一个水稻穗特异表达锌指蛋白基因的克隆与结构分析

利用生物信息学和RT PCR方法从水稻中克隆鉴定了一个新的具有TFⅢA型锌指结构的锌指蛋白基因,其开放阅读框为1092 bp,编码363个氨基酸残基。组织表达谱结果表明,该基因只在水稻幼穗组织中表达,在成株期的根、叶、茎以及花药中不表达,将其命名为OsZPT3 1。序列分析表明OsZPT3 1具有3个C2H2型锌指结构,在氨基酸的C端没有典型的转录抑制区域DLN box,但LXLXL的结构仍然表明OsZPT3 1可能是一个转录抑制因子。对OsZPT3 1启动子区域进行预测,结果发现3个MADS box转录因子识别位点,推测OsZPT3 1可能在MADS box转录因子的调节下,通过抑制下游基因的表达在水稻穗部器官的生长发育过程中发挥重要的调控作用。     

CecropinB与Xa21基因共表达提高转基因水稻白叶枯病抗性

为了探明CecropinB与Xa21这两种不同抗病途径的基因单独或共表达后的田间抗白叶枯病表现,利用农杆菌转化技术,获得了这两个基因的单独和共表达后的植株。利用PCR等分子鉴定技术,证明这两个基因已经整合到水稻基因组中。抗病性检测结果表明,Xa21和CecropinB均能提高水稻对白叶枯病的抗性,且Xa21的抗病性较CecropinB明显。Xa21和CecropinB基因共表达后的植株的抗病性比单基因的更强,说明将不同抗性机制的基因共表达,可以在育种上利用以提高水稻的白叶枯病抗性。     

稻米锌含量的遗传分析与基因克隆研究进展

锌是人体健康所必需的微量元素之一,水稻是世界上主要的粮食作物,稻米尤其是精米中的锌含量非常低,提高稻米锌含量能有效缓解人体锌缺乏症。本文综述了稻米锌含量的遗传变异,稻米不同部位锌的分布模式、遗传模式、QTL定位、基因克隆及育种进展,为水稻富锌分子育种提供重要参考。     

水稻ABC1基因家族的鉴定及在非生物胁迫下的表达分析

ABC1(Activity of bc1 complex)家族属于蛋白质激酶家族,其成员普遍存在于原核和真核生物中.已有研究表明,几个植物ABC1基因参与非生物胁迫应答.为了解ABC1基因在水稻中的结构和功能,采用生物信息学方法分别在水稻和拟南芥上鉴定出15个和17个ABC1基因,并进行了系统发育和表达分析.结果表明,该家族在单、双子叶植物分离之前就已经发生了分化,其基本特征已经形成;单、双子叶植物分离之后,该家族在水稻和拟南芥中均以物种特异的方式进行了扩增.内含子/外显子结构分析显示多数直系同源基因之间外显子大小接近,而内含子差别较大,水稻含有更多大的内含子;内含子获得是近期伴随水稻ABC1家族进化的重要事件.多序列比对显示,ABC1结构域具有1个保守的氨基酸片段和4个保守的氨基酸残基.在线亚细胞定位预测9个水稻ABC1蛋白定位在叶绿体上.实时定量RT-PCR分析表明,水稻ABC1基因主要在叶片中表达,并且受多种非生物胁迫因素包括H2O2、脱落酸、低温、干旱、黑暗和高盐的调控.说明水稻ABC1家族不仅在逆境胁迫应答中发挥重要作用,可能还与水稻特定的生理过程有关.     

Improve Anthocyanin and Zinc Concentration in Purple Rice by Nitrogen and Zinc Fertilizer Application

Zinc (Zn) is an essential micronutrient for plant growth and development, and anthocyanin is a secondary metabolite compound generally produced under stress conditions; both have benefits to human health. Rice is a staple food crop for most of the world’s population, and purple rice is well known as a natural source of Zn and anthocyanins, but their stability depends upon many factors. This review focuses on the opportunity to increase Zn and anthocyanin compounds in purple rice grains via Zn and nitrogen (N) management during cultivation. Variation in grain Zn concentration and anthocyanin compounds is found among purple rice varieties, thus presenting a challenge for breeding programs aiming at high grain Zn and anthocyanin contents. Genetic engineering has successfully achieved a high-efficiency vector system comprising two regulatory genes and six structural anthocyanin-related genes driven by endosperm-specific promoters to engineer purple endosperm rice that can provide new high-anthocyanin varieties. Grain Zn and anthocyanin concentrations in rice can also be affected by environmental factors during cultivation, e.g., light, temperature, soil salinity and nutrient (fertilizer) management. Applying N and Zn fertilizer is found to influence the physiological mechanisms of Zn absorption, uptake, transport and remobilization to promote grain Zn accumulation in rice, while N application can improve anthocyanin synthesis by promoting its biosynthesis pathway via the use of phenylalanine as a precursor. In summary, there is an opportunity to improve both grain Zn and anthocyanin in purple rice by appropriate management of Zn and N fertilizers during cultivation for specific varieties.     

水稻锌指蛋白基因OsZFP1的功能分析

生物信息学分析表明,稻瘟病菌丝氨酸蛋白酶MoSp1在水稻中的互作蛋白OsZfp1,为含有环指结构域的C3HC4型锌指蛋白。对稻瘟病菌侵染过程中OsZFP1基因的表达动态分析表明,OsZFP1基因表达水平在稻瘟病菌Guy11孢子悬浮液接种水稻后缓慢升高,接种后18h达到最高峰,约为3.8倍,这表明该基因响应稻瘟病菌的侵染。利用改进的农杆菌介导的转基因技术成功获得OsZFP1基因的过表达植株。抗性分析表明OsZFP1过表达植株的整体抗稻瘟病能力得到显著提高。说明OsZFP1基因在水稻抵抗稻瘟病菌侵染过程中扮演着十分重要的角色。     

玉米ZmNRT关键基因挖掘以及氮响应基因共表达网络构建

以玉米自交系B73（V4版本）作为参考基因组,利用生物信息学方法鉴定玉米ZmNRT基因家族成员,从系统发育关系、GO（Gene Ontology）富集、基因结构和玉米不同时期及组织下的表达谱等方面全面解析玉米ZmNRT基因家族。基于qPCR实验和共表达网络分析,对玉米ZmNRT家族基因在氮响应中的作用进行系统的研究。结果表明,在玉米全基因组水平上共鉴定到 162 个 ZmNRT 基因,主要分为 ZmNRT1（62 个）和 ZmNRT2（100 个） 两大类群。GO富集发现,仅46个基因参与硝态氮转运过程,这些基因被不均等分成7个亚家族,每个家族1～15个基因。基因表达模式分析结果显示,不同生育期和组织下ZmNRT基因表达是差异的。在氮诱导下,qPCR鉴定结果显示,12个ZmNRT基因是氮响应基因,9个基因表达上调,3个基因表达下调。共表达网络结果发现,其中10个ZmNRT基因与已知的氮代谢基因存在显著共表达关系（|r|>0.8 p-value<0.05）,推测这10个基因可能是调控玉米氮代谢的关键基因。     

利用RNA干涉研究水稻锌指蛋白基因OsZRL的功能

 通过RNA干涉对一个水稻锌指蛋白基因OsZRL的功能进行分析。半定量RT PCR、定量PCR分析结果显示,转基因植株OsZRL基因表达水平显著下调。与野生型相比,OsZRL表达水平下调的转基因株系叶片变大,根系、茎秆更为发达,表明OsZRL的下调对水稻植株的生长有促进作用。OsZRL基因的表达模式和转基因幼苗表型显示OsZRL参与赤霉素、脱落酸信号途径。因而推测锌指蛋白OsZRL是受赤霉素、脱落酸调节的水稻生长发育负调控因子。     

Molecular Regulatory Network of Flowering by Photoperiod and Temperature in Rice

Plants have an ability to flower under optimal seasonal conditions to ensure reproductive success.Photoperiod and temperature are two important season-dependent factors of plant flowering.The floral transition of plants depends on accurate measurement of changes in photoperiod and temperature.Recent advances in molecular biology and genetics on Arabidopsis and rice reveals that the regulation of plant flowering by photoperiod and temperature are involved in a complicated gene network with different regulatory pathways,and new evidence and understanding were provided in the regulation of rice flowering.Here,we summarize and analyze different flowering regulatory pathways in detail in rice based on previous studies and our results,including short-day promotion,long-day suppression,long-day induction of flowering,night break,different light-quality and temperature regulation pathways.     

茶树两个Dof转录因子的分离及其在温度胁迫中的响应分析

茶树是一种重要的经济作物,温度胁迫对茶叶生产影响较大。本研究以茶树品种迎霜为实验材料,克隆获得2个编码Dof转录因子的基因CsDof1和CsDof2。序列分析显示,CsDof1含有1 389 bp,编码463个氨基酸;CsDof2含有1 458 bp,编码486个氨基酸。CsDof1和CsDof2转录因子都具有典型的锌指结构域,分别位于第133~195和124~186个氨基酸位点之间。对CsDof1和CsDof2转录因子理化性质、亲/疏水性、二级和三级结构分析显示,两者都是亲水性蛋白且显偏碱性。空间结构分析显示,CsDof1和CsDof2均有1个α-螺旋,且Dof结构域的位点完全相同,均有4个半胱氨酸残基。实时定量PCR表明,CsDof1和CsDof2在不同茶树品种、不同温度胁迫下均能诱导表达,且表达呈现差异。     

Cloning and Expression Analysis of a Mitogen-Activated Protein Kinase Gene OsMPK14 in Rice

Mitogen activated-protein kinases(MAPKs)are important components in signal transduction pathways responding to various biotic and abiotic stresses.An MAPK gene,OsMPK14(GenBank Accession No.GQ265780)from rice(Oryza sativa L.),was cloned by RT-PCR.The full-length cDNA of OsMPK14 consists of 1660 bp in size,containing an open reading frame of 1629 bp,which encodes a 542-amino-acid polypeptide and has a typical protein kinase domain and a phosphorylation activation motif TDY.Sequence alignment and analysis reve...     

稻瘟病抗性基因的鉴定及利用进展

20世纪60年代中期,日本率先开展了水稻品种抗稻瘟病基因分析的研究工作,鉴定了最初的8个抗性位点上的14个基因,并建立了一套抗稻瘟病基因分析用的鉴别体系（JDCs, Japanese differential cultivars）,随后,国际水稻研究所和中国等产稻国也逐渐开展了水稻稻瘟病抗性遗传的系统性研究。截至2007年12月,已至少报道了58个抗稻瘟病位点共67个主效基因。这些基因成簇地分布于除第3染色体外的所有水稻染色体上,其中,66个为显性基因,1个为隐性基因,包括Pi b、Pi ta、Pi z5、Pi zt、Pi 9、Pi d2、Pi 36和Pi 37等8个已被克隆的基因(Pi z5、Pi zt和Pi 9同为Pi z基因位点上的复等位基因)。还讨论了合理利用抗性基因等问题。     

Systematic Identification of Rice ABC1 Gene Family and Its Response to Abiotic Stress

Members of the activity of bc1 complex (ABC1) family are protein kinases that are widely found in prokaryotes and eukaryotes. Previous studies showed that several plant ABC1 genes participated in the abiotic stress response. Here, we present the systematic identification of rice and Arabidopsis ABC1 genes and the expression analysis of rice ABC1 genes. A total of 15 and 17 ABC1 genes from the rice and Arabidopsis genomes, respectively, were identified using a bioinformatics approach. Phylogenetic analyses o...     

水稻（脱氧）胞苷酸脱氨酶基因的表达特性分析

 以水稻为材料,系统探讨了水稻中（脱氧）胞苷脱氨酶基因的组织表达特性和胁迫诱导表达特性。实时PCR结果表明,7个编码（脱氧）胞苷脱氨酶的基因在苗期水稻根、茎和叶中的表达具有组织特异性,但这些基因在水稻茎中的表达都低于根和叶中的表达;同时,这些基因胁迫诱导表达特性也不尽相同,只有Os07g0245100的表达同时受到低温、干旱、高盐和病害侵染等多种胁迫的诱导。因此,（脱氧）胞苷酸脱氨酶在水稻中可能通过调节体内嘧啶核苷的水平从而在水稻的环境胁迫应答反应中发挥重要调控作用。     

一个水稻铜锌SOD酶基因在应答亚砷酸盐胁迫中的作用

【目的】水稻Os08g44770.1基因编码一个铜锌SOD酶,但其在响应亚砷酸盐[As(Ⅲ)]胁迫中的生物学功能未知。本研究旨在深入揭示由该基因调控水稻砷耐性改变的分子机理并为水稻抗逆育种提供理论参考。【方法】以野生型日本晴(WT)和2个Os08g44770.1过表达转基因株系为试材,通过胁迫处理、生理指标测定和基因表达分析等,系统探究了转基因植株对As(Ⅲ)的耐受性表现,并初步揭示了其调控水稻砷耐性的生理和分子机理。【结果】与WT相比,过表达转基因株系对As(Ⅲ)更加敏感;转基因植株在砷胁迫下的根系相对伸长量、生物量(干质量)、叶绿素含量、根系细胞质膜完整性、叶片抗氧化程度等均显著低于WT;Os08g44770.1在砷处理后的WT和转基因植株叶片中的表达模式略有不同,但均表现为处理24 h时被显著诱导表达。【结论】过度表达Os08g44770.1基因可导致水稻的砷耐受性极显著下降。     

干旱胁迫下杂草稻和栽培稻根系基因表达差异研究

利用Affymetrix水稻表达谱芯片(GeneChip Rice Genome Array)研究抗旱杂草稻HEB07-2与巴西陆稻(IAPAR9)在PEG模拟干旱胁迫下根系基因表达变化。结果表明,杂草稻HEB07-2转录组对干旱信号的响应程度与方向均与巴西陆稻存在很大差异,HEB07-2以正向调控为主,而巴西陆稻以负调控为主。干旱胁迫下杂草稻HEB07-2与巴西陆稻分别有6878个和2923个基因表达,其中HEB07-2受干旱胁迫诱导上调的基因有4693个,下调的基因有2185个;而巴西陆稻则分别有983个和1940个。在差异基因表达的倍数上也是HEB07-2高于巴西陆稻。进一步的GO分析表明,在干旱胁迫下,HEB07-2和IAPAR9根系基因响应途径的差异表现为HEB07-2在钾离子转运(GO:0006813)、次生物质代谢(GO:0019748)、细胞生长(GO:0016049)、葡萄糖代谢(GO:0006006)、跨膜离子转运器活性(GO:0015075)、亚铁血红素结合体(GO:0020037)、氧化还原酶活性(GO:0016491)等方面基因显著上调,这与生理数据和表型数据一致。     

水稻ABCB转运蛋白基因的分子进化和表达分析

系统鉴定了水稻和拟南芥中27个和29个ABC家族B亚族(ABCB)基因,发现其外显子数目、编码蛋白质的长度和分子量在两种植物中均存在较大变异,而等电点分布的变化较小。系统发育分析把该亚族蛋白分为4个亚组,说明其功能可能已经发生了分化;在水稻和拟南芥中各鉴定了6对和9对旁系同源基因,说明单、双子叶植物分离之后,该亚族在水稻和拟南芥中均以物种特异的方式进行了扩张。片段复制和串联重复是水稻ABC家族扩张的主要机制。多序列比对显示,核苷酸结合域(NBD)的Walker A、Walker B和ABC域基序均高度保守,而Q环和H环的保守性略差;跨膜结构域(TMD)在不同蛋白之间和同一蛋白内没有明显的保守性。表达模式分析表明,水稻ABCB基因的表达具有明显的组织特异性,不同基因的表达特征已经发生分化。非生物胁迫下的表达分析显示多数水稻ABCB基因受到至少一种非生物胁迫因素的调控。旁系同源基因Ka/Ks分析表明,净化选择在水稻ABCB基因复制后功能的保留中发挥了重要作用。     

水稻促分裂原活化蛋白激酶基因OsMPK14的克隆及表达分析

促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)是生物体内信号转导的重要组分,受多种生物及非生物胁迫的刺激活化。利用RT-PCR方法克隆了水稻促分裂原活化蛋白激酶基因OsMPK14的cDNA序列(GenBank登录号为GQ265780)。该序列全长1660bp,包含1个1629bp的开放阅读框,编码蛋白由542个氨基酸组成,包含典型的蛋白激酶结构域及磷酸化位点TDY基序。序列比对和分析显示,OsMPK14基因位于水稻第5染色体上,其编码区由9个外显子和8个内含子组成。采用半定量RT-PCR技术,检测了光照、低温、高盐、干旱和脱落酸对该基因在水稻地上部分和根中表达的影响。结果显示高盐、低温、脱落酸都能上调其表达,而干旱对其表达具有微弱的抑制效应,光照可以降低该基因在水稻地上部分的表达,提高在根中的表达。基因可能在水稻非生物胁迫的应答中具有重要作用,其表达受多种因素调控。