荞麦ARF基因家族的鉴定及生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor, ARF)基因应答了生长素信号,在植物生长发育中具有重要的调控作用。以荞麦基因组数据库为基础,利用BlastP比对程序共鉴定了21个荞麦ARF基因,并对其基因结构、编码蛋白理化性质、保守结构域、保守基序、亚细胞定位、潜在磷酸化位点及系统进化关系进行了分析。基因结构分析表明,21个荞麦ARF基因均含有内含子,且不同基因间内含子数目存在较大差异。保守结构域分析显示,21个ARF蛋白均含有保守的B3和ARF结构域,部分ARF蛋白还含有Aux/IAA结构域。蛋白保守基序分析表明,21个ARF蛋白共有10个保守基序,基序长度在13~55个氨基酸之间。亚细胞定位分析表明,大多数ARF蛋白定位于细胞核,个别定位于叶绿体。潜在磷酸化位点分析显示,所有ARF蛋白均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点,但各蛋白的不同磷酸化位点的数目差异较大。系统进化分析表明,21个ARF基因可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个亚家族,其中,Ⅰ亚家族可以进一步分为Ⅰa和Ⅰb两个家族,Ⅱ亚家族可以进一步分为Ⅱa和Ⅱb两个家族。研究结果为进一步克隆荞麦ARF基因及深入研究它们在荞麦中的功能提供了参考。     

百子莲CONSTANS同源基因的克隆及表达分析

根据前期百子莲转录组测序分析的结果,获得了1 个与光周期调控开花途径关键基因CONSTANS(CO)同源 性较高的核心片段。采用cDNA 末端快速扩增(RACE) 方法得到了百子莲CO 基因cDNA 全长序列,命名为 ApCOL,GenBank 登录号为KF683287。序列分析表明,百子莲ApCOL 基因cDNA 全长1 648 bp,5非编码区(5UTR) 和3非编码区(3UTR)分别为126 和355 bp,开放阅读框(ORF,127 ~ 1 293 bp)1 167 bp,编码388 个氨基酸。 ApCOL 具有CO 蛋白典型的结构域:氨基末端有2 个B-box 结构域,羧基末端有1 个CCT 保守结构域。氨基酸同源 性比对发现,ApCOL 与葡萄(XP_002274384.2)、可可(EOX99181.1)和大豆(NP_001241023.1)等植物的CO 蛋白有 很高的相似性,同源性均在50%以上。系统进化树分析表明,ApCOL 与小麦CO(EMS51329.1)聚类关系最近。实 时荧光定量qRT-PCR 结果表明:叶片中ApCOL 的表达量在花芽分化3 个时期均高于花芽中的表达量,且叶片中的 最高表达量和花芽中最低表达量均出现在花芽诱导期;在整个初花期内,各器官中ApCOL 表达量由高到低依次是 花梗、叶片、幼果、子房、花瓣、茎和花葶,花梗中表达量分别为叶片和茎中的2.68 和114.3 倍;不同光周期处理的叶 片中ApCOL 基因表达模式相近,均在暗处理时期呈现高表达。说明该基因的表达具有明显的时空差异性和生物钟 调节特性,推测ApCOL 在百子莲成花过程中以及花发育过程中发挥着一定的作用。      

百子莲生长素受体基因TIR1的全长cDNA克隆及功能分析

采用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)方法获得百子莲生长素受体TIR1基因cDNA全长序列,对该序列进行生物信息学分析的结果显示,TIR1基因的mRNA序列全长为2 235bp;5’非编码区296bp,3’非编码区172bp;该基因的ORF全长为1 764bp,编码一个含有588个氨基酸的蛋白。百子莲TIR1推导蛋白序列与葡萄(Vitis vinifera)、二穗短柄草(Brachypodium distachyon)、高粱(Sorghum bicolor),玉米(Zea mays)等植物均具有较高的同源性,同源性最高的是葡萄,可达78%。系统进化树表明,百子莲与葡萄距离最近。由α-螺旋,随机卷曲和延伸链组成一个磁状结构,为亲水蛋白,疏水性值为-0.092,在百子莲体细胞胚胎发生过程中,实时荧光定量PCR结果表明TIR1基因表达量在愈伤组织中含量最低,在胚性愈伤组织和体细胞胚胎中含量均有所升高,而在体胚幼苗中表达量最高,表明该基因介导的生长素信号在体细胞胚胎发生过程中发挥着非常重要的作用。     

植物生长素原初响应基因Aux/IAA研究进展

Aux/IAA基因家族能够在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的3类基因家族之一。ARF则是一类调控生长素响应基因表达的转录因子,Aux/IAA就是通过其响应元件与ARF特异性结合,从而调节生长素早期应答基因的转录功能。介绍了Aux/IAA的结构特征、调控机制以及生物学功能。植物Aux/IAA基因是由4个保守结构域组成的:结构域Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ。结构域Ⅰ主要负责Aux/IAA蛋白的阻遏作用,结构域Ⅱ因为含有一段亮氨酸基序,负责Aux/IAA蛋白的快速降解,而结构域Ⅲ和Ⅳ则介导Aux/IAA蛋白与ARF蛋白形成同源或异源二聚体。在生长素信号转导过程中,Aux/IAA主要通过与生长素响应因子ARF结合,促进早期基因转录,从而调节下游基因的表达。Aux/IAA基因因其种类不同在不同的组织和器官中的表达是有特异性的,同时通过Aux/IAA突变体的研究表明:不同的Aux/IAA还具有各自独特的功能。不论是由于时间和空间表达上的不同,还是由于其基因的启动子对生长素响应因子的亲合性差异都能产生这些功能特异性。而植物激素和外界环境因子对发挥Aux/IAA功能也具有重要的调控作用。     

小麦TaeEF1β基因的克隆、同源性及表达分析

真核翻译延伸因子(eukaryotic translation elongation factor,eEFs)是一种重要的多功能调控蛋白,eEF1β是eEF1的组成部分,在蛋白质生物合成过程中发挥着重要的作用。本文通过RT-PCR扩增克隆小麦(Triticum aestivum L.)的eEF1β基因,并命名为TaeEF1β。氨基酸同源性分析发现,TaeEF1β具有高度保守性,且其保守结构域位于137~226 aa处。qRT-PCR结果表明,中国小麦花叶病毒(Chinese wheat mosaic virus,CWMV)侵染小麦植株后,可以诱导TaeEF1β基因转录水平的上调表达。另外,本文也进一步分析了TaeEF1β基因在小麦根、茎、叶的表达水平和CWMV侵染不同时间点的表达情况。     

莲种胚发育过程中胚胎晚期丰度蛋白基因表达量与种子含水量相关性分析

通过莲胚形态观察、生理指标测定、蛋白质谱鉴定与基因表达量分析，筛选出莲胚脱水成熟过程中显著富集的LEA蛋白(late embriogenesis abundant protein)，并分析其基因表达量与含水量的相关性。结果表明，莲胚发育成熟共需约30 d，形态发育15~18 d，随后进入脱水成熟阶段。在种胚脱水阶段种胚含水量由80%下降到6.7%，细胞内蛋白含量上升2.75倍。对不同脱水阶段莲胚进行蛋白单向电泳，筛选出7条显著富集的蛋白条带，其中包含7种LEA家族蛋白:EMB564-like、Dehydrin Rab18、Lea14-A与4种D-34类蛋白。Dehydrin Rab18、D-34、D-34-like-1表达量随莲胚脱水而递增，与种子含水量呈负相关；EMB564-like、Lea14-A、D-34-like-2、D-34-like-3基因表达水平呈单峰曲线，在莲胚发育20 d时达到峰值。其中Dehydrin Rab18、EMB564-like与D-34-like-2在莲胚脱水阶段上调表达幅度最大，表达量分别是莲胚脱水前的38.7、11.5、19.0倍，可能与莲胚的逆境保护与耐储存机制相关。     

黄瓜有限生长调控基因CsCML25的启动子克隆及功能分析

[目的]本文旨在通过对黄瓜有限生长调控基因CsCML25启动子功能的研究,揭示该基因在黄瓜有限生长过程中的转录调控机制。[方法]以黄瓜自交系材料CCMC的叶片DNA为模板,克隆CsCML25上游的全长启动子序列,并对其顺式调控元件进行分析;构建CsCML25基因过表达载体以及CsCML25启动子驱动GFP报告基因的表达载体,通过农杆菌介导遗传转化法将其转化拟南芥后,观察过表达植株表型并利用荧光显微镜观察GFP的表达规律;采用RT-qPCR分析该CsCML25启动子驱动的GFP报告基因在IAA和6-BA处理后以及在调控拟南芥有限生长基因TFL1影响下的表达变化。[结果]CsCML25启动子全长2 979 bp,包括4个MYB转录因子结合位点、1个WUS结合位点以及多个细胞分裂素、生长素和光响应元件。过量表达CsCML25基因能够造成拟南芥顶端花融合现象,形成与拟南芥突变体tfl1-13相似的有限生长表型。CsCML25启动子驱动GFP在茎尖分生组织、叶原基、花原基以及花瓣等组织部位表达。RT-qPCR结果表明:IAA和6-BA处理能够显著影响CsCML25启动子的转录激活功能;拟南芥有限生长突变体tfl1-13杂交试验显示,TFL1的失活会降低CsCML25启动子驱动GFP表达的能力。[结论]CsCML25基因是调控有限生长的关键基因,在茎尖分生组织和幼嫩器官中特异性表达,其启动子转录活性受细胞分裂素和生长素的抑制;突变体杂交试验也证明有限生长调控基因TFL1可能通过调控CsCML25启动子的转录活性,进而影响植株的形态建成。     

马铃薯StDRO2基因的生物信息学分析

【目的】根系构型对植物生长发育起到重要作用,DEEPER ROOTING1(DRO1)基因参与调控植物根生长角度。但是马铃薯DRO1同源基因的生物学信息还不清楚。【方法】本研究利用生物信息学软件分析了马铃薯中StDRO2蛋白的理化性质、亚细胞定位、保守结构域、系统发育树及蛋白质结构。【结果】发现马铃薯StDRO2基因编码亲水性不稳定蛋白,定位在细胞核,氨基酸序列具有IGT基因家族典型结构域。蛋白质二级结构预测显示StDRO2蛋白质均具有无规则卷曲、α-螺旋、β-转角和延伸链结构。通过实时定量PCR分析,马铃薯幼苗叶片中StDRO2的表达量显著高于根和茎杆。生长素处理后,根中StDRO2基因的表达量显著降低,说明该基因的表达受到生长素的负调控。【结论】StDRO2属于IGT基因家族中的一员,可能参与调控马铃薯根系构型。马铃薯StDRO2基因的生物信息学及表达水平检测为今后分析马铃薯根系发育提供了理论基础。     

紫花苜蓿NAC类转录因子基因MsNAC2的克隆及其功能分析

【目的】NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,N端含有一段高度保守、约150个氨基酸组成的NAC结构域,而C端为高度变异的转录调控区。NAC转录因子不仅参与植物生长发育的调控,而且在植物抗逆反应中具有重要的调控作用。作者从紫花苜蓿中克隆了一个NAC类转录因子基因MsNAC2,期望通过分析其DNA和氨基酸序列特征,阐明其在紫花苜蓿中响应非生物胁迫的表达模式,通过在烟草中过量表达鉴定其生物学功能,为进一步了解MsNAC2在紫花苜蓿中的耐逆调控机理提供试验基础,并为通过转基因技术改善紫花苜蓿抗逆力和提高其品质奠定研究基础。【方法】应用RT-PCR和RACE技术获得紫花苜蓿MsNAC2全长序列,并进行生物信息学分析。应用real-time PCR技术分析该基因在非生物胁迫下的时空表达特征。构建MsNAC2-GFP融合表达载体,进行基因表达的亚细胞定位分析。同时构建pBI121-MsNAC2植物超表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶盘,比较逆境胁迫条件下野生型烟草和转基因株系的表型和生理指标,鉴定超表达MsNAC2对烟草耐逆能力的调控效应。【结果】MsNAC2全长1 358 bp,开放阅读框长度为1 023 bp,编码340个氨基酸,编码蛋白质分子量为39.4 kD,其N端含有典型的NAC保守结构域,C端高度变异。进化树聚类分析表明,该基因与脐橙CsNAC亲缘关系较近,属于NAC蛋白的ATAF亚家族。洋葱亚细胞定位分析表明MsNAC2定位于细胞核。转录水平表达分析表明MsNAC2受250 mmol·L^-1 NaCl、20% PEG6000、0.1 mmol·L^-1 ABA和4℃胁迫诱导而显著升高,并且MsNAC2在根中的表达量要明显高于在叶中的表达量。抗性试验结果显示,在NaCl、PEG和4℃冷害胁迫下,转基因烟草苗高、根长、鲜重和干重等生长指标均高于野生型。生理指标检测结果表明,在250 mmol·L^-1 NaCl、20% PEG6000和4℃处理24 h后,转基因烟草叶片丙二醛含量明显低于野生型烟草,分别为野生型的82.6%、73.2%和77.8%。脯氨酸含量高于野生型烟草,分别达1.52倍、1.72倍和2.24倍,且SOD和POD的活性均高于野生型烟草,分别为野生型的1.101倍、1.105倍、1.33倍和1.12倍、1.08倍及1.19倍。【结论】从紫花苜蓿中克隆了一个新的NAC转录因子基因MsNAC2,该基因能够对盐、冷害和干旱胁迫产生响应,与野生型烟草相比,过量表达MsNAC₂烟草具有较强的耐盐、抗旱和抵御寒冷的能力,说明该基因可能参与调控非生物逆境胁迫的生理响应。     

百子莲赤霉素受体基因ApGID1全长的克隆及功能分析

为揭示赤霉素(gibberellin,GA)对根茎类花卉百子莲(Agapanthus praecox ssp.orientalis)生长发育的调控机制,利用cDNA末端快速扩增(rapid amplification of cDNA ends,RACE)方法获得百子莲GA受体基因GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1(GID1)全长cDNA,命名为ApGID1。该基因cDNA全长为1 629bp,其中5’非编码区(untranslated region,UTR)372bp,3’端UTR 213bp;编码区全长为1 044bp,共编码347个氨基酸;结构预测显示,ApGID1蛋白由8条β-折叠和7个α-螺旋组成袋状结构域,能够与GA分子结合。推导的ApGID1蛋白氨基酸序列与陆地棉(Gossypium hisutum)具有较高的同源性,可达71.8%。系统进化表明,百子莲与单子叶植物小麦(Triticum aestivum)、大麦(Hordeum vulgare)和玉米(Zea mays)聚为一类,与双子叶植物进化关系较远。ApGID1基因在根、茎和花药中表达量高。亚细胞定位显示ApGID1是核蛋白,是GA信号通路的重要组成部分。拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达ApGID1可促进开花和株高建成。     

超量表达CsGH3.6通过抑制生长素信号转导 增强柑橘溃疡病抗性

背景 由柑橘黄单胞杆菌柑橘亚种（Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc）引起的柑橘溃疡病是柑橘生产上最具毁灭性的一种病害。植物生长素在调控柑橘溃疡病菌引起的寄主侵染部位脓疱形成中起重要作用。生长素早期响应基因GH3通过酰基化吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）调控植物激素动态平衡。前期研究发现柑橘CsGH3.6在调控生长素响应溃疡病侵染中起着重要作用。目的 通过对超量表达CsGH3.6转基因晚锦橙的抗病性、植株表型、细胞和激素变化进行分析,利用RNA-Seq解析CsGH3.6调控的信号通路,探明CsGH3.6调控激素动态平衡影响柑橘溃疡病抗性的内在机制。方法 利用针刺法对离体转基因叶片接种溃疡病菌Xcc,统计接种第10 天时病斑面积和病情指数,以野生型为对照,评价转基因植株的抗性水平;提取感病前后叶片内源激素,利用高效液相色谱技术(high performance liquid chromatography,HPLC )检测转基因植株中激素含量变化;温室中观察转基因植株表型变化;通过测量叶片纵径、横径和厚度分析转基因植株叶型变化特征;制备叶片表皮切片,显微观察表皮细胞和气孔,并统计转基因植株表皮细胞长度和气孔密度;采用RNA-Seq测序技术研究转基因植株转录组变化情况,并利用Nr、Nt、Pfam、COG、SwissProt和gene ontology (GO)数据库注释基因功能,进一步利用KEEG数据库和MapMan软件解析超量表达CsGH3.6影响的重要基因、功能和途径,阐明CsGH3.6调控柑橘溃疡病抗性的分子机制。结果 超量表达CsGH3.6显著增强转基因植株的溃疡病抗性;转基因植株分枝增多且下垂,叶片向上卷曲,变小,颜色浅;转基因植株气孔密度增加,表皮细胞变短;激素含量分析显示,转基因植株自由生长素（IAA）和茉莉酸（jasmonic acid,JA）含量显著降低,而水杨酸（salicylic acid,SA）含量显著增加;转录组测序分析表明,超量表达CsGH3.6显著抑制生长素信号转导相关基因表达,特别是所有注释的Aux/IAA家族基因均下调表达,相反,与生物胁迫相关基因的表达为上调,其中绝大部分基因为病程相关蛋白基因。结论 超量表达CsGH3.6通过酰基化自由IAA抑制生长素信号转导,调控JA和SA的动态平衡,改变细胞和植株的形态建成,从而增强柑橘对溃疡病的抗性。研究结果暗示调控激素动态平衡在柑橘抗病育种中具有潜在价值。     

苋菜amaARF6基因克隆及其外源激素处理下在幼苗中响应分析

以‘大红’苋菜(Amaranthus tricolor L.‘Dahong’)为材料,根据实验室构建的苋菜转录组数据库(SRA:SSR924089~SSR924092),采用RT-PCR结合RACE技术克隆获得1条生长素响应因子ARF6基因c DNA全长序列,命名为amaARF6(登录号为MG581459)。苋菜amaARF6基因c DNA全长3 758 bp,含一个2 697 bp开放阅读框,编码898个氨基酸。生物信息学分析表明,amaARF6包括生长素响应因子结构域和生长素功能位点,有ARF基因家族特有序列特征;系统进化树分析发现,amaARF6蛋白与同为石竹目甜菜Bv ARF6蛋白进化距离最近,相似度高达100%。荧光定量PCR分析表明,苋菜幼苗在不同浓度2,4-D、IAA、IBA等生长素及不同浓度GA3和PP333处理下,amaARF6基因均受调控,且在2,4-D、IAA、IBA等生长素处理后表达上调,经GA3和PP333处理后表达下调。研究还发现,苋菜中甜菜红素累积受GA3和2,4-D抑制,PP333促进甜菜红素合成,amaARF6基因表达量在GA3和PP333处理下呈相反变化趋势。研究结果表明,amaARF6基因可能具备ARF家族正调控因子表达特征和功能,可能参与调控苋菜幼苗生长和甜菜红素合成。研究结果为揭示amaARF6基因在苋菜幼苗生长中作用奠定基础,为苋菜育种提供线索。     

茄子生长素响应因子SmARF8的克隆与分析

 【目的】克隆茄子生长素响应因子新基因,为研究茄子果实形成发育的分子机制提供依据。【方法】采用RT-PCR 和RACE 技术克隆茄子ARF家族相应基因的cDNA全长序列。经序列联配进行与其它物种同源基因的保守域和进化关系分析。实时定量PCR 检测目的基因在茄子不同组织中的表达情况。【结果】将该基因命名为SmARF8,它的cDNA序列全长为3 671 bp,编码阅读框全长2 676 bp。氨基酸序列分析表明,SmARF8蛋白拥有核定位序列,蛋白质结构具有ARF家族的N-端DNA结合域,中间脯氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基富集的非保守调控域,C-末端蛋白互作域。氨基酸与拟南芥的调控单性结实基因ARF8相似性较高,进化树分析表明它们聚集在一个分支上,进化关系非常密切。SmARF8基因在幼果中表达最强,在根、茎、叶、花蕾、花朵及成熟果实中表达较强烈。【结论】从茄子中克隆得到一个生长素响应因子家族基因SmARF8。     

马铃薯油菜素内酯信号激酶基因StBSKs的克隆与序列分析

油菜素内酯是一种参与调控植物生长发育和环境抗性的植物激素,BSKs是BR信号通路中重要的信号转导激酶。以马铃薯为试验材料,通过同源序列检索分析设计特异性引物,采用RT-PCR技术克隆得到BSK基因家族的7个基因,分别命名为StBSK1、StBSK2、StBSK3、StBSK4、StBSK5、StBSK6和StBSK7。其CDS全长分别为1 497、1 479、1 464、1 461、1 476、1 476和1 476 bp,分别编码498、492、487、486、491、491和491个氨基酸。生物信息学分析表明,StBSKs蛋白的等电点为5.14~6.37,均呈弱酸性;这7个蛋白均无跨膜结构域和信号肽;氨基酸序列比对发现,StBSKs蛋白的氨基酸序列在N端存在较大差异。系统进化树分析发现,StBSKs蛋白与同科物种的亲缘关系更近。本研究结果丰富了对马铃薯油菜素内酯信号激酶StBSKs基因的认知,也为进一步深入研究StBSKs的基因功能奠定基础。     

泥鳅和大鳞副泥鳅细胞色素P450c17-Ⅰ(CYP17-Ⅰ)基因的克隆及组织表达分析

采用3'-和5'-RACE法克隆了泥鳅和大鳞副泥鳅CYP17-Ⅰ基因的cDNA全长序列,通过实时荧光定量PCR技术分析其表达情况。结果表明,泥鳅CYP17-Ⅰ基因cDNA全长1 706 bp,开放阅读框(open reading frame, ORF) 1 563 bp,编码520个氨基酸;大鳞副泥鳅CYP17-Ⅰ基因cDNA全长1 763 bp,ORF长1 545 bp,编码514个氨基酸。2种鳅CYP17-Ⅰ氨基酸序列都有1个信号肽、1个跨膜区、1个保守的蛋白结构域和3个功能保守区。相似度分析显示,2种鳅之间CYP17-Ⅰ相似度为99%,与其他鱼类的相似度也超过70%。系统进化分析显示,2种鳅之间关系最为接近,其系统发育关系基本符合传统的分类地位。qRT-PCR结果显示,CYP17-Ⅰ在2种鳅的肠、肌肉、心脏、胃、肝脏、精巢、卵巢、脾脏等8个组织均有表达,在精巢和卵巢中表达量相对较高。     

植物生长素响应因子基因的研究进展

生长素响应因子(ARF)是一类调控生长素响应基因表达的转录因子,在生长素的信号传导过程中处于中心位置,它可与生长素响应元件特异结合,促进或抑制基因的表达.介绍了ARF结构特征,生物学功能以及调控机制.植物ARF由3个结构域组成:氨基端的DNA结合结构域(DBD),中间结构域(MR)以及羟基末端的二聚结构域(CTD).中间结构域包括激活结构域(AD)和抑制结构域(RD).在生长素信号转导过程中,ARF主要通过与生长素响应元件结合,促进早期基因转录,从而调节下游基因的表达.不同的ARF在不同的组织和器官中都有特异表达,同时通过ARF突变体的研究表明:不同的ARF具有各自独特的功能.这些功能特异性的产生,既可以来自在时间和空间表达上的不同,也可能是来自对目的基因启动子的亲和性差异.植物激素、外界环境因子和非编码区小RNA对ARF功能的发挥具有重要的调控作用.     

Ath-miR169d介导的拟南芥叶片发育的分子调控机制

【目的】探究ath-miR169d在拟南芥叶片发育过程中的作用,明确其调控的分子机制,为增强叶菜类植物的光合效率以及增加生物量和提高作物产量提供理论依据。【方法】选取ath-miR169d过表达和降低表达的拟南芥转基因株系以及野生型拟南芥,在22℃、相对湿度60%、16 h/8 h光周期条件下培养,观察不同生长阶段叶片发育表型的差异;同时构建pmiR169d::GUS表达载体,转化农杆菌EHA105,并利用蘸花法转化野生型拟南芥(Columbia,Col-0),获得转基因拟南芥,利用GUS染色对ath-miR169d在拟南芥不同组织器官中的表达模式进行研究;选取8周龄的过表达材料和野生型对照株系,对其叶片表皮细胞形态进行扫描电镜分析;对4周龄过表达材料和野生型对照株系的幼苗顶端分生组织和叶片中总IAA进行定量分析,并进行基因芯片表达谱分析,筛选差异表达基因;通过实时荧光定量PCR对生长素信号途径部分差异表达关键基因的表达情况进行分析。【结果】Ath-miR169d过表达拟南芥株系莲座叶数目较野生型少,叶片小,而ath-miR169d降低表达的拟南芥株系的莲座叶较野生型多,叶片大,且在抽薹和种子成熟之后还持续长出新叶,而野生型莲座叶则在种子成熟之后逐渐衰老干枯;扫描电镜观察到ath-miR169d过表达拟南芥株系叶片中表皮细胞小于野生型;表达模式分析表明,ath-miR169d主要在顶端分生组织(shoot apical meristem,SAM)和叶片维管系统中表达,且新叶中表达强。SAM是产生生长素的部位,IAA测定结果表明ath-miR169d过表达拟南芥株系中IAA含量显著降低,为野生型植株的38.6%,同时基因芯片表达谱分析也验证了ath-miR169d参与调控植物体内激素信号转导途径。进一步研究发现,ath-miR169d过表达株系中生长素合成关键基因YUC2和转运体蛋白基因PIN1均显著下调表达,而具有转录抑制功能的生长素响应因子1和2基因(ARF1和ARF2)表达上调;STTM miR169d低表达株系中这4个基因的表达则为相反趋势,该结果与观察到的表型相一致。【结论】Ath-miR169d通过介导生长素信号途径参与了拟南芥叶片发育的调控,ath-miR169d表达量发生变化会影响叶片的数量和大小,最终影响整个植株的生物量。     

IAA对水稻根毛形成与水通道蛋白基因表达关系的研究

【目的】探讨气培条件下,IAA极性运输对水稻根毛形成及水通道蛋白基因表达的影响。【方法】以超表达OsPIN1a的转基因水稻和野生型水稻为研究材料,当种子根长为0.5-1.0 cm时,分别用不同浓度IAA、IAA和生长素极性运输输出载体抑制剂、IAA和生长素输入载体抑制剂复合处理的琼脂块贴在根尖一侧,黑暗条件下培养12 h后观察根毛生长情况,测定根毛的密度、长度及根毛形成后根尖部分相对含水量,并用激光共聚焦显微镜观察根尖及根毛内的OsPIN1a-GFP亚细胞定位,再通过半定量RT-PCR检测根毛形成前后水通道蛋白基因表达。【结果】（1）在0-5.0 mg·L^-1 IAA浓度范围内,随IAA浓度增加,根毛长度和密度也增加,当浓度超过5.0 mg·L^-1时,根毛长度和密度不再增加,根的生长受到显著抑制,2.5 mg·L^-1 IAA诱导效果最好;（2）只有根尖分生区IAA处理后,才能诱导新的根毛区形成根毛,而其他区域处理后无法诱导根毛形成;（3）根毛形成不受低浓度的生长素极性运输输出载体抑制剂TIBA、NPA和IAA复合处理的影响,高浓度TIBA、NPA和IAA复合处理则显著抑制根毛形成及根的生长;（4）低浓度生长素极性运输输入载体抑制剂CHPAA和IAA复合处理能显著抑制根毛形成和根的生长;（5）IAA不但能诱导根毛形成,也能诱导多种水通道蛋白基因表达,提高根尖相对含水量;（6）根尖及根毛内的OsPIN1a基因的表达和OsPIN1a-GFP含量均受IAA诱导,并在根毛细胞内大量表达。【结论】在气培条件下,根毛形成需要IAA诱导,而IAA诱导根毛形成过程需要生长素极性运输输入和输出载体蛋白的参与,其中输入过程对根毛的形成影响最大。IAA极性运输输入或输出载体蛋白特异性抑制剂处理显著降低根毛形成和根的生长,因此OsPIN1a在根毛形成中起着重要作用,同时根毛水通道蛋白基因表达量增加,提高了根尖相对含水量,减缓了气培条件下水稻根尖的水分胁迫。     

玉米ZmGS5基因的克隆及其对转基因拟南芥种子发育的影响

植物种子发育与产量密切相关,研究发现玉米ZmGS5基因与其籽粒发育呈显著性正相关。本研究利用同源克隆技术克隆玉米ZmGS5基因,该基因编码区全长1 491 bp,编码含496个氨基酸的丝氨酸羧肽酶。通过构建ZmGS5过表达载体,采用花序浸染法遗传转化拟南芥,观察转基因拟南芥植株表型及种子变化,初步解析ZmGS5在调控种子发育过程中的功能。结果表明,转基因拟南芥植株莲座叶直径增加,叶片增大,生物量、每株角果数和种子千粒重及种子大小均显著增加。该研究结果初步揭示了玉米ZmGS5基因在调控作物生长发育和产量中发挥重要作用。     

光受体和OsPIN1基因家族表达对水稻根负向光性的影响

为了探讨根尖光受体及生长素极性运输在水稻根负向光性中的作用,以超表达OsPIN1b转基因和野生型水稻(‘中花11’)种子根尖为材料,在根尖受单侧光照不同时间后,提取根尖RNA,反转录合成cDNA,通过半定量PCR检测3种光受体和OsPIN1基因家族4个基因表达差异,用激光共聚焦电子显微镜观察根尖融合表达蛋白OsPIN1b-GFP的定位,测量根负向光性弯曲程度。结果发现:用单侧光照射后,转基因与野生型水稻根尖光受体基因表达量均明显提高,OsPIN1基因家族4个基因表达量也得到提高,但转基因水稻的这几个基因的表达量较野生型高,在转基因水稻根尖发现细胞向光侧的OsPIN1b-GFP荧光强度明显弱于背光侧,水稻根负向光性角度也显著大于野生型。结果说明,水稻根尖受到单侧光照射后,提高了光受体和IAA极性输出载体基因的表达量,促进IAA极性运输,诱导根尖负向光性形成,由于转基因水稻的相关基因表达量高于野生型,所以根尖的负向光性弯曲角度明显大于野生型。