小麦叶绿体果糖 1, 6 二磷酸醛缩酶活性的测定方法及应用

高等植物中的果糖1,6二磷酸醛缩酶（FBA）在叶肉细胞的叶绿体中高效表达,可逆催化卡尔文循环中果糖1, 6 二磷酸（FBP）和景天庚酮糖1, 7二磷酸（SuBP）的合成反应,在各种非生物胁迫的逆境条件下,FBA会表现出不同的响应。为了测定小麦叶绿体FBA (CpFBA)的活性,进一步研究小麦中CpFBA的功能,本研究比较了两种酶活性测定方法：一种方法是根据FBA催化FBP分解的过程中NADH转化为NAD⁺的量来确定FBA的活性;另一种是利用谢利万诺夫试剂（Sediwanoff reagent）与酮糖FBP作用生成鲜红色复合物,根据OD₅₂₀的变化测定FBA的活性。在此基础上,测定了两个小麦材料在4℃低温处理过程中CpFBA活性的变化。结果表明,谢利万诺夫试剂法对于测定小麦叶绿体FBA活性较为可行。CpFBA酶活性受到温度的影响,随着处理时间的延长,在35 d内两个材料的FBA酶活都呈现升高降低升高的交替变化,相比较而言,对低温不敏感的小麦矮变1号相对稳定,对低温敏感的返白系小麦出现先升高后又逐渐降低的趋势。     

小麦CpFBA基因的多样性及其对低温处理的响应

叶绿体果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(chloroplast fructose-1,6-biphosphate aldolase,CpFBA)是Calvin循环碳固定过程中的一个关键酶。该酶在光合作用中具有重要的功能,在一些非生物胁迫响应中也起重要的调控作用。本文用RT-PCR、RACE方法从小麦返白系中克隆到三个小麦CpFBA(TaCpFBA)的cDNA序列,预测其中两个编码388AA、另一个编码309AA;在对照矮变1号中克隆到两个TaCpFBA的cDNA序列,预测分别编码388AA和373AA。两个材料中得到的388AA序列完全一致,预测1-37位氨基酸残基是叶绿体定位导肽序列。根据cDNA全长序列设计引物,从返白系和矮变1号中分别扩增得到TaCpFBA的基因组DNA序列,两个序列均包含六个外显子。构建TaCpFBA-eGFP融合表达载体并转化拟南芥原生质体,对基因表达产物进行了亚细胞定位,证明TaCpFBA基因表达产物定位于叶绿体中。用Real TimePCR对小麦CpFBA在低温条件下的表达模式进行了初步研究,结果表明,低温条件下矮变1号中CpFBA的表达先升高后降低,而在低温敏感的小麦返白系中,CpFBA的表达先降低后逐渐升高,揭示了小麦CpFBA在不同的低温响应机制中的表达差异。     

矮牵牛 F3′5′H基因的克隆及其在不同着色花药中的表达

通过品种间杂交和后代筛选,从模式植物矮牵牛中筛选出具有蓝花冠蓝花药的稳定株系。为了明确蓝色花药形成的分子机制,对蓝色花色素苷合成途径中的关键酶黄烷酮3′,5′-羟化酶(F3′5′H)进行研究,比较不同花药着色的矮牵牛植株中,F3′5′H基因组DNA的PCR扩增模式、基因组序列,以及花发育第3阶段的花药组织中基因表达差异。结果表明,蓝色花药植株与对照材料间的F3′5′H基因组DNA扩增模式基本相同,都存在两个基因编码位点Hf1和Hf2。在蓝色花药植株中,Hf1位点扩增出两个片段,一个与已公布的Hf1的序列完全一致,另一个是不能编码完整蛋白的假基因;Hf2基因位点也扩增出两个基因片段,其中有一个片段的5′-末端序列与已公布的Hf2序列有96%同源性,另一个是非特异性扩增产物。此外,Hf1基因可以在花药组织中表达,但仅在蓝色花药中有转录,而Hf2基因在花药组织中没有表达。根据上述结果认为,矮牵牛植株中,编码F3′5′H的Hf1基因与蓝色花药的形成相关,这一结论为进一步揭示矮牵牛蓝色花药形成的分子机制奠定了基础。     

小麦返白系及其相关材料的苗期叶绿体基因组表达谱分析

小麦返白系是源于冬小麦矮变1号的自然突变株系,表现为低温诱导的自心叶开始白化的现象,该性状受核基因与细胞质基因的共同调控.为了进一步揭示小麦返白系叶片白化的分子机制,采用半定量RT-PCR方法,对返白系、白化转育小麦及对照材料的苗期心叶与展开叶的叶绿体基因表达谱进行比较分析.结果表明,在105个小麦叶绿体基因中,有50个基因在不同小麦材料和组织中表达水平基本一致,有55个基因的表达在材料间表现出差异.在展开叶与心叶组织间表达有差异的基因有39个,在白化材料与对照材料间表达有差异的基因有33个,在冬小麦与春小麦中国春间表达有差异的基因有36个,差异基因主要包括tRNA、核糖体大小亚基蛋白编码基因,参与光合系统组装和Cytb6f复合体的有关基因,以及NADH-脱氢酶亚基基因.上述结果揭示叶片发育阶段、白化现象,以及小麦的冬春特性都会调控小麦叶绿体基因的表达.     

小麦冷驯化相关基因及抗寒性分子机理研究进展

经过抗寒性锻炼或冷驯化过程的小麦会增强抗寒性,本文综述了近年来关于小麦冷驯化与抗寒性相关基因与分子机理研究的主要进展,对参与低温信号传导的CBF、ICE、b-ZIP、WRKY、NAC等转录因子,以及低温响应蛋白包括ABA依赖和非ABA依赖途径的COR蛋白、水通道蛋白、微管蛋白、抗冻蛋白等的表达调控模式做以介绍。我们对春化作用与冷驯化的相关性,小麦冷驯化过程中低温信号传导途径和低温响应机制也进行了讨论、总结,期望能对今后小麦抗寒分子育种及抗寒性分子机理的研究有所促进。