Advances in application of glutamine synthetase in plant genetic engineering

植物谷氨酰胺合成酶不仅是植物氨同化的关键酶,也是影响植物抗逆性及作物产量的重要因素之一.文章对植物谷氨酰胺合成酶的种类、结构、基因、基因表达及其在植物基因工程中的应用进行综述,认为植物对不同氮源吸收及运输的机制、谷氨酰胺合成酶等关键酶不同异构体在植物生长繁育涉及的生理反应中的作用及其调节机制、谷氨酰胺合成酶在利用雄性不育进行杂交育种中可能的应用等仍待进一步研究.     

谷氨酸合成酶基因及其在植物氮代谢中的调节作用综述

谷氨酸合成酶(GOGAT)是植物体内氮素同化与循环的关键酶。深入研究该酶的控制基因及其表达特性,对了解植物氮代谢调控机制并应用于农业生产具有重要意义。根据在高等植物Fd-GOGAT和NADH-GOGAT的生物化学和遗传学方面的研究进展,对其历史进程进行回顾和总结;从在植物中的定位、功能、表达特异性、转录水平调控以及对氮代谢的调控等方面介绍谷氨酸合成酶(GOGAT)分子生物学研究进展,并展望GOGAT基因在植物氮代谢中的调节作用,提高氮素利用率(NUE)等方面的应用前景。     

植物△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）基因的研究进展

△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）是植物脯氨酸生物合成的关键酶.近年来,许多学者对P5CS酶基因克隆、其在植物中的表达特性与在抗逆基因工程上的应用进行了大量研究,证实P5C5基因已成功在许多植物中进行过量表达并能有效提高植物的抗旱、耐盐性.随着分子生物学和现代生物技术的快速发展,今后可进一步挖掘利用植物P5CS基因,有效验证其功能和了解其作用机制,探讨P5C5基因与其他基因的互作及调控植物抗逆的生理生化机理,研究其在植物生长发育及器官发生等过程中的作用;培育出高效、实用、抗逆性强的转基因植物品种,均有待今后进行深入研究.     

植物查尔酮合成酶分子生物学研究进展

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS,EC 2.3.1.74),是植物类黄酮物质合成途径中的第一个酶,也是植物次生代谢途径中的关键酶之一,对植物具有非常重要的生理意义。为此,综述了查尔酮合成酶基因结构、基因进化、表达调控机理以及诱导因子,概述了查尔酮合成酶基因工程在植物生理方面的研究,并进一步对查尔酮合成酶的分子生物学研究做了展望。     

谷氨酰胺合成酶植物基因工程应用研究进展

简要概述了通过植物遗传操作分别增强细胞质型谷氨酰胺合成酶(GS1)和叶绿体型谷氨酰胺合成酶(GS2)在植物叶片叶肉细胞的细胞质和叶绿体中的表达水平以提高植物氮素利用率的应用研究进展.     

昆虫几丁质合成酶B基因的研究进展

几丁质是昆虫的主要组成成分，由于几丁质不存在于植物和无脊椎动物中，被认为是环境友好型农药的设计靶标。几丁质合成酶B是几丁质合成路径中的最后一个关键酶，近些年已成为国内外研究的热点内容。根据国内外对昆虫几丁质合成酶B基因功能的研究，综述了几丁质合成酶B对几丁质合成的调控研究进展，包括时空表达特性、基因功能、基因在害虫防治中的研究、并对RNA干扰技术应用存在的问题及解决途径进行了展望。     

耐冷功能基因及其在植物耐冷基因工程中的应用新进展（英文）

低温是影响植物生长发育及作物产量最主要的环境胁迫因子之一。从合成渗透调节物质基因、抗冻蛋白基因、脂肪酸去饱和代谢关键酶基因、抗氧化酶类基因等全面系统地概述了耐冷功能基因及其在植物耐冷基因工程中的应用新进展,以期为植物耐冷遗传改良及育种奠定基础。     

耐冷功能基因及其在植物耐冷基因工程中的应用新进展

低温是影响植物生长发育及作物产量最主要的环境胁迫因子之一。从合成渗透调节物质基因、抗冻蛋白基因、脂肪酸去饱和代谢关键酶基因、抗氧化酶类基因等全面系统地概述了耐冷功能基因及其在植物耐冷基因工程中的应用新进展,以期为植物耐冷遗传改良及育种奠定基础。     

高等植物ACC氧化酶基因的克隆·表达及其调控

ACC氧化酶是调节乙烯生物合成的关键酶之一。文中主要对ACC氧化酶基因的克隆、表达调控及其在植物基因工程中的应用等方面进行综述,为通过分子生物学技术调控植物果实内乙烯的含量从而延长水果货架期提供思路。     

非生物胁迫对植物碳水化合物及其代谢相关酶影响的研究进展

非生物胁迫是制约农业发展的重要因素之一,主要从干旱胁迫、盐碱胁迫、高温胁迫、低温胁迫、重金属胁迫等方面,探讨植物碳水化合物(淀粉、蔗糖、葡萄糖等)、代谢相关酶(蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖转化酶等)及调控相关酶基因(TsCCR、TsCAD1、C3H等)的响应,对于更好地了解植物对胁迫环境的生理应答机制具有重要的科学意义.     

Functional analysis of the nitrogen metabolism-related gene CsGS1 in cucumber

Glutamine synthetase(GS) plays an important role in nitrogen(N) metabolism in cucumber. In this study, we cloned and sequenced the CsGS1 gene, and analyzed the expression patterns and subcellular localization of the GS1 protein in response to different N conditions in order to determine its role in low-nitrogen(LN) tolerance. CsGS1 was abundantly expressed in the leaves of the low N-requiring cultivar D0328, while the high N-requiring cultivar D0422 showed similar expression levels across different tissues including leaves, shoots and roots. Furthermore, the GS1 protein was primarily localized in the cytoplasm of plant cells. Both cultivars were then transformed with the CsGS1 coding sequence or antisense sequence via Agrobacterium tumefaciens in order to overexpress and silence GS1 expression, respectively. Overexpression of CsGS1 significantly improved LN tolerance and photosynthetic parameters, and increased chlorophyll b content, biomass, plant height, root length, N accumulation and GS activity under LN condition compared to the control. CsGS1 silencing on the other hand significantly reduced the above indices. Taken together, CsGS1 is crucial for maintaining N metabolism in cucumber plants during N deprivation, and is a promising target for generating novel transgenic breeds with increasing nitrogen utilization efficiency.     

光对小麦叶片谷氨酰胺合成酶调节机理初探

以黄化小麦苗为材料 ,在无钙 (-Ca2 )和有钙 ( Ca2 )两种条件下 ,结合不同类型抑制剂以及红光、远红光和白光等不同光质处理 ,初步探讨了光调节小麦叶片谷氨酰胺合成酶 (GS)活性的机理。结果表明 ,黄化小麦叶片经连续 72h光诱导后 ,其GS活性达到正常绿叶水平。有钙培养的小麦幼苗叶片谷氨酰胺合成酶活性高于无钙处理。光对GS活性的调节存在多级水平 ,首先是光对GS的直接激活作用 ,该过程有光敏色素的参与 ,而光敏色素可能是通过钙调系统而起作用的 ,其红光 /远红光逆转效应需要钙的参与 ;其次是光诱导GS的重新合成 ,短期调节主要是从翻译水平上起作用 ,受环己亚胺的抑制 ,长期调节则是在转录水平上发挥作用 ,受放线菌素D的影响     

镉对植物光合作用及氮代谢影响研究进展

镉是毒性最强的环境污染物之一。植物中积累的镉可通过食物链进入人体,给人类健康带来潜在危害。镉能抑制植物生长,能使植物形态、生理生化及结构发生改变。镉可减少净光合速率,损伤光合器官;使叶绿素含量下降;抑制气孔开放,从而影响植物的光合作用;镉通过改变植物硝酸还原酶(NR)、谷胺酰氨合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)以及谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性,进一步影响植物氮代谢过程。光合作用及氮代谢在植物生长发育过程中起着十分重要的作用,综述了重金属镉对植物光合作用及氮代谢的影响,并对其机理进行了探讨。     

不同浓度玉米生长调节剂对玉米氮代谢的影响

采用田间小区试验，研究了不同浓度新型玉米生长调节剂对玉米氮代谢的影响．结果表明，不同浓度玉米生长调节剂对灌浆期玉米功能叶、茎秆中氮素的转运，功能叶硝酸还原酶与蛋白水解酶活性，功能叶和籽粒的谷氨酰胺合成酶与转化酶活性均有明显的促进作用，显著增加玉米产量、籽粒蛋白质含量及籽粒蛋白质产量．在调节剂的3个浓度中，以PGRCl较合理．PGRCl处理玉米籽粒的蛋白氮含量比对照提高0．83g／kg，籽粒产量比对照增加13．18％，籽粒蛋白质产量比对照增加19．59％．     

甜菜氨同化途径的研究

不同供氮水平各生育时期甜菜叶片与根体氨同化酶谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性测定结果表明,甜菜体内存在GSGOGAT和GDH途径,但GS、GOGAT活性明显高于GDH,且两者变化趋势一致,说明GSGOGAT在甜菜体内氨同化中起重要作用,两者协同作用进行氨的同化。氨同化途径因供氮水平、生育时期及植株部位不同而异。高氮促进叶片GS、GOGAT活性提高,GDH活性降低,低氮GS,GOGAT活性较低,而刺激GDH活性。叶片氨同化酶活性高于根体,氨同化代谢旺盛。生育前期(137前)氨同化酶活性明显大于生育后期(258后),表明生育前期同化活跃,但GDH所起作用较小,而后期氮同化较弱,GDH发挥作用相对增大。     

水稻空间搭载与地面γ辐照诱变效应的比较研究

【目的】了解空间环境诱变对水稻当代生长促进和生长抑制及M2代株高和抽穗期的诱变效应。【方法】从辐射敏感的粳稻品种Lemont与钝感的籼稻品种特青的重组自交系后代选择空间搭载处理当代效应不同的两组株系,比较其后代株高和抽穗期的突变频率和诱变效率。【结果】空间搭载导致"促进组"苗高平均比对照增高34.9%,"抑制组"比对照降低39.1%,两组的结实率与对照没有明显差异。两组株系M2代均出现株高和抽穗期突变,但"促进组"出现高秆、矮秆、早熟和迟熟的平均突变频率和诱变效率都显著低于"抑制组"。地面γ辐照诱发两组材料的当代平均生理损伤无显著差异,诱发M2代抽穗期的突变频率与诱变效率是"抑制组"高于"促进组",诱发高、矮秆的突变频率在两组间各有高低,但高、矮秆的诱变效率则是"促进组"高于"抑制组"。空间搭载诱发株高和抽穗期的突变频率均明显低于地面γ辐照处理,但多数性状的诱变效率则高于γ辐照。【结论】空间环境诱发水稻当代出现幼苗生长促进和抑制两种效应,M2代抑制组的株高和抽穗期的突变频率和诱变效率均明显高于促进组。     

A Comparative Study on Mutagenic Effects of Space Flight and Irradiation of γ-rays on Rice

The experiment was conducted to study the mutagenic effects of space environment on seedling growth in M1 generation and plant height and heading date in M2 generation in rice. Two types of lines of growth promotion (GP) and growth suppression (GS) were selected from the recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross between a sensitive japonica Lemont and a nonsensitive indica Teqing to compare the mutation frequency and mutagenic efficiency for plant height and heading date in the M2 generation. Space environment resulted in 34.9% higher seedling height (SH) in the GP group than in the control, and 39.1% lower in the GS group than in the control, and there was no difference in seed fertility (SF) between the two groups. In M2, mutants of plant height and heading date can be induced by space treatment in both the two groups with lower mutation frequency and mutagenic efficiency in the GP group than in the GS group. There were no significant differences in the physiological damages in M1 between the two groups after γ-rays irradiation treatment.Mutation frequency and mutagenic efficiency of heading date in M2 were higher in the GS group than in the GP group, and the opposite was true for mutagenic efficiency of plant height although the mutation frequency varied between the two groups. The mutation frequencies of plant height and heading date induced by space environment were obviously lower than those by γ-rays irradiation, but the mutagenic efficiency was the opposite for most of the traits. For the GP and GS of seedlings induced by space environment, the GS had higher mutation frequency and mutagenic efficiency for plant height and heading date than the GP in M2.     

黄瓜细胞质型谷氨酰胺合成酶基因(GS1)的克隆及其在低氮条件下的表达

【目的】分离和克隆黄瓜谷氨酰胺合成酶GS1基因,分析其序列特征,了解其在低氮条件下的表达情况。【方法】依据黄瓜基因组数据库中Csa015274基因编码区全序列,应用引物设计软件Primer Premier 5.0设计引物,从黄瓜叶片cDNA中克隆该基因,用生物信息学方法对获得的cDNA序列及推定氨基酸序列进行分析鉴定,并用实时荧光定量PCR法研究GS1基因在不同氮素浓度下的表达变化。【结果】分离到GS1基因,GenBank登录号为JQ277263。该基因长1 071 bp,编码356个氨基酸,与甜瓜(Cucumis melo L.)GS1基因同源性高达97%。该基因编码的蛋白是1个不稳定的疏水蛋白,无跨膜结构,无信号肽,存在蛋白激酶C磷酸化位点,酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点,N-十四酰化位点,酪氨酸激酶磷酸化位点等活性位点。GS1基因表达模式分析显示,在低氮条件下,该基因下调表达,随着氮素浓度的增高GS1基因的表达量增加。在高浓度的氮素水平下,该基因的表达同样受到抑制。【结论】成功从黄瓜叶片中分离克隆到GS1基因,该基因具有已知物种GS1基因的特征,可用于该基因的功能研究。     

喷施化学调控剂缩节胺、乙烯利对棉花植株氨挥发的影响

【目的】研究喷施化学调控剂缩节胺、乙烯利对新疆棉花植株氨挥发影响,揭示其影响机理,丰富棉花氮素营养理论。【方法】喷施化学调控剂缩节胺和乙烯利后,应用密闭生长室抽气法定期监测棉花植株氨挥发变化,同时监测可溶性蛋白质、与氮代谢相关酶活性及气孔特性等指标。【结果】棉花花铃期,喷施1g·L-1和1.5g·L-1的缩节胺棉花植株氨挥发平均降低28.80%和35.15%,氨挥发量与叶片可溶性蛋白质、气孔面积显著正相关(P0.05),与硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性呈显著负相关(P0.05);喷施1.5mL·L-1和2.5mL·L-1的乙烯利叶片氨挥发平均增加47.30%和37.40%,氨挥发量与叶片可溶性蛋白质、硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性之间呈显著负相关(P0.05),与气孔面积呈显著正相关(P0.05)。【结论】喷施缩节胺促进了叶片同化物向生殖器官转移,降低叶片可溶性蛋白质含量,增强了叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性,缩小了叶片气孔面积,抑制了棉花植株氨挥发;喷施乙烯利加速了植株的衰老和蛋白质的降解,抑制了叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性,增大了叶片气孔面积,促进棉花植株氨挥发。     

水稻GS3蛋白及其与Gβ蛋白复合物的表达及结晶初筛

【目的】阐明GS3蛋白在水稻中的调控机制,为解析植物G蛋白的结构及完善G蛋白的调控网络打下基础。【方法】分别采用表达载体pGEX-6p-1和pET-28b-sumo诱导表达GS3蛋白N端结构域OSR和GS3蛋白C端结构域,再使用凝胶过滤柱Superdex 200/7510/300和阴例子交换层析柱Mono Q 5/50纯化表达蛋白,通过筛选优化晶体和X射线衍射的方法对GS3及GS3与Gβ共表达复合物的结构进行研究。【结果】将构建的重组蛋白OSR-pGEX-6p-1与GβN- pET-28b-sumo转入大肠杆菌BL21(DE3)中共表达,经GST beads亲和层析可获得2条条带,分别为OSR-GST(31 kD)和GβN-sumo(26 kD),再过Ni2+ beads亲和层析同样有2条条带,而SDS-PAGE凝胶电泳结果显示有4条条带,分别为GST(26 kD)、sumo(17 kD)、GβN(9 kD)和OSR(5 kD)。经阴例子交换层析柱Mono Q 5/50分离纯化可获得GβN(9 kD)和OSR(5 kD)二者的复合物。将纯化后的复合物浓缩至12 mg/mL进行晶体初筛,但未获得结晶。【结论】GS3和Gβ互作是通过GS3蛋白N端结构域OSR与Gβ N端结构域的结合而实现,其结果符合经典的G蛋白异源三聚体模型。