拟南芥中磷脂酶Dγ2的低温信号转导作用途径分析

磷脂酶D(PLD)的磷脂降解功能和信号转导功能均能影响植物的抗冻性。本研究以PLDγ2基因被敲除的拟南芥突变体及其野生型为材料,进行低温驯化和冻害胁迫处理,随后由这两种植株的表型及其离子渗透率等来分析PLDγ2基因对拟南芥抗冻性。结果发现,经直接冻害处理后,PLDγ2敲除型的抗冻性与野生型基本一致;但经过低温驯化后的冻害处理,PLDγ2敲除型的抗冻性弱于野生型,即表明PLDγ2基因参与了低温信号转导作用。进一步的实验结果表明PLDγ2基因介导脯氨酸调控的可溶性物质调控途径和过氧化物酶(POD)活性调控的抗氧化系统途径;但是与低温信号激素ABA不在同一条信号转导途径。     

磷脂酶Dα在拟南芥低温驯化过程中的作用途径分析

本研究对低温驯化和未经低温驯化的磷脂酶仅基因敲除突变体与野生型拟南芥植株进行冻害胁迫处理后,通过观测植株表型和膜离子渗漏率的变化,鉴定两种基因型植株的抗冻性。结果发现,低温驯化后,PLDα敲除突变体的抗冻性明显低于野生型,表明PLDα参与植物的低温驯化过程。对其作用途径进行分析发现,PLDα不参与低温驯化过程中ABA信号转导作用,也没有参与SOD、CAT和POD等3种抗氧化酶活性的调节,但是参与低温驯化过程中膜稳定性调节和渗透调节过程。     

磷脂酶D参与冬小麦对干旱胁迫的响应

磷脂酶D（phospholipase D,PLD）通过水解细胞膜磷脂产生信使物质磷脂酸（PA）,并介导多种激素与逆境的信号转导过程。为探讨PLD在参与干旱信号转导调控细胞膜稳定性方面的作用及其途径,采用在培养液中加入PEG-6000模拟干旱胁迫,用PLD抑制剂正丁醇（n-butanol,BA）抑制PLD产生PA,对比PEG+BA处理与PEG处理下小麦抗旱性、膜稳定性以及抗氧化酶类的变化。结果表明,与PEG处理相比,PEG+BA处理下,冬小麦幼苗叶片生长受抑制,净光合速率下降,光合非气孔限制作用增强,细胞膜离子渗漏率显著升高,膜脂过氧化产物丙二醛（malonaldehyde,MDA）升高,抗氧化酶POD活性下降,表明PLD参与干旱胁迫下过氧化物酶（peroxidase,POD）活性的调控。由此揭示出一条潜在的由PLD介导的干旱信号转导途径,即干旱胁迫—PLD激活—POD活性增强—保护膜脂过氧化损伤—提高细胞膜稳定性—植物抗旱性增强。     

MADS-box基因控制植物成花的分子机理

植物花器官的发育和开花是植物生殖发育中最重要的过程,植物在长期的进化过程中产生了春化（低温）途径、自主途径、光周期途径以及不依赖于光温环境条件的赤霉素信号途径来适应多变的环境和调控植物开花过程。本文综述了模式植物拟南芥中由LEAFY（LFY）、CONSTANS（CO）、FLOWERING LOCUSC（FLC）、FLOW ERING LOCUS T（FT）和SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1（SOC1）等基因构成的双子叶植物响应光温条件变化的开花调控网络;以及大麦、小麦中由VERNALIZATION1（VRN1）、VRN2、ODD-SOC2（OS2）和拟南芥CO、FT同源基因构成的禾本科植物开花调控网络。其中最重要的是转录调控因子MADS-box基因FLC、SOC1、VRN1和OS2,并发现组蛋白的乙酰化/脱乙酰化,赖氨酸的甲基化/脱甲基化在调控FLC、VRN1染色质活性状态及基因表达,从而产生开花控制的机理。这些研究发现将有助于对具有重要经济价值的单双子叶植物,通过生物技术手段改良其品种特性以应对非生物逆境,特别是低温胁迫的指导。     

甜杨低温响应microRNAs的克隆与分析

MicroRNAs（miRNAs）作为一类21碱基左右的非编码小RNAs,参与植物生长发育的调控,并在植物对生物与非生物胁迫的应答过程中发挥重要作用。本研究依据miRNA高度保守特点,利用已公布的毛果杨（Populus trichocarpa）基因组序列设计引物,从甜杨（Populus suaveolens）基因组中克隆获得了12个miRNA基因座序列。序列比对结果表明,这些miRNA基因均为毛果杨低温响应miRNA基因的同源序列。同时,以低温（0℃）处理0～48h的甜杨幼苗为试材,通过半定量RT-PCR法对miRNA基因的成熟体序列在不同处理时间下的表达谱进行分析,结果显示,大多数miRNA成熟体序列在甜杨低温胁迫下的表达模式与其在毛果杨中的表达极为相似,由此可推测这些保守性miRNAs可能在甜杨和毛果杨两物种对低温胁迫的应答反应中发挥相似的功能,而miR168a、miR168b和miR475a在两物种间表达现象的差异,表明它们可能通过调控多种靶基因而发挥不同作用。本文结果将为进一步研究甜杨基因功能提供基础。     

低温胁迫响应的甜杨miR475靶基因的预测及表达

MicroRNAs（miRNAs）通过使靶mRNA降解或翻译参与生物体的转录后调控,并在植物对生物与非生物胁迫的应答过程中发挥重要作用。本研究基于相关数据库,利用生物信息学方法,通过搜索预测及实验验证得到甜杨（Populus suaveolens）低温响应miR475的12条潜在靶基因,并对其降解位点进行分析;同时,以低温（0℃）处理不同时间甜杨幼苗为试材,利用荧光定量PCR对miR475及其靶基因的表达谱进行检测分析,结果发现,随着低温诱导时间的延长,miR475表达量呈下调趋势,而其靶mRNA的表达量则呈现相反趋势,表明甜杨miR475可能以降解靶mRNA的方式在抵御低温中发挥作用。本文研究结果可为甜杨抗冻机制的后续深入研究提供科学依据。     

甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应转录谱分析

为从分子水平揭示甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应机制,采用高通量测序技术对低温和常温培养的菌体进行转录组测序分析,对部分差异表达显著基因进行RT-qPCR验证。结果表明,共检测到2 029个差异表达基因,其中1 519个低温上调,510个低温下调。GO和KEGG分析显示,1 199个差异表达基因归属细胞组分、分子功能和生物过程3个部分,683个基因参与到225个代谢途径中,其中涉及基因最多的是磷酸戊糖途径、嘌呤和氨基酸合成途径。菌株低温响应主要与脂肪酸代谢、ABC转运体、转录调控、信号转导、碳氮代谢等途径相关。此外,检测到大量差异表达的未知功能基因,多个基因差异表达倍数均大于50倍。本研究从基因表达方面阐述了甲基营养型芽胞杆菌WM7低温响应机制,为全面揭示其低温生长机制奠定了理论基础,提供了基因信息。     

植物对低温胁迫响应的分子机理

本研究在讨论植物对低温的抗性及其调控基因的研究基础上，探讨了植物对低温抗性的分子调控途径，即通过利用转录激活子或者植物激素调控元件改变单个或成组基因的表达来改进主要农作物对低温的抗性；结合我们在细胞骨架参与植物对低温抗性及其调控机理方面的工作，提出了植物激素或低温锻炼诱导的冷反应基因表达可能影响细胞骨架的动态特性，进而调节植物对低温的抗性。     

合成大豆异黄酮的植物基因工程研究

异黄酮是主要存在于豆科植物中的一种具有广谱抗菌活性的黄酮类物质。经过多年生理生化研究发现，异黄酮，特别是作为大豆异黄酮代表的染料木素和大豆黄素，具有良好的预防骨质疏松、更年期综合症、心脑血管疾病和多种癌症的保健效果，是大豆及豆制品中重要的营养成分之一，已有多年被用作保健品功能成分的历史。异黄酮是植物苯丙烷类次生代谢途径的一类产物，随着近年来对植物次生代谢途径研究的不断深入，特别是合成异黄酮的关键酶——异黄酮合酶（isoflavone synthase, IFS）基因的成功克隆，异黄酮合成途径已经得到完全解析。研究者随即展开了合成异黄酮的基因工程研究，在研究过程中逐渐了解到这条代谢途径受到了复杂的分子调控。本文将结合本课题组的工作，综述基因工程合成异黄酮的研究历史与成果，重点深入分析和讨论异黄酮生物合成所受到的分子调控。     

罗非鱼β-肌动蛋白基因启动子的分离及其转录启动功能检测

采用高保真PCR技术从尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）基因组中分离了β-肌动蛋白（β-actin）基因片段。序列分析显示该片段包括长为1643bp的β-肌动蛋白（β-actin）基因5,端侧翼区的启动调控区和90bp的部分转录区序列。启动调控区包括一段长为108bp的β-actin基因上游调控序列、β-actin基因不翻译的第一个外显子和第一个内含子。上游调控序列中含有与转录活性密切相关的作用元件：CAAT Box,TATA Box和CArG Box,分别位于转录起始位点上游的-92,-29,-62处。将尼罗罗非鱼β-actin基因的启动调控区定向克隆到不含启动子的红色荧光表达载体pDsRed2-1中,构建了重组荧光表达载体。重组载体经EcoRⅠ线性化后,采用显微注射技术将其注射到唐鱼的受精卵中,利用荧光显微镜观察外源基因增强型红色荧光蛋白基因（DsRed2）在唐鱼中的表达。结果表明在荧光显微镜下以及普通解剖镜下均可观察到红色荧光,说明本实验分离到的罗非鱼β-actin基因启动子序列具有有效的驱动功能。该实验为下一步进行转自源基因尼罗罗非鱼的研究奠定了基础。     

罗非鱼β-肌动蛋白基因启动子的分离及其启动子活性的初步检测

采用高保真PCR技术从尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）基因组中分离了β-肌动蛋白（β-actin）基因片段（GenBank登录号：EF026001）。序列分析显示该片段包括长为1643bpβ-actin基因5＇端侧翼区的启动调控区和90bp的部分转录区序列。启动调控区包括一段长为108bpβ-actin基因上游调控序列、β-actin基因不翻译的第1个外显子和第1个内含子。上游调控序列中含有与转录活性密切相关的作用元件：CAAT box,TATA box和CArG box,分别位于转录起始位点上游的-92、-29和-62处。将尼罗罗非鱼β-actin基因的启动调控区定向克隆到不含启动子的红色荧光表达载体pDsRed2-1中,构建了重组荧光表达载体。重组载体经EcoRⅠ线性化后,采用显微注射技术将其注射到唐鱼（Tanichthys albonubes）的受精卵中,利用荧光显微镜观察外源基因增强型红色荧光蛋白基因（DsRed2）在唐鱼中的表达。结果表明,在荧光显微镜下以及普通解剖镜下均可观察到红色荧光,说明本实验分离到的罗非鱼β-actin基因启动子序列具有有效的驱动功能。     

micrcRNA在植物生长发育中的作用

microRNA(miRNA)是一类长度约为21-27核苷酸的小分子非编码RNA,广泛存在于真核生物中.它在转录后水平负调控靶基因的表达,因而在植物生长发育过程中发挥重要作用.miRNA的靶基因通常是调控植物生长发育和信号转导通路中的转录因子,表明miRNA处于基因表达调控网络的核心位置.本文综述近年来miRNA在植物生长发育方面的调控作用,探讨在各植物器官中发挥主要作用的miRNA以及有关miRNA的长途运输作用方式.     

二穗短柄草BdGI基因表达及其蛋白互作分析

光周期是调控植物开花的主要途径之一,GI在光周期途径中是控制生理节律和开花的关键因子。为探索二穗短柄草（Brachypodiam distachyon）BdGI基因的表达模式和蛋白互作关系,本研究通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析BdGI基因在不同光照条件下和长日照下不同生长发育阶段的表达情况;运用酵母双杂交初步筛选出互作蛋白BdZTL,并用双分子荧光互补法（BiFC）和免疫共沉淀法（CoImmunoprecipitation）进行验证。qRT-PCR分析结果表明,BdGI基因在不同光照下和长日照下不同生长发育阶段的表达情况不同,且都保持一定的昼夜节律,并且受到光周期的调控;利用酵母双杂交检测到GI与ZTL蛋白存在互作关系,双分子荧光互补与免疫共沉淀检测结果验证了两者互作关系的真实性。综上所述,BdGI的表达受光周期调控,具有昼夜节律性,在光周期诱导二穗短柄草开花的过程中也具备一定的调控作用。本研究结果为GI基因的功能研究奠定了理论基础。     

内含子数量改变GUS基因的瞬时表达调控

内含子是基因的重要组成部分,它与功能基因表达之间的关系越来越被重视。本研究以pCAM-BIA3301为载体,利用玉米泛素启动子Ubi1和水稻肌动蛋白启动子Actin1构建两个GUS基因表达载体p33U1和p33A1,同时设置3个对照载体。通过基因枪轰击法将上述载体转入水稻胚性愈伤组织,探讨内含子对外源目的基因表达的调控作用。组织化学检测结果表明：CaMV35S启动子调控下的iGUS（带内含子）基因能够顺利表达;同样,Actin1启动子（带内含子）调控下的不带内含子的GUS基因也可以正常表达,而当Actin1启动子（带内含子）驱动iGUS基因时,则导致GUS染色反应不能发生。Ubi1启动子（带内含子）调控GUS基因的瞬时表达也得出类似结果,证明表达框中内含子的数量为1个或两个时,对GUS基因的表达起到了不同的调控作用。本研究结果对植物表达载体构建及功能基因表达都具有指导意义。     

植物miR168的研究进展

microRNAs（miRNAs）是真核生物中一类长约22 nt的非编码小分子RNA,它通过对靶mRNA的切割或抑制靶mRNA的翻译调控基因的表达,从而对靶基因实施转录后水平负调控,在植物器官的形态建成、生长发育、信号转导及植物对逆境胁迫的应答中起着重要的作用。miR168是植物特有的一类RNA小分子,其主要的靶基因AGO1蛋白是RNA沉默复合体的重要组成成分,广泛参与对靶mRNA的剪切。本文综述了miR168的发现及其在植物中的分布、miR168与AGO1蛋白的关系、miR168对逆境胁迫的响应以及其在动植物间的跨界调节等,为进一步帮助人们了解miR168的功能及其参与动植物间跨界调节这一特性奠定良好的基础。     

马铃薯花青素转录激活基因(stmyc)的克隆及表达分析

花青素（anthocyanin）为糖苷类物质,属于类黄酮色素。在花青素生物合成途径中,调控基因主要编码R2R3-MYB、bHLH和WD40转录因子,共同调控花青素合成的结构基因的表达,进而控制花青素在植物中的时空表达和沉积的模式（Holton and comish,1995）。本研究以紫色马铃薯为材料,克隆花色素合成的转录激活基因stmyc并研究其表达模式,为阐明马铃薯花色素生物合成和沉积机制提供依据。     

植物乳杆菌C88胞外多糖生物合成基因的克隆及序列比对

乳酸菌胞外多糖能显著改善发酵乳制品及食品的流变学和质构特性。为进一步了解乳酸菌胞外多糖的生物合成途径及调控机制,本研究对参与植物乳杆菌C88胞外多糖生物合成基因簇的部分序列进行了克隆和鉴定。根据GenBank中己报道植物乳杆菌基因序列的保守区域设计特异性引物,扩增出植物乳杆菌C88生物合成蛋白基因（cps4A）序列,并通过染色体步移方法克隆了植物乳杆菌C88参与胞外多糖合成基因簇的部分序列（4．9kb）。利用生物信息学方法预测基因簇中6个阅读框的结构和功能,结果表明该序列与己报道的乳酸杆菌胞外多糖生物合成基因具有高度的同源性（〉96％）;对各阅读框功能预测分析发现,这6个基因主要编码参与胞外多糖合成中的多糖合成蛋白、糖链长度检测蛋白、UDP-葡萄糖-4-异构酶和糖基转移酶。本研究将为利用基因工程方法调控多糖的合成和产量提供理论依据。     

黄瓜全基因组转录因子MADS-box家族基因的序列特征分析

MADS-box家族基因是一类编码转录因子的基因,因其在调控植物生长发育方面的重要功能而成为作物遗传育种研究的热点。采用生物信息学方法,对黄瓜全基因组MADS-box基因进行序列特征分析,包括CsMADS基因的数量、染色体定位、保守基序的分布及系统进化树分析。结果表明,黄瓜基因组中共有41个CsMADSs基因,除7个分布于Scaffold外,其他34个CsMADSs基因分布于黄瓜7条染色体上,但在染色体上的分布不是均匀的;41个CsMADSs都具有保守的MADS结构域,分布于9个MADS亚家族,而且大部分的CsMADSs基因属于SEP和MEF2-like分支。该研究结果不仅有助于MADS-box转录因子信号转导途径的解析,而且可为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。     

F-box蛋白家族在植物抗逆响应中的作用机制

SCF复合体泛素连接酶E3介导的泛素化蛋白降解是翻译后水平上对生命进程进行调控的一个重要方式。它的关键组分F-box蛋白负责识别被降解的靶底物蛋白。植物F-box基因家族成员众多,极具多样性。F-box蛋白N端常含F-box基序,C端常为蛋白互作保守结构域,该结构具多样性,可识别不同底物,是F-box蛋白分类的依据。研究表明,F-box蛋白参与调控植物的许多生命进程,包括抗逆反应。本文就近年来F-box蛋白在植物抗逆反应中的作用机制进行总结。F-box蛋白大多以SCF复合体泛素连接酶E3介导的泛素化蛋白降解目标蛋白的方式调控抗逆反应,也有不依赖形成SCF复合体的方式行使功能,不少F-box蛋白参与了植物激素信号传导,通过调控转录因子活性而改变下游基因的表达,由此影响了植物的抗逆反应。基因表达谱的生物信息学预测表明,大多数F-box基因参与了植物抗逆反应,目前只有其中一小部分已报道了其抗逆调节功能。在此综述了这些F-box蛋白在植物抗逆胁迫中的研究进展。在干旱和盐碱胁迫反应中,F-box基因常通过影响植物激素脱落酸、乙烯等植物激素信号传导而调控抗逆。由于干旱和盐碱胁迫具协同性,不少F-box基因同时参与抗旱和抗盐碱胁迫,但调节方式有所不同,一些F-box基因对抗干旱和盐碱的反应具协同性,从总体上调控植物的渗透胁迫和离子毒害反应;而另一些F-box基因对干旱和盐胁迫反应的调节作用相反,它们可能在植物抗逆的精细调节中起作用。在低温胁迫反应中,F-box蛋白可调节植物抗低温的CBF信号途径。在生物胁迫反应中,F-box基因常通过影响植物激素茉莉酸和水杨酸途径来调控抗病,病原菌也以攻击植物SCF复合体使植物致病。此外,植物激素信号途径之间相互作用,共同影响抗逆反应。     

家种羌活主要化合物生物合成途径的转录组学研究

羌活是我国传统常用大宗药材，以根茎及根入药，前期研究发现其根茎中以羌活醇和异欧前胡素为代表的次生代谢产物含量显著高于根。为探究其生物合成途径及调控机制，本研究利用RNA-seq和转录组学分析手段，以根为对照，对比分析家种羌活根茎中基因的差异表达。结果表明，1 222个差异表达基因（DEGs）显著富集于苯丙烷生物合成、植物病原体相互作用、植物MAPK信号通路及植物激素信号转导途径等通路；苯丙烷生物合成通路中莽草酸O-羟基肉桂酰转移酶（HCT）、肉桂醇脱氢酶（CAD）和过氧化物还原酶6(PRDX6)等关键酶编码基因转录本在根茎中显著上调表达；AP2/ERF、WRKY、C2C2及NAC等转录因子家族的多个转录因子在根茎及根中显著差异表达，这些因子可能是影响羌活次生代谢产物生物合成的关键转录因子；基因的差异表达与羌活根茎及根中羌活醇和异欧前胡素含量差异相符。本研究结果可为进一步研究羌活药用部位有效成分积累机理及定向育种提供理论基础。