低磷胁迫对烤烟云烟87糖代谢及营养元素吸收的影响机理初探

为了探明低磷胁迫对烟草糖代谢及养分吸收的影响机理。以云烟87为试材,设置正常供磷（T1,1 mmol/L Pi）和低磷（T2,0.1 mmol/L Pi）两个处理的沙培试验,检测低磷胁迫下烟株不同部位的蔗糖、淀粉、营养元素的含量及糖代谢相关酶的活性,分析糖代谢关键基因（SUT1、INV、AGPase）及高亲和营养元素转运蛋白家族基因（PT1、PT2、HAK1、IRT1）的表达差异。结果表明：①低磷胁迫显著增加了烟株根部和地上部的蔗糖含量;虽然焦磷酸化酶（AGPase）基因在低磷条件下表达量下调,但是由于淀粉酶活性被强烈抑制,淀粉含量仍显著增加;②低磷胁迫增加了烟株根部和地上部K和Fe的含量,降低了Mg的含量,Ca含量差异不显著;K和Fe的积累可能是由高亲和钾转运蛋白（HAK1）及铁调控转运体基因（IRT1）的表达量提高引起的,为磷与其他营养元素之间的互作提供理论基础。     

‘西拉’葡萄果实发育过程中糖代谢相关基因的表达分析

为了分析‘西拉’(Syrah)葡萄果实转色期至成熟期的发育过程中可溶性糖的积累与糖代谢相关基因表达量的关系,以山西临汾地区‘西拉’葡萄5个发育时期的果实为试材,测定葡萄果实发育过程中还原糖、总酸以及葡萄果皮酚类物质的质量分数,并利用实时荧光定量RT-PCR的方法,分析果实发育过程中蔗糖转运蛋白、单糖转运蛋白以及糖代谢相关酶(蔗糖合酶、蔗糖磷酸合酶和转化酶)等15个基因的表达量以及可溶性糖(葡萄糖和果糖)质量分数的变化趋势。结果表明:葡萄糖、果糖质量分数随着果实发育逐渐增加,己糖转运蛋白合成基因 VvHT1表达量呈逐渐下降的趋势,在果实发育的后期下降较快; VvHT2和 VvHT5表达量呈逐渐上升的趋势; VvHT3和VvMSA的表达量呈"降-升-降"的趋势,两者的表达量均在花后71 d最高。蔗糖运输蛋白(VvSUC11,VvSUC12,VvSUC27)合成基因的表达模式在发育过程中存在差异,VvSUC11和VvSUC12表达水平上调,VvSUC27呈下调的表达趋势。蔗糖转运蛋白、转化酶和单糖转运蛋白等的协同表达促进‘西拉’葡萄果实中可溶性糖的积累,在‘西拉’葡萄果实发育过程中发挥着重要的作用。     

苹果砧木珠眉海棠盐胁迫应答基因的微列阵研究

以盐胁迫下苹果的耐盐砧木珠眉海棠为材料,用SMARTTM方法构建了cDNA文库。随机挑取5 000个cDNA克隆制备芯片,得到差异表达的基因388个,其中249个表达上调、139个表达下调。分析其中变化量在8倍以上的42个基因,并对部分基因进行RT-PCR验证,结果与芯片杂交结果一致。根据功能把这些基因分为5类:光合作用相关基因、物质转运相关基因、基础代谢相关基因、逆境相关基因以及其他基因。其中直接参与盐应答的基因占34%,包括上游调控蛋白、合成植体内小分子渗透调节物的限速酶、胁迫产生的活性氧清除剂、直接调节离子运输和储存的蛋白等。用此cDNA微列阵体系,将基因芯片技术与cDNA文库相结合,成为全面研究盐胁迫下基因表达的有效途径。为进一步研究盐应答基因功能及盐胁迫机制提供参考。     

一个逆境诱导表达的水稻锌指蛋白基因的分离和鉴定

为鉴定逆境应答相关转录因子,以1个水稻EST为基础,通过RT-PCR分离到了1个编码锌指蛋白的转录因子新基因的全长cDNA,命名为OsZF19。该基因编码171个氨基酸,包含zf-AN1和zf-A20两个锌指结构域,预测的该基因启动子区含有逆境应答顺式元件。Northern杂交分析表明,OsZF19的确受到高盐和植物激素ABA胁迫的诱导,而在干旱胁迫早期显著地诱导表达,胁迫后期OsZF19的表达量轻微下降。试验结果表明,OsZF19可能在水稻对干旱和高盐逆境的应答反应中发挥作用。     

水稻多逆境响应基因OsGAD3的表达与克隆

逆境胁迫严重影响植物的生长发育,对农业生产造成相当大的影响。为了了解植物逆境反应机理和发现新的水稻耐逆基因,采用Affymetrix水稻表达芯片分析了籼稻培矮64S在多种逆境胁迫下的表达水平,筛选出一个受多种逆境诱导、在各生长发育时期与组织器官均有响应的基因OsGAD3(Oryza sativa L.,Glutamate decarboxylase 3,GenBank登录号为:AY187941.1)。PCR扩增得到了该基因的cDNA,其包含的ORF长1476 bp,编码一个含有492个氨基酸残基的蛋白,分子量约为56 kD,等电点约为5.64。OsGAD3基因编码的蛋白质有多个保守结构域,经序列比对发现,其与水稻谷氨酸脱羧酶3相似性约为99.7%。启动子区域分析,发现多种与逆境反应相关的顺式作用元件,因此推测此基因可能参与水稻的耐逆反应过程。     

橡胶树乳管HbPMP1基因的克隆与表达分析

过氧化物酶体膜蛋白PMP是ABC转运蛋白ABCD亚家族蛋白之一．存在于过氧化物酶体膜上。研究表明．拟南芥中的ABCD亚家族ABC转运蛋白AtABCD1主要通过参与部分物质运输进入过氧化物酶体．其中包括茉莉酸合成的前体OPDA。本研究通过RACE技术克隆了一个ABCD亚家族ABC转运蛋白基因HbPMP1．并进行表达分析。结果表明：HbPMP1全长4011bp．编码1337个氨基酸残基,其表达产物与拟南芥AtABCDl有较高的相似性（氨基酸一致性为78％）：该基因在伤害及外源茉莉酸诱导下呈上调表达．推测其可能参与内源茉莉酸合成相关物质时的运输．     

凉山会理烟区烟草叶片发育过程中糖类代谢规律

采用半定量RT-PCR的方法来揭示凉山会理烟区烟草叶片发育过程中参与糖类代谢关键基因的表达情况,并结合这些糖类在烟叶发育过程中含量的变化,从而阐明该烟区烟草发育过程中糖类代谢的规律.结果表明:(1)总糖、还原糖、淀粉的含量随叶龄增加而呈增长趋势;(2)蔗糖磷酸合成酶(SPS)的基因表达随叶片发育逐渐增强,蔗糖转化酶(Inv)所编码基因的表达随叶片发育先逐渐增强后减弱,蔗糖合成酶(SS)的基因表达随叶片发育先弱后逐渐增强,这些均反映出烟叶发育过程中糖类物质的代谢与积累变化;(3)ADPG焦磷酸化酶,GBSS I(结合态淀粉合成酶)和SBE(淀粉分支酶)所编码基因的表达随叶片发育由弱变强,反映淀粉的合成逐渐增多.     

水稻胚乳贮藏物代谢相关基因响应花后高温胁迫的微阵列分析

【目的】揭示花后高温条件下水稻灌浆过程中胚乳淀粉和蛋白贮藏物代谢相关基因的表达谱,并阐明部分重要功能基因对花后高温胁迫的响应表达模式。【方法】利用人工气候箱设高温(日均温度32℃,日最高温36℃/日最低温28℃)和适温(日均温度22℃,日最高温26℃/日最低温18℃)2个温度处理,并在水稻开花后的不同时期取样,对水稻胚乳贮藏物代谢各类相关基因的表达谱与表达模式进行高通量的cDNA微阵列检测。【结果】在水稻胚乳贮藏物代谢的相关基因中,以对高温胁迫响应表现较迟钝的基因居多,其高温处理与低温处理之间的杂交信号(nARVOL)比值(称R值)大致在0.8—1.2,但随高温处理时间的持续,呈上调或下调差异表达的基因数量均有明显增加;花后高温对胚乳糖代谢和淀粉合成类基因表达的调控效应,不仅随各个基因的功能类型、代谢途径和灌浆进程的差别变化而异,而且其表达丰度及其上调或下调幅度在很大程度上还与该功能基因的同工型(或酶亚基)有关;高温处理下水稻胚乳中的谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白类基因多呈下调表达特征,但也会随其所调控的蛋白亚基组分的不同而异,从而对胚乳贮藏蛋白的亚基构成和组分变化产生较大影响;与胚乳白贮藏物代谢密切相关的糖信号传导类基因、核糖体蛋白类基因和逆境防御蛋白类基因普遍比直接参与胚乳贮藏物合成路径的功能基因对高温胁迫响应表现敏感。【结论】花后高温胁迫对水稻胚乳灌浆贮藏物代谢的调控相当复杂,涉及到众多的功能基因位点。     

一个水稻抗逆候选基因OsHMGB3的鉴定与评价

OsHMGB3是一个位于水稻抗旱QTL区段内的抗旱相关候选基因,预测编码一个具有HMGB-UBF-HMG-box结构域的蛋白。Real-time PCR分析表明:OsHMGB3基因在多个组织器官中表达,且能够受到PEG、NaCl、低温、高温等逆境及ABA的诱导表达。对超表达OsHMGB3的转基因水稻进行了苗期甘露醇胁迫处理,转基因植株的鲜重和株高均极显著优于野生型植株,超表达OsHMGB3可提高水稻苗期抵抗渗透胁迫的能力。该基因对逆境的响应及转基因植株对渗透胁迫的抗性均暗示该基因与水稻抗逆性有密切的关系。     

复配化学调节剂对水稻子粒灌浆充实和蔗糖-淀粉代谢关键基因表达的影响

采用大田试验,以大穗型水稻品种新丰2号为试验材料,研究了抽穗期喷施复配化学调节剂对水稻子粒灌浆充实、稻米品质和蔗糖-淀粉代谢关键基因表达的影响。结果表明,外源喷施复配化学调节剂IV和V可增加水稻强势粒和弱势粒的起始灌浆势、相对起始势,提高最大灌浆速率和平均灌浆速率,缩短达到最大灌浆速率所需时间,显著改善强势子粒的外观品质和碾磨品质,提高水稻弱势子粒的千粒重,且强势粒和弱势粒中蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达均得到显著提高。因此,外源喷施复配化学调节剂IV和V可通过增加强势粒和弱势粒中蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达,进而提高水稻强势粒和弱势粒的灌浆充实、增加产量、改善稻米品质。     

前沿动态

正植物内质网相关蛋白降解新因子水稻种子是蛋白质和淀粉的储藏器官。在逆境环境下,灌浆期种子会积累大量错误折叠和非折叠蛋白,产生内质网胁迫,进而影响种子产量和品质。内质网相关蛋白降解(ERAD)途径在清除错误折叠蛋白以及内质网胁迫应答中发挥着重要作用。前期研究发现,胚乳特异性抑制小G蛋白基因SAR1的表达,会使分泌蛋白滞留在内质网中,导致水稻种子产生内质网胁迫。在此基础     

利用TAC系统构建多个光合同化物运输蛋白基因转化载体和水稻的遗传转化

采用人工染色体(TAC)多基因组装载体系统,将一组与水稻光合同化物运输转化有关基因构建在同一载体上,这些基因分别是蔗糖转运蛋白基因(OsSUT5),单糖转运蛋白(OsMST4)、细胞壁转化酶(OsCIN3)和ATP/ADP转运蛋白(OAAT),获得了包含这4个基因的植物表达载体pTAC747H-OAAT-SUT5-CIN3-MST4,质粒大小近30 kb。通过农杆菌转化法,将基因导入水稻,以探讨这些基因对水稻光合同化物运输和转化的调控作用。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

水稻OsSBEIIb基因的克隆和时空表达特征及SNP位点多态性

水稻淀粉分支酶(OsSBEIIb)对水稻支链淀粉的合成至关重要,而水稻支链淀粉的含量与水稻支链淀粉和抗性淀粉的含量密切相关.为了明确OsSBEIIb基因在水稻淀粉合成中的作用,通过PCR技术扩增获得了湘早籼2号水稻的OsSBEIIb基因cDNA编码区序列.生物信息学分析表明,OsSBEIIb基因具有一个编码825个氨基...     

苦参碱对水稻干物质积累与转运的影响

研究苦参碱对水稻子粒灌浆、营养器官干物质的积累和转运、叶片蔗糖磷酸合成酶和酸性转化酶活性及蔗糖和淀粉含量的影响,阐明苦参碱对水稻生长的调节作用机理及在水稻代谢中的功能。结果表明,苦参碱能明显促进水稻叶片和茎鞘的干物质向穗转运,提高叶片蔗糖磷酸合成酶活性,降低酸性转化酶活性,有利于蔗糖积累。     

植物SnRK1蛋白激酶研究进展

植物SnRK1蛋白激酶与酵母SNF1以及哺乳动物AMPK在结构和功能上同源性较高,以α催化亚基、β和γ调节亚基组成异源三聚体复合物的形式存在。SnRK1蛋白激酶广泛存在于高等植物中,响应环境胁迫、营养匮乏、光暗周期等引起的能量缺失信号。SnRK1是调控植物代谢和能量平衡的重要枢纽,调节光合作用途径相关基因的表达以及蔗糖合成、淀粉合成和降解相关酶编码基因的表达,参与糖代谢途径。此外,SnRK1在植物的生长、发育和胁迫响应中也是重要的调控枢纽。但SnRK1在代谢网络途径的调控非常复杂,很多调节机制还不清楚,亟需进一步的研究。本研究通过对SnRK1蛋白激酶的结构,酶活性的调节机制,及在植物碳氮代谢、生长发育及响应胁迫应答中的调控研究现状进行综述,旨在为进一步研究植物SnRK1的功能提供参考。     

柑橘果实糖代谢的研究进展

在对柑橘果实糖代谢研究概述的基础上,着重评述了蔗糖运输的相关酶、糖积累过程中催化蔗糖合成的酶、以及与糖代谢相关的酶基因等方面的最新研究进展。提出了运用分子生物学和反向遗传手段,来研究有关酶及酶基因对果实糖分积累的直接作用的进一步研究方向。     

水稻OsKAT2基因的克隆及表达分析

为获得抵抗逆境胁迫的相关基因,利用电子克隆方法从水稻中获得了1个新基因,将其命名为OsKAT2(GenBank登陆号为KJ010541)。生物信息学分析结果表明OsKAT2的cDNA序列开放阅读框长1 806 bp,编码蛋白质由601个氨基酸组成;OsKAT2蛋白质包含K+通道的保守结构域,属于Shaker家族第II组。通过实时定量荧光PCR分析发现,OsKAT2主要在地上部表达;在干旱、高盐和外源脱落酸(ABA)胁迫处理下,水稻地上部OsKAT2的表达量均降低。初步推测OsKAT2可能在水稻抵抗逆境胁迫中发挥作用,是一个水稻抗非生物逆境改良的候选基因。     

一个水稻小G蛋白OsRan1的克隆及表达分析

逆境对于水稻产量和品质有很大影响,研究在逆境下水稻基因的表达变化对于研究水稻抗逆有着重要意义。运用荧光差异显示（Fluorescence Differential Display,FDD）技术,从低温处理的水稻中克隆到OsRAN1基因并通过半定量PT-PCR分析该基因在低温和高盐逆境下的表达。该基因cDNA序列全长为984bp,含有一个编码221个氨基酸残基的开放阅读框,推测分子量为25.0KD,此氨基酸序列具有GTPase活性区域,属于小G蛋白Ran亚家族,通过氨基酸相似性比对发现,Ran家族氨基酸序列高度保守,OsRAN1与TaRAN1和AtRAN1相似性分别达到98.19%和92.76%。通过半定量PT-PCR分析,发现在低温胁迫下,OsRAN1在根和叶鞘中表达量均有增加,尤其是高盐胁迫下根中OsRAN1表达量有迅速升高然后降低的变化。推测该基因在水稻逆境应答中起着重要作用。     

水稻多逆境响应基因OsMsr13的克隆与功能分析

为了深入研究作物耐逆境胁迫的分子机制和发现新的水稻耐逆基因,采用Affymetrix基因芯片技术与水稻表达芯片(含51,279个转录本),分析了培矮64S不同生长发育时期、不同组织器官全基因组在低温、干旱、高温逆境胁迫下的表达水平变化,筛选出一批耐多逆境候选功能基因.OsMsr13是其中一个受低温、高温与干旱诱导,在各生长发育时期与组织器官均显著上调的基因.根据序列生物信息学分析,OsMsr13含有7个外显子和6个内含子,cDNA全长序列为1603bp,完整的ORF为1317bp,编码一个含438个氨基酸残基的蛋白质；在OsMsr13启动子区域发现多个与逆境应答相关的顺武作用元件；数据库查找和蛋白质多序列的比对表明Os Msr13的预测蛋白属于钙调素结合蛋白家族.为了进一步研究OsMsr13基因的功能,通过RT-PCR方法扩增到包含OsMsr13完整ORF的cDNA克隆,构建了含有OsMsr13重组基因的过量表达载体pCAM-JIT-OsMsr13,并经农杆菌介导法将重组基因导入到水稻中.转OsMsr13株系苗期的抗逆性试验表明OsMsr13过量表达能显著地提高水稻的耐寒性,但在抗旱和耐高温方面,转基因植株和野生型9311没有观察到多大差别.