黄下卷和生长受抑制等表型;外源细胞分裂素处理可以抑制GmSARK的表达,但是不能逆转GmSARK过表达所引起的上述变化。     

大豆诱导型启动子驱动类受体蛋白激酶GmSARK转基因植物分析

植物LRR型类受体蛋白激酶在植物生命活动中发挥着重要作用。前期研究发现, 大豆(Glycine max)LRR型类受体蛋白激酶基因GmSARK可能参与调控大豆叶片的衰老过程。利用CaMV 35S启动子驱动组成型过表达GmSARK基因可导致转基因植株出现致死表型, 据此构建了可诱导型启动子GVG驱动GmSARK基因过表达的双元表达载体, 转化野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)并获得了多株转基因植株。研究结果表明, 外源施加诱导物地塞米松可引起GmSARK基因在转基因植株中过表达, 并导致转基因植株出现叶片变黄下卷和生长受抑制等表型; 外源细胞分裂素处理可以抑制GmSARK的表达, 但是不能逆转GmSARK过表达所引起的上述变化。     

生长素响应因子GmARF10正调节大豆叶片的衰老进程

采用实时荧光定量PCR(qPCR)分析了GmARF10表达模式。通过挖掘大豆基因组信息并参考拟南芥同源基因序列,分析了大豆生长素响应因子GmARF10和小RNA分子Gm-miR160作用位点,构建了pGmARF10∷mGmARF10(mGmARF10)抗降解表达载体;利用农杆菌介导法转化大豆,并对转基因植株叶片发育表型进行了分析。结果表明:GmARF10在大豆[Glycine max(L.)Merri.]根、茎、叶、花和果荚中均有一定程度的表达,其中花内表达量最高,茎内最低,第一复叶表达量低于子叶和第一对真叶。mGmARF10转基因植株复叶形状和大小与对照组没有明显的差异,但其叶绿素含量和最大光量子效率(Fv/Fm)明显下降,叶片衰老标记基因GmCYSP1表达显著增加。研究认为,大豆生长素响应因子GmARF10参与了叶片衰老进程并可能是叶片衰老信号的重要组份。     

中间锦鸡儿CiNAC1基因促进转基因拟南芥叶片的衰老

NAC转录因子家族是植物特有的、最大的转录因子家族之一,参与植物生物胁迫和非生物胁迫应答、激素信号转导、植物次生生长、细胞分裂和植物衰老等多种过程,在植物生长发育过程中起着重要的作用。以中间锦鸡儿Ci NAC1基因的过表达拟南芥纯合体株系为材料,以野生型为对照,对Ci NAC1基因功能进行分析。结果发现,乙烯处理后,Ci NAC1基因过表达株系与野生型拟南芥相比,叶片衰老提前、叶绿素含量降低、离子渗透率升高。实时荧光定量PCR检测发现,乙烯处理后Ci NAC1基因过表达株系中与叶绿素降解相关的基因SGR1、SGR2、PPH,以及与衰老相关的基因SAG13、SAG29、ORE1、SINA1、VNI2和乙烯信号途径中的重要转录因子EIN3的表达量均明显高于野生型拟南芥。表明Ci NAC1基因在乙烯诱导的叶片衰老过程中发挥重要作用。     

植物Aux/IAA基因家族生物学功能研究进展

生长素是最重要的植物激素之一,对植物生长发育起着关键调控作用。生长素作用于植物后,早期生长素响应基因家族Aux/IAA、GH3和SAUR等被迅速诱导,基因表达上调。其中Aux/IAA基因家族编码的蛋白一般由4个保守结构域组成,结构域Ⅰ具有抑制生长素信号下游基因表达的作用,结构域Ⅱ在生长素信号转导中主要被TIR1调控进而影响Aux/IAA的稳定性,结构域Ⅲ/Ⅳ通过与生长素响应因子ARF相互作用调控生长素信号。Aux/IAA基因家族在双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的器官发育、根形成、茎伸长和叶扩张等方面发挥重要作用;在单子叶植物水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)中,主要影响根系发育和株型,但大多数Aux/IAA基因的功能尚不清楚。该文主要从Aux/IAA蛋白的结构、功能和生长素信号转导途径方面综述Aux/IAA家族在拟南芥、禾谷类作物及其它植物中的研究进展,以期为全面揭示Aux/IAA家族基因的生物学功能提供线索。     

植物叶缘和叶脉发育调控的研究进展

通常可通过植物叶片的形态来区分不同植物的种类。叶片由茎顶端分生组织侧翼发育而成,为多种多样大小和形状的扁平结构。叶片的结构看似简单,但调控叶片形态和结构发育的分子机理错综复杂,叶片的发育受植物激素、转录因子、一系列蛋白因子及环境的共同调控。本文回顾了叶片边缘形态和叶脉发育研究的最新进展。在叶边缘形态方面,Aux/IAA生长素响应抑制家族蛋白通过调节生长素浓度最大点的离散分布影响小叶的起始和生长以及叶边缘结构;NAM/CUC转录因子促进叶边缘锯齿的分离以及复叶中小叶的分离和分化,NAM/CUC和Aux/IAA通过不同通路实现对生长素的调控;拟南芥RAX1基因/番茄Potato-leaf基因和拟南芥JAG基因/番茄LYR基因促进叶边缘锯齿发育;RCO调控复叶小叶的发育不通过改变生长素的分布来实现;在番茄中反式小干扰RNA途径中的因子参与叶边缘形态发育;另外,在拟南芥中,mir164A、CUC2、PIN1、DPA4、SVR9-1及SVR9L-1构成复杂的调控网络影响叶边缘锯齿的发育。在叶脉发育方面,PIN1能否正确的定位会影响叶脉发育;AS1和AS2共同参与叶片远近轴极性的分化;另外AXR6、MP、BDL、CVP因子功能的缺失影响叶脉发育;生长素、PIN1、Aux/IAA、MP、ATHB8构成反馈循环调控子叶叶脉的形成。     

异源过表达水稻OsSAPP3基因促进拟南芥叶片衰老

蛋白磷酸酶催化的蛋白质可逆磷酸化反应是叶片衰老的关键环节。该研究筛选并克隆了1个新的参与水稻(Oryza sativa)叶片衰老调控的PP2C基因OsSAPP3。研究表明, OsSAPP3的启动子在Pro_OsSAPP3-GUS转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)的莲座叶中有活性, 并且活性以依赖叶龄方式增加。利用CaMV 35S启动子驱动组成型异源过表达OsSAPP3导致转基因拟南芥无法正常生长。用可诱导型启动子GVG系统驱动OsSAPP3异源过表达导致转基因拟南芥出现莲座叶变小、数量增加、叶片早衰及抽薹开花提前等早衰表型。外源诱导OsSAPP3基因异源过表达后, 利用实时荧光定量PCR检测到SAG12、WRKY6和NAC2等衰老标志基因显著上调表达。研究结果表明, OsSAPP3是参与水稻叶片衰老的正向调控因子。