白花虎眼万年青QtKN1基因的克隆及功能分析

在离体条件下,白花虎眼万年青的叶片表面可以产生多个珠芽,即叶上珠芽。KNOXI基因是真核生物中高度保守的同源盒转录因子,在植物的珠芽等器官发生中起着重要作用。为了探析白花虎眼万年青叶上珠芽的发生机制,我们从中克隆出了其同源基因,通过对其编码的蛋白质序列比对和系统发育分析,认为其属于KNOXI在白花虎眼万年青中的同源基因,将其命名为Qt KNI基因。将其转入烟草后,导致叶片边缘浅裂、边缘缺失、形状卵形且叶脉紊乱等多种表型。以上研究说明Qt KNI基因可能在白花虎眼万年青的珠芽等器官发育中起着重要作用,并且在生物技术中具有潜在的应用价值。     

白花虎眼万年青QtWOX8基因的克隆及特性分析

Wuschel-related homeobox(WOX)基因是植物特有的同源异型盒转录因子,在调控干细胞活性和器官发育中发挥重要作用,然而在百合科植物等鳞茎球根花卉中中尚未见到报道。本研究首次从百合科植物白花虎眼万年青叶上珠芽中分离出WOX基因家族成员,进行氨基酸保守序列比对及系统进化分析后,将其命名为QtWOX8基因。将其置于UBI启动子下在烟草中超量表达,转基因烟草的叶片形状、叶脉等发生了明显地改变,结果表明QtWOX8基因对植物干细胞具有明显调控作用,可能在白花虎眼万年青的珠芽和叶片等器官发育过程中发挥着重要作用。     

白花虎眼万年青QtCIGR1基因的克隆及功能分析

CIGR(Chitin-inducible gibberellin-responsive gene)基因是植物GRAS基因家族的重要成员,在植物器官发育中发挥重要作用,然而在百合科植物等鳞茎球根花卉中尚未见到报道。本研究从百合科植物白花虎眼万年青叶上珠芽中分离出CIGR基因及其基因家族成员,进行氨基酸保守序列比对及系统进化分析后,将其命名为QtCIGR1基因;将其置于UBI启动子下在烟草中超量表达,转基因烟草的节间显著伸长及直径明显增粗,幼叶形状也发生了明显的变化,表明QtCIGR1基因对植物的节间伸长和直径增粗具有明显调控作用,可能在白花虎眼万年青的珠芽、节间和花茎等器官发育过程中发挥着重要作用。     

白花虎眼万年青叶上珠芽的转录组分析

白花虎眼万年青可在离体条件下以叶片表面上产生多个珠芽方式实现高效再生,"叶上生根,落地成苗",为解决植物困难再生的问题提供了新的思路和途径,但是其形成机制尚不清楚。本研究以其叶片及其表面产生的珠芽为研究材料,进行Illumina Hi Seq 2000测序分析。共获得原始数据9.13 G,经过数据过滤后得到有效数据7.67 G,及178 385条Unigene。研究表明,叶片产生珠芽过程中有2 397条Unigene上调,1 593条Unigene下调;EMB基因、TATA结合蛋白、BTB/POZ锚蛋白重复序列、TOR调控蛋白、FKBP蛋白等基因的表达发生了明显地变化,可能参与了珠芽的形成。本研究首次获得了白花虎眼万年青叶上珠芽的转录组数据,分析了叶片中可能参与形成珠芽的重要功能基因,为探讨叶上珠芽发育的分子机制及进行重要功能基因的挖掘提供了分子数据。     

白花虎眼万年青绿原酸合成酶基因QtHQT的克隆及表达分析

羟基肉桂酰辅酶A奎尼羟基肉桂转移酶(hydroxycinnamoyl-Co A quinate hydroxycinamoyl transferase,HQT)是植物绿原酸合成过程中的关键酶。为研究HQT基因在白花虎眼万年青绿原酸合成中的分子机理,根据已获得的白花虎眼万年青转录组数据中的HQT基因序列,设计引物,利用RT-PCR方法获得白花虎眼万年青HQT基因的完整编码区序列;对该基因进行了生物信息学分析,并采用相对定量PCR方法分析了其在不同器官中的表达特性。研究结果表明,分离出的白花虎眼万年青HQT基因长1 284 bp,编码427个氨基酸并包括应有的保守区域,命名为Qt HQT;Qt HQT基因在白花虎眼万年青的鳞茎中表达量最高,珠芽其次,叶片中最低。本研究从白花虎眼万年青中克隆了Qt HQT基因,并对其进行了生物信息学和相对表达量分析,为后续研究奠定了基础。     

白花虎眼万年青QtJMT基因的克隆及其植物表达载体的构建

茉莉酸及其甲基化的衍生产物茉莉酸甲酯,后者具有较高生物活性,在植物的生命活动过程中发挥重要作用。茉莉酸甲基转移酶(jasmonic acid carboxyl methyltransferase, JMT)作为甲基转移酶类家族中的重要成员,是将茉莉酸甲基化衍生为茉莉酸甲酯过程中发挥催化作用的关键酶,过表达能够使得植物内源茉莉酸甲酯的生物合成能力增强,内源茉莉酸甲酯的含量提高,进而增强植物抗逆性及提高植物次生代谢物质含量,以及调控植物生长发育。白花虎眼万年青具有抗逆性强、次生代谢物质丰富、以及器官再生方式独特等特点,可能具有较高生物活性的茉莉酸甲基转移酶及其分子机制,但是尚未见到报道。本研究根据白花虎眼万年青叶上珠芽转录组分析数据,设计引物,克隆分离出茉莉酸甲基转移酶基因完整编码区,进而对其进行了三维立体结构、蛋白质保守序列及系统发育等生物信息学分析,将其命名为QtJMT基因,并成功将其连接到泛素启动子(pUB)驱动的植物表达载体上。本研究结果为QtJMT基因的深入分析其功能及在花卉分子育种中的应用提供了一定的依据。     

水稻叶片形态建成分子调控机制研究进展

叶片形态是水稻“理想株型”的重要组成部分,是当前水稻高产育种关注的重点。本文通过对已克隆多个叶形相关调控基因综述了水稻叶片形态(叶片卷曲度、倾角、披散程度以及叶片宽度)建成的分子遗传学研究进展。综合分析认为,水稻叶片的卷曲主要是通过卷叶基因调控叶片近轴/远轴间的发育、泡状细胞的发育及其膨胀和渗透压、厚壁组织的形成以及叶片角质层的发育等来实现。影响植株空间伸展姿态的叶倾角主要通过叶角基因调控油菜素内酯的信号传导来影响叶枕细胞的生长发育;唯一被克隆的影响叶片披垂度的披叶基因DL1是通过控制叶片中脉发育而改变叶片形态的;而窄叶基因则主要通过调控生长素的合成与极性运输、维管组织的发育和分布,影响叶片维管束数目及宽度。但到目前为止,所有已克隆的叶形调控基因间相互调控关系的研究还不够深入,还不能完整清晰地勾勒水稻叶形建成和发育的分子调控网络。因此,在已有的研究基础上更深入地探索水稻叶片形态建成的分子调控机制,对进一步构建相关的调控网络,塑造水稻理想株型具有重要意义。     

葡萄细胞分裂素响应调节因子VvRR2启动子的克隆与活性分析

细胞分裂素在植物果实生长发育进程中具有重要作用。前期我们对葡萄细胞分裂素响应调节因子基因VvRR2进行了研究,结果发现VvRR2转录本受到多种因素的诱导调节。本研究在此基础上采用同源克隆方法在葡萄中克隆了细胞分裂素响应调节因子基因VvRR2启动子,生物信息学预测分析发现VvRR2启动子序列富含CAAT-box和TATA-box基本元件,还有与光响应、激素应答、组织特异和逆境相关的顺式作用元件。VvRR2启动子连接至pC0390GUS载体,转化烟草叶片,GUS酶活性分析显示VvRR2启动子具有活性。用细胞分裂素和脱落酸处理转化烟草叶片后VvRR2启动子活性没有改变;用生长素、赤霉素、茉莉酸甲酯和水杨酸处理后VvRR2启动子活性显著提高。     

探析植物珠芽的奥秘

不论是野生还是离体条件下,珠芽均是植物进行繁殖再生的重要器官,已从多方面进行了研究,但缺乏全面系统介绍。本综述从植物珠芽的定义、起源与发生部位、发育过程、显微结构、生理生态及实际生产中的作用等方面介绍了珠芽的研究进展,认为植物珠芽可着生于叶腋、花序或叶片表面,是由薄壁细胞分裂分化而来的;珠芽的发育一般经历了启动、膨大和成熟三个阶段,与内源激素的含量和变化有关;珠芽在数量、萌发率和生活力等方面有明显的优势,是良种繁育和种群繁衍的高效方式;并探讨了珠芽形成的分子机制,对未来珠芽的研发进行了展望。     

microRNAs在植物发育调控中的功能研究进展

microRNAs是一类22nt左右的非编码RNA,最早在线虫中发现。目前认为,其在动物、植物、细菌以及病毒的发育调控中起到重要作用。它在细胞内的调控方式包括指导mRNA降解、转录抑制、染色体修饰。在植物体内,它能够通过与其目标基因的互补序列结合,降解其目标基因,达到对细胞代谢进行调控的目的。miRNAs作用的目标基因主要是转录因子。miRNAs对于植物分生组织正常调控功能行使、维管束正确发育、叶子极性形成和激素反应等都是必须的,并受到发育和环境的调控。本文综述了植物miRNAs在细胞发育中的作用。     

植物叶缘锯齿发育调控的研究进展

叶片是植物重要的营养器官,叶片的形成模式和发育涉及激素信号和转录因子间复杂遗传网络的调控。叶缘锯齿的产生是植物对不同环境长期适应的结果,对植物应对高温、干旱等逆境胁迫及响应光周期都有十分重要的作用。为了更清晰地认识植物叶缘锯齿的发育过程,本研究对植物叶缘锯齿形成过程中重要的调控因子及其调控机制进行了分类和总结。叶缘锯齿的发育受生长素、细胞分裂素、赤霉素等植物激素,NAM/CUC、TCP、SPL等转录因子,KNOX基因家族及其他调节因子的调控,并在单叶和复叶植物中表现出明显不同的调控模式。植物叶缘锯齿发育仍有很多未知的调控因子,因此,未来一个重要的研究方向就是要继续挖掘和鉴定更多参与植物叶缘锯齿发育的调控因子,并进一步解析其作用的分子机制,从而为今后通过调控叶形为其他作物性状改良提供理论依据。     

烟草中细胞分裂素诱导表达的大豆GmRAV基因参与不定芽再生

通过实时定量RT-PCR研究表明,大豆GmRAV基因的表达受细胞分裂素强烈诱导.对转GmRAV基因烟草研究发现,该基因在0.05mg/L 6-BA存在时,即可促进外植体的不定芽再生,另外,GmRAV基因在过量表达的烟草植株中明显促进烟草细胞周期蛋白CyclinD编码基因的转录,推测其参与细胞增殖和分化过程.     

植物激素ABA调控侧根生长发育的研究进展

侧根构型直接影响植物根系形态建成,是植物整个根系的重要组成部分,在植物抗逆反应中起着重要作用。为了研究植物激素脱落酸(ABA)调控侧根生长发育的分子机制,本研究归纳了ABA在侧根发育中的信号传递,揭示了ABA在侧根起始中的双重作用和ABA对侧根分生组织活性的抑制作用。并分析了在侧根发育过程中ABA与其他调控因素包括活性氧(ROS)、生长素、细胞分裂素、碳和氮信号,以及盐胁迫间的交叉对话机制,指出ABA通过诱导根中ROS的产生,拮抗生长素和协同细胞分裂素的作用从而达到抑制侧根生长发育;ABA还参与了复杂的碳和氮信号调控的侧根发育过程;此外,ABA信号介导了盐胁迫对侧根发育起始的抑制。ABA调控侧根生长发育的分子机制的揭示可以为改善植物根系性状,提高作物抗逆性提供指导作用,然而,ABA对根生长调控的分子机制还不是很清楚,根系形成也十分复杂,因此需要更多的努力。     

超量表达AtBAS1基因影响烟草叶片腺毛发育

烟叶腺毛是烟草(Nicotiana tabacum)香气物质合成的主要场所,对烟叶的香气品质有重要影响。为探索拟南芥(Arabidopsis thaliana)光敏色素B激活标签的抑制蛋白1(phyB activation-tagged suppressor1,BAS1)基因对烟草叶片腺毛发育的影响,构建pSH-35S-BAS1超量表达载体遗传转化烟草,对烟草叶片腺毛发育进行研究。结果表明转基因烟草腺毛数量比野生型烟草腺毛提高了32.5%,推测BAS1基因的表达可能引起了腺毛发育相关基因表达的改变。根据研究报道烟草萜类化合物环化酶基因(nicotiana tabacum cultivar T.I.1068 cyclase gene,NtCTTC)、细胞色素P450加氧酶基因(nicotiana tabacum cytochrome P450 gene,CYP71D16)和烟草表面抗性蛋白基因(nicotiana tabacum phylloplanin,NtPhP)均在腺毛上特异性表达。通过q-PCR分析烟草腺毛发育的相关基因在转基因烟草和野生型烟草中的表达情况,得到结果,NtCTTC、CYP71D16和NtPhP基因在转基因植株中的相对表达量分别是野生型植株中的34.16、1.26和8.95倍。综上可知,BAS1基因在烟草中超量表达引起了腺毛发育相关基因表达的上调,从而增加了烟草腺毛的数量。本研究为外源基因对烟草腺毛密度以及调控烟草腺毛发育研究提供了借鉴。     

水稻双组分系统基因干旱胁迫表达谱分析

利用全基因组表达芯片,系统分析干旱胁迫条件下水稻双组分信号系统(two component system,TCS)相关基因在其不同发育阶段、不同组织以及抗旱能力不同的株系中的表达谱变化特征.结果表明,双组分信号系统基因在干旱胁迫环境下的表达具明显的时空特异性,表现为不同组织的TCS基因干旱胁迫表达谱差异较大,而同一组织内表达谱相似,其中生殖生长期(幼穗分化期和孕穗期)两个叶片材料中TCS基因表达谱最为接近;与细胞分裂素信号传导负向调控相关的A型应答调控器在旱胁迫下表达下调,而与CK信号传导正向调控相关的B型应答调控器呈现明显上调趋势,推测与干旱胁迫下CK信号传导增强有关,同时乙烯受体基因在干旱胁迫环境下的表达下调,从激素间相互关系的角度更好地印证了上述推测;与拟南芥细胞分裂素受体基因(AHK2、AHK3和AHK5)序列相似的磷酸感应激酶基因HK5和HK3在干旱胁迫下表达上调,与拟南芥中不依赖细胞分裂素的AHK5序列接近的HK6则表达下调,进一步验证上述推测;干旱胁迫下抗旱能力不同的水稻株系其TCS基因表达谱没有明显差异,推测TCS基因差异表达可能源于对干旱胁迫反应,而其表达对抗旱能力的增强还有待进一步研究.     

园艺作物单性结实功能基因研究进展

单性结实是指植物子房未经授粉受精或其他刺激而能发育形成果实的现象,这种特性在园艺作物生产中能减轻不良环境引起的落花落果,提高坐果率和产量。此外,由于单性结实果实未经授粉受精过程多发育成无籽果实,其可食率和品质也显著提高。因此,强单性结实性是园艺作物良种培育的重要目标之一。植物激素在诱导单性结实形成中发挥了重要作用,本研究总结了植物激素(主要是生长素,细胞分裂素和赤霉素)合成、代谢及信号转导相关基因对园艺作物单性结实性形成的调控机制,为园艺作物单性结实发生机制的深入研究提供参考。     

激素调控植物顶端优势的分子生物学进展

分子生物学中对基因与突变体的研究表明植物的顶端优势现象是受激素的调控的,其中生长素抑制侧芽的生长,而细胞分裂素促进侧芽的起始,二者的比值对植物的生长更加重要。研究还表明其他的激素也参加了植物顶端优势的调控过程,如ABA、GA等。植物的顶端优势是基因、激素及植物发育时期综合作用的结果。     

烟叶成熟过程相关基因变化及其叶绿素降解

烤烟叶片成熟过程与衰老是烟草发育的重要阶段,是一个复杂和高度调控的过程,涉及衰老相关基因的调控表达和叶绿体的分解,也是烟草质量和品质形成的关键时期,因此其成为烟草生产和研究的重要时段。介绍了烟叶衰老过程相关基因的表达变化和叶绿素分解的过程,为从分子水平定义烟叶的成熟度提供理论依据。     

棉花无腺体近等基因系差异表达基因分析

为了揭示棉花腺体发育的分子机制,本研究利用RNA-Seq对棉花无腺体性状近等基因系Z12/Z12YW的幼嫩叶片进行转录组测序,寻找差异表达基因。转录组测序结果表明,与有腺体棉Z12相比,无腺体棉Z12YW中共有306个基因表达发生变化,其中282个基因下调,24个基因上调。差异表达基因GO(Gene ontology)功能注释显示,细胞组分、胞外基质组分的功能变化以及细胞杀伤生物学过程在腺体形成过程中发挥重要作用;COG(Cluster of orthologous groups)功能和KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路显著性富集发现,棉酚等萜烯物质的合成主要受甲羟戊酸途径上游基因的表达调控。此外,本研究共筛选到13个差异表达转录因子,可能在腺体发育和棉酚合成过程中发挥关键作用。     

探析植物体胚发生的关键基因

体细胞胚胎是植物离体再生的高效方式及遗传转化的理想受体,也是进行科学研究的理想体系;但是从体细胞转变为胚性细胞的过程是复杂的基因调控网络调控的,在这其中,BABY BOOM/WUSCHEL/LEAFY COTYLEDON/MYB115等转录因子处于体胚调控网络的上游,能够带动下游相关基因的响应从而启动了体细胞胚胎的发生,起着"画龙点睛"的关键作用,是启动体胚发生"按钮"和调控体胚发育的"开关"。本综述分析了上述关键基因在启动体细胞胚胎发生及体胚发育和器官再生等过程中的作用,及探讨了从分子水平调控体胚发生的研究体系。认为,在化学诱导表达体系下操纵BABY BOOM和WUSCHEL基因的表达是启动体胚发生及提高植物再生能力的最有效的调控系统,无论同源和异源表达均表现出明显的功能和诱导体胚发生形成的作用,对于科研和生产均具有重要的价值和意义。