光敏色素互作因子(PIFs)对植物生长发育的调控

光敏色素相互作用因子(PIFs)属于拟南芥bHLH转录因子家族的第15亚族,是光信号响应过程中的关键负调控因子。光激活的光敏色素通过促进PIFs蛋白降解,直接或间接抑制它们与DNA的结合,从而实现光对植物生长发育的调控。研究发现PIFs在调控种子萌发、幼苗形态建成、避荫反应、昼夜节律以及各种植物激素响应过程中起着重要作用。此外,PIFs作为细胞信号传导的"枢纽"具有更为广泛的作用,能够整合不同信号,精细调控整个转录网络。     

华中农大/北京大学联合团队揭示磷酸酶PP6调控植物光形态建成机制

<正>近日,PAMS杂志在线发表了华中农大代明球教授课题组与北京大学邓兴旺教授课题组合作完成的题为Arabidopsis PP6 phosphatases dephosphorylate PIF proteins to repress photomorphogenesis的研究成果,该研究揭示了新型磷酸酶PP6介导PIF转录因子的去磷酸化修饰,进而抑制拟南界光形态建成的分子调控机制。在拟南齐中,PIFs (phytochrome-interacting factors)转录因子是光形态建成中的关键抑制因子。近期,华南农业大学王海洋教授团队的研究也发现,玉米中的7个ZmPIF参与调控了中胚轴的生长,表明PIF在调控植物中/下胚轴发育中的功能是相对保守的。植物光受体感受到光后,能迅速引发PIFs的磷酸化     

HY5通过PIF4基因控制高温诱导的拟南芥下胚轴伸长反应

考察了拟南芥野生型、hy5、pif4及hy5pif4双突变体在22℃和30℃培养下的下胚轴伸长表型;利用q RT-PCR监测PIF4基因在野生型和hy5突变体30℃处理后持续多个时间点的动态表达。结果表明,HY5通过抑制下游基因PIF4调控高温诱导的下胚轴伸长。PIF4::GUS启动子融合报告基因株系的染色结果表明,高温对PIF4转录水平的诱导主要发生在子叶而不是下胚轴。通过q RT-PCR检测PIF4同源基因PIF5,生长素合成基因YUC2、YUC3、YUC8和生长素反应基因IAA29在野生型和hy5突变体的动态表达,HY5通过调控PIF4介导的生长素通路来控制拟南芥下胚轴的伸长反应。     

梭梭NAC转录因子HaNAC38功能及特性分析

从梭梭干旱转录组中获得与干旱相关的NAC转录因子基因HaNAC38，为了研究其功能，以过表达HaNAC38基因拟南芥纯合株系作为对象，比较转基因株系与野生型间的差异，并利用酵母单杂交技术对HaNAC38转录因子可能结合的DNA核心序列进行验证。结果表明，在自然干旱和模拟盐胁迫条件下，过表达HaNAC38基因拟南芥株系生长状况显著优于野生型拟南芥。过表达HaNAC38基因拟南芥株系的种子发芽率、幼苗叶片脯氨酸含量及过氧化氢酶活性均显著高于野生型拟南芥株系，丙二醛含量和过氧化氢含量显著低于野生型拟南芥。由此表明HaNAC38显著增强了拟南芥对于干旱和盐胁迫的耐受能力。酵母单杂交试验结果表明，HaNAC38转录因子可以在酵母体内特异性结合TTGCGT核心序列，并激活下游报告基因的表达。以上结果为明确梭梭HaNAC38转录因子的功能及其调控网络奠定了基础。     

小麦转录因子基因TaWRKY33的耐盐性分析

【目的】WRKY转录因子是植物转录调节因子家族之一,参与调控植物病原菌的防御、生长发育和抗逆应答等多种生理过程。小麦WRKY转录因子基因TaWRKY33可以提高转基因拟南芥对干旱和高温的抗性。通过分析TaWRKY33的耐盐性,检测TaWRKY33转录因子的转录活性,深入分析转录因子基因TaWRKY33的功能,以解析其耐盐调控机制。【方法】以盐胁迫处理的小麦cDNA为模板,利用实时荧光定量PCR检测TaWRKY33在盐胁迫条件下的表达模式;将TaWRKY33的CDS序列插入带有CaMV35S启动子的pCAMBIA1302表达载体中,构建表达载体pCAMBIA1302-TaWRKY33,转入农杆菌,侵染野生型拟南芥获得转基因株系;同时利用pWMB110-TaWRKY33双元载体创建了过表达小麦株系。用转TaWRKY33的拟南芥和小麦进行耐盐性鉴定。构建诱饵载体pGBKT7-TaWRKY33,通过单转法将诱饵载体pGBKT7-TaWRKY33重组质粒和文库质粒逐步转化到酵母AH109感受态细胞。通过SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade和X-α-gal显蓝反应筛选得到阳性克隆,进行测序和BLAST分析。制备小麦原生质体,通过瞬时表达试验共转化报告子和效应子质粒,计算相对荧光值分析转录因子的转录活性。【结果】实时荧光定量PCR结果显示,TaWRKY33受盐胁迫的诱导表达。双荧光素酶瞬时表达试验表明TaWRKY33在小麦细胞中可以激活相应荧光素酶的活性。从功能分析,在正常生长条件下转基因拟南芥和野生型拟南芥没有明显差异;在盐处理条件下,转基因拟南芥的根长大于野生型拟南芥的根长;过表达拟南芥的鲜重大于野生型,呈显著性差异。重要的是,在盐处理下,鲜重、相对电导率和Na+含量表明,过表达TaWRKY33的小麦较其受体对照有更好的耐盐性。对TaWRKY33候选互作蛋白分析表明,这些候选互作蛋白主要参与植物体的信号转导或免疫过程,表明TaWRKY33在植物的逆境信号转导、基因转录调控过程中发挥着重要作用。【结论】小麦TaWRKY33受盐胁迫的诱导表达,具有潜在的转录激活活性,提高了转基因拟南芥和小麦的耐盐性;TaWRKY33可能需要其他蛋白共同作用提高小麦耐盐性。     

荷花R2R3-MYB转录因子NnMYB4对拟南芥木质素合成的影响

[目的]本文旨在研究荷花R2R3-MYB转录因子NnMYB4的功能,探讨其在木质素合成过程中的作用。[方法]利用RT-PCR技术从荷花品种‘黑龙江红莲’中克隆得到1个MYB转录因子基因c DNA全长开放阅读框(ORF),命名为NnMYB4。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)法分析NnMYB4在荷花不同组织中的表达情况。构建p MDC43-NnMYB4过表达载体转化拟南芥,采用乙酰溴法测定转基因植株的木质素含量,通过qRT-PCR技术对木质素合成关键酶基因的表达进行分析。[结果]NnMYB4基因ORF全长726 bp,编码241个氨基酸,属于R2R3-MYB转录因子G4亚组,与拟南芥At MYB4亲缘关系较近。组织定量结果表明,NnMYB4基因在荷花根、茎、叶柄、叶中均有表达,且在幼叶中表达量相对最高,在剑叶中最低。与野生型拟南芥相比,转NnMYB4拟南芥植株花序茎变矮,花期延迟,茎木质部染色面积较小、染色程度变浅,木质素含量显著降低。过表达NnMYB4分析结果显示,转基因拟南芥At C3H、At4CL1、At F5H、At COMT1等木质素合成关键酶基因的表达量显著下调。[结论]荷花NnMYB4可能是木质素合成途径中的一个负调控因子,对植物木质素合成具有负调控作用。     

油菜转录因子BnZFP基因的分离及其功能初步分析

为克隆油菜ZFP类转录因子基因,初步阐明其功能。采用RT-PCR的方法克隆基因和体内检测;花沾法转化拟南芥,Northernblotting检测转基因后的表达。从甘蓝型油菜中分离了一个新的ZFP类转录因子,它编码377个氨基酸,与拟南芥AtZFP基因(At2g29660)的碱基序列相似性最高,为76.2%,命名为BnZFP。该基因在父本、母本和F1代不同发育时期中均能较稳定的表达;该基因转化拟南芥,对获得的转BnZFP基因拟南芥进行了NorthernBlotting分析,表明该基因在拟南芥中得到过表达;与野生型拟南芥相比较,过表达BnZFP的转基因拟南芥在萌发、营养生长及生殖生长过程中没有表现出明显的表型变化,该基因的功能有待进一步研究。     

谷子MYB转录因子家族与抗旱关系的研究

[目的]MYB蛋白家族是一类含有MYB保守结构域的转录因子,广泛参与调控植物生长发育及抗逆等多种生理反应。为探究抗旱作物谷子的抗旱性与MYB转录因子家族基因关系,从而为谷子特有抗旱基因资源的发掘及谷子抗旱分子机制的研究提供参考。[方法]本研究以抗旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF)为研究对象,在苗期PEG处理条件下,取叶片进行转录组测序,进而对有差异表达的MYB转录因子家族基因进行生物信息学分析。[结果]研究表明,26个MYB转录因子基因在GG和JF两个谷子品种中表现出较为明显的表达差异;且对应启动子区域的抗旱相关调控元件也呈现出差异的组成与分布;抗旱品种GG中明显上调的3个MYB调控基因(Si034363m、Si003539m、Si030711m)与拟南芥中主要参与抗逆的MYB转录因子存在较近亲缘关系。[结论]基于对谷子MYB转录因子的研究,推测26个表达差异的MYB类转录因子基因可作为谷子抗旱的重要候选基因,可为后续谷子抗旱分子机制的研究提供理论依据。     

植物避荫反应调控机制研究获得新突破

正近日,中国农业科学院生物技术研究所科研团队在高等植物避荫反应调控机制方面取得新进展,首次阐明了光敏色素和基因调控模块之间的互作联系,完善了避荫反应的调控机理,为耐荫、耐密植作物新品种的培育奠定了理论基础。生物所研究团队发现拟南芥在遮荫条件下光敏色素的功能受到抑制,导致其互作因子(PIFs)蛋白快速积累,并且这些PIF蛋白能与MIR156基因家族多个成员启动子直接结合并抑     

转录因子AtWRKY28在拟南芥与甘蓝链格孢菌(Alternaria brassicicola)亲和性互作中的功能分析

WRKY是植物特有的一类转录因子,是一个超级大家族,与植物多种逆境胁迫应答密切相关,在植物防御病原菌的侵染中发挥十分重要的作用。拟南芥转录因子WRKY28属于WRKY家族的成员,包括一个WRKYGQK核心序列和一个Cys2His2锌指型结构。为了鉴定拟南芥WRKY28的功能,构建了反义抑制表达株系和转基因过表达株系并进行抗病性鉴定。研究表明,反义抑制表达株系降低了对腐生型真菌甘蓝链格孢菌(Alternaria brassicicola)的抗性,而转基因过表达株系提高了对甘蓝链格孢菌的抗性。由此可见,转录因子WRKY28参与了拟南芥对甘蓝链格孢菌的免疫应答,是其抗病反应中的一个正调控因子。     

景宁木兰PIF转录因子的生物信息学分析及极端遮阴条件下的表达模式

  目的  群落所造成的遮阴是导致景宁木兰Magnolia sinostellata濒危的重要因素之一。PIF家族转录因子在光信号传导和植物生长发育中起到重要作用。对PIF家族转录因子进行系统分析和研究,为探究其在景宁木兰光信号转导机制中的作用奠定基础。  方法  从景宁木兰转录组数据中鉴定获得PIF家族转录因子并进行生物信息学分析,利用实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)技术对其在极端遮阴条件下的表达模式进行分析。  结果  从景宁木兰转录组中共筛选出9个MsPIFs转录因子基因,其编码的蛋白质长度为188~735 个氨基酸,蛋白质大小为20 314.56~78 957.02 Da,理论等电点范围为5.18~8.22。MsPIFs基因编码的蛋白质均为不稳定蛋白质,所有蛋白质均为亲水性蛋白质。亚细胞定位预测结果显示所有蛋白质均定位于细胞核。9个蛋白质均具有丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Try)磷酸化位点。qRT-PCR结果表明:极端遮阴条件下,9个MsPIFs家族基因表达均发生不同程度的变化。其中,MsbHLH23的表达变化较其他基因更为明显,遮阴处理5和10 d时的表达量分别上调为对照的52.77与20.03倍。  结论  景宁木兰PIF转录因子家族均能响应遮阴,为后续对MsPIFs进行生物学功能鉴定奠定了基础。图7表3参32     

利用CRISPR/Cas9系统编辑拟南芥ILR3基因及功能验证

拟南芥转录因子ILR3(IAA-Leucine Resistant 3)在铁稳态的调节、葡萄糖异硫氰酸盐(glucosinolate,简称GLS)的生物合成和病原体响应方面起到重要作用。为更深入探索该转录因子在植物体内的更多功能,利用YAO基因启动子驱动Cas9在拟南芥中表达,成功获得ILR3基因编辑突变体。测序结果及序列分析结果表明,在ILR3编辑拟南芥中,该基因编码区发生了碱基缺失或插入,导致蛋白ILR3保守结构域丢失。并且,这些基因编辑突变体T2代幼苗与T-DNA插入突变体ilr3-2在缺铁环境下表现出相同的性状,进一步验证ILR3转录因子在植物对铁的吸收及体内平衡的作用,也为深入研究其更多生物学功能奠定了工作基础。     

丹参3个R2R3-MYB转录因子的亚细胞定位和自激活活性分析

R2R3-MYB转录因子能够有效调控丹参酚酸类物质的积累。将丹参的SmMYB33、SmMYB54和SmMYB93与拟南芥的R2R3-MYB进行比对,找到拟南芥中与丹参3个转录因子亲缘关系最近的功能已知的转录因子,根据这些功能已知的转录因子,对丹参3个转录因子的功能进行预测。构建含有绿色荧光报告基因的载体pA7-GFP-SmMYB33、pA7-GFP-SmMYB54和pA7-GFP-SmMYB93,使用基因枪方法将载体分别转化洋葱表皮细胞进行亚细胞定位分析,结果表明3个转录因子主要定位在细胞核,绿色荧光也有少部分出现在细胞质中。构建酵母表达载体pDEST-GBKT7-SmMYB33、pDEST-GBKT7-SmMYB54和pDESTGBKT7-SmMYB93用于酵母自激活活性分析,结果表明SmMYB33有自激活活性,SmMYB54和SmMYB93没有自激活活性。     

玉米转录因子ZmbHLH4基因的克隆及功能分析

bHLH类转录因子在植物的生长发育及逆境应答反应中发挥重要作用。通过生物信息学比对分析,PCR扩增克隆得到玉米转录因子ZmbHLH4基因。亚细胞定位和转录激活实验结果表明ZmbHLH4特异性定位于细胞核,不具有转录激活活性。ZmbHLH4基因过表达可促进拟南芥种子萌发,同时转基因植株表现出矮化、抽薹及开花提前,花茎变细、分支增多,叶片数量增多、长度缩短,果荚扭曲皱缩、育性降低等多种表型,说明ZmbHLH4在调控植物的生长发育和形态建成方面发挥重要功能。     

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。     

寄生疫霉菌侵染拟南芥相关microRNA靶标调控网络分析

【目的】分析寄生疫霉菌侵染胁迫下拟南芥表达的microRNA,为探明microRNA对应靶标基因的调控网络及其可能的病理学和生物学功能奠定基础。【方法】以寄生疫霉菌(Phytophthora parasitica)和模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料,鉴定在病菌侵染胁迫下拟南芥表达的microRNA,构建其靶标调控网络,并进行Gene Ontology和蛋白质结构域富集分析。【结果】在寄生疫霉菌侵染拟南芥的Solexa测序文库中鉴定39条拟南芥microRNA,筛选出了5个转录因子相关的调控网络;Gene Ontology富集结果表明,在生物学过程中,转录调控相关的基因显著富集;蛋白质结构域富集结果表明,靶基因中转录因子显著富集。【结论】拟南芥响应寄生疫霉菌microRNA靶标基因的功能主要集中在转录因子的调控功能上。     

小麦RF2类bZIP转录因子TabZIP3参与植物盐胁迫反应

植物bZIP类转录因子数目众多,功能多样,但有关RF2类bZIP转录因子的报道并不多见。以普通小麦(Triticum aestivum L.)中国春叶片总RNA为模板,利用RT-PCR结合RACE(rapid amplication of c DNA end)技术,获得了TabZIP3的cDNA序列。TabZIP3基因的开放阅读框(ORF)长1 020 bp,编码339个氨基酸残基,保守结构域预测TabZIP3编码RF2类bZIP转录因子。系统发育分析表明,TabZIP3与水稻中的RF2b亲缘关系最近; GFP-TabZIP3融合蛋白在烟草表皮细胞中定位于细胞膜。RT-PCR分析以及对TabZIP3promoter:Gus转基因拟南芥植株的Gus染色结果均表明,TabZIP3受Na Cl和PEG6000处理的诱导表达。为了研究TabZIP3的功能,构建了TabZIP3的过量表达载体并将其转化拟南芥Col-0。与野生型相比,过量表达TabZIP3的拟南芥株系的子叶在含150 mmol/L NaCl的MS培养基上更绿,且脯氨酸含量显著增加,但丙二醛含量显著下降。上述结果表明小麦RF2类bZIP转录因子TabZIP3受盐/干旱诱导表达,其过量表达提高了转基因拟南芥的耐盐性。     

梅R2R3型MYB转录因子的鉴定及低温胁迫下的表达分析

从梅花基因组中鉴定出R2R3型MYB转录因子,与拟南芥R2R3型MYB转录因子进行系统进化分析,利用qRT-PCR方法检测了27个响应低温驯化R2R3型MYB转录因子在低温胁迫下表达量的变化。结果表明:1)从梅基因组中鉴定出106个R2R3型MYB转录因子,基于氨基酸序列的进化分析显示44个梅R2R3-MYB转录因子和拟南芥中的22个亚类具有同源性;2)表达分析的结果表明多个梅花PmR2R3-MYB基因的表达受低温调控,其中17个基因响应低温迅速,5个基因只在后期应答低温胁迫,而5个基因的表达量变化没有明显规律。     

二穗短柄草DREB1G基因表达模式分析和在拟南芥中的异源过量表达

CBF/DREB基因是一类植物特异性转录因子,通过调控下游抗逆相关基因的表达,在植物逆境胁迫应答过程中发挥重要作用。为了研究新型的禾本科模式植物二穗短柄草DREB基因的功能,克隆BdDREB1G的cDNA序列,分析该基因在各种非生物胁迫条件下的表达,构建过表达载体,获得转基因拟南芥。结果表明:高温、低温和水杨酸胁迫处理显著诱导BdDREB1G的表达,暗示该基因响应高温和低温胁迫。初步观察结果说明,该与野生型拟南芥相比,转基因植株生长发育迟缓。这些为研究该基因响应非生物胁迫的功能奠定基础。