甘蔗独脚金内酯生物合成关键基因ScD27的克隆与表达分析

独脚金内酯(strigolactones,SLs)是一类新型植物激素,D27基因是独脚金内酯生物合成途径中最上游的调控基因,且该基因调控SLs的合成是一个可逆的过程。本研究根据水稻、玉米、高粱、二穗短柄草4种禾本科作物的D27基因核苷酸序列保守区域设计引物,以甘蔗品种ROC22的c DNA为模板,利用RT-PCR和RACE技术,从甘蔗中克隆出D27基因的c DNA全长序列,命名为Sc D27,Gen Bank登录号为KP987221.1。该基因序列全长1379 bp,包含一个867 bp的完整开放阅读框(ORF),编码288个氨基酸残基。Sc D27编码的蛋白质分子量为71.58 k D,理论等电点为5.04,是一种非分泌性蛋白,主要分布于叶绿体上,该蛋白的保守区可能具有2个锌指蛋白结构域(Zn F_TAZ和Zn F_A20),且不存在信号肽;该基因编码的氨基酸序列具有较高的保守性,与高粱、谷子、大麦、短穗二柄草等禾本科植物的D27氨基酸序列相似性在70%以上;Sc D27基因在甘蔗各组织部位均有表达,其中茎尖和腋芽中表达量较高,叶、茎和根中的表达较低。此外,Sc D27基因在甘蔗茎尖中的表达受PEG、盐胁迫、磷缺乏和营养缺乏的诱导,推测Sc D27基因是甘蔗独脚金内酯生物合成途径中响应非生物胁迫的关键基因。     

中科院遗传发育所在拟南芥独脚金内酯信号研究中取得新进展

<正>独脚金内酯(Strigolactones,SLs)是一类新的植物激素,调控侧芽伸长、株高、叶片形状、衰老、种子萌发、侧根生长等发育过程,在单子叶植物和双子叶植物中具有功能保守性。在水稻独脚金内酯信号途径中F-box蛋白DWARF3(D3)与独脚金内酯的受体DWARF4(D14)形成SCF复合体,参与泛素介导的蛋白降解。DWARF53(D53)基因编码独脚金内酯信号途径中的关键抑制因子,该抑制因子在独脚金内酯作用下,与D14、D3形成复合体,并被泛素化修饰和降解,从而解除了对下游基因表达的抑制。但是拟南芥     

新型植物激素独脚金内酯的研究进展

新型植物激素独脚金内酯是独脚金醇类化合物的总称,具有抑制植物分枝生长等多种重要的生物学功能。独脚金内酯具有相同的碳骨架结构,来源于类胡萝卜素生物合成途径,很可能是通过受体蛋白介导进行信号转导。目前,独脚金内酯已成为国际研究热点,但国内研究起步却较晚。为了深入了解独脚金内酯,笔者归纳了独脚金内酯分离、结构、生物学功能、生物合成及信号转导途径、分布与进化方面的最新研究进展,并探讨了其研究方向和应用前景,为独脚金内酯的深入研究提供借鉴。     

非生物胁迫条件下10个玉米ZmDOF基因表达模式分析

为了研究玉米转录因子Dof(DNA-binding with one zinc finger)锌指蛋白在玉米生长发育及非生物逆境胁迫响应途径中的作用与生物学功能。利用qRT-PCR技术系统研究了10个ZmDOF基因在玉米不同组织中以及应答不同非生物逆境胁迫下响应表达模式。进化树以及基因结构分析结果表明,这10个ZmDOF基因分布在3个不同的亚家族。qRT-PCR分析结果显示,这10个基因具有组织表达特异性。7个基因主要在雄花中表达,2个基因主要在授粉15 d后的小穗中表达,1个基因主要在根中表达,表明这10个基因可能参与这些组织的生长发育进程。在盐或干旱胁迫处理下,大部分基因的表达模式都发生了明显的改变,预示着这些基因参与玉米幼苗应答盐或干旱胁迫响应信号途径。在铵态氮缺乏胁迫下,ZmDOF3的表达上调了5倍以上。在硝态氮缺乏胁迫下,ZmDOF23和ZmDOF46的表达量下降了90%以上,表明这些基因可能参与调控玉米幼苗氮代谢平衡或者信号转导途径。     

黄瓜CsWRKY23基因的生物信息学及表达分析

WRKY转录因子是植物中广泛存在的一种转录因子,参与植物的生物胁迫与非生物胁迫。采用RTPCR克隆黄瓜CsWRKY23基因cDNA序列,对序列进行结构域、基因结构分析,构建系统发育树,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析该基因在黄瓜根、叶组织中的表达。结果表明:CsWRKY23的cDNA开放读码框全长1 431bp,含有5个外显子,4个内含子;编码476个氨基酸,含有两个WRKY结构域,编码蛋白的分子量为52.2kDa、等电点为6.43;系统发育分析表明CsWRKY23与拟南芥AtWRKY33同源。qRTPCR结果表明该基因响应低温胁迫,并在根、叶组织中的表达均上调。本研究为进一步鉴定该基因在非生物胁迫的功能奠定了基础。     

我国植物激素研究获突破

正2020年6月,中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队在国际著名期刊《自然》在线发表论文,系统鉴定了拟南芥中独脚金内酯的早期响应基因,阐明了独脚金内酯调控植物分枝发育、叶片形状以及花青素积累的分子机制,突破了独脚金内酯信号途径研究的瓶颈,发现SMXL6、SMXL7和SMXL8基因作为转录因子调控自身转录,同时作为转录抑制蛋白调控分枝等重要发育过程。     

烟草磷酸酶基因NtPP2C16的克隆、表达载体构建及表达分析

2C型丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(PP2C-type protein phosphatases,PP2C)是ABA信号转导途径中的关键组分,在植物生长发育、细胞周期调节及应对逆境胁迫的过程中发挥重要的作用。为探究PP2C基因在烟草适应非生物胁迫中的功能,从烟草栽培品种K326中克隆到了一个PP2C同源基因,该基因开放阅读框为1 617 bp,编码538个氨基酸残基。同源性分析结果显示,该基因所编码的蛋白与绒毛状烟草PP2C16的亲缘关系最近,故命名为NtPP2C16。生物信息学分析表明,NtPP2C16催化区域上具有PP2C家族进化中相对保守的11个结构亚区。qRT-PCR研究分析结果表明:该基因的表达显著受ABA和H_2O_2 2种信号分子诱导,并且响应干旱、高盐、低温和低钾胁迫。成功构建NtPP2C16-pBI121过表达载体,为解析NtPP2C16参与烟草非生物逆境胁迫响应提供一定的理论依据。     

我国科学家揭示新的植物激素信号转导机制

正来自中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队的研究人员,系统鉴定了植物激素——独脚金内酯的早期响应基因,阐明了独脚金内酯调控分枝发育、叶片形状以及花青素积累的分子机制,揭示了一种全新的植物激素信号转导机制。相关研究成果近日在线发表于《自然》杂志上。作为一种新型植物激素,独脚金内     

独脚金内酯及其调控植物根系生长发育的研究进展

植物通过内源激素或环境信号调控根系的生长发育,进而影响根系的形态特征。独脚金内酯(strigolactones, SLs)及其衍生物作为一类新型植物激素,在刺激寄生植物种子萌发、促进丛枝菌根真菌菌丝分枝和养分吸收、介导植物对病原菌及营养匮乏等逆境胁迫的抗性反应、调控植物分枝结构等方面发挥着重要作用。此外,研究表明,独脚金内酯还参与调控植物主根生长、侧根的形成、不定根和根毛的发生和伸长等根系生长发育过程。本综述总结了独脚金内酯的结构和生物学功能、生物合成和信号转导途径,及其在调控植物根系生长发育的研究进展,并探讨了其研究方向和应用前景,旨在为独脚金内酯的深入研究提供借鉴。     

杨树Ptann3基因克隆与表达特性分析

膜联蛋白(Annexin)是一类Ca2+及磷脂结合蛋白,在非生物逆境胁迫方面发挥重要作用,但木本模式植物杨树膜联蛋白基因的研究还未见报道。本研究通过RT-PCR与RACE相结合的方法从毛果杨(Populus trichocarpa)克隆获得膜联蛋白3 (Ptann3)基因c DNA序列,分析发现编码蛋白质Ptann3与其他植物膜联蛋白高度同源,具有过氧化物酶活性结构域、S3氧化还原反应结构域、GTP结合结构域及钙结合位点。构建原核表达载体p ET-28a-Ptann3,转入大肠杆菌BL21 (DE3)中表达分析,Ptann3蛋白分子量35.6 kD,分析表明Ptann3蛋白具有过氧化物酶与ATPase活性。qPCR分析结果显示,Ptann3基因在根、上部茎、下部茎、叶柄、幼叶和成叶中均有表达,在幼叶中表达量最高,在叶柄和根中表达量次之,成叶和茎中表达量最低。此外,研究发现低温、ABA、PEG6000、H2O2和NaCl胁迫处理可显著影响Ptann3基因的表达,推测杨树Ptann3基因在非生物逆境胁迫中发挥重要作用,研究结果对杨树抗逆遗传改良具有重要意义。     

大豆转录因子GmWRKY58亚细胞定位及在非生物胁迫下的表达分析

WRKY转录因子在植物响应非生物胁迫,调控抗逆基因的表达方面具有重要作用。为了解析大豆转录因子GmWRKY58基因在非生物胁迫中的功能,从大豆中克隆了GmWRKY58 c DNA全长,推导其编码的氨基酸序列、生理生化特征与进化关系,并研究了其亚细胞定位和在不同组织及非生物胁迫下基因的表达变化。结果表明,GmWRKY58基因c DNA ORF全长为954 bp,编码317个氨基酸。亚细胞定位结果显示,GmWRKY58蛋白质定位于细胞核中。实时荧光定量PCR基因表达分析表明,GmWRKY58在大豆根、茎、叶、花和荚等组织均有表达,根、茎、叶中的表达量明显高于花和荚。在大豆根中,GmWRKY58基因受高盐、干旱、低N和缺Fe等非生物胁迫因子强烈诱导,在高盐胁迫下,基因表达量增加187.4倍;GmWRKY58基因受水杨酸(SA)、低温及低P和低K等诱导轻微,差异表达不显著。由此推测,GmWRKY58转录因子在大豆抗盐、抗旱、低N和缺Fe等非生物胁迫过程中起到重要的调控作用。     

棉花GhCYSTM9基因的克隆及在非生物胁迫下的表达分析

CYSTM是真核生物中广泛存在的一类小分子蛋白,其在细胞信号转导、逆境防御反应中发挥着非常重要的作用。为了研究CYSTM基因在棉花非生物胁迫响应中的功能,本研究利用RT-PCR方法从陆地棉中克隆了GhCYSTM9基因。该基因c DNA全长237 bp,编码78个氨基酸,所编码蛋白具有一个C端保守的富含半胱氨酸的TM螺旋和特异的N端胞质元件。多重比对发现,GhCYSTM9与拟南芥CYSTMs具有较高的相似度,其中与AtCYSTM9 (NP566703.4, AT3G22240.1)序列一致性最高,达68.33%。荧光定量PCR分析其组织表达特性发现,GhCYSTM9基因在雄蕊、花瓣、根和花萼中显著高表达,在叶片、茎和雌蕊中表达量较低。进一步研究发现,GhCYSTM9基因的表达受到低温、干旱和盐胁迫的诱导,在胁迫处理下,其表达水平均呈现显著的上调表达。非生物胁迫下的基因表达分析结果显示,该基因在棉花非生物胁迫响应中有重要作用。本研究为进一步开展GhCYSTM9基因功能研究奠定了理论基础。     

毛果杨MGT基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

为探究MGT基因家族在毛果杨生长发育及响应胁迫中的作用,本研究在毛果杨全基因组范围,通过生物信息学分析PtrMGT基因家族成员的数量、进化关系、染色体位置、基因结构、编码蛋白基本特征、启动子顺式作用元件,并对各成员的组织表达特异性以及对NaCl胁迫与ABA处理的响应特性进行了分析。结果表明：PtrMGT家族共含有10个基因,可分为4个亚族;有2对同源基因且Ka/Ks值均小于1;家族成员启动子区含有数量不等的非生物胁迫响应元件,共12种、146个元件;PtrMGT家族编码的蛋白均含有GMN序列,同一亚族基因编码蛋白的序列相对保守;PtrMGT家族成员在毛果杨根、茎和叶表达量具有差异;NaCl胁迫下,PtrMGT家族基因在根、茎和叶中表达量在0～48 h内均表现为先上升后下降的变化趋势;ABA处理下,大部分成员表达量先升后降,小部分成员表达量持续下降,表明PtrMGT家族基因对NaCl胁迫与ABA处理产生响应且响应模式出现分化。本研究为深入研究PtrMGT基因家族功能提供理论基础。     

普通小麦MYB转录因子Tamyb59的克隆及表达分析

为进一步挖掘小麦逆境胁迫响应基因在植物非生物逆境胁迫应答中的作用,探究小麦逆境胁迫响应机制,从前期转录组结果中筛选出1个编码MYB蛋白的基因,暂命名为Tamyb59,通过PCR技术扩增Tamyb59的全长;利用NCBI和DNAMAN软件进行基因序列比对和保守结构域的分析;利用Expasy和TMHMM等在线软件进行氨基酸组成、亲水系数分析;采用MEGA 6. 0软件构建系统进化树;构建pMDC83-GFP融合表达载体,进行基因表达的亚细胞定位分析。采用qRT-PCR分析了基因在不同非生物胁迫处理过程中不同组织的表达特性,并利用SAS数据处理软件进行差异显著性分析。结果表明:该基因含有典型的SANT保守结构域,CDS序列全长为522 bp,编码173个氨基酸,编码蛋白分子质量为19. 7 ku,理论等电点为7. 61。基因系统进化分析结果表明,Tamyb59与山羊草、粳稻、玉米等9种植物MYB转录因子有52. 0%～85. 6%的同源性,其中与谷子的MYB蛋白同源性最高。亚细胞定位结果显示,Tamyb59基因编码蛋白定位在细胞核。利用qRT-PCR分析了基因在不同非生物胁迫处理过程中不同组织的表达特性,组织表达特异性分析显示,Tamyb59基因在小麦根中的表达量较高,茎、叶和幼穗中表达量较低; PEG和盐胁迫处理过程中,Tamyb59基因的表达均呈现先上升后下降的趋势,说明Tamyb59基因对不同非生物胁迫有不同的响应。     

玉米ZmPP2C6-01基因的克隆及表达分析

为了研究玉米蛋白磷酸酶2C (PP2C)基因对非生物胁迫的响应及生理功能,以耐旱玉米自交系豫882为试验材料,对玉米20%PEG6000胁迫处理转录组进行分析,筛选受干旱诱导强烈表达的PP2C基因,然后对其进行克隆、生物信息学分析及表达模式分析。结果表明,在玉米20%PEG6000胁迫处理转录组中筛选到一个干旱胁迫下显著上调表达的PP2C蛋白基因,命名为ZmPP2C6-01。ZmPP2C6-01基因的开放阅读框为1 242 bp,编码413个氨基酸,编码蛋白质的分子质量为43.8 ku,等电点为6.6,是一种亲水性蛋白。ZmPP2C6-01蛋白与高粱的PP2C蛋白亲缘关系最近,而与冬小麦、粗山羊草等的PP2C蛋白亲缘关系相对较远。ZmPP2C6-01蛋白定位于细胞核中。利用实时荧光定量PCR分析发现,ZmPP2C6-01基因在玉米根中的表达量最高,其次是叶,茎中最低;PEG胁迫下,ZmPP2C6-01基因在根中的表达量大部分时间点均高于对照,同时在叶中呈上调表达模式;在ABA、NaCl、高温胁迫下,ZmPP2C6-01基因在根中大部分时间点的表达量均低于对照,整体呈下降趋势,而在叶中的表达量均高于对照,呈上调表达模式。综上表明,ZmPP2C6-01基因响应干旱等逆境胁迫,但表达模式不一致。     

外源独脚金内酯对陆地棉幼苗低温胁迫的缓解作用

独脚金内酯(SLs)是类胡萝卜素衍生的新型植物激素,影响植物的生长发育,但目前独脚金内酯是否能提高棉花的耐寒性尚不清楚。本研究揭示了独脚金内酯缓解棉花低温胁迫的机制,低温胁迫(4℃)显著抑制了棉花幼苗的生长,外源SLs处理可显著缓解低温胁迫对棉花幼苗生长的影响。独脚金内酯人工合成类似物(rac-GR24)处理显著缓解低温胁迫引起的氧化应激损伤,从而保护细胞结构和功能,提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)的活性,增加可溶性糖含量和可溶性蛋白含量,提高叶绿素含量,显著缓解光合效率的下降,有效缓解叶绿素荧光参数和光合气体交换参数的变化。为了进一步阐明SLs缓解低温胁迫的机制,在低温处理0和6 h时进行转录组分析,结果发现常温下(0 h)差异表达基因(DEGs)主要参与类黄酮代谢和谷胱甘肽代谢,大部分基因上调表达,而低温处理6 h时主要富集到光合作用和磷酸戊糖代谢和其他糖的代谢,这与生理生化实验结果...     

水稻LRR-RLK基因LP7的克隆及表达分析

LRR-RLK是类受体蛋白激酶RLK家族中最大的亚家族,在调控植物非生物胁迫等方面具有重要作用。为解析水稻LRR-RLK成员LP7(LOC_Os05g24010)在耐低磷胁迫中的作用,从水稻品种日本晴中克隆了LP7全长序列,分析其编码蛋白的氨基酸序列,研究其组织表达模式、亚细胞定位及低磷胁迫下的表达变化。结果表明,LP7基因全长2 832 bp,编码943个氨基酸,LP7蛋白具有典型的LRR-RLK成员特征,LP7蛋白与玉米中的同源蛋白NP_001131018同源性比较高,同源性高达77%。组织表达模式分析表明,LP7基因在根、茎、叶等组织中均表达,在叶中表达量最高。亚细胞定位结果表明,LP7蛋白定位于细胞膜上。实时荧光定量PCR分析表明,LP7基因受低磷胁迫诱导表达,其表达量较正常培养条件下增加15倍。初步推测该基因可能在水稻响应低磷胁迫中具有重要作用。     

烟草K~+通道NtSKOR基因的克隆及表达分析

钾通道是植物吸收和转运K~+的主要蛋白质,SKOR属于Shaker通道外整流家族,在植物低钾胁迫反应中起关键作用。为了研究烟草NtSKOR基因在非生物逆境胁迫中的功能和作用,以普通烟草K326为试验材料,同源克隆一个NtSKOR基因c DNA全长,利用实时荧光定量PCR表征基因表达模式,结合生物信息学分析,对蛋白的理化性质、结构域、磷酸化位点和进化关系等进行初步预测。生物信息学分析表明,该基因全长2 484 bp,编码827个氨基酸残基,预测分子量为94. 75 ku,等电点为6.52。该蛋白最大二级结构元件为α-螺旋,最小为β-转角,含有6个跨膜结构域(S1～S6),具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸3种不同激酶磷酸化位点。进化分析表明,NtSKOR与美花烟草和绒毛状烟草SKOR蛋白同源性高,分别是99%和96%,故命名为NtSKOR。组织表达分析发现,该基因在烟草根、茎、叶、花中均有表达,其中根中表达量最高,花中表达量最低。逆境胁迫试验表明,该基因能快速响应低钾、高盐、干旱、H_2O_2、ABA和4℃等非生物逆境处理。由此推测,NtSKOR在烟草非生物逆境胁迫起着重要调节作用,为今后进一步深入研究NtSKOR功能提供了理论基础。     

玉米ZmPP6C基因的克隆及其响应光质和胁迫处理的表达模式分析

丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶6亚基(catalytic subunits of Ser/Thr protein phosphatase 6, PP6C)是PP6全酶的催化亚基。在模式植物拟南芥中的研究表明,PP6C参与生长素极性运输、脱落酸信号转导和光信号转导途径介导的开花调控。为了明确玉米丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶6亚基(ZmPP6C)的蛋白结构特征与同源蛋白间的进化关系,采用RT-PCR方法克隆了ZmPP6C的全长基因。序列分析表明,ZmPP6C开放阅读框为912个核苷酸,编码303个氨基酸残基,包含PP2A的催化亚基PP2Ac结构域;系统进化树分析表明,PP6C蛋白在进化上较为保守,并且与高粱的PP6C蛋白相似性更高。对玉米自交系B73的ZmPP6C基因进行器官特异性表达分析表明,其表达量在成株期叶片中最高,是根中的7.9倍;ZmPP6C能够响应不同光质处理,且受远红光和红光的影响较大;也能响应长日和短日处理,在长日条件下的光照和黑暗阶段各有一个明显的表达高峰,在短日条件下的光照和黑暗阶段分别有2个和3个表达峰值;同时,ZmPP6C还响应高渗透、盐渍和淹水等胁迫处理,出现明显的上调表达。结果表明,ZmPP6C在玉米光信号转导、开花诱导与胁迫应答中发挥重要作用,其分子与生化机制值得进一步探讨。     

沙棘HrCYP85A1基因生物信息及表达分析

沙棘具有重要的生态价值及经济价值,油菜素内酯(BR)对植物抵御非生物胁迫具有响应作用,同时,CYP85A1是参与油菜素内酯合成反应的关键基因。因此,为了解析HrCYP85A1基因在沙棘抵御干旱胁迫中的作用,本研究以中国沙棘为试验材料,利用生物信息学软件对HrCYP85A1基因特点及蛋白结构进行了分析,并且利用荧光定量PCR技术分析了在干旱胁迫下HrCYP85A1基因的表达。结果表明,HrCYP85A1基因具有3个基序(motif),与多个物种的CYP85A1序列具有高度同源性;HrCYP85A1基因编码的蛋白位于质膜位置,且其为亲水性蛋白;HrCYP85A1参与NaCl、PEG与ABA等非生物胁迫的响应,说明其与沙棘多种非生物胁迫密切相关。本研究结果将为今后研究沙棘CYP家族基因功能提供了依据,并为林木抗逆研究及分子育种提供科学依据。