拟南芥mapkkk15突变体的鉴定及非生物胁迫下的功能分析

低温寒害是制约我国天然橡胶种植的最主要的环境限制因子,阐明橡胶树抗逆机制有助于保障天然橡胶的种植安全。前期研究发现1个低温诱导的橡胶树MAPKKK基因参与橡胶树抗寒能力调控,序列比对发现该基因与拟南芥MAPKKK15基因同源,但AtMAPKKK15的功能仍不清楚。通过对拟南芥MAPKKK15基因功能的研究,揭示该类基因在植物逆境胁迫应答中的作用,将有助于进一步解析橡胶树MAPKKK基因的功能。本研究从DNA和转录水平鉴定拟南芥mapkkk15纯合突变体植株,评价mapkkk15突变体低温和干旱胁迫抗性。结果显示：低温抑制AtMAPKKK15基因表达。对2个mapkkk15纯合缺失突变体进行分析,发现与野生型植株相比,mapkkk15突变体植株的抗冻存活率提高,电解质渗漏率下降。脱水实验表明,突变体叶片脱水率要高于野生型。上述结果表明,AtMAPKKK15基因在拟南芥中可能反向调控抗寒性,正向调控抗旱性。     

拟南芥生物钟双突变体lhycca1营养生长时相转变

高等植物生长发育阶段可分为营养生长和生殖生长2个阶段,其中营养生长阶段中只有通过营养生长时相转变方可进入生殖生长阶段。营养生长时相转变(vegetative phase change,VPC)是植物从幼龄期(juvenile stage)到成熟期(adult phase)的转变,受到基因表达的调控。生物钟(circadian clock)相关基因LHY和CCA1单独作用延迟VPC的发生,这2个基因的共同作用下VPC是否受到影响尚未见报道。本研究以拟南芥(Arabidopsisthaliana)为研究对象,通过形态和茎尖分生组织(shoot apical meristem,SAM)解剖结构观察及调控因子miR156和靶基因SPL3的表达变化,分析LHY和CCA12个基因在VPC过程中的作用。结果表明:双突变体lhycca1生长周期为15d,莲座叶第5片时(第10天)出现远轴面表皮毛,此时叶基角和叶长宽比增大且茎尖分生组织凸起明显,miR156和SPL3的表达水平在植物生长发育阶段呈负相关变化。而野生型生长周期为20 d,莲座叶第6片(第15天)时才出现远轴面表皮毛、叶长宽、叶基角、SAM、miR156和SPL3的变化。这些结果说明在LHY和CCA1的共同作用下,VPC提前发生,LHY和CCA1 2个基因参与VPC的调控。     

拟南芥抗菌核病突变体的筛选

为筛选模式植物拟南芥抗菌核病基因源，建立了两种抗性鉴定筛选方法：菌丝体直接接种离体叶法和菌核病毒素草酸-病菌接种两步法。后者是先用2 mmol/L草酸在MS培养基上筛选，存活的植株经PCR验证，阳性植株移栽培养15 d 后，再用菌丝体接种鉴定。采用第一种方法筛选了5 000株突变体，发现了抗感差异明显的个体；采用第二种方法筛选了46 600株，发现2株对菌核病高抗的功能缺失型突变体。野生型对照在接种后12h即出现病斑，而突变体在36h才出现，其病斑大小仅为对照的六分之一。     

拟南芥β-罗勒烯合成酶基因T-DNA插入突变体的鉴定

β-罗勒烯（β-Ocimene）是一种单萜挥发性有机物,亦是一种重要的植物通讯信号分子。为了进一步研究β-罗勒烯的作用机理,需要获得β-罗勒烯合成酶基因表达沉默的实验材料。根据TAIR网站上公布的β-罗勒烯合成酶信息,从美国拟南芥生物资源中心购买该基因的T-DNA插入突变体材料,运用双引物法对这些突变体进行了T-DNA插入位点的鉴定,获得8株稳定遗传的纯合突变体,该结果为深入研究β-罗勒烯的功能奠定了良好基础。     

拟南芥晚花突变体fve-1和fca-1营养生长时相转变

拟南芥胚后发育经历了营养生长和生殖生长两个主要阶段,在营养生长的过程中,由幼龄期向成熟期的转变称为营养生长时相转变。有关这个转变的基因调控网络仍不清楚。本文对拟南芥晚花突变体fca-1、fve-1的营养生长时相转变过程进行了形态学观察和基因表达分析。结果表明：与野生型相比,fve-1、fca-1植株幼龄期延长,导致营养生长时相转变延迟。自主开花基因FVE、FCA参与了植物营养生长时相转变的调控。     

油菜种子特异表达启动子NAPIN的功能鉴定

构建了在油菜中新克隆的种子特异表达启动子NAPIN驱动GUS的植物表达载体pB1121 NAPIN-BAR,并利用真空渗透法转入拟南芥基因组中.转基因拟南芥后代卡那霉素抗性发生分离,选取具有3:1分离比的后代自交,产生纯合的具有单拷贝插入的后代,并通过PCR确认有植物表达载体特有的BAR基因启动子35S序列的插入.转基因后代GUS染色结果表明,GUS染色主要出现在角果皮位置,幼苗期只有子叶能被染色.新克隆的NAPIN启动子控制基因只在和种子有关的部位和种子衍生的部位表达.     

大豆GmPRP转基因拟南芥抗盐性鉴定

为研究大豆脯氨酸富集蛋白基因Gm PRP在植物应对盐胁迫中的作用,利用前期克隆的Gm PRP基因,以p PZP为植物表达载体,构建了由组成型启动子Ca MV35S驱动Gm PRP基因的植物表达载体。通过Floral dip法对拟南芥进行遗传转化,获得7株阳性转基因株系。盐处理后,转基因拟南芥的种子萌发率高于野生型且叶片中丙二醛含量极显著低于野生型,表明Gm PRP提高了转基因拟南芥的抗盐性。     

油菜BnROP1同源基因沉默导致拟南芥雄性不育

基于油菜杂合双显性雄性核不育系和拟南芥全基因组芯片的表达谱分析结果,选择了一个油菜差异表达基因,其对应的拟南芥同源基因为AT3G51300（ATROP1）,采用荧光定量PCR方法,对油菜中该基因（BnROP1）在根、茎、叶、花、雌蕊、雄蕊、角果中的表达模式进行了分析,在此基础上构建了ATROP1基因的microRNA干扰载体,通过农杆菌介导的拟南芥转化,获得12株转基因苗。T1代转基因苗的表型观察发现,转基因植株大多出现角果数量减少或不结实、无花粉、花药萎缩以及小孢子数量大大减少的表型。对转基因T2代多个株系的荧光定量PCR分析说明,目标基因的干扰是有效的,靶基因的表达水平都显著下调。说明转基因植株的雄性不育表型和ROP1基因的表达沉默有关,ROP1基因不仅控制了花粉管的极性和伸长,还和小孢子的正常发育密切相关。     

大豆GmGBP1启动子受激素和外源环境诱导的研究

采用PCR方法克隆大豆光周期GmGBP1基因启动子,构建含有GmGBP1启动子驱动报告基因GUS的融合性表达载体pBI121-pGmGBP1::GUS,通过花序浸泡法,转化野生型拟南芥获得pBI121-pGmGBP1::GUS转基因植株,对T3代转基因拟南芥进行GUS染色,研究了GmGBP1启动子受激素和外源环境诱导的表达规律。结果表明:大豆GmGBP1启动子受水杨酸(SA)和干旱(PEG)以及高温等外源环境的诱导,与生物信息学预测GmGBP1启动子序列存在的逆境胁迫响应元件的结果相一致。     

拟南芥AtLCR67干扰质粒的构建及转基因植株的鉴定

种子发育过程是植物整个生长周期最重要的阶段,涉及到一系列功能物质的合成和转化,是由各种相互关联的基因共同控制完成的,因此,研究该阶段特异性表达的基因对研究种子发育过程非常重要。以种子特异性表达的基因At LCR67为研究对象,通过构建RNAi干扰质粒,借助根癌农杆菌介导的浸花法,将At LCR67基因的RNAi表达框转到拟南芥基因组中;经过PPT抗性筛选与PCR鉴定,成功获得了8株转基因植株。对其中的3株进一步作RT-PCR检测,显示有2株中的At LCR67基因表达被完全抑制,另一株的基因表达水平被抑制了大约70%,结果完全实现了设计目标;同时还发现T2代植株有晚花表型。这两株转基因植株为进一步研究At LCR67功能与作用机制提供了良好的遗传材料。     

不同植物激素诱导拟南芥SDG8的表达模式

与植物激素在植物整个生命周期中起着多重作用类似,基因SDG8对植物生长、发育、代谢、抗性等多个方面也具多效性。对拟南芥Col-0和转p SDG8::GUS植株分别进行KT、ABA、GA3、IAA、Me JA和Me SA喷洒处理24h后,用GUS试剂和RT-q PCR研究SDG8基因的表达模式。结果显示,在植物营养生长阶段和使用的激素浓度范围内,这6种激素对SDG8基因的表达调控有4种模式:KT高低浓度都抑制表达;ABA低浓度促进表达,高浓度表达量下降;GA3低浓度与高浓度促进表达的水平相同;随IAA、Me JA和Me SA浓度增加表达水平提高。这些结果从总体上揭示了植物激素对SDG8的表达趋势的影响,对进一步研究植物激素与SDG8基因相互作用有一定的参考价值。     

拟南芥叶片和角果特异性启动子的筛选与分析

通过生物信息学方法和Genevestigator程序,从拟南芥基因组中筛选了1个叶片特异性表达基因ACD6(at4g14400)和2个角果特异性表达基因AT2FP2(at5g57520)、at1g56100,并通过实时定量PCR分析它们在拟南芥不同组织中的表达模式。从TAIR网站获得各基因的上游序列,利用Plant CARE和Bio Prospector预测各基因的启动子序列,命名为Pat4g14400、Pat5g57520和Pat1g56100。构建启动子驱动报告基因gus的植物表达载体,转化拟南芥。转基因拟南芥GUS染色后发现:ACD6主要在叶片中表达,Pat4g14400为叶片特异性启动子;AT2FP2和at1g56100在角果中的表达量比其他组织高数倍,Pat1g56100和Pat5g57520具有角果特异性。     

拟南芥春化基因vrn2的克隆及相关分析

进行了拟南芥春化基因vrn2(Vernalization2)在拟南芥和唐菖蒲基因组DNA分子上的定位研究。以拟南芥(Arabidopsis thaliana L．)为材料，根据已报道的vrn2基因序列，设计并合成一对特异引物，通过PCR方法扩增出全长3154bp的特异片段。Southern杂交结果表明，在拟南芥基因组中，用HindⅢ酶切消化的DNA在约9．0Kb处有一条杂交带，用BamHI酶切消化的DNA在约2．5Kb处有杂交信号，在唐菖蒲基因组中，用HindⅢ酶切消化的DNA在约2．7Kb处有杂交信号出现。杂交结果说明vrn2在拟南芥基因组中是单拷贝基因，在唐菖蒲基因组中也含有此基因或是具有与vrn2同源的序列。     

大豆GmbZIP33基因启动子的克隆及瞬时表达分析

启动子作为基因调控的重要元件,决定着下游基因表达的时空和强度特性。为研究大豆GmbZIP33基因启动子功能,在前期克隆获得GmbZIP33基因(Glyma.03G219300.1)序列的基础上,通过N-PCR(nested PCR)技术克隆了GmbZIP33 CDS上游启动子区序列(2 316 bp)。利用PlantCARE在线分析软件进行顺式作用元件的预测,发现该序列上除含有TATA-box和CAAT-box等核心调控元件外,同时包括与抗逆、光响应、激素响应、蔗糖应答元件和多个与组织特异性表达相关的元件。为研究GmbZIP33启动子的表达调控特性,构建了该启动子调控报告基因GUS表达的载体,并利用农杆菌介导的花序浸染法将其转入拟南芥中,发现该启动子驱动下的GUS基因在不同组织(莲座叶、花、荚果和根)的维管束中均特异性表达;对转基因拟南芥进行实时荧光定量PCR检测发现,GUS基因在花中表达量最高,荚果中次之,表明GmbZIP33基因可能受到多种因素和蔗糖的调节并参与花荚发育的调控。     

人工microRNAs干扰At3A06基因增强了拟南芥对菌核病的敏感性

基于本研究室自主开发的油菜防御cDNA芯片分析结果,油菜基因Bn3A06受菌核病诱导后特异上调表达。序列比对发现,该基因与拟南芥基因At3A06高度同源,后者编码289个氨基酸,功能未知。本研究用花序浸染法将At3A06基因的人工微RNA(amiRNA)干扰载体(该载体包含一个除草剂草胺磷抗性基因)转化拟南芥。经草胺磷筛选获得3株T1代转基因植株,PCR检测均为阳性;荧光定量PCR检测表明,与野生型对照相比,3个转基因植株的At3A06基因的表达量均显著降低;对其T2代进行菌核病抗性鉴定,结果显示转基因株系对菌核病的敏感性均显著增强(P0.05)。推测At3A06基因可能参与了植物的防御反应,与植株对核盘菌抗性相关。     

水稻糊粉层PCD过程细胞形态观察

糊粉层细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)是水稻(Oryza Sativa L.)种子萌发过程中的关键事件。为探明水稻糊粉层细胞程序性死亡过程中细胞形态的变化,利用荧光显微技术结合染色方法对不同萌发时间的水稻种子糊粉层细胞形态进行了观察。结果显示:糊粉层细胞死亡过程中液泡呈现2种变化类型,液泡化的最终形态也有所差异;糊粉层细胞死亡的发生与液泡化程度紧密联系,并且与胚的生长及距离有明显的时间效应和位置效应。     

固定和染色方法对水稻胚乳细胞结构观察的影响

 以扬稻6号花后3~10 d的颖果为材料,采用戊二醛 四氧化锇(GA OsO4)和高锰酸钾两种方法固定样品,Spurr树脂包埋后分别进行半薄切片和超薄切片。对半薄切片分别进行甲苯胺蓝(AMB)染色、高碘酸 希夫（PAS）法染色、多色性染液染色以及PAS AMB复染,比较了2种固定方法和4种染色方法对水稻胚乳细胞结构观察的影响。结果表明,GA OsO4固定的半薄切片染色效果整体上优于高锰酸钾,在超薄切片观察中,GA OsO4固定制样的细胞组织结构清晰,但细胞中内膜性结构不够清晰,而高锰酸钾固定制样则能较好的显示出细胞中内膜结构,但是对多糖和蛋白质的呈色较差。建议在实验中根据观察内容选择固定及染色方法。