叶绿体基因组的结构及叶绿体基因

七十年代以来,随着分子生物学的迅速发展,人们对生命活动过程的认识能力有了很大的飞跃。已经开始从分子水平,或者说从基因,基因表达,基因调控的水平去探索各种生命活动过程的分子机制。从植物生理领域来说,人们已经开始探索或已有一定程度的研究与光合作用,生长发育,细胞分化,生物固氮,抗性,激素等有关的基因和基因表达。可以预计在近几十年内植物分子生物学的研究     

葡萄叶绿体rbcL基因的结构分析

以玫瑰香葡萄（Ｖｉｔｉｓｖｉｎｉｆｅｒａ Ｌ．）为材料,克隆了含有叶绿体ｒｂｃ Ｌ基因的３．１ ｋｂ Ｂａｍ ＨⅠ片段,构建了该基因的限制性酶切图谱,测定了该基因的核苷酸序列。所测的核苷酸序列总长度为２００４ ｂｐ,其中基因的编码区为１４２８ ｂｐ,编码一个含４７５ 个氨基酸的蛋白质,其分子量约为５３ ｋＤ;测定基因的５上游含启动子的部分共３５８ ｂｐ,包括－ １０ 区（ＴＡＡＡＡＴ）、－ ３５区（ＴＴＧＣＧＣ）和ＳＤ 序列（ＧＧＡＧＧ）;基因的３下游区共２１８ ｂｐ,含有３ 个转录茎环终止结构。玫瑰香葡萄ｒｂｃ Ｌ基因编码区的核苷酸序列与烟草、矮牵牛、菠菜、苜蓿、水稻和玉米之间的同源性分别为９１．５％ 、９１．４％ 、９０．２％ 、８９．８％ 、８６．３％ 和８４．５％ ;推导出的氨基酸序列的同源性分别为９２．２％ 、９１．６％ 、９２．２％ 、９３．７％ 、９３．５％ 和９０．１％ 。     

叶绿体的结构和化学

叶绿体为绿色植物的细胞器,作为一切生物物质和能量来源的光合作用就是在植物细胞的叶绿体中进行的,故叶绿体又称光合器。光合作用的进行同叶绿体的结构有着密切的联系,因此叶绿体结构和化学物理的研究是阐明光合作用机制的一个重要方面。关于叶绿体的化学组成和结构的研究已有很多报告。本文仅就叶绿体的分离、化学和结构三个方面所取得的主要成就和进展进行综述,以资参考。     

控制水稻叶绿体发育基因OsALB23的定位

叶绿体的正常发育是高等植物进行光合作用的前提条件。通过电镜观察,我们发现水稻白化突变体Osalb23的叶绿体发育缺陷,内部缺少正常类囊体片层结构。遗传学分析表明该突变体属于单位点隐性突变。利用图位克隆的方法,我们将基因定位于水稻第二条染色体分子标记R2M501和R2M502之间约280kb范围内。通过生物信息学软件预测,这段区间包括6个叶绿体蛋白基因。     

基于核基因和叶绿体基因的台湾水韭遗传多样性和遗传结构的分析

利用核基因和叶绿体基因对台湾水韭（Isoetes taiwanensis Devol）2个居群20个样本的遗传多样性和遗传结构进行了分析,并对台湾水韭的保育提出了建议。核基因的检测结果显示,2个居群共存在18个单倍型,单倍型多样性为0.9842,核苷酸多样性为0.00215,居群间基因流N_m为4.26,居群间分化系数G_st值为0.05543;叶绿体DNA的检测结果显示,单倍型数目为6,单倍型多样性为0.6211,核苷酸多样性为0.00326。其中台北居群的单倍型多样性和核苷酸多样性均比金门居群高。核基因和叶绿体基因的AMOVA分析显示,居群内的遗传差异远高于居群间。台湾水韭的核苷酸多样性相对其他水韭属植物较低,可能与台湾水韭的染色体倍型以及狭域分布有关。居群结构的形成可能和基因流以及奠基者效应有关。宜采用原地和迁地保护的方法对居群进行保护。     

油菜叶绿体16SrRNA基因的一级结构分析

本文报道了油菜叶绿体16S rRNA基因的全顺序及其5′端上游的156bp和3′端下游的101bp的核苷酸顺序。油菜叶绿体16s rRNA基因长为1491bp,和烟草、玉米相比,同源程度分别为98.5％、96.1％。油菜叶绿体16S rRNA基因5′端上游及3′端下游的顺序能互补而形成一个较大的茎环结构,但与烟草相比,由于3′端下游顺序有79bp的缺失,因此,该结构中的茎部分大小仅为烟草的二分之一。     

PSIIP680 ChlaAP基因在水稻叶绿体基因组中的定位

本实验总结出一套水稻叶绿体DNA的提取方法,并获得清晰的叶绿体DNA限制性内切酶图谱。Southern杂交结果表明,菠菜PSIIP680ChlaAP基因探针与水稻叶绿体DNA的Pst-1,Pst-14,Pvu-2和Sal-1片段的部分顺序有较高的同源性。根据Hirai和赵衍的水稻叶绿体基因组物理图,可以确定该基因位于紧靠RuBPCaseLS基因,距反向重复区约26kb处。高等植物叶绿体基因组中这种基因排列方式还未见报道。     

拟南芥叶绿体分裂突变体cpd111的基因定位与分析

通过EMS(ethyl methane sulphonate)诱变从拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变体库中筛选到一个叶绿体分裂突变体(c)hloro(p)last (d)ivision 111 (cpd111).遗传学分析表明,该突变体的表型是单基因控制的隐性性状.与野生型相比,突变体植物细胞的叶绿体数量少,叶绿体形态和大小多样化,并且细胞体积与叶绿体数量之间无相关性.利用图位克隆的方法确定cpd111的突变基因为FtsZ1.进一步的分析表明,该突变影响FtsZ7基因mRNA的正常剪切和稳定性,使蛋白质翻译提前终止,最终导致叶绿体分裂异常.该工作为研究FtsZ1在叶绿体分裂中的作用提供了新的材料和线索.     

叶绿体的形态、结构和发育

为了证实高等植物的光合过程是不是在叶绿体里进行的,人们把叶绿体从绿色细胞中分离出来,然后把这些离体的叶绿体放在必需的制剂里,在光照下,看到这些离体的叶绿体确是可以同化二氧化碳为碳水化合物,而且它的光合能力也接近于完整叶片的。这就证实叶绿体是高等植物光合作用的完整单位,也就是说,光合作用的整个过程是在叶绿体内进行的。如果把叶子比喻做合成有机物的绿色工厂,那么,叶绿体就是绿色工厂里的重要车间了。     

叶绿体基因启动子的研究进展

1905年提出叶绿体起源于原核生物的观点。叶绿体有原核型的核糖体和rRNA,因此它们具有类似的合成蛋白质机制,就转录周期的控制信号——启动区和终止区而言,叶绿体基因的结构与原核生物的非常接近。已鉴定了许多原核生物的启动区并进行了序列分析。有12个高度保守的碱基对,每组6个,即-35位点前后的TTGA以和-10位点前后的TATAAT,两组间有15-21bp(碱基对)的间隔序列,间隔序列越靠近17bp,该启动区就越强。-35区附近富含AT序列,被称为识别位点,该区核苷酸保守性强,以TTG的保守性最强,这三个碱基出现频率分别为82%、84%、79%。-10区又称“pribnow”盒,有四个碱基是高度保守的,用大写字母表示为TAtAaT,两个小写字母代表的碱基保守性较弱,出现频率为44%和51%,最后一个“T”视为不变的T。 (一)叶绿体基因启动区结构几乎每一叶绿体基因前面,都有与原核基因启动     

水稻叶绿体DNA克隆片段的分析和rbcL基因在重组质粒上的定位

杂交灿稻(珍汕97B)的叶绿体DNA克隆到pBR 322载体上后,从克隆库中筛选出含核酮糖1.5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基基因(rbcL)的重组子(19.3kb),用10种限制性内切酶分析了这个重组质粒并制作了完整的物理图谱,rbcL基因被定位在这个物理图谱上。     

油菜叶绿体16S rRNA基因前导顺序的一级结构

质粒pBN119的3.2kb BamHI片段的PvuⅡ-BglⅡ片段全顺序长为840bp,其中含油菜叶绿体16S rRNA基因5′端的140bp。通过寻找GTTC顺序,发现在395至468位核苷酸之间是tRNA~(Val)基因;在73至118位核苷酸之间是一个蛋白阅读框。和已发表的玉米叶绿体16S rRNA前导顺序进行比较,同样存在三个相应的大肠杆菌RNA聚合酶的结合位点。和大肠杆菌的启动子及相应基因作比较,表明叶绿体基因组具有很明显的原核性,但其tRNA~(Val)基因没有CCA3′顺序。在16S rRNA基因、tRNA~(Val)基因及蛋白阅读框的5′端附近均能找到一个比较稳定的茎环结构。我们推测这些茎环结构可能和位于反问重复顺序上的某些基因的转录调节有关。     

蛋白质亚叶绿体和亚线粒体定位预测研究进展

蛋白质合成后被转运到特定的细胞器中,只有转运到正确的部位才能参与细胞的各种生命活动,有效地发挥功能,因此蛋白质的功能与其亚细胞定位有着密切的联系,通过确定蛋白质在细胞中的位置可以获取蛋白质功能和结构的信息。在近二十年中,蛋白质亚细胞定位预测算法研究已经取得很大的成绩,在此基础上,蛋白质在细胞器内亚结构的定位预测研究,如对蛋白质亚线粒体和亚叶绿体定位的研究成为更深层次的问题,本文简要介绍国内外在蛋白质亚叶绿体和亚线粒体定位预测方面的研究进展。     

拟南芥未知功能基因At4g22890编码蛋白的叶绿体定位

蛋白质的亚细胞定位信息对于深入了解该蛋白质的功能具有重要意义。本文对一个预测的拟南芥叶绿体未知功能基因At4g22890编码蛋白进行了叶绿体定位研究。我们克隆了该基因5′端长208bp的DNA片段,与绿色荧光蛋白(GFP)基因构建重组表达载体pMON530-cTP-GFP,经农杆菌介导转化拟南芥。转基因植株经激光共聚焦显微镜观察,GFP荧光仅在叶绿体中观察到,表明所克隆的DNA序列编码的多肽能够将At4g22890编码蛋白质引导进入叶绿体,由此推测该蛋白质为叶绿体蛋白质。     

拟南芥未知功能基因At4g22890 编码蛋白的叶绿体定位

蛋白质的亚细胞定位信息对于深入了解该蛋白质的功能具有重要意义。本文对一个预测的拟南芥叶绿体未知功能基因At4g22890 编码蛋白进行了叶绿体定位研究。我们克隆了该基因5′端长208 bp 的DNA 片段, 与绿色荧光蛋白(GFP) 基因构建重组表达载体pMON530-cTP-GFP, 经农杆菌介导转化拟南芥。转基因植株经激光共聚焦显微镜观察, GFP 荧光仅在叶绿体中观察到, 表明所克隆的DNA 序列编码的多肽能够将At4g22890 编码蛋白质引导进入叶绿体, 由此推测该蛋白质为叶绿体蛋白质。