甘蓝自交不亲和性信号传导元件与传导过程

甘蓝自交不亲和性是由多态性的S位点基因编码的蛋白质介导的信号传导途径实现的。该信号传导途径由8个蛋白质元件(SLG、SCR、SRK、MLPK、THL、ARC1、Exo70A1和MOD/MIP-MOD)组成,本文详细综述了这些元件的编码基因、蛋白质元件的结构和功能,以及元件间的相互作用所构成的信号传导过程。在此基础上,根据新进展提出了今后可能的研究重点,以期为包括甘蓝在内的芸薹属自交不亲和性的深入研究提供新的内容。     

甘蓝S-位点基因SRK、SLG和SP11/SCR密码子偏好性分析

S位点是芸薹属植物自交不亲和反应的关键位点,控制自交不亲和反应的识别与启动。为明确甘蓝S位点基因SRK和SLG的S域和SP11/SCR编码序列密码子的使用特性,利用Codon W、SPSS软件、Python程序和EMBOSS在线程序分析甘蓝41个SRK、36个SLG和11个SP11/SCR等位基因的偏好性,同时通过中性绘图、ENC-GC3绘图、PR2绘图及多元统计分析探讨基因密码子偏好性形成原因,并利用不同方法对其进行聚类分析。结果表明,甘蓝SRK、SLG和SP11/SCR基因编码序列富含A/T,密码子偏好以A/T碱基结尾,偏好性较低。自然选择是影响密码子使用模式的主要因素,突变压力为次要因素,还受到二核苷酸丰度的影响。根据RSCU值发现, SRK和SLG基因高表现密码子有4个, SP11/SCR基因有11个。基于RSCU的聚类能够较准确地反应甘蓝SRK、SLG和SP11/SCR等位基因间的关系,并与基于CDS核酸序列的聚类具有一致性和可靠性。根据密码子使用偏好性和聚类关系发现, SRK的S域和SP11/SCR编码序列在密码子偏好性上可能是协同进化的。这为更好理解甘蓝中密码子的分布机制...     

芸苔属植物自交不亲和性遗传机理研究及应用进展

芸苔属作物S位点上有三个紧密连锁的基因SLG,SRK,SCR/SP11。其中SRK和SCR/SP11蛋白分别为柱头和花粉SI信号识别决定因子。复等位基因显隐性关系与SRK基因的表达水平并不相关,可能是由于在绒毡层中SCR基因受到强烈的下游调控导致杂合体中隐性SCR基因在小孢子细胞中表达受到抑制。分子进化研究表明十字花科S位点基因的多态性来自于共同的祖先,并在不同种分化之前已经形成。利用芸苔属植物自交不亲和性遗传机理发展而来的PCR-RFLP方法提供了在芸苔属作物育种中切实可行的精确鉴定植株的S基因型和自交不亲和性的有效方法。     

甘蓝自交不亲和信号传导元件ARC1的体外表达及其与SRK相互作用验证

在甘蓝自交不亲和信号传导中ARC1和上游因子SRK之间可能存在相互作用。为进一步证实该相互作用,以甘蓝E1为材料,采用RT-PCR技术扩增ARC1的编码序列, 构建ARC1原核表达质粒pET43.1a-ARC1,转化宿主菌大肠杆菌BL21,通过SDS-PAGE检测该蛋白的表达。利用免疫共沉淀原理及pET43.1a-ARC1融合蛋白序列中的6×His标签与Ni⁺结合的特点建立了体外检测蛋白质相互作用的新方法, 并用该方法对ARC1与SRK的相互作用进行了检测。结果表明,在体外ARC1能与SRK相互作用并形成复合体,这为深入分析ARC1与SRK相互作用机理以及探讨ARC1与下游传导元件的相互作用提供了理论和技术基础。     

植物孢子体型自交不亲和的分子研究进展

为避免自生花粉的受精导致物种退化,开花植物进化出了许多的机制,自交不亲和系统是其中的一种,可增强植物的多样性以及对自然环境的适应能力,有效促进杂交。根据不同的遗传方式可分为不同类型。本综述以近年来孢子体自交不亲和的研究结果为基础,综述了孢子体型自交不亲和的分子机制,芸薹属及芸薹属以外的植物中S位点与S位点相关基因的功能。除了芸薹属植物以外的其他植物中对孢子体型自交不亲和的研究甚是少见,缺少全面的认识和研究,且信号传递路径还不是完全清楚,还需要进一步的研究。     

利用酵母双杂交法检测甘蓝SCR与SRK之间的相互作用

为深入研究甘蓝S位点受体激酶(SRK)和S位点富含半胱氨酸蛋白(SCR)间相互识别的分子机理,以具有典型自交不亲和性的甘蓝D3为材料,利用巢式PCR分别扩增SRK胞外域(eSRK)和SCR,通过酵母双杂交检测二者之间的相互作用。并利用同源重组技术将eSRK与GAL4报告基因DNA活化域融合(pGADT7eSRK)以及SCR与GAL4报告基因DNA结合域融合(pGBKT7SCR)。两种重组质粒分别转化酵母Y187和Y2HGold后未出现自激活现象。融合的二倍体酵母(pGADT7eSRK× pGBKT7SCR)能在选择性固体培养基(SD/–Ade/–His/–Leu/–Trp/X-a-Gal/AbA)上生长,并且菌落呈蓝色。结果表明, eSRK与SCR蛋白能够相互结合, 为深入研究二者作用位点成功建立了一个技术平台。     

新疆野扁桃自交不亲和SFB与S-RNase蛋白间相互作用的研究

利用酵母双杂交系统研究新疆野扁桃自交不亲和性花粉SFB蛋白与花柱S-RNase蛋白间的相互作用。以野扁桃花药为实验材料,根据实验要求和基因的结构特点,利用已克隆到的SFB和S-RNase基因,有针对性的截短,构建酵母双杂交载体。研究结果显示,成功构建了酵母双杂交重组表达载体,PtSFB17、PtS16-RNase和PtS17-RNase各蛋白之间并没有发现存在相互作用,据此推测PtS16-RNase蛋白和PtS17-RNase蛋白不在PtSFB17蛋白的识别谱中,协同非我识别模型在新疆野扁桃中同样存在。新疆野扁桃自交不亲和性PtSFB17、PtS16-RNase和PtS17-RNase各蛋白间并无相互作用。     

甘蓝型油菜自交不亲和临保性及其连锁AFLP标记

甘蓝型油菜自交不亲和临保材料在杂种优势利用和芸薹属自交不亲和性的机理研究方面具有重要的价值。以自交不亲和系SI1300为受体、临保系97-wen238为供体,通过不亲和植株与供体连续回交构建BC₆、BC₇和BC₈群体对临保性的遗传进行了初步的分析,并检出与其连锁的分子标记。SI1300×97-wen238     

甘蓝自交不亲和信号传导中THL1和SRK相互作用的体外检测

在甘蓝自交不亲和信号传导中SRK和THL1之间可能存在相互作用。为进一步证实该相互作用, 以甘蓝E1为材料, 采用RT-PCR技术扩增了THL1和SRK激酶结构域(记为SRK_E1)编码序列, 构建了THL1原核表达质粒pET43.1-THL1, SRK_E1原核表达质粒pET431-SRK_E1和真核表达质粒pPIC9K-SRK_E1, 分别在宿主菌大肠杆菌BL21和毕赤酵母GS115中进行表达。THL1融合蛋白经胰岛素检测, 表明表达的THL1有氧化还原活性。建立了体外检测蛋白质相互作用的新方法, 并用该方法对THL1与SRK_E1的相互作用进行了检测, 结果表明THL1可与SRK_E1相互作用并形成稳定的复合体, 这为深入分析THL1与SRK相互作用机理提供了理论和技术基础。     

芸薹属VFB4基因家族的生物信息学分析

为了探究芸薹属甘蓝型油菜(B. napus)、白菜(B. rapa)、甘蓝(B. oleracea) 3个物种的进化关系,本研究利用生物信息分析学的方法,测定芸薹属VFB4基因成员的氨基酸序列,染色体定位和二级结构。利用VFB4基因在染色体上的位置,绘制出染色体定位图和3个物种的进化系统发育树,并对3个物种的亲缘关系进行讨论。结果显示,芸薹属VFB4基因编码的氨基酸数在524~534之间,均为亲水蛋白,亚细胞定位均在细胞核中。VFB4基因不含内含子,GC含量很高,但是在染色体上分布不均匀。系统进化发育树分析得出,芸薹属物种间的同源性非常的高,种内的同源性不是很高。通过对基因的对比分析发现,芸薹属VFB4位点符合禹氏三角理论,但是不完全符合芸薹属三倍体进化学说。本研究结果可为进一步研究芸薹属基因进化提供科学依据。     

甘蓝eSRK重组体的构建及其与SCR的相互作用

SRK与SCR是甘蓝自交不亲和雌雄性决定因子,两者间相互作具有单倍型特异性。为了探讨HVI/II区域在SRK单倍型特异性及其与SCR互作中的作用,采用重组技术构建甘蓝不同单倍型eSRK (SRK_E与SRK_F)间的重组体eSRK_E-1、eSRK_E-2和eSRK_E-3,用酵母双杂交系统3检测各eSRK重组体与SCR之间的相互作用。结果表明: (1) SCR_E能与eSRK_E作用,而不能与eSRK_F作用,说明eSRK_E、eSRK_F属于不同单倍型;(2) SCR_E与重组体eSRK_E-1、eSRK_E-2、eSRK_E-3均不发生作用,HVI和HVII区域内差异的氨基酸位点共同参与了与SCR的作用;(3) SCR_F不能与eSRK_E-1、eSRK_E-2、eSRK_E-3作用,替换HVI/II区域后并不能改变SRK的单倍型。     

甘蓝自交不亲和基因MLPK与SSP的FISH定位

利用FISH技术, 对自交不亲和基因MLPK与SSP在甘蓝有丝分裂前中期染色体、减数分裂早粗线期染色体以及伸长DNA纤维等3种分辨率水平的靶DNA载体上进行物理定位。结果表明, 在有丝分裂前中期, MLPK探针信号位于一对近中着丝粒同源染色体的短臂中部, 距着丝粒的百分距离约为53.41±3.16;SSP探针信号位于一对具有随体的近端着丝粒同源染色体的长臂端部, 距着丝粒的百分距离约为78.36±4.26。综合3种载体上的FISH结果表明, MLPK与SSP在甘蓝染色体组中可能都只有一个同源序列座位, 具有在单倍体基因组中的单拷贝性。重复FISH杂交表明, MLPK与5S rDNA位于同一对染色体。依据Armstrong的核型分析标准, 初步判断MLPK与SSP分别位于甘蓝的2号和7号染色体, 与S位点不存在连锁关系。另从比较基因组学角度对定位结果进行了讨论。     

甘蓝型油菜SLG基因片段的克隆及序列分析

通过不同甘蓝型油菜中SLG基因的克隆及序列分析, 探索了甘蓝型油菜中是否存在与芸薹属二倍体中相同或相似的S-locus基因。对10个甘蓝型油菜品种和品系中SLG基因的PCR扩增和序列比较分析发现, 这些甘蓝型油菜中都存在第2类的SLG基因, 而且, 同二倍体芸薹属物种一样, 第2类SLG基因之间具有较高的同源性; 只有5个甘蓝型油菜品种和品系中存在第一类SLG基因, 而且这些基因序列之间表现出高度的保守性, 即同源性在96%以上, 明显高于不同等位基因之间的同源性。这些甘蓝型油菜中的class I SLG基因可能源于同一个自交不亲和单体。     

甘蓝自交不亲和信号转导元件ARC1与EXO70A1的相互作用

从甘蓝型油菜与羽衣甘蓝柱头中克隆出ARC1与EXO70A1基因的编码区, 序列分析显示推导的甘蓝型油菜ARC1比羽衣甘蓝ARC1少编码2个氨基酸, ARC1蛋白在羽衣甘蓝与甘蓝型油菜中存在45个氨基酸的差异, 其序列相似度与一致性分别达到95.9%和93.9%; 推导的EXO70A1在两种植物中仅有6个氨基酸的差异, 其序列相似度与一致性分别达到99.4%和98.9%; EXO70A1蛋白在种内和物种间都保持着高度的保守性, 其保守的程度高于ARC1。应用酵母双杂交系统检测两种蛋白质的相互作用, 发现: 在二倍体酵母细胞中, 全长的ARC1与EXO70A1之间存在较强的相互作用, 能激活4个报告基因(ADE2、HIS3、AUR1-C和MEL1)的表达; 去除C-端(包括臂重复区) 316个氨基酸残基后的ARC1_N与EXO70A1之间表现出较弱的相互作用, 只能激活3个报告基因(ADE2、AUR1-C和MEL1)的表达, 表明ARC1的臂重复区可能并不位于ARC1与EXO70A1的互作界面的核心区段, ARC1的N-端结构域对ARC1-EXO70A1互作起关键作用; 同时发现不同ARC1-EXO70A1组合的互作强度相当, 其可能原因是ARC1和EXO70A1在甘蓝与甘蓝型油菜中存在的这些序列差异并未影响ARC1- EXO70A1互作界面的构象。     

甘蓝自交不亲和相关基因BoPUB9的克隆及表达分析

自交不亲和性(self-incompatibility,SI)是指植株的雌蕊对自身花粉和异体花粉进行识别从而抑制自身花粉萌发的特性, PUB (Plant U-Box)蛋白在植物抗逆及信号转导过程中起着重要的作用。本研究通过分析甘蓝自花授粉0～60min的柱头转录组数据,筛选到1个受自花授粉诱导上调表达的PUB蛋白编码基因BoPUB9。BoPUB9 cDNA序列长度为1368 bp, gDNA序列全长1720 bp,含有1个臂重复结构域和1个U-box结构域。荧光定量PCR结果显示, BoPUB9基因在甘蓝的不同组织中均有表达,在萼片中的表达量最高,花瓣、雄蕊、柱头表达量次之,在花粉花蕾中表达量相对较低,同GUS染色结果保持一致。BoPUB9基因在自花授粉0～30 min内快速上调表达, 15 min后为异花授粉后表达量的20多倍,在30min后达到差异最大,自花授粉后的表达量为异花授粉的40多倍。亚细胞定位结果显示,BoPUB9蛋白在细胞核和细胞质中均有表达,且BoPUB9蛋白在大肠杆菌中被成功诱导表达,相对分子质量为51 kD,与预测结果一致。酵母双杂交与poll-down结果显示...     

槲皮素对SI甘蓝授粉引起的PK活性及相关指标的影响

通过槲皮素处理,研究了自交不亲和甘蓝自花授粉和异花授粉与蛋白激酶的关系。结果表明,槲皮素能明显抑制自交不亲和甘蓝自花授粉引起的蛋白激酶活性,导致蛋白质磷酸化明显受阻,进而促进自花诱导的花粉萌发和花粉管生长,同时使SOD、POD、CAT活性升高,Ca2+含量下降,Ca2+在胞内的分布明显改变,而槲皮素对异花授粉抑制作