苯丙氨酸和谷氨酸联合处理对大豆芽菜中5-甲基四氢叶酸富集的影响

[目的]本文旨在研究苯丙氨酸与谷氨酸对大豆芽菜中5-甲基四氢叶酸(5-CH_3-THF)富集的影响及其机制。[方法]通过单因素及全排列试验优化出苯丙氨酸与谷氨酸的最适处理浓度,采用HPLC法测定5-CH_3-THF和对氨基苯甲酸(pABA)含量,采用氨基酸自动分析仪测定氨基酸组成,并通过荧光定量PCR测定叶酸合成相关基因相对表达量。[结果]苯丙氨酸与谷氨酸处理均显著增加大豆芽菜中5-CH_3-THF含量,其含量随苯丙氨酸浓度的增加呈先升后降趋势,且苯丙氨酸浓度为3 mmol·L~(-1)时5-CH_3-THF含量最高;而当谷氨酸浓度大于0.5 mmol·L~(-1)时,谷氨酸各浓度处理之间差异不显著。二者联合处理结果表明:3 mmol·L~(-1)苯丙氨酸和1.0 mmol·L~(-1)谷氨酸为最佳联合施用浓度,在此条件下,大豆芽菜中5-CH_3-THF含量最高,比对照增加55.50%;pABA含量比对照增加134.49%;氨基酸代谢活跃,其中甲硫氨酸、甘氨酸及组氨酸等含量均增加;叶酸合成相关基因的相对表达量提高,羟甲基二氢蝶呤焦磷酸化-二氢喋酸合成酶(HPPK-DHPS)、二氢叶酸还原酶(DHFR)、多聚谷氨酸合成酶(FPGS)等基因的相对表达量分别为对照的4.91、5.58、3.59倍。[结论]苯丙氨酸与谷氨酸联合处理大豆芽菜可促进氨基酸代谢,增大叶酸的需要量,提高叶酸合成相关基因相对表达量,促进中间底物pABA的积累,从而使5-CH_3-THF得以富集。     

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)基因在烟草中的过量表达

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)是花青素合成途径中的关键酶,它在花色的修饰中起着很重要的作用,在烟草植物体内过量表达积累后,可能会使烟草的花色加深或变为红色。研究结果表明,通过转基因技术将NtDfr1,NtDfr2基因转入烟草后,获得转基因植株烟草的花色为红色,这与试验预期结果一致。     

烟草和拟南芥表皮毛中特异表达iaaM后的遗传效应

利用色氨酸单加氧酶基因iaaM与拟南芥表皮毛特异表达GL2基因启动子重组后,构建了在植物表皮毛细胞中特异表达iaaM基因的重组基因载体;采用根癌农杆菌叶盘转化法将重组基因转化到烟草WS38(对照)中,筛选和鉴定出了6株转化烟草植株;将该重组基因以根癌农杆菌花序浸渍法转至拟南芥(Colombia ecotype,对照),筛选出9株拟南芥转化植株,并对稳定转化的转基因植株表皮毛进行观察。结果表明:转基因烟草表皮毛较对照植株显著增长,其长度最长为对照的2.2倍,但转基因拟南芥表皮毛长度与对照间无显著差异。对烟草幼叶进行生长素浓度检测,转iaaM基因烟草吲哚乙酸含量显著提高,说明iaaM在烟草表皮毛细胞中表达,使其合成和积累更多的生长素;转基因拟南芥和烟草表皮毛密度均较对照显著增加,证明植物表皮毛发育模式中GL2表达的特异性受细胞内生长素的影响。     

玉米5-甲酰四氢叶酸环化连接酶基因的克隆及功能分析

叶酸属于维生素B族（B9）,包括四氢叶酸及其多种衍生物。叶酸作为一碳代谢的辅因子,参与生物体内的多种代谢活动。5-甲酰四氢叶酸环化连接酶（5FCL）催化贮存形式的叶酸衍生物5-甲酰四氢叶酸（5-CHO-THF）向代谢活跃的叶酸衍生物转化。对玉米5-甲酰四氢叶酸环化连接酶（Zm5FCL）进行基因克隆和功能分析,发现Zm5FCL蛋白包含保守的5-formyltetrahydrofolate cyclo-ligase superfamily结构域。通过将该蛋白在大肠杆菌中进行异源表达、纯化及体外酶活性分析,表明Zm5FCL能够催化5-CHO-THF向5,10-次甲基四氢叶酸（5,10-CH=THF）转化。进一步在拟南芥5fcl突变体中进行Zm5FCL过表达分析表明,Zm5FCL能够代谢突变体中的5-CHO-THF向5,10-CH=THF和5-甲基四氢叶酸（5-CH3-THF）的转化。上述结果表明Zm5FCL在叶酸代谢中执行保守的生物学功能,推测其在玉米叶酸代谢中发挥着重要作用。     

5-甲酰四氢叶酸促进水稻幼苗在低氮条件下生长发育的研究

叶酸又称为维生素B9，是生物体生长发育的重要辅因子。前期研究发现拟南芥叶酸代谢突变体的氮代谢也出现异常，但目前叶酸代谢影响植物氮代谢的分子机制还不是很清晰。以水稻日本晴为材料，分析不同氮浓度条件下施加5 甲酰四氢叶酸对水稻幼苗生长发育、氮代谢的影响及分子机制。结果表明：在低氮条件下，水稻幼苗的叶片发育缓慢，叶绿素含量、株高、鲜重均显著降低；在水稻幼苗根部施加5 甲酰四氢叶酸（200 μmol·L-1）能够显著促进幼苗在低氮条件下的生长发育，株高、鲜重、叶绿素含量均有提高，叶酸衍生物含量、可溶性蛋白含量、游离氨基酸含量均显著提高； 5 甲酰四氢叶酸处理后，幼苗体内的谷氨酸合酶活性增加、谷氨酸合酶基因的转录水平上调，推测叶酸可能通过促进水稻谷氨酸合酶基因表达、酶活性进而影响氮代谢。这些结果为理解叶酸代谢与植物氮代谢的作用关系奠定基础，为农业生产中缓解低氮胁迫、提高植物氮素利用效率提供新思路。     

低温胁迫对赤霉素代谢的调控研究

通过4℃处理,对模式植物拟南芥与烟草赤霉素(GA)代谢相关基因的表达进行了分析,结果表明:低温胁迫 抑制赤霉素前体GGPP 合成通路众多基因的表达,而促进催化GA 失活酶编码基因及赤霉素受体基因的表达。通 过对超表达PtGA20ox、PtGA2ox1 及AtCBF1 的转基因烟草及4℃处理野生型烟草植株GA1 含量及代谢相关基因的 表达分析表明,低温胁迫下,GGPP 合成与GA 失活酶编码基因的表达属于主动调控,低温响应通路中关键因子 CBF1 可能参与了此调控过程,而赤霉素受体基因表达受到了低水平GA 的反馈调控。该研究揭示低温胁迫下生长 延滞可能是植物主动响应环境变化的过程,通过抑制前体积累及加速失活而降低GA 水平可能在植物适应低温胁 迫过程中发挥着重要作用。      

水杨酸诱导表达AtCBF1的转基因烟草研究

CBF是植物低温驯化过程中的关键性调控因子,过量表达CBF可显著提高转基因植物的非生物胁迫抗性。但是,组成型高表达CBF基因常导致转基因植株生长受阻。通过使用人工合成的水杨酸诱导型启动子,结果发现拟南芥CBF1基因在转基因烟草中受低浓度水杨酸诱导表达,且不影响烟草的生长发育。本研究结果说明,组合化学诱导型启动子和CBF基因,可以用于提高作物的抗环境胁迫的遗传改良中。     

共转化Atpsy和folE基因提高生菜类胡萝卜素和叶酸含量

通过农杆菌介导的遗传转化法将拟南芥八氢番茄红素合成酶基因(phytoene synthase,Atpsy)和按照拟南芥偏爱密码子人工合成的编码三磷酸腺苷环化水解酶(GTP cyclohydrolase,GCHI)的folE基因共同转入罗曼生菜中,通过Realtime-PCR、HPLC、干酪乳杆菌发酵法分别测定了转基因生菜中目标基因的表达量、叶黄素和β-胡萝卜素含量以及总叶酸含量。实验结果表明:转基因生菜中Atpsy基因表达量为野生型的43.54倍,folE基因表达量为野生型的38.05倍;转基因生菜植株叶黄素和β-胡萝卜素含量与野生型相比均有提高,含量最好的转基因植株L13中叶黄素含量为7.1mg/kg(鲜重,下同),是野生型对照6.8mg/kg的1.1倍,β-胡萝卜素含量为592.6mg/kg,是野生型对照196.9 mg/kg的3倍;叶酸含量最高是2 083.4 mg/kg,为野生型对照1 129.1mg/kg的1.85倍。该研究为通过基因工程手段改良类胡萝卜素和叶酸在植物体内的代谢途径,获得同时富含类胡萝卜素和叶酸的新型生菜品种打下了基础。     

小麦耐盐相关基因TaRSTR的克隆与功能分析

高盐是限制植物生长和发育的重要非生物胁迫因子。以耐盐小麦RH8706-49根部基因表达谱芯片结果为基础,利用电子克隆和RT-PCR方法克隆了一个盐胁迫时上调表达的基因,命名为TaRSTR(登录号:EU263918)。荧光定量PCR分析证实该基因受盐胁迫诱导表达,亚细胞定位结果显示TaRSTR蛋白定位在细胞核里。TaRSTR过表达提高了转基因拟南芥在盐胁迫下的种子萌发率及成年植株的耐受性。TaRSTR基因过表达可显著提高已知耐盐相关基因At FRY1、At P5CS1和AtRD29B的表达量,推测TaRSTR基因通过这些标记基因提高了转基因拟南芥的耐盐性。上述结果表明TaRSTR基因过表达能提高植株的耐盐性,是植物耐盐的正调节子。     

谷子SibZIP8转录因子基因功能鉴定

[目的]bZIP转录因子在植物生理代谢过程中有重要的调控作用,在植物对逆境的响应过程中能够抑制或激活下游基因的转录,从而增强植物对环境的适应能力。本文拟分析谷子SibZIP8转录因子基因功能,解析谷子转录因子的抗逆调控机制。[方法]前期通过生物信息学和表达量分析,已经发现谷子SibZIP8转录因子在逆境胁迫中表达量显著上调。为了进一步深入研究SibZIP8基因的功能,本试验在拟南芥中超量表达SibZIP8,并对转基因植株进行抗逆表型分析。[结果]在1.5μmol·L~(-1) ABA处理下,野生型拟南芥与转基因拟南芥都没有发芽;在300mmol·L~(-1)mannitol处理下,野生型拟南芥区域与转基因拟南芥均有发芽,没有明显差别;在200mmol·L~(-1) NaCl条件下,野生型拟南芥没有发芽,而转基因拟南芥均发芽。[结论]转基因拟南芥植株表现出较强的耐盐性,本研究结果可为转基因育种技术提高作物抗逆性研究奠定理论基础。     

转DREB1A基因提高烟草抗逆性的研究

将拟南芥(Arabidopsis thatiana)DREBIA基因分别在组成型启动子花椰菜病毒35S启动子和逆境诱导型启动子rd29A的驱动下转入烟草中,获得的两种转基因植株对干早和低温胁迫的抗性均显著提高,但对盐胁迫的杭性无明显变化.研究分析了组成型启动子和逆境诱导型启动子控制的DREBIA转基因植株在形态发育和抗...     

棉花亲环素基因GhCYP1的功能分析

【目的】研究转棉花GhCYP1对烟草耐旱能力的影响。【方法】利用Gateway技术构建GhCYP1的植物表达载体pGWB-GhCYP1,采用农杆菌介导的遗传转化技术,获得融合目的基因的转基因烟草植株。以烟草野生型（WT）、L1和L2转基因系为试验材料,测定水分胁迫条件下烟草叶圆片中叶绿素的相对含量、叶片中相对水分含量、丙二醛含量和相对电导率。【结果】与野生型烟草植株相比,转GhCYP1烟草植株根系粗壮、发达。水分胁迫下转基因烟草叶圆片中的叶绿素相对含量显著高于野生型。水分胁迫3 d,WT、L1和L2中相对含水量、丙二醛含量和相对电导率无显著差异（P<0.05）。水分胁迫13 d,转基因系叶片中相对含水量明显高于野生型（P<0.05）,丙二醛含量和相对电导率均明显低于野生型（P<0.05）。【结论】干旱胁迫对野生型烟草产生了较大影响,而转基因烟草显示出较强的耐旱能力,表明GhCYP1的过量表达有助于提高烟草的耐旱能力。     

反义CCoAOMT基因调控烟草木质素的生物合成

[目的]研究木质素的生物合成及调控,降低木质素的含量或改变其组分。[方法]用农杆菌介导法将苎麻反义CCoAOMT基因导入烟草,采用PCR及Southern印迹对获得的转基因植株进行分子检测,并测定移栽3个月转基因植株Klason木质素及纤维素含量。[结果]转基因烟草与野生型对照相比木质素平均含量降低了16.8%,纤维素平均含量升高了15.2%,并且植株生长正常。[结论]抑制植物CCoAOMT表达是反向调控转基因植物木质素生物合成的有效途径。     

桑树MaDFR的克隆及功能分析

【目的】克隆桑树（Morus alba L.）二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol-4-reductase,DFR）基因,并通过烟草过表达研究其对烟草黄酮生物合成的影响,为该基因功能分析及应用提供理论参考。【方法】采用RT-PCR的方法从桑树中克隆出MaDFR,采用农杆菌介导的遗传转化技术,将MaDFR导入模式植物烟草中,获得具有卡那抗性的转基因烟草植株,通过基因组PCR鉴定转基因阳性植株,采用反向PCR的方法分析T-DNA在烟草中的插入位点。通过定量PCR的方法分析MaDFR在烟草中的表达水平,AlCl₃分光光度法测定转基因烟草中总黄酮含量,通过DPPH（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）清除能力分析总黄酮酸水解前后的抗氧化活性,最后通过高效液相色谱（HPLC）分析烟草花冠中花青素的含量及种类。【结果】从中桑5801中克隆并获得了全长为1 026 bp的MaDFR,编码341个氨基酸残基,其蛋白质具有典型的NADPH结合位点。获得7株具有卡那抗性的烟草转基因株系。分子鉴定4株为转基因阳性株系。MaDFR在转基因烟草中能够表达,但不同转基因株系之间MaDFR表达水平存在较大差异。转基因烟草叶片中总黄酮含量明显增加,其中,DFR-4和DFR-7 2个株系分别增加了30.4%和27.6%,DFR-2和DFR-5分别增加了19.8%和14.2%。抗氧化活性分析发现转基因株系叶片中未酸解总黄酮抗氧化活性存在较大差异,DFR-2、DFR-4的抗氧化能力比对照组提高了近5倍,而DFR-5和DFR-7与对照组没有显著性的差异,转基因株系叶片中总黄酮的抗氧化活性与MaDFR的表达水平具有显著的正相关性。转基因株系叶片中酸解总黄酮抗氧化活性与总黄酮的含量具有显著的正相关性。MaDFR在烟草中的过表达能够增加花冠中花青素的含量,DFR-4株系中花青素含量增加了15%,DFR-5和DFR-7 2个株系中花青素的含量增加了一倍,但转基因烟草花冠中花青素种类没有发生改变。【结论】MaDFR在烟草中的过表达能够显著增加烟草的总黄酮含量及抗氧化作用,也可以显著增加烟草花冠中花青素的含量,但不能改变花青素的种类,说明该基因在矢车菊素类花青素的生物合成代谢路径中具有重要作用。     

不结球白菜硝酸还原酶基因BcNR的克隆及其在拟南芥中的转化

 【目的】克隆不结球白菜硝酸还原酶基因（BcNR ）,并转化拟南芥做初步的功能鉴定。【方法】采用分段RT-PCR及3′RACE和5′RACE技术克隆了BcNR基因的全长cDNA,利用生物信息学方法进行序列分析和蛋白结构分析。构建pCAM-BcNR植物过量表达载体,通过农杆菌介导的真空渗透法将其转入野生拟南芥中,经抗性筛选及PCR验证获得T0代转基因植株,用Real-time PCR方法对30 mmol?L-1 KNO3溶液处理的转基因拟南芥的硝酸还原酶基因表达进行检测,并测定转基因植株的硝酸还原酶活性。【结果】获得了编码不结球白菜硝酸还原酶基因(BcNR )的cDNA全序列3 049 bp,包含有2 733 bp的开放阅读框,编码910个氨基酸。其氨基酸序列与拟南芥、烟草、甘蓝型油菜、马铃薯等编码的氨基酸序列具有较高同源性。蛋白质结构域分析表明,所推导的氨基酸序列具有完整的硝酸还原酶结构,同时证明从不结球白菜中克隆的这条基因属于NADH-NR型。GenBank登录号为EU662272。转基因拟南芥T0代植株进行GUS基因PCR检测,证明重组质粒已整合到转基因植株基因组中。硝酸盐处理后的转基因植株硝酸还原酶基因的表达比野生型显著提高,且硝酸还原酶活性有不同程度的提高。【结论】本研究首次从不结球白菜中克隆获得BcNR基因的全长cDNA序列,揭示了其序列特征并对其进行了初步的功能鉴定,为进一步利用该基因开展蔬菜硝酸盐含量的基因调控研究奠定了基础。     

拟南芥AtCOR15a转化烟草及后代抗寒性研究

【目的】研究拟南芥AtCOR15a基因的抗寒功能。【方法】构建pCAMBIA1301-COR15a的植物表达载体,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草,通过抗生素筛选和PCR检测获得转基因烟草。低温胁迫后,利用蒽酮法和酸式茚三酮法测定转基因烟草后代与野生型烟草的可溶性糖和脯氨酸含量,同时观察其抗寒能力。【结果】转基因烟草后代可溶性糖含量和脯氨酸含量均比野生型烟草有所提高,并在第5 d达到峰值。低温处理后转基因烟草后代能正常生长,而野生型烟草则全部死亡。【结论】生理生化指标的测定发现,可溶性糖含量与脯氨酸含量的变化趋势与烟草的抗寒性呈正相关,AtCOR15a基因导入烟草中可以明显提高烟草对低温胁迫的抵抗力。     

转耐辐射球菌irrE基因提高拟南芥盐胁迫耐受性的表型分析

耐辐射球菌中的irrE基因作为一种全局性调节因子,在抵御极端辐射照射时起着至关重要的作用。利用农杆菌介导的花序浸染法,将irrE基因转化拟南芥,筛选和鉴定出表达irrE的植株,并分析了转基因植株的盐胁迫耐受能力。结果显示,转irrE拟南芥表现出对盐胁迫的耐受性提高;在盐胁迫下,转基因拟南芥体内脯氨酸含量比野生型有明显的提高。RNA半定量分析显示转基因植株中AtNHX1表达水平升高。因此推测irrE基因在转基因拟南芥中调控了AtNHX1的表达,引起了植株的盐胁迫耐受性提高。     

转CBF1基因地被石竹的抗寒性评价

以4个转拟南芥CBF1基因的地被石竹株系及非转基因地被石竹为材料,通过测定相对电导率、脯氨酸含量及丙二醛含量进行抗寒性评价。研究发现不同低温处理后,转基因株系比对照植株(CK)的相对电导率和丙二醛含量低,而脯氨酸含量高,说明转入CBF1基因后,地被石竹的抗寒性增强了。转基因各株系之间有差异,其中株系27的抗寒性最强。