我国科学家发现茉莉酸调控植物开花时间的分子机制

<正>开花是植物从营养生长向生殖生长转化的重要发育事件。在适宜的条件下开花结实对于繁衍后代至关重要,因而植物在长期的进化过程中形成了复杂而精细的调控机制严格控制开花时间。中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组和浙江大学汪俏梅研究组合作,发现免疫激素茉莉酸通过负向调控成花素基因FT的表达延迟植物开花。在这一过程中,AP2类转录     

植物AGMOUS-like 6基因的进化及功能研究进展

AGMOUS-like 6 (AGL6)亚家族是MADS-box转录因子中一个古老的分支,AGL6基因主要参与植物开花时间、花器官发育、花色形成以及果实发育等方面的调控。明确AGL6基因的起源时间,关注不同物种中AGL6亚家族成员的功能研究,将有助于进一步的了解花的发育及开花机理,同时为今后解读或破译MADS-box基因的形成顺序、进化和功能提供重要依据。本研究将着重论述AGL6亚家族基因的结构与生物进化、生物学功能,并阐述AGL6基因与上下游基因之间的调控关系。为进一步利用生物技术手段调控开花时间,提高植物的观赏价值及果实品质等提供理论依据。     

FT/TFL1-like基因在板栗一次花和二次花发育中的表达分析

板栗的雌雄花存在春季和夏秋季两次开花的现象,对产量有决定性影响。FT/TFL1基因在植物成花转变的过程中有着非常重要的调控作用,目前该基因在板栗花发育中的表达模式及功能尚不明确。本研究在板栗基因组中鉴定出5个FT/TFL1-like基因,通过生物信息学的方法,系统地对板栗FT/TFL1基因的理化性质、进化关系、保守基序以及基因的表达模式进行分析。结果表明：板栗FT/TFL1基因均具有PEBP保守结构域,开放阅读框为513～570 bp,编码170～189个氨基酸,外显子数目为3～4个。系统进化分析将FT/TFL1基因分为3个亚类：TFL1-like、FT-like和MFT1-like。基因表达分析显示：CmFT基因在板栗的雌雄花的表达较高;在板栗一次花和二次花的表达分析显示,CmFT基因在两次发育时期都具有较高的表达,其中在雄花序的发育进程表现下降的趋势,相同发育时期一次花的表达均高于二次花的表达;CmFT在雌花簇的发育进程呈上升趋势,相同发育时期一次花的表达低于二次花。本研究表明,在FT/TFL1-like基因家族中,FT基因是参与调控板栗雄花序和雌花簇形态建成的重要基因,通过探讨板...     

植物开花抑制基因SVP同源基因的研究进展

SHORT VEGETATIVE PHASE(SVP)是抑制植物开花的重要调控因子,属于MADS-box基因家族,在调控植物的成花时间、花发育以及休眠等方面扮演着非常重要的角色。SVP受光照和温度等外界环境条件的影响,参与花分生组织的形成,但在不同物种中其表达模式和功能存在差异。在植物开花途径中,SVP通过抑制开花整合子因子SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1(SOC1)、FLOWERING LOCUS T(FT)、LEAFY(LFY)等基因的表达,从而调控植物的开花时间。本综述国内外对SVP及其同源基因的结构功能表达模式的最新研究进展进行综述,并结合SVP基因的研究现状提出未来的研究方向。     

植物花对称性发育研究的进展:从理论到应用的双重价值

以蝶型花亚科的百脉根（Lotus japonicus）为研究对象，罗达等研究组阐明了在豆科与其他物种基因组中调控花对称性发育的分子机制具有共源性（synapomorohy），揭示了在高等植物花形进化过程中，不同进化关系的开花植物独立地招募TCP基因，调控了两侧对称花发育过程中背腹轴的发育。在百脉根中的工作提示：对TCP基因进行遗传操作，可以定向改造花瓣的形态，表明花对称性分子机理的研究具有重要的应用价值。     

高等植物CO基因研究进展

开花是植物由营养生长向生殖生长转变的重要时程。光周期和温度在这一过程中起主要作用。在拟南芥和水稻中,CONSTANS(CO)基因位于生物钟的输出途径,是生物钟和开花时间基因之间监测日照长度的重要元件,它可以整合光信号和生物钟信号,节律性地激活FLOWERINGLOCUST(FT)的表达,从而诱导开花。本文作者在追踪国内外对该基因的研究中发现,目前研究者已经从30余个物种中克隆到CO同源基因并对其序列特征、表达模式和功能特性进行了研究。CO基因编码的蛋白均包含两个保守的结构域:靠近氨基端的B-box结构域即锌指结构域和靠近羧基端的CCT结构域。CO基因的表达受昼夜节律钟调控。不同物种中该基因拷贝数不同,CO基因不同拷贝之间的功能存在差异。系统进化分析表明,该基因在双子叶植物和单子叶植物,以及不同科、属的植物中也存在分化。国内外这些关于CO基因家族的研究成果为进一步研究该基因功能和进化关系,并通过转基因调节植物开花期提供了有价值的参考资料。     

棉花GhFT基因的克隆及功能分析

开花是植物营养生长向生殖生长转变的一个重要过程,其中FT基因是开花调控过程中重要的整合因子和调控开花的关键基因。为了研究GhFT基因在棉花的开花和株型发育过程中的功能,本研究克隆了棉花GhFT基因,分析发现该基因开放阅读框为525 bp,编码174个氨基酸,由4个外显子组成。基因表达模式分析发现GhFT在棉花不同品种中都呈现随着植株的生长,表达水平逐渐增加的趋势。在零式果枝‘3798’品种中,茎尖和花芽的表达量相对较高。在正常品种中,各组织表达水平差异不大。在晋县短果枝棉中使用VIGS沉默GhFT之后植株的节间生长受到了一定的限制。酵母双杂的结果没有发现GhFT和GhBRC1之间存在互作,酵母单杂的结果显示GhFLC和GhBRC1可以与GhFT启动子区域相应的位点结合。本研究的结果为进一步研究GhFT基因的功能,完善棉花开花和株型分子调控机制提供了帮助。     

三七Expansin家族基因的鉴定及生物信息分析

扩展蛋白(Expansins)作为细胞壁松弛蛋白,是调控细胞壁延展的重要调节因子,参与调控植物细胞壁松弛、细胞膨大与胁迫反应等过程。本研究从三七基因组中共鉴定到24个Expansins基因,其中,EXPA亚家族成员17个,EXPB亚家族成员3个,EXLA亚家族成员1个,EXLB亚家族成员3个,系统进化分析显示它们与不同物种间有一定亲缘关系,表明该家族基因具有一定保守性。通过分析6个生长时期的三七主根中Expansins家族基因表达热图,发现Pn EXP15、Pn EXP17、Pn EXP22、Pn EXP24在三七主根发育过程中显著高表达,可能参与调控细胞壁松弛来调节三七主根的发育,以促进三七主根的膨大。本研究为深入探索三七扩展蛋白家族基因的功能、物种间的进化关系和三七分子育种提供科学参考依据。     

金柑开花关键基因FcFT1的克隆及表达分析

本研究以融安金柑为试材,采用同源克隆技术获得成花素基因Fc FT1全长序列,并对该基因的生物信息学和遗传进化关系进行了分析。利用q RT-PCR技术,分析了Fc FT1在花发育期间不同花器官、不同组织,以及日周期中Fc FT1在花、茎、叶的表达情况。结果表明:Fc FT1基因完整开放阅读框为531 bp,编码177个氨基酸。Fc FT1编码的蛋白具有单一而非常保守的PEBP结构域;蛋白质结构比较不稳定,为亲水蛋白。系统进化树表明Fc FT1与甜橙、温州蜜柑和枳壳中的FT同源基因亲缘关系最近。q RT-PCR结果显示,在花发育期,花药中Fc FT1表达量最高;日周期变化中,Fc FT1在花、茎、叶中的平均表达量差距不显著,表达较稳定。本研究结果为进一步揭示FT基因在金柑开花调控中的功能奠定了基础。     

植物开花转换的分子生物学研究

高等植物的花发育是其生命过程中最重要的阶段,开花转换决定了植物生殖发育的时期和质量,对于植物发育具有重要的意义。本文综合介绍了高等植物的开花转换过程、成花信号、遗传途径、MADS类基因及开花转换相关基因的研究进展。高等植物的开花转换过程一般包括：营养分生组织转换为花序分生组织、花序分生组织转换为花分生组织2个过程。这2个过程的分生组织属性不同：花序分生组织具有非决定性;植物的种子在萌发后,需要达到一定的营养生长量之后,进入成花敏感状态,才能够接受开花信号的刺激。植物的开花转换被划分为自动途径、环境诱导途径和抑制途径,这些途径在某些植物种中可能部分组成型存在,协调作用而形成一个调控基因网络。MADS—box family是一类转录因子,在高等植物花发育过程中起着很重要的作用。通过突变体诱变、差异显示等方法,模式作物拟南芥已经克隆出了一批开花转换相关基因如,LFY、APl、EMF,FT、TFL、CO等,研究了这些基因的表达时期、表达位置、表达丰度,对于这些基因的作用及基因之间的互作也进行了广泛的研究。不同物种之间开花转换研究的进展差异很大。     

水曲柳花发育相关FmFT基因克隆、表达及生物信息学分析

FT(FLOWERING LOCUS T)基因是植物多个开花途径的整合因子,在花发育中起重要作用。以水曲柳雌雄花发育转录组中FT序列为基础,通过PCR扩增获得该基因全长,命名为FmFT。其开放阅读框(ORF)为525 bp,编码174个氨基酸。生物信息学分析结果表明,其相对分子质量为19 795.2,等电点为5.90,是亲水性不稳定酸性蛋白;无跨膜区域,全部位于膜外;有1个PEBP保守结构域。同源比对结果显示,水曲柳FT基因编码的氨基酸序列与20个物种的FT蛋白序列同源性在83%~88%之间,与苹果(Malus domestica)同源性最高,为88%。系统进化结果显示,水曲柳FT蛋白单独聚为一类,与其他物种亲缘关系均较远。FmFT在水曲柳不同发育时期的雌雄花中的表达结果表明,在减数分裂时期和成熟孢子时期,雌雄花之间表达量差异显著。在雄花中,在减数分裂时期表达量达到最大值;在雌花中,表达量持续升高,在成熟胚囊时期达到最高值,是孢原细胞-大孢子母细胞时期的35.97倍,表明FmFT不仅在水曲柳雌雄花的发育中起着重要作用,且功能不同。     

miRNA在调控植物种子发育及响应非生物胁迫中的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性小分子非编码RNA,它通过引导mRNA的裂解或抑制翻译调控靶基因在植物种子发育和响应非生物胁迫过程中起着关键作用。为了进一步鉴定和明确与种子发育及响应非生物胁迫相关的miRNAs功能和调控机制,归纳了植物中参与种子胚和胚乳发育调控及响应低温、盐、干旱等非生物胁迫的miRNAs类型、靶基因及功能。miRNA在进化上高度保守,其表达在生物发育过程中具有明显的组织特异性和时间特异性,但在不同植物之间又有着相似性。然而,目前miRNAs生物发生和功能的调控因子是如何在转录或转录后被调控的以及miRNAs是如何利用转录裂解和翻译抑制机制来调控其靶点的还有待进一步阐明。未来对这些问题的研究不仅能为植物种子发育和植物响应非生物胁迫机制提供新的见解,而且能为基因的转录后调控研究提供更多的思路。     

光周期途径成花关键基因GIGANTEA和CONSTANS的研究进展

GIGANTEA(GI)和CONSTANS(CO)在植物光周期开花诱导途径中起促进作用。GI和CO基因受生物钟调控,表达量在一天内呈规律性变化。在长日照条件下,GI和CO基因促进拟南芥开花,但在短日照条件下,对拟南芥开花时间的影响不大。GI是影响生物节律钟输出和植物进行正常生命活动的重要基因,编码一个核蛋白,GI正调控CO基因的表达。CO是编码一个B-box锌指蛋白,是监测日照长度的重要元件,并激活FT基因表达,诱导植物开花。本综述概括了近年来GI和CO基因的结构和功能,为GI和CO基因的深入研究提供参考。     

陆地棉MIKC~C基因家族的全基因组分析

【目的】MIKC~C是1类保守的转录因子家族,参与调控植物的开花时间和花器官发育。通过对MIKC~C家族进行全基因组学分析,为深入研究MIKC~C在棉花开花及花器官发育的分子调控机理提供基础。【方法】利用HMMER 3.0及pfam种子文件鉴定棉花全基因组MIKC~C基因,结合其表达量进行偏向表达及聚类分析。【结果】在陆地棉基因组中共鉴定发现100个MIKC~C基因,分为11个亚类。表达聚类分析显示,棉花MIKC~C基因的表达模式大致可分为4个不同的类群,说明这类基因在棉花进化中出现了功能分化。100个MIKC~C基因中,有12个基因具有miRNA靶位点。【结论】研究结果显示MIKC~C家族基因在棉花纤维中存在功能分化,而且可能受到miRNA的调控,这为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。     

植物逆转座子起源的特异性转录因子ALOG基因研究进展

特异性转录因子广泛参与植物胚胎发育、器官形成、开花、果实成熟、环境胁迫以及衰老等多项生命过程,但目前还未见有关逆转座子起源的植物特异性转录因子的文献综述。ALOG基因是近些年在水稻和拟南芥中发现的唯一起源于DIRS1-like型逆转座子的特异性转录因子,是一类编码DUF640结构域的新型蛋白。该基因家族在高等植物中存在多个拷贝,并且参与了植物幼苗下胚轴和花器官等发育过程。本研究介绍了ALOG基因结构及起源,并回顾了拟南芥中ALOG基因的表达模式以及在幼苗下胚轴及花器官发育中的作用,介绍了水稻ALOG基因在内外稃发育、小穗不育外稃发育以及花序形态建成的作用。分析表明ALOG基因不仅参与了器官形成,而且与一些重要的农艺性状有关,对水稻中该基因家族其他成员以及禾本科其他粮食作物的ALOG基因家族进行功能研究是非常有价值的。随着分子生物学研究的深入开展,将在其他高等植物中发现更多由逆转座子进化而来的特异性转录因子,研究ALOG基因将为解析这些基因的功能提供参考。     

超量表达小桐子JcTPS1促进拟南芥开花并增加叶片花青素含量

开花是高等植物生长和发育过程中最重要的阶段。在体内发育调控信号和适当的环境因子共同作用下,植物个体由营养生长向生殖生长转变,启动开花进程。碳水化合物在植物成花转变过程中具有重要的调控作用,而六磷酸海藻糖(trehalose-6-phosphate,T6P)的含量是反映植物体内碳水化合物含量水平的重要指标。本研究克隆了能源植物小桐子(Jatropha curcas)的六磷酸海藻糖合成酶(trehalose-6-phosphate synthase 1,JcTPS1)基因,在拟南芥中进行超量表达,对其功能进行初步研究。超量表达JcTPS1的转基因拟南芥提前开花。此外,超量表达JcTPS1可以诱导拟南芥花青素合成的关键酶基因二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol-4-reductase,AtDFR)和无色花青素双加氧酶(leucoanthocyanidin dioxygenase,AtLDOX)上调表达,从而显著促进花青素在叶片中的积累。研究结果表明,小桐子JcTPS1基因可能在植物开花和花青素合成过程中起重要的调控作用。     

棉花GbSTK基因调控开花和黄萎病抗性的功能研究

棉花是重要的经济作物,实现既抗病又早熟是棉花重要的育种目标,但棉花抗病与早熟基因之间的关联性研究报道甚少。本课题组前期鉴定到一个响应黄萎病菌诱导的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因GbSTK,可以提高转基因拟南芥的黄萎病抗性。本研究发现多个抗病棉花品种中STK基因的表达量显著高于感病对照品种H208。在抗病品种农大601中沉默STK基因,沉默植株在接菌后20d,其黄萎病抗性显著降低,病情指数由27.5(耐病)升高到63.2(感病),表明该基因正向调控棉花黄萎病抗性。对转GbSTK基因拟南芥表型鉴定发现,其开花时莲座叶片数平均为7.5个,显著低于空载体对照植株(11.9个),转基因植株开花时间较对照平均提早5~7 d。进一步对拟南芥开花途径标志基因FT、SOC1和LFY的转录水平检测发现,转基因不同株系中FT和SOC1的表达水平显著高于对照植株,而LFY基因的表达受影响较小,表明STK基因可以影响开花关键基因FT和SOC1的表达,进而调控植株提早开花。基于酵母双杂交互作蛋白筛选试验,初步获得30个与GbSTK具有互作关系的候选蛋白,为进一步揭示GbSTK的分子调控网络奠定了基础。本研究首次鉴定出可同时提高黄萎病抗性和提早开花的一个功能基因,为棉花抗病早熟遗传改良提供了参考依据。     

禾本科植物NBS-LRR型抗病基因的进化分析

运用生物信息学方法分析了禾本科植物水稻、高粱、二穗短柄草、玉米中NBS-LRR型抗病基因的进化特征,发现NBS-LRR型抗病基因在染色体上分布不均等,且大部分都位于基因簇中。NBS-LRR型抗病基因产生新基因的方式主要是串联重复,并且串联重复发生的概率与抗病基因所在基因簇的大小有关。NBS-LRR型抗病基因之间几乎不具有共线性,一方面,可能是由于抗病基因在进化的过程中发生了基因丢失造成的;另一方面,可能是由于抗病基因的进化速率较快导致基因间差异较大造成的。系统发育分析表明NBS-LRR型抗病基因在禾本科的祖先物种中就已经存在,4个物种分离之后抗病基因家族在每个物种中按照物种特异性的方式进行了扩张,其中串联重复对4个物种中抗病基因家族的扩张起到了重要的作用。     

莲瓣兰大雪素FT基因克隆和系统发育分析

控制植物开花的途径有光周期现象、GA、春化途径、自主途径,在光周期途径中,CO基因促进开花通过直接上调FT和SOC1基因表达,FT(FLOWERING LOCUS T)是光周期途径植物开花时间决定关键基因,并认为FT基因表达产物可能就是长期追寻的开花刺激物质,这种开花刺激物质经过叶片到茎尖的长距离运输,最终引起茎顶端花器官分化的起始.本研究以莲瓣兰大雪素作为实验材料,用RACE方法快速地克隆全长cDNA,生物信息学分析全长eDNA为662 bp,含有编码框和3'UTR,具有完整的开放阅读框(ORF) 522 bp,编码173氨基酸的蛋白质.通过系统发育分析获得一个FT同源基因.本研究为进一步对这个基因的功能研究奠定了基础.     

多年生木本植物季节性休眠的分子机制

季节性休眠是多年生植物在生态和进化上的一种“权衡”机制,也是植物界多样性生存策略的组成部分。林木季节性休眠的机理研究已经在多个物种中开展,涉及生理学、细胞学和分子生物学等众多领域。在林木中发现的CO/FT调控机制,揭示了植物“休眠”的本质。一旦生长停止,植物休眠便进入程序性阶段,并最终导致分生组织细胞对生长信号响应能力的完全丧失。研究表明,林木在响应环境信号中止或恢复生长发育的过程中存在复杂的分子调控网络。本文着重阐述了多年生木本植物在季节性休眠的诱导、建立和解除过程中的分子调控机理。