病毒诱导的基因沉默及其在植物基因功能研究中的应用

RNA介导的基因沉默是近年来在生物体中发现的一种基于核酸水平高度保守的特异性降解机制.病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing, VIGS）是指携带植物功能基因cDNA的病毒在侵染植物体后,可诱导植物发生基因沉默而出现表型突变,进而可以研究该目的基因功能.至今,已经建立了以RNA病毒、DNA病毒、卫星病毒和DNA卫星分子为载体的VIGS体系,这些病毒载体能在多种寄主植物（包括拟南芥、番茄和大麦）上有效抑制功能基因的表达.VIGS已开始应用于N基因和Pto基因介导的抗性信号途径中关键基因的功能研究、抗病毒相关的寄主因子研究以及植物代谢和发育调控研究.在当前植物基因组或EST序列大量测定的情况下,VIGS为植物基因功能鉴定提供了有效的技术平台.     

红树植物杯萼海桑SAMS基因的克隆与生物信息学分析

红树植物杯萼海桑是最耐盐的红树植物之一。S-腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine synthetase,SAMS)是S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)生物合成途径的关键酶。SAMS作为一个逆境胁迫响应蛋白在植物的耐盐调控中发挥着极其重要的作用。本文结合杯萼海桑根的转录组注释,根据编码区序列设计引物,通过PCR克隆杯萼海桑SAMS基因的编码区cDNA,并对其进行生物信息分析,为研究杯萼海桑适应逆境的机制奠定理论基础。结果显示PCR扩增了一个长1 182 bp的基因片段,该片段编码由393个氨基酸组成的S-腺苷甲硫氨酸合成酶。同源性比对及进化树分析显示杯萼海桑的SAMS氨基酸序列进化上相对保守。本研究首次从红树林植物杯萼海桑中克隆S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因,并获得其编码区序列,为进一步研究杯萼海桑应对逆境胁迫的分子生物学机制与胁迫相关基因调控网络奠定基础。     

金铁锁转录因子ptMYC2的克隆和生物信息学分析

金铁锁是 “云南白药”等多种中成药的重要组成,其有效成分为三萜皂苷,MYC类转录因子在调节植物三萜类次生代谢积累中有重要作用。为研究ptMYC2 基因在金铁锁三萜皂苷合成代谢途径的调控机制,该研究基于金铁锁转录组测序数据,克隆得到ptMYC2转录因子的两个全长基因; 通过生物信息学软件对两条转录因子的同源性、理化性质、疏水性、跨膜结构、亚细胞定位、结构域、靶基因结合位点等进行初步预测分析。结果表明:两条转录因子所编码的蛋白属于亲水性蛋白,不存在跨膜区域,均是非分泌蛋白质,且不存在信号肽; 两条转录因子的亚细胞定位于细胞核; 结构域分析显示,两个基因都含有bHLH家族结构域; 预测得到金铁锁三萜皂苷合成途径中HMGR、FPS、SE、β-AS等基因的启动子可能存在与MYC2结合的E-box特异性结合位点。该研究结果将为进一步研究ptMYC2基因在金铁锁三萜皂苷合成代谢途径的调节机制奠定基础。     

利用烟草瞬时表达系统检测高等植物基因的剪接加工

解析基因的剪接加工机制是了解植物形态建成、生长发育和逆境胁迫应答的重要环节．与动物相比,植物中相应的研究进展较为缓慢．利用农杆菌介导的烟草瞬时表达系统,分别对单子叶植物水稻BADH2和双子叶植物拟南芥GR7基因片段在烟草叶片中的转录后剪接加工进行分析．结果表明,一些重要剪接调控元件在植物中保守存在,而烟草瞬时表达系统可以作为研究高等植物剪接调控的重要工具,快捷灵敏地检测基因的剪接加工方式．     

表皮葡萄球菌SarA对atlE、lipA和zinC基因表达调控的研究

表皮葡萄球菌 (Staphylococcus epidermids) 是一种条件致病菌，SarA(Staphylococcal accessory regulator A)是该菌中一个全局性调控因子，它控制着细胞中许多与毒性相关的基因表达. 报道了SarA在转录水平直接调控atlE、lipA和zinC基因的表达. RT-PCR和lacZ报告基因的分析结果显示，在表皮葡萄球菌ATCC35984中，SarA对atlE (自溶酶基因) 表达起负调控作用，而对lipA (脂肪酶基因) 和zinC (膜相关锌金属蛋白酶基因) 的表达则有正调控作用. 生物信息学分析表明，SarA控制atlE，lipA和zinC 3种基因表达可能是通过与被调控基因上游的特定DNA序列的结合来实现的，该DNA结合区保守并富含AT碱基. 根据已报道的金黄色葡萄球菌中SarA的结合位点序列，利用Omiga软件分析并推测了SarA结合atlE，lipA和zinC的可能区域. 基于SarA是一种多功能的毒素相关调控因子，结果提示，SarA能调控众多因子，可以作为防治表皮葡萄球菌感染的一个药物筛选靶点.     

植物干旱胁迫的信号通路及相关转录因子研究进展

植物对干旱环境的适应是一个复杂的生物学过程,涉及多条信号通路的交叉调控。其中,通过转录因子发挥的调控在植物的抗旱过程中起着至关重要的作用。目前参与植物干旱胁迫反应的转录因子主要有AP2/EREBP、MYB、NAC、bZIP和WRKY等。研究表明,单个转录因子可以激活或抑制大量下游靶基因的转录,而单一的靶基因又受到不同转录因子的调控,转录因子之间的串扰现象在植物干旱调控网络中普遍存在。该文总结了近年来国内外有关植物干旱胁迫响应中涉及的主要信号通路［ABA信号通路、Ca²⁺信号通路和促有丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)级联信号通路等］,并对以上5种转录因子的结构特点、分类以及它们对干旱胁迫的调控作用进行综述,同时对今后的研究方向进行了展望。     

植物转录因子最新研究方法

转录因子可以调控众多下游基因的表达,在植物的生长发育、代谢及对外界环境的反应中起着重要作用。我们结合近年来植物转录因子的研究进展,归纳分析了高等植物转录因子研究的主要策略和最新的技术方法,并从生物信息学分析、瞬间转化技术的应用、突变体表型分析及调控网络等几个方面进行了全面阐述,为植物转录因子的预测、功能鉴定及靶基因分析等相关研究提供理论和方法的参考。     

高粱SbSBP17基因的克隆及表达分析

SBP box(Squamosa promoter Binding Protein box)蛋白是绿色植物中特有的一类转录因子,其功能涉及植物叶片发育、胚胎发生、间隔期长度、营养到生殖生长的更替、育性维持等生长发育的重要过程。该研究以高粱材料BTx623花序总RNA为模板进行RT PCR,克隆了高粱SbSBP17基因,并对其进行了系统进化及半定量PCR表达分析,为进一步研究SbSBP17基因的生物学功能奠定基础。结果表明：SbSBP17含有2个内含子和3个外显子,编码1个444氨基酸的蛋白质,在其195~269 aa区域含有一个典型的SBP box结构域;系统进化分析表明,18个SBP17蛋白可分为三组,第Ⅰ和Ⅱ组只有单子叶植物基因,而第Ⅲ组只有双子叶植物基因,SbSBP17与玉米PWZ17260.1亲缘关系最近;启动子顺式作用元件分析显示,SbSBP17启动子含有细胞周期调控元件MSA like、分生组织发育调控相关元件CAT box和组织特异性表达元件RY element等。基因表达分析显示,SbSBP17是花序特异性表达基因,随着花序发育(长度增加),SbSBP17基因表达量逐渐增高,当花序长至10 cm时基因表达量达到峰值,约是花序长度最小点(≤2 cm)时的40倍,随后表达量逐渐降低,并于花序长度20 cm时显著降低50%以上。研究推测,随着高粱花序进一步发育,SbSBP17基因的表达量可能逐渐降低,最终消失。     

芥菜型油菜WRKY71转录因子基因家族的鉴定及表达分析

WRKY转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及逆境胁迫中起重要作用。该研究在芥菜型油菜基因组概览测序的基础上,采用RT PCR技术克隆了4个芥菜型油菜WRKY71s基因,分别命名为BjuWRKY71 1 4。生物信息学分析表明,BjuWRKY71 1 4基因开放阅读框（ORF）分别为822、840、834和855 bp,分别编码273、279、277和284个氨基酸,预测分子量和等电点分别为30.80、27.11、31.58、32.18 kD和7.75、9.08、8.35、7.76。系统进化树分析表明,BjuWRKY71 1 4与白菜WRKY71转录因子相似性最高。亚细胞定位预测分析结果显示,BjuWRKY71s蛋白均定位于细胞核。这4个基因分别定位到芥菜型油菜的A09、B04、A07和scaffold144上。qRT PCR结果表明,4个BjuWRKY71s基因在高盐、脱落酸和低温胁迫下都有响应。在盐胁迫下, BjuWRKY71 3的表达量呈持续上升趋势,而其他3个基因在6 h时表达量达到最大,然后降低;在ABA处理下,BjuWRKY71s基因于6 h时表达量最大,随后逐步降低;低温处理后,BjuWRKY71s基因受低温诱导都显著上调表达。BjuWRKY71 4在该研究的3个胁迫条件下响应最为敏感。研究结果为进一步探讨该基因家族对芥菜型油菜逆境调控机制奠定了基础。     

阿卡波糖生物合成调控蛋白的钓取与功能解析

[目的] 发现游动放线菌Actinoplanes sp.SE50/110中阿卡波糖生物合成的调控因子,并提高其产量。[方法] 首先,利用DNA亲和层析技术,钓取与阿卡波糖生物合成基因簇2个双向启动子区域结合的调控蛋白。然后,在阿卡波糖产生菌QQ-2中强化表达或敲除这些调控蛋白编码基因,进行体内功能验证。同时,利用大肠杆菌BL21（DE3）异源表达获得可溶性蛋白,通过凝胶阻滞实验验证蛋白与启动子区域的结合能力。[结果] 经DNA亲和层析及蛋白质质谱分析,钓取出9个与双向启动子P_WV和P_AB结合的调控蛋白。在QQ-2中分别强化表达和缺失这9个调控基因后发现,基因ACPL_1889的强化表达使阿卡波糖产量提高25%,而该基因的缺失使产量降低22%;基因ACPL_5445、ACPL_3989的强化表达使阿卡波糖产量分别降低12%和39%,而这两个基因的缺失使产量分别提高15%和8%。对阿卡波糖生物合成基因转录水平的检测发现,强化表达基因ACPL_1889使acbA、acbB、acbW、acbV的转录水平升高,而缺失该基因使这4个基因的转录水平降低;敲除基因ACPL_5445使这4个基因转录水平均有提高;强化表达基因ACPL_3989使这4个基因的转录水平均下降,而其敲除使acbW和acbA的转录水平分别提高了约100倍和40倍。在凝胶阻滞实验中,ACPL_1889与ACPL_3989均能与acb基因簇的启动子区域结合。最后将正调控基因的强化表达和负调控基因的敲除进行组合,使阿卡波糖产量提升32%。[结论] 本研究发现了9个与阿卡波糖生物合成基因簇的启动子区域结合的调控蛋白,通过体内、体外实验证明ACPL_1889为阿卡波糖生物合成的正调控因子、ACPL_5445和ACPL_3989为负调控因子,不但为揭示阿卡波糖生物合成的转录调控机制奠定了基础,而且这些调控基因的改造显著提升了阿卡波糖的产量。     

BBX16, a B‐box protein,positively regulates light‐induced anthocyanin accumulation by activating MYB10 in red pear

The red coloration of pear (Pyrus pyrifolia) results from anthocyanin accumulation in the fruit peel. Light is required for anthocyanin biosynthesis in pear. A pear homolog of Arabidopsis thaliana BBX22, PpBBX16, was differentially expressed after fruits were removed from bags and may be involved in anthocyanin biosynthesis. Here, the expression and function of PpBBX16 were analysed. PpBBX16's expression was highly induced by white‐light irradiation, as was anthocyanin accumulation. PpBBX16's ectopic expression in Arabidopsis increased anthocyanin biosynthesis in the hypocotyls and tops of flower stalks. PpBBX16 was localized in the nucleus and showed trans‐activity in yeast cells. Although PpBBX16 could not directly bind to the promoter of PpMYB10 or PpCHS in yeast one‐hybrid assays, the complex of PpBBX16/PpHY5 strongly trans‐activated anthocyanin pathway genes in tobacco. PpBBX16's overexpression in pear calli enhanced the red coloration during light treatments. Additionally, PpBBX16's transient overexpression in pear peel increased anthocyanin accumulation, while virus‐induced gene silencing of PpBBX16 decreased anthocyanin accumulation. The expression patterns of pear BBX family members were analysed, and six additional BBX genes, which were differentially expressed during light‐induced anthocyanin biosynthesis, were identified. Thus, PpBBX16 is a positive regulator of light‐induced anthocyanin accumulation, but it could not directly induce the expression of the anthocyanin biosynthesis‐related genes by itself but needed PpHY5 to gain full function. Our work uncovered regulatory modes for PpBBX16 and suggested the potential functions of other pear BBX genes in the regulation of anthocyanin accumulation, thereby providing target genes for further studies on anthocyanin biosynthesis.     

油茶DELLA基因的克隆和表达分析

为了解油茶(Camellia oleifera)中DELLA基因功能及其表达特性,采用PCR技术从‘长林4号’油茶中克隆了5个DELLA基因,命名为CoDELLA1~CoDELLA5,对其编码的5个CoDELLA蛋白进行生物信息学分析,并对5个DELLA基因的表达模式以及激素响应活性进行了分析。结果表明,5个CoDELLA基因的编码区长度分别为1 791、1 875、1 848、1 593和1 581 bp,分别编码597、625、616、531和527个氨基酸。5个CoDELLA蛋白的氨基酸序列相似度较高,丝氨酸残基为主要的潜在磷酸化位点,CoDELLA蛋白N端均含有典型的DELLA结构域。不同物种中DELLA蛋白的系统发育存在差异,CoDELLA与茶树的CsDELLA同源性最高。CoDELLA基因在油茶不同组织中的表达也存在差异,且赤霉素和独脚金内酯等多种激素和非生物胁迫对其表达具有调控作用。CoDELLA基因可能在油茶的生长发育和非生物胁迫响应中发挥重要作用。