拟南芥PMRP的表达特性及功能分析

【目的】分析拟南芥中功能未知基因PMRP（putative membrane related protein）的表达特性;明确PMRP在调控拟南芥生长发育过程中的作用。【方法】利用生物信息学方法,寻找拟南芥中与PMRP含相同结构域的基因,并绘制进化树;利用Real-time PCR技术分析PMRP在生长8和21 d的拟南芥根、茎中的相对表达量,比较生长21 d的拟南芥第1、2、3、4对莲座叶及茎生叶中PMRP的表达情况,分析花器官的萼片、花瓣和雄蕊及生长后期拟南芥种子中PMRP的表达量的高低;构建35S::PMRP过表达载体,转化Columbia野生型拟南芥,通过RT-PCR技术验证PMRP的表达量,获得过表达PMRP的转基因植株;通过对过表达PMRP的转基因拟南芥的表型观察,分析PMRP对拟南芥叶片发生、茎的生长部位等的调控作用;通过对过表达PMRP转基因拟南芥茎秆横切面的石蜡切片观察,分析PMRP在茎秆维管束木质部和韧皮部分化过程的作用;通过对花器官的解剖学观察,明确PMRP对拟南芥花器官生长发育的影响;通过对过表达PMRP转基因拟南芥果荚形成的观察,分析PMRP对拟南芥育性的影响。【结果】PMRP是一个含有START保守域的411个氨基酸的蛋白质,具有跨膜结构域,在拟南芥中含有START结构的基因共35个;Real-time PCR结果表明,PMRP在茎生叶中表达量最高（相对表达量约为2 935）、莲座叶中次之,且莲座叶生长时间越长,PMRP的表达量越多（PMRP在第1、2、3、4对莲座叶中的相对表达量分别约为1 650、1 113、734、507）,然后是花器官中的萼片（PMRP相对表达量约为937）,PMRP在茎、根、种子中都有的表达,但相对表达量都低于270;PMRP在花器官中雄蕊的相对表达量最低（约为64）,远远低于同属花器官的萼片中PMRP表达量（937）,PMRP在根、茎中的表达量随生长时间的增加而增加,PMRP在8和21 d的根中相对表达量分别为154和222,PMRP在8和21 d的茎中相对表达量分别为200和264;过表达PMRP转基因拟南芥表现为在枝条上产生莲座叶,茎秆容易倒伏,维管束没有明显的形成层,且木质部和韧皮部排列紊乱,花器官中雄蕊的花丝变短,形成的角果数量减少,育性降低。【结论】START结构域在功能上极度保守;PMRP在拟南芥不同组织器官均有表达,且随着时间的延长,PMRP的表达量也增加,但在花器官的雄蕊表达最低,一旦过表达PMRP,拟南芥花器官的雄蕊发育异常,造成育性降低;PMRP对拟南芥的叶片发生、茎秆维管束分化和花器官发育具有重要作用。     

拟南芥PMRP基因在叶绿体淀粉粒积累和抗寒性中的作用

【目的】分析推测的膜蛋白（putitave membrane realated protein,PMRP）在拟南芥叶绿体发育过程的作用,明确PMRP对拟南芥光合能力的影响及抗寒性分析,为改善作物光合性能及增强抗逆性提供理论依据。【方法】构建PMRP的RNAi和过表达载体,转化农杆菌EHA105,采用花絮侵染法转化野生型拟南芥（Columbia,Col-0）,获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥;以野生型和PMRP RNAi、过表达转基因拟南芥为材料,利用细胞生物学方法,观察PMRP表达量对拟南芥叶肉细胞叶绿体的结构和淀粉粒积累的影响;利用红外CO₂分析法测定拟南芥的光合速率,分析PMRP对拟南芥光合能力的影响。选取16 h光照、21℃条件下培养的21 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,用冷光源培养箱培养,先在4℃培养7 d,然后在-8℃培养1.5 h,取出放到16 h光照、21℃条件培养7 d后,分析PMRP转基因拟南芥对寒害的抗性。选取14 d的野生型Col-0、3个过表达PMRP转基因拟南芥株系和3个PMRP-RNAi转基因拟南芥株系,对其莲座叶细胞渗出液电导率进行测定。【结果】获得PMRP RNAi和过表达转基因拟南芥株系;通过测定野生型和转基因株系的莲座叶光合速率,野生型Col-0的光合速率为7.3 μmol·m^-2·s^-1,PMRP-RNAi转基因拟南芥的光合速率分别为8.8、7.8和8.5 μmol·m^-2·s^-1,PMRP表达量的降低略增强了拟南芥的光合速率。野生型Col-0的绿叶率为48%,过表达PMRP转基因拟南芥的3个株系绿叶率分别为48.6%、47.8%和49.2%,3个PMRP-RNAi转基因拟南芥的绿叶率分别为65.9%、67.4%和68.3%,表明PMRP表达量的降低增强了植物的耐寒性。在-8℃下处理30 min,野生型Col-0拟南芥莲座叶的渗出液电导率为70.67 μS·cm^-1,PMRP-RNAi拟南芥莲座叶渗出液电导率分别为48.57、45.40和52.10 μS·cm^-1。表明PMRP表达量的降低明显降低了逆境对细胞膜的损伤。通过对PMRP-RNAi转基因拟南芥和野生型拟南芥完全展开的莲座叶,进行超微结构分析,发现野生型拟南芥莲座叶细胞中,叶绿体为椭圆形,而PMRP-RNAi转基因拟南芥莲座叶细胞叶绿体变为近似圆形;在光照情况下,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒的积累与野生型相似,均有明显的淀粉粒积累,但在黑暗环境中,PMRP-RNAi转基因拟南芥叶绿体中淀粉粒积累明显增多。【结论】PMRP表达量降低造成叶绿体形状由梭型变为圆球型,淀粉粒明显增多,增强了拟南芥的抗寒性。     

Genome-wide Analysis of Ovate Family Proteins in Arabidopsis

Arabidopsis thaliana ovate family proteins (AtOFPs) is a newly found plant-specific protein family interacting with TALE (3-aa loop extension homeodomain proteins) homeodomain proteins in Arabidopsis. ...     

用最短路径传递共表达预测拟南芥基因功能

提出基因之间传递共表达可作为一个重要因素来连接同一代谢通路中的基因,而同一代谢通路中的功能相似的基因都是高表达相关的.因此可通过求代谢通路下的最短路径,南同在一条最短路径上的与未知基因高表达相关的已知基因来预测末知基因的功能.通过用最短路径算法分析拟南芥代谢通路下的共表达数据对未知基因的功能进行预测,证明了此方法可以预测出拟南芥代谢通路下未知基因的功能,并验证了通过在代谢通路下求最短路径来预测基因功能的方法具有一定的可行性和有效性. Abstract： The present paper predicted the function of unknow genes by analyzing the co-expression data of Arabidopsis thaliana from biological pathway based on the shortest-path algorithm.This paper proposed that transitive co-expression among genes can be used as an important attribute to link genes of the same biological pathway.The genes from the same biological pathway with similar functions are strongly correlated in expression.Moreover,the function of unknown genes can be predicted by the known genes where they are strongly correlated in expression lying on the same shortest-path from the biological pathway.Analyzing the Arabidopsis thaliana from the biological pathway,this study showed that this method can reliably reveal function of the unknown Arabidopsis thaliana genes and the approach of predicting gene function by transitiving coexpression in shortest-path is feasible and effective.     

拟南芥AtWNK9基因的定位及表达分析

AtWNK9为拟南芥WNK（With no lysine kinase）激酶家族成员,其功能尚不清楚.采用生物信息学和生物学实验相结合的方法,对AtWNK9蛋白结构、亚细胞定位、启动子元件、基因表达模式进行了分析.研究发现,AtWNK9定位在细胞核中;该基因在拟南芥根中高效表达,其表达受ABA,NaCl、葡萄糖、热和冷等非生物胁迫处理强烈诱导.结果表明,AtWNK9为非生物胁迫反应相关基因,并可能参与根的生长发育.     

用最短路径传递共表达预测拟南芥基因功能

提出基因之间传递共表达可作为一个重要因素来连接同一代谢通路中的基因,而同一代谢通路中的功能相似的基因都是高表达相关的。因此可通过求代谢通路下的最短路径,由同在一条最短路径上的与未知基因高表达相关的已知基因来预测未知基因的功能。通过用最短路径算法分析拟南芥代谢通路下的共表达数据对未知基因的功能进行预测,证明了此方法可以预测出拟南芥代谢通路下未知基因的功能,并验证了通过在代谢通路下求最短路径来预测基因功能的方法具有一定的可行性和有效性。     

拟南芥过氧化物酶序列与功能的生物信息学分析(英文)

植物过氧化物酶(POD)属于多基因家族,不仅是植物体内清除活性氧自由基的重要酶类之一,而且参与多种生理生化过程,在维系植物生长发育过程中发挥重要的作用。采用生物信息学方法对拟南芥过氧化物酶家族的73个基因编码的蛋白质序列的结构和功能进行了分析,其中包含氨基酸的数量、等电点、跨膜结构域、信号肽、二级结构组成及磷酸化位点等,并用Mega4.0软件构建了去除信号肽前后的系统进化树,旨在了解其结构特征。对已经进行功能研究的成员进行结构分析,以此来揭示结构与功能之间的联系,为植物抵御氧化胁迫方面研究提供理论基础。     

玉米和拟南芥的原生质体制备及瞬时表达体系的研究

[目的]优化玉米和拟南芥原生质体的制备条件及瞬时表达体系.[方法]以不同时期玉米叶片和拟南芥为材料分离原生质体,通过对不同酶浓度,解离时间和渗透压的研究,优化最佳分离原生质体体系;原生质体再经PEG介导的转化,通过GFP基因表达百分比鉴定原生质体活性和转化效率.[结果]玉米和拟南芥原生质分离的最佳条件为：纤维素酶1.5％,离析酶0.5％;拟南芥酶解4h,甘露醇浓度0.4 mol/L;玉米酶解6h,甘露醇浓度0.45 ～0.50 mol/L.最佳生长时期为：拟南芥6～8片叶;玉米二片叶.用去内毒素质粒经PEG（玉米30％ PEG,拟南芥40％ PEG）诱导转化置于黑暗下培养,原生质体活性和转化效率较高,原生质体中可以观察到明显的GFP荧光.[结论]玉米和拟南芥原生质体的制备受酶浓度,解离时间和渗透压的影响,在原生质体转化过程中,质粒DNA纯度,PEG浓度等是影响转化效率的关键因素,与拟南芥原生质体相比玉米原生质体要稳定性差一些.     

拟南芥VTC1的5’UTR内含子功能分析

拟南芥VTC1(At VTC1)是维生素C(Vc)的主要合成途径—L-半乳糖途径的关键酶之一,At VTC1在转录水平和转录后水平均受到调控。通过生物信息学分析发现At VTC1的5’UTR(5’untranslated regions,5’非翻译区)中包含一个内含子,将5’UTR和启动子不同删除片段与报告基因GUS融合,通过检测转基因拟南芥的GUS活性发现这些片段均能启动GUS的高度表达;然而,将5’UTR中的内含子删除后,GUS的表达明显降低,但5’UTR自身并不能启动GUS的表达。序列分析发现,At VTC1的5’UTR内含子包含有多个增强其功能的特征序列,如GATCTG基序。同时,At VTC1在拟南芥和水稻的同源基因中同样具有5’UTR内含子。以上结果表明,At VTC1的5’UTR内含子可能具有增强子的功能,分析保守的5’UTR内含子功能为进一步探究在转录水平上的Vc合成调控机制奠定基础。     

拟南芥和大白菜YABBY蛋白家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是一类含有C2C2锌指结构域和YABBY结构域的转录因子,在植物叶器官发育过程中起到重要的调控作用。本研究利用生物信息学的方法对拟南芥和大白菜YABBY基因家族的结构、系统进化、序列保守性以及顺式反应元件进行了分析。主要结果如下:YABBY基因在拟南芥和大白菜染色体上呈不均匀分布;基因的结构以含有6个内含子为主要形式;所有拟南芥和大白菜YABBY基因都具有保守的C2C2锌指结构域和YABBY结构域;YABBY蛋白家族在进化上可分为4个不同的亚组;YABBY基因的启动子序列中存在多个能够响应不同激素和逆境信号的顺式反应元件。本文为进一步研究YABBY基因在大白菜叶球发育中的调控作用和逆境响应中的功能奠定了基础。     

小黑杨CYCD3;3基因启动子序列分析及其在拟南芥中的表达

通过相关网站及生物信息软件对Poptr:CYCD3;3基因启动子序列进行详细分析,从小黑杨(Populus)叶片总DNA中克隆到2 000 bp的目的片段,构建植物表达载体(p CAMBIA1301-Promoter:CYCD3;3),并利用浸花法转化野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana);通过抗性筛选和分子检测结果显示,p CAMBIA1301-Promoter:CYCD3;3基因已经整合到拟南芥基因组中。同时对获得的转基因幼苗进行GUS染色并观察,其基因表达模式主要集中在植物分生组织中,由此表明Poptr:CYCD3;3调控CYCD3;3基因在细胞分裂中发挥作用。     

拟南芥高迁移率族蛋白B(HMGB)族基因的克隆及表达分析(摘要)(英文)

[目的]为研究高等植物高迁移率族蛋白B家族的功能及作用模式。[方法]运用RT-PCR方法克隆出拟南芥HMGB蛋白家族中的3个基因:At2G34450、At5G23405、At5G23420,并运用SDS-PAGE、Northern检测及亚细胞定位等手段检测这3种蛋白在大肠杆菌及拟南芥中的表达。[结果]经鉴定,以上3种蛋白的分子量分别为17.5、17.0和27.5KD,在拟南芥中表达量At5G23420At5G23405At2G34450,且这3种蛋白均定位于细胞核内。[结论]该研究结果为深入研究高等植物中HMGB家族蛋白的生物学功能奠定了基础。     

4种醇类化合物在根部的施用对拟南芥生理特性和光合作用相关基因表达的影响

[目的]研究4种醇类化合物在根部的施用对拟南芥生理特性和光合作用相关基因表达的影响。[方法]分别用含3个不同浓度(2、4、6 mmol/L)甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇的MS培养基培养拟南芥幼苗,研究其对拟南芥生长的影响。[结果]2～4 mmol/L的醇类化合物对拟南芥幼苗的生长都有促进作用,其中促进作用最强的为2 mmol/L正丁醇,处理3周后植株鲜重与对照组相比增加了2.7倍以上,总蛋白和可溶性多糖含量也明显高于未经醇类化合物处理的植株,相较于对照组最多增加了78.5%和58.6%。光合色素含量也明显升高,且光合作用相关的一些基因的表达也在醇类化合物作用下明显上调。[结论]该研究为醇类化合物可促进拟南芥的生长这一理论提供了分子生物学方面的证据。     

拟南芥和水稻UXS基因家族生物信息学分析

以6个拟南芥和6个水稻UXS基因家族序列为目标,对其基因结构、保守结构域、基因表达、系统进化等方面进行了综合分析.结果显示,12个UXS基因均有内含子,除OsUXS1基因仅在愈伤组织中表达外,其余11个基因在根、叶以及愈伤组织均有表达.12个UXS基因编码蛋白均存在较大范围的亲水区,有较强的亲水性.12个蛋白结构保守性...     

反义抑制MnSOD转基因拟南芥构建及其抑制效果的分析

为阐明植物的线粒体MnSOD在逆境适应性反应中的作用,本研究利用分子生物学技术,以拟南芥Mn-SOD基因上游序列构建其反义序列表达载体,转化拟南芥获得转基因植株。经Northern b lot鉴定发现转基因拟南芥MnSOD mRNA水平降低,NBT法检测转基因拟南芥MnSOD活性下降,表明该反义DNA序列对MnSOD基因表达具有明显的抑制效果。     

拟南芥核苷二磷酸激酶基因家族的生物信息学比较与分析

为研究拟南芥核苷二磷酸激酶家族(AtNDPKs)5个成员之间的差异,对其在蛋白质结构、磷酸化位点、信号肽序列、功能区方面的差异进行了生物信息学的比较分析,并建立了系统进化树。结果显示,5个成员在等电点、吸光值和亲水性方面的差异明显。二级结构中,AtNDPK2的α螺旋比例与其他成员差异显著;在β转角和无规则卷曲方面,AtNDPK1a与AtNDPK3a表现出相反的情况。5个成员各含有1个NDK结构域,但分布位置不同。AtNDPK3a中酪氨酸磷酸化明显增多,AtNDPK1a的磷酸化位点与其他成员差异显著。AtNDPK1和AtNDPK2的信号肽裂解点位于第16和17位氨基酸之间,AtNDPK3和AtNDPK3a的位于第42和43位之间,而AtNDPK1a的位于第24和25位之间。AtNDPK1a的进化地位高于其他成员,AtNDPK3与AtNDPK3a的亲缘关系最近,而AtNDPK1与其他成员的亲缘关系较远。     

拟南芥高迁移率族蛋白B(HMGB)族基因的克隆及表达分析

[目的]为研究高等植物高迁移率族蛋白B家族的功能及作用模式。[方法]运用RT-PCR方法克隆出拟南芥HMGB蛋白家族中的3个基因：At2G34450、At5G23405、At5G23420,并运用SDS-PAGE、Northern检测及亚细胞定位等手段检测这3种蛋白在大肠杆菌及拟南芥中的表达。[结果]经鉴定,以上3种蛋白的分子量分别为17.5、17.0和27.5 kD,在拟南芥中表达量At5G23420〉At5G23405〉At2G34450,且这3种蛋白均定位于细胞核内。[结论]该研究结果为深入研究高等植物中HMGB家族蛋白的生物学功能奠定了基础。     

唐菖蒲GhAOS基因的表达特性及其在拟南芥中的过表达分析

【目的】分析唐菖蒲AOS基因的表达模式及其对JAs生物合成的影响,研究GhAOS基因对伤害胁迫的应答机理。【方法】利用基因枪的方法进行GhAOS的亚细胞定位分析;运用Real-time RT-PCR技术分析GhAOS基因的表达模式,采用农杆菌介导的侵染拟南芥花粉法进行GhAOS基因的过表达分析。【结果】GhAOS定位在叶绿体的内囊体膜上;该基因在唐菖蒲各组织中均表达,其中在籽球和匍匐茎中表达量最高;经过0.1-0.5 mmol•L-1的茉莉酸甲酯（MJ）处理后,逐渐提高了GhAOS在球茎中的表达量和内源MJ含量;在拟南芥中过量表达该基因,提高了拟南芥的耐盐性和抗旱性;经过机械损伤后提高了转基因拟南芥相关基因的表达水平和内源MJ含量。【结论】GhAOS促进了唐菖蒲茉莉酸类化合物（JAs）的生物合成,提高了拟南芥的耐盐性和抗旱性;转基因拟南芥机械损伤后提高了相关抗性基因的表达水平以及内源MJ的含量。     

拟南芥AtXCD1蛋白的原核表达研究

[目的]研究拟南芥AtXCD1蛋白的原核表达.[方法]构建XCD1原核表达载体,根据NCBI基因序列设计引物,并以PCR扩增得到大量目的片段XCD1,将XCD1连接到原核表达载体pET-32a＋,并对重组质粒进行测序鉴定,将重组质粒转化至大肠杆菌原核表达菌株BL21（DE3）,对蛋白表达条件：诱导时间、诱导温度和IPTG浓度等进行优化.IPTG诱导表达获得目的蛋白,对蛋白表达条件：诱导时间、诱导温度和IPTG浓度等进行优化.[结果]XCD1序列全长为1 242bp,与PCR产物大小一致.蛋白XCD1-pET-32a＋较适表达条件为在30℃0.1 mmol/L的IPTG诱导1.5h.[结论]该结果为进一步蛋白纯化及酶活测定试验奠定了基础.