人工microRNAs对拟南芥At1g13770和At2g23470基因的特异沉默

DUF647 (Domain of unknown function 647) 蛋白家族是在真核生物中广泛存在的、高度保守的蛋白家族。拟南芥中该基因家族共有6个成员, 迄今为止拟南芥DUF647家族中4个成员的功能尚不清楚。文章以拟南芥内源MIR319a前体为骨架, 构建了敲减DUF647家族中2个基因At1g13770和At2g23470表达的人工microRNAs(Artifical microRNAs, amiRNAs)。利用WMD(Web microRNA designer)平台设计分别靶向At1g13770和At2g23470基因的amiRNAs序列, 通过重叠PCR置换拟南芥MIR319a前体序列。构建融合amiRNAs前体的植物表达载体pCHF3-amiRNAs, 在农杆菌介导下转化拟南芥。RT-PCR分析表明, amiRNAs能够显著抑制At1g13770和At2g23470基因的表达, 获得了抑制效果明显的转基因株系。At2g23470-amiRNA转基因植株At2g23470转录水平的下调导致育性严重下降。文章为进一步研究这两个基因的功能奠定了良好的基础。     

拟南芥At5g01510和At5g49820基因人工microRNAs的构建与鉴定

以拟南芥内源MIR319a前体为骨架,构建沉默DUF647家族基因At5t01510和At5g49820表达的人工microRNAs,研究其对目的基因表达的抑制效果。利用WMD平台设计分别靶向At5g01510和At5g49820的amiRNAs序列,通过重叠PCR改造拟南芥MIR319a骨架序列,使其包含我们设计的特异amiRNAs序列。构建35S：：amiR-At5g0150和35S：：amiR-At5g49820融合基因,以农杆菌介导的花苞浸染法转化获得转基因拟南芥。RT-PCR分析表明,人工microRNAs能够显著抑制靶基因的表达,获得了抑制效果明显的转基因植株。本工作为进一步研究这两个基因的功能奠定了良好的基础。     

利用人工microRNA实现基因沉默

MicroRNA是一组长度约为21 nt的非编码蛋白质的短序列RNA,能通过碱基互补配对的方式指导降解靶基因mRNA或抑制靶基因的翻译。MicroRNA的主要功能是调控基因的表达,在生物体的生长、发育及疾病发生中扮演着重要的角色。本文介绍了利用microRNA实现基因沉默的作用原理,人工合成microRNA,构建转基因载体,实现对目的基因的沉默及这种工具在生命科学领域的应用前景。     

拟南芥F-box基因At3g16740的表达分析

拟南芥At3g16740基因为F-box基因家族成员,其功能尚不清楚.通过连续和瞬时光照处理分析,发现蓝光、红光和远红光都诱导At3g16740基因的表达,其中远红光的诱导作用最明显.蓝光受体cry1、cry2,红光受体phyB或远红光受体phyA突变导致At3g16740基因表达的光诱导作用减弱或者消失,表明该基因为光信号通路相关基因.通过实时荧光定量PCR分析At3g16740基因在拟南芥不同组织器官中的表达,发现其在拟南芥根、茎、叶、花和果荚中都有表达,花和果荚中的表达量最高,推测该基因可能参与植物花和/或果荚的发育.酵母双杂交分析发现,At3g16740蛋白通过F-box结构域与拟南芥ASK(arabidopsis-SKP1-like)家族成员ASK1、ASK2和ASK11相互作用,表明At3g16740是SCF(Skp、Cullin、F-box)复合物的成员.     

拟南芥F-box基因At5g22700的功能初步分析

F-box蛋白作为SCF（Skpl,Cullin and anF-boxprotein）复合体的成员,参与调节植物的生长发育过程。At5g22700为功能未知的F-box基因家族成员。本研究通过酵母双杂交分析At5g22700蛋白与ASK（Arabidop-sis-SKP1-1ike）家族蛋白的相互作用,发现At5g22700蛋白的F-box结构域与ASK4蛋白相互作用。实时定量PCR分析该基因在不同组织器官中的表达,发现该基因在根和花中的表达量最高,说明At5g2700可能在根和花的发育中具有重要作用。以At5g22700基因的T—DNA插入突变体和过量表达转基因株系为材料,分析不同光照条件下幼苗的表型,发现蓝光下At5g22700过量表达转基因幼苗的主根比野生型长。这些研究结果表明,At5g22700在植物体内可能形成SCF复合体,并在植物幼苗主根伸长生长中起促进作用。     

人工microRNA干扰拟南芥AtCDKC;1和AtCDKC;2基因表达的初步研究

以来源于拟南芥的microRNA序列为骨架,构建抑制AtCDKC;1和AtCDKC;2基因的人工microRNAs载体,研究其对目的基因表达的抑制效果。选择AtCDKCs基因的特异性序列,通过重叠PCR的方法改造拟南芥microRNA164a骨架序列,连接到双元载体pPZPY122,在农杆菌介导下转化拟南芥。RT-PCR分析表明,人工microRNA能够显著抑制目的基因的表达,获得了抑制效果明显的转基因植株,并且对AtCDKCs在拟南芥生长发育中的作用进行了初步的研究。     

基于烟草瞬时表达体系对amiRNA沉默效果快速有效的预验证

amiRNA(artificial microRNA)作为一种诱导基因发生特异性沉默的技术已在多种植物中应用,但设计出的不同amiRNAs在所转化株系中的沉默效率难以预测,因此对amiRNA载体的沉默效率进行预验证是非常必要的。本实验以丹参(Salvia miltiorrhiza)的1个MYB类转录因子基因SmPAP1的mRNA序列为amiRNA作用对象,并挑选2个经在线软件WMD3(Web MicroRNA Designer)设计的amiRNAs,分别命名为amiRNA1-SmPAP1和amiRNA2-SmPAP1,然后通过农杆菌介导将构建的2个amiRNA载体和SmPAP1过表达植物载体在烟草叶片细胞中进行瞬时共表达。结果显示,amiRNA2的表达丰度约是amiRNA1的2倍;amiRNA2对靶标SmPAP1的沉默效率约是amiRNA1的2.5倍;SmPAP1在mRNA和蛋白水平上均与相应amiRNA的表达水平呈显著负相关。因此,amiRNA在烟草细胞中的瞬时表达可快速、有效地对不同amiRNA沉默效果进行预验证,从而为后续的植物遗传转化研究提供重要参考。     

沉默VHA-c4基因对拟南芥根长和种子萌发的影响

为了研究植物液泡H+-ATPase c亚基VHA-c4基因在拟南芥响应非生物胁迫中的作用,本研究构建了拟南芥VHA-c4基因沉默载体,利用农杆菌介导,将线性化的沉默载体dsDNA片段整合在拟南芥基因组上,筛选获得了能够不同程度特异沉默VHA-c4基因的7个转基因株系c4-1～c4-7,并对VHA-c4基因沉默效果最好的株系c4-2进行NaCl、ABA、6%葡萄糖胁迫处理。结果显示:在特定浓度梯度的NaCl处理后,沉默株系c4-2的主根相对伸长量和种子萌发率都被明显抑制,并且被抑制效果远远高于野生型株系。然而,在特定浓度梯度的ABA和葡糖糖处理后,沉默株系c4-2的主根相对伸长量和种子的萌发率虽然也都有一定程度的抑制,但是其被抑制效果远远低于野生型拟南芥。结果显示沉默了VHA-c4基因后,显著降低了拟南芥对NaCl的耐受性,影响了其的生长发育,然而对ABA和葡糖糖的抑制作用却表现为很不敏感,这可能是因为H~+-ATPase在盐胁迫信号通路和ABA信号通路中起着不同的(正负)调控功能。     

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。     

The Arabidopsis At1g45130 and At3g52840 genes encode beta-galactosidases with activity toward cell wall polysaccharides

The Arabidopsis genes At1g45130 and At3g52840 encode the β-galactosidase isozymes Gal-5 and Gal-2 that belong to Glycosyl Hydrolase Family 35 (GH 35). The two enzymes share 60% sequence identity with each other and 38–81% with other plant β-galactosidases that are reported to be involved in cell wall modification. We studied organ-specific expression of the two isozymes. According to our western blot analysis using peptide-specific antibodies, Gal-5 and Gal-2 are most highly expressed in stem and rosette leaves. We show by dot-immunoblotting that Gal-5 and Gal-2 are associated with the cell wall in Arabidopsis. We also report expression of the recombinant enzymes in P. pastoris and describe their substrate specificities. Both enzymes hydrolyze the synthetic substrate para-nitrophenyl-β-d-galactopyranoside and display optimal enzyme activity between pH 4.0 and 4.5, similar to the pH optimum reported for other well-characterized plant β-galactosidases. Both Gal-5 and Gal-2 show a broad specificity for the aglycone moiety and a strict specificity for the glycone moiety in that they prefer galactose and its 6-deoxy analogue, fucose. Both enzymes cleave β-(1, 4) and β-(1, 3) linkages in galacto-oligosaccharides and hydrolyze the pectic fraction of Arabidopsis cell wall. These findings suggest that Gal-5 and Gal-2 could be involved in the modification of cell wall polysaccharides.     

Non-cell-autonomous small RNA silencing in Arabidopsis female gametes

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一个钙调蛋白类基因对拟南芥叶片气孔分布的影响

以一个缺磷胁迫诱导的钙调蛋白类基因AtPsiCaM为研究对象,采用拟南芥浸润转基因方法获得了AtPsiCaM基因的35S增强转基因植株。经Northern杂交检测表明,在AtPsiCaM基因的增强转基因株系中,该基因的转录水平明显增强。实验结果表明AtPsiCaM基因降低了增强转基因植株叶片的气孔指数和气孔导度,并且影响了植株的气孔分布。     

Highly specific gene silencing by artificial microRNAs in Arabidopsis

Plant microRNAs (miRNAs) affect only a small number of targets with high sequence complementarity, while animal miRNAs usually have hundreds of targets with limited complementarity. We used artificial miRNAs (amiRNAs) to determine whether the narrow action spectrum of natural plant miRNAs reflects only intrinsic properties of the plant miRNA machinery or whether it is also due to past selection against natural miRNAs with broader specificity. amiRNAs were designed to target individual genes or groups of endogenous genes. Like natural miRNAs, they had varying numbers of target mismatches. Previously determined parameters of target selection for natural miRNAs could accurately predict direct targets of amiRNAs. The specificity of amiRNAs, as deduced from genome-wide expression profiling, was as high as that of natural plant miRNAs, supporting the notion that extensive base pairing with targets is required for plant miRNA function. amiRNAs make an effective tool for specific gene silencing in plants, especially when several related, but not identical, target genes need to be downregulated. We demonstrate that amiRNAs are also active when expressed under tissue-specific or inducible promoters, with limited nonautonomous effects. The design principles for amiRNAs have been generalized and integrated into a Web-based tool (http://wmd.weigelworld.org).