表观遗传调控及其在水稻中的研究进展

水稻是最重要的粮食作物之一,也是重要的单子叶模式植物.近年来,水稻表观遗传调控机制的研究取得较大进展.越来越多的研究表明,水稻表观遗传修饰在调节基因的表达继而影响生长发育、作物种质改良以及胁迫应答等方面发挥重要作用.本文对表观遗传调控的作用机制以及在水稻中的研究进展进行综述,并对其发展前景进行展望.     

植物单链DNA结合蛋白WHIRLY2研究进展

本文综述了近年来植物中WHIRLY2蛋白的研究成果,并结合研究与实践,重点阐述了WHIRLY2在调控植物叶片衰老、花粉管活力以及角果发育等方面的一些进展,以期为植物中WHIRLY2蛋白的功能研究提供依据.     

毛竹叶片衰老特性及衰老相关基因的筛选和鉴定

收集野外定植3年的毛竹秆上具有明显衰老渐进特征的叶片簇,测量这些叶片的光合代谢效率(Fv/Fm)及叶绿素含量,建立毛竹不同衰老阶段叶片形态与其光合效率之间的关系.在此基础上,通过生物信息学方法(BLASTn)筛选出113个毛竹基因组中与水稻叶片衰老调控相关的同源基因,并检测这些基因在毛竹叶片发育和衰老过程中的表达趋势,鉴定一些与毛竹叶片衰老相关的标志基因.结果显示,毛竹叶片在衰老过程中其叶片的光合效率和叶绿素含量均出现显著下降;在筛选的113个基因中有86个基因在叶片中表达,其中32个基因在叶片衰老过程中没有变化,41个基因随着叶片衰老出现显著下调,13个基因出现明显上调.这些表达变化的基因与水稻中鉴定的同源基因在旗叶衰老过程中的表达模式基本一致,因此这些基因很可能在毛竹叶片衰老过程中也发挥同样的功能.     

拟南芥PPRs基因与莲座叶衰老之间的关系

研究了拟南芥中一个PPR(称PPRs)基因与莲座叶片衰老之间的关系.实时定量PCR分析发现这个基因在生长7周的拟南芥各种组织中几乎都有表达,在莲座叶、花序和角果中的表达较高,在莲座叶中的表达随植株的生长和衰老进程呈不断下降的趋势.体外衰老相关因素处理试验结果显示,在4周的莲座叶中因进行离体处理,叶片衰老的程序提前启动,PPRs基因的表达降至6周时叶片中的水平,而茉莉酸,冷、热和干旱处理则延缓了PPRs表达水平的降低.通过鉴定获得PPRs的超表达和反义抑制转基因植株,并对植株的莲座叶衰老表型进行观察,发现超表达和反义抑制植株叶片的衰老进程与野生型相比并无太大差别,但在茉莉酸处理后PPRs超表达植株表现出延迟衰老的表型.在超表达植株中检测一些与叶片衰老相关基因的表达,发现与野生型相比有些基因的表达出现明显变化.以上结果表明这个PPRs基因在拟南芥中可能在某种程度上参与了一些外源因素诱导下加速生长期拟南芥莲座叶片衰老进程的负调节.     

PPR蛋白在植物线粒体和叶绿体中功能的研究进展

植物中的线粒体和叶绿体是包含遗传信息的半自主性细胞器,它们的功能同时受到自身和细胞核遗传信息共同的调控.三角状五肽(PPR)蛋白是一类含有三角状五肽重复结构的核基因组编码蛋白的大家族.植物中的PPR蛋白通常定位于线粒体或叶绿体中,并对这些细胞器基因组转录的RNA进行编辑和修饰,参与许多重要的组织发生和器官形成过程的调控,同时也参与了植物对内外环境变化过程的响应等.因此,PPR是研究植物中细胞器功能和核质互作机制的热点.依据PPR蛋白基序的种类和排列方式,将植物中的PPR分为两大亚类:P类和PLS类.P类由经典的35个氨基酸基序排列组成,主要参与细胞器基因的转录调控;短的S、长的L和经典的P基序排列组成PLS亚族,主要对细胞器基因转录的RNA进行编辑修饰.本文主要从PPR蛋白的结构、亚细胞定位以及在线粒体和叶绿体中的功能等方面着手阐述植物PPR蛋白在叶绿体和线粒体基因组转录和加工过程中的作用以及与植物发育之间的关系,并对研究中存在的一些问题提出设想.     

拟南芥WHIRLY2基因超表达引起拟南芥角果发育异常的分子细胞学分析

通过构建拟南芥WHIRLY2基因超表达植株和鉴定这个基因的突变体,对WHIRLY2基因调控拟南芥角果的发育过程进行了分析.表型观察结果显示过量表达WHIRLY2基因的植株角果发育异常,出现变黄、干瘪和早衰现象,角果果皮细胞中叶绿体的数量明显比野生型少,叶绿体中淀粉粒的数目比野生型明显增多.进一步对角果发育、能量代谢、线粒体基因组稳定、叶绿体淀粉粒代谢相关基因的表达丰度进行qRT-PCR分析,发现WHIRLY2超表达植株角果中与线粒体能量代谢相关的nad1、cytc382、rad50和同时作用于线粒体和叶绿体的atp9基因的表达发生变化.通过线粒体基因组的结构分析和蛋白质凝胶迁移试验,发现WHIRLY2蛋白可以结合在线粒体基因组的nad1和cytc382基因启动子的4个端粒重复序列AAAATCCCC上,推测WHIRLY2可能通过调控nad1和cytc382基因的转录从而参与角果发育的调控.