植物抗寒性基因研究综述

综述了在低温胁迫下,植物不饱和酶基因,脯氨酸和甜菜碱的调节及其基因表达,Ca2+及钙依赖的蛋白激酶对植物抗寒性反应中的调节,抗氧化酶,植物冷诱导基因,植物抗冻蛋白基因工程的研究进展。     

马铃薯StSnRK2.4基因的克隆及其序列特征分析

利用RT-PCR技术从马铃薯普通栽培品种‘陇薯3号’试管苗根部扩增得到StSnRK2.4基因的cDNA序列,并对其编码蛋白进行特性和结构分析.结果表明:该基因序列全长1 083bp,编码360个氨基酸,与烟草SnRK2家族基因具有较高的同源性,达95.56%,已注册该基因到GenBank(No.JX280914);该蛋白分子量为41.49kU,理论等电点为5.52,是一个不跨膜的膜内蛋白,主要存在于细胞核中,含有依赖cAMP/cGMP蛋白激酶磷酸化、蛋白激酶C磷酸化、酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化、酪氨酸蛋白激酶磷酸化和豆蔻酰化位点,丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性位点信号序列和蛋白激酶ATP结合区域信号序列,推测该基因功能与植物抗逆境胁迫有关.     

小麦细胞周期蛋白基因CDC25的原核表达及蛋白纯化

细胞分裂周期蛋白CDC25是一类苏氨酸/酪氨酸双特异性的磷酸酶,在动物上通过激活CDK进而推动细胞周期进程,然而植物CDC25的这一功能可能已经不重要或已被替代,故有关植物CDC25的功能还有待阐明。本研究构建了小麦CDC25基因Ta CDC25.1-1AL的原核表达载体;导入大肠杆菌的Ta CDC25.1-1AL基因能够被IPTG诱导表达,表达重组蛋白的表观分子量与理论分子量基本一致;利用Ni柱亲和层析方法获得了纯度较高的重组蛋白,为今后通过体外酶活分析、抗体制备和Western杂交等方法深入研究该蛋白和基因的功能奠定了基础。     

根结线虫引起的植物根结形态与形成机理研究进展

植物根结形态和根结内巨型细胞的数目以及大小由植物-根结线虫互作体系共同决定。通过比较常见的感染根结线虫的植物根结结构及其形成过程,可将根结分成单根结和重根结2种类型,并将根结线虫引起寄主植物形成根结的发展过程分为诱导、发展、成熟和衰败4个阶段。根结内含物成分与正常根尖细胞的内含物有较大的差异。植物细胞分裂周期基因、细胞有丝分裂激酶、细胞壁裂解酶基因以及水通道蛋白基因等与根结的结构及内含物密切相关。笔者以根结线虫引起的植物根结为线索,将过去的根结形态结构方面的研究成果与目前取得的分子生物学研究成果结合起来,对根结的形态及形成机理进行了评述。     

基于元分析的大豆胞囊线虫病3号生理小种抗性基因挖掘

大豆胞囊线虫病(Soybean cyst nematode,Heterodera glycines Ichinohe)是一种严重影响大豆产量的病害,我国东北地区以3号生理小种(SCN Race 3)为主。QTL定位是挖掘抗性基因最有效的方法之一,与SCN相关的QTL报道较多,其由不同遗传群体获得,但在不同遗传群体间较难重复。研究采用图谱整合软件BioMercatorV4.2挖掘SCN Race 3抗性基因。将收集整理的10篇文献发表的33个QTL整合在遗传图谱GmComposite2003上,通过元分析方法得到一致性QTL,最终获得3个抗性候选区段,发现18个SCN抗性基因,其中17个PK型基因和1个LRR型基因,分别位于7、15和18染色体中。对潜在SCN抗性基因分析蛋白结构域发现,17个PK型基因分别含有丝/苏氨酸蛋白激酶活性、钙依赖蛋白激酶活性、分裂原活化蛋白激酶活性、半胱氨酸蛋白激酶和组/精/赖氨酸蛋白激酶活性。这些基因编码蛋白结构域与植物抗病相关,结果可为抗SCN基因挖掘和选育抗SCN品种(系)提供理论基础。     

不同植物无色花青素还原酶及其基因的生物信息学分析

对9种不同植物的无色花青素还原酶及其基因进行生物信息学分析,探索该蛋白的结构并预测LAR的功能。通过生物信息学软件对Gen Bank中已经登录的不同植物LAR基因和氨基酸序列进行分析,对其组成成分、理化性质、翻译后修饰位点、功能域、二级结构、亚细胞定位、分子进化等进行预测和推断。结果表明,9种植物无色花青素还原酶基因全长在1.0~1.2 kb,编码342~391个氨基酸,不具有信号肽;9种植物LAR都具有蛋白激酶C磷酸化位点、酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点和N-端肉豆蔻酰化位点,个别植物LAR具有N-端糖基化位点、酪氨酸激酶磷酸化位点和c AMP和c GMP依赖蛋白激酶磷酸化位点;二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主;进化分析表明禾本科的玉米与其他科植物亲缘关系较远。     

大白菜 PHK4基因的功能初探

细胞分裂素参与植物生长和发育的许多生理过程。植物细胞分裂素受体属拟南芥细胞分裂素受体基因AHK4同源的细胞分裂于组氨酸蛋白激酶家族,是植物双组分信号系统的组分。克隆了大白菜的素受体基因PHK4（Pekinensis putative Histidine Kinase 4）,采用反向遗传学的方法对其功能进行分析,初步阐述了大白菜PHK4作为细胞分裂素受体起作用,对研究调控大白菜与细胞分裂素相关的生长发育过程奠定了理论基础。     

苹果周期蛋白依赖性蛋白激酶亚基基因MdCKS表达载体的构建

根据GenBank上与周期蛋白依赖性蛋白激酶基因相关序列,从苹果MdCKS基因编码区设计带有XbaI和SalI酶切位点的引物。以富士MdCKS基因的eDNA为模板将PCR扩增片段连接到pMD18-TSim-pieVector上,测序正确后,再连接到植物表达载体pBII21上,经过抗性筛选和测序验证,成功构建了MdCKS基因表达载体。并通过电击转化法导入农杆菌LBA4404,以备将来用于番茄转化。     

不同植物无色花青素还原酶及其基因的生物信息学分析

对9种不同植物的无色花青素还原酶及其基因进行生物信息学分析,探索该蛋白的结构并预测LAR的功能。通过生物信息学软件对Gen Bank中已经登录的不同植物LAR基因和氨基酸序列进行分析,对其组成成分、理化性质、翻译后修饰位点、功能域、二级结构、亚细胞定位、分子进化等进行预测和推断。结果表明,9种植物无色花青素还原酶基因全长在1.0¹.2 kb,编码3421.2 kb,编码342³91个氨基酸,不具有信号肽;9种植物LAR都具有蛋白激酶C磷酸化位点、酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点和N-端肉豆蔻酰化位点,个别植物LAR具有N-端糖基化位点、酪氨酸激酶磷酸化位点和c AMP和c GMP依赖蛋白激酶磷酸化位点;二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主;进化分析表明禾本科的玉米与其他科植物亲缘关系较远。     

甘蔗钙依赖蛋白激酶基因克隆与序列分析

[目的]克隆甘蔗钙依赖蛋白激酶基因(ScCDPK1),为其功能解析和育种利用打下基础.[方法]根据甘蔗cDNA文库中的CDPK基因序列信息设计引物,利用RT-PCR克隆ScCDPK1基因,并采用在线生物信息学分析软件对其推导蛋白的理化性质、跨膜结构、信号肽及保守结构域等进行预测分析.[结果]克隆获得的ScCDPK1基因完整编码区大小1650 bp,编码549个氨基酸,相对分子量61.971 kD,等电点(pI)6.78,不稳定指数35.63.同源性和遗传进化树分析结果显示,ScCDPK1基因与小麦TaCPK7基因亲缘关系最近,同源性达88%;ScCDPK1蛋白与其他已知CDPK蛋白一致,具有CDPKs家族特有的4个保守区域(可变区、蛋白激酶区、自抑制区和钙离子结合区),其二级结构主要由α螺旋(42.80%)和无规则卷曲(32.97%)构成;蛋白功能分类预测结果显示,ScCDPK1蛋白是一种阳离子通道蛋白,可能参与植物胁迫应答、信号转导和翻译调控等生物反应.[结论]ScCDPK1基因编码的蛋白与其他已知CDPK蛋白一致,具有CDPKs家族特有的4个保守区域,是一种阳离子通道蛋白.     

三角帆蚌细胞周期蛋白基因筛选及其表达分析

细胞周期蛋白(cyclin)对细胞生长繁殖起到关键的调节作用。该研究采用高通量测序技术,构建了三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)转录组文库,进行了cyclins基因筛选与生物信息分析,通过qRT-PCR技术,探讨其在不同组织(闭壳肌、内脏团、外套膜、斧足、心脏、血液、鳃、性腺)与性别中的表达特征。转录组测序共得到257 457条unigene(N50为1 796 bp),注释率为86.7%;通过分析,cyclin A、cyclin D2、cyclin E被筛选出,且cyclin A、cyclin D2与cyclin E蛋白的氨基酸序列均与美洲牡蛎(Crassostrea virginica)、太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)具有较高相似性。实时荧光定量分析结果表明,cyclin A、cyclin D2、cyclin E在三角帆蚌各组织中均有表达,且存在显著的组织差异:cyclin A、cyclin E基因在性腺中表达量显著高于其他组织(P<0.05),在斧足中表达量最低;cyclin D2基因在鳃中表达量最高(P<0.05),在血液中表达量最低。在同一组织的不同性别之间:cyclin A基因在性腺、闭壳肌、心脏、血液中表达存在显著性别差异(P<0.05);cyclin D2在外套膜、心脏、性腺中的表达具有显著(P<0.05)的性别差异;cyclin E在性腺、斧足、鳃、心脏中的表达具有显著(P<0.05)的性别差异;cyclin A、cyclin E基因在雌性心脏和性腺中表达量显著(P<0.05)高于雄性,而cyclin D2反之(P<0.05),cyclin D2基因在雌性外套膜表达量显著高于雄性(P<0.05),暗示cyclin A、cyclin E与性腺发育关系密切,cyclin D2可能与鳃损伤修复有关。本研究初步探究了三角帆蚌cyclin A、cyclin D2、cyclin E基因的功能,为建立三角帆蚌细胞系提供了分子基础。     

植物中泛素/蛋白酶体介导的蛋白质水解对细胞周期调控的研究

细胞周期进程要求细胞周期调控蛋白如周期蛋白依赖性蛋白激酶(CDKs)和周期蛋白(Cyclins)在细胞中周期性的出现。这些调节蛋白被控制在几个水平,包括表达水平、磷酸化水平以及与其他调控蛋白之间的互作。最近,这些蛋白的可控性和程序性破坏在细胞周期调控中所起的作用的机理也越来越清楚,并且26S蛋白酶体与蛋白的破坏有关。例如,在细胞周期依赖性途径中Cyc(cyclin)A,Cyc B,Cyc D和B-CDK是通过26S蛋白酶体降解的。综述了植物中通过泛素/蛋白酶体介导的蛋白质水解对细胞周期调控的最新进展。     

蔬菜变态根茎发育的分子机理研究进展

变态根茎是许多蔬菜作物重要的产品器官。阐明变态根茎的形成不仅是植物发育生物学研究的重要内容, 也是提高相关蔬菜作物产量和品质的重要保障。近年来,关于蔬菜变态根茎形成机理的研究已经取得了重要进展。本文主要以代表性根茎类蔬菜作物萝卜、芜菁、马铃薯、莲藕、榨菜、山药、芋艿为对象, 就其变态根茎发育的遗传和分子机理, 包括变态根茎发育相关性状的遗传及QTL定位,形态建成的物质和能量代谢, 细胞周期及细胞膨大,植物激素、光周期、转录因子等调控机制的研究进展进行了综述。蔬菜变态根茎发育相关性状多为寡基因或多基因控制的数量性状。目前,一系列发育相关性状的QTL位点被鉴定,一些重要性状的连锁标记被开发。作为形态建成物质的淀粉、糖类和蛋白质为变态根茎的发育提供重要的物质、能量和营养来源,诸多基因参与形态建成物质的代谢。细胞周期作为细胞分裂的调节器,决定细胞数目。细胞周期受细胞周期蛋白（cyclins,CYC）、细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent protein kinases,CDKs）以及转录因子 RB/E2F 的调控。细胞膨大决定细胞大小,受扩展蛋白（expansin,EXP）和木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶（xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases,XTHs）等重要因子调节。植物激素是变态根茎发育的基础调控因子,诸多激素如赤霉素、生长素、脱落酸、细胞分裂素和茉莉酸等参与变态根茎的发育。光周期调控是变态根茎发育的动态信号,大量参与光周期调控的基因,如光敏色素、CONSTANS (CO)、FLOWERING LOCUS T (FT)、APY 等在变态根茎形成过程中都起到重要的调控作用。此外,MADS-box、ABF/AREB 和 homeobox 等转录因子也在变态根茎的发育中扮演重要角色。另外,文章就小RNA、表观遗传学、转录组学、蛋白质组学、比较基因组学、全基因组测序和关联分析的研究在变态根茎发育机理中的应用进行了简要介绍。     

植物矮化基因相关研究进展

植物株型的矮化调控是遗传育种的一项热门研究。国内外学者对植物矮化机理、矮化基因、矮化遗传育种等均进行了较深入的研究,水稻、玉米、小麦等粮食作物和黄瓜、番茄、南瓜等园艺作物均已形成了较完善的矮化研究体系。矮化植株株型紧凑、冠幅小,能够有效提高抗倒伏能力,在生产实践中具有管理便利的优点,因此矮化育种是植物育种的发展趋势。激素调控是目前运用较为广泛的矮化调控手段,植物激素通过影响细胞的分裂和伸长来改变节间长度和数目,从而调节高度,达到矮化植株的效果,常用激素有赤霉素、油菜素内酯、生长素、乙烯等,这些激素促进或抑制植物的生长发育,与矮化突变体的形成有关,且各种激素信号通路之间存在相互作用。综述了禾本科、茄科、葫芦科等植物矮化基因的研究现状,激素调控下矮化突变体的形成,矮化基因的克隆及功能研究进展,探讨了植物矮生性状分子机理和分子遗传学研究进展,为后续研究植物矮化基因提供理论基础。     

Phosphorylation of retinoblastoma protein by viral protein with cyclin-dependent kinase function

As obligate intracellular parasites, viruses expertly modify cellular processes to facilitate their replication and spread, often by encoding genes that mimic the functions of cellular proteins while lacking regulatory features that modify their activity. We show that the human cytomegalovirus UL97 protein has activities similar to cellular cyclin-cyclin-dependent kinase (CDK) complexes. UL97 phosphorylated and inactivated the retinoblastoma tumor suppressor, stimulated cell cycle progression in mammalian cells, and rescued proliferation of Saccharomyces cerevisiae lacking CDK activity. UL97 is not inhibited by the CDK inhibitor p21 and lacks amino acid residues conserved in the CDKs that permit the attenuation of kinase activity. Thus, UL97 represents a functional ortholog of cellular CDKs that is immune from normal CDK control mechanisms.     

Control mechanism of the circadian clock for timing of cell division in vivo

Cell division in many mammalian tissues is associated with specific times of day, but just how the circadian clock controls this timing has not been clear. Here, we show in the regenerating liver (of mice) that the circadian clock controls the expression of cell cycle-related genes that in turn modulate the expression of active Cyclin B1-Cdc2 kinase, a key regulator of mitosis. Among these genes, expression of wee1 was directly regulated by the molecular components of the circadian clockwork. In contrast, the circadian clockwork oscillated independently of the cell cycle in single cells. Thus, the intracellular circadian clockwork can control the cell-division cycle directly and unidirectionally in proliferating cells.     

Concentration difference of auxin involved in stem development in soybean

Auxin regulates cell division and elongation of the primordial cells through its concentration and then shaped the plant architecture. Cell division and elongation form the internode of soybean and result in different plant heights and lodging resistance. Yet the mechanisms behind are unclear in soybean. To elucidate the mechanism of the concentration difference of auxin related to stem development in soybean, samples of apical shoot, elongation zone, and mature zone from the developing stems of soybean seedlings, Charleston, were harvested and measured for auxin concentration distributions and metabolites to identify the common underlying mechanisms responsible for concentration difference of auxin. Distribution of indole~(-3)-acetic acid(IAA), indole~(-3)-butyric acid(IBA), and methylindole~(-3)-acetic acid(Me-IAA) were determined and auxin concentration distributions were found to have a complex regulation mechanism. The concentrations of IAA and Me-IAA in apical shoot were significantly different between elongation zone and mature zone resulting in an IAA gradient. Tryptophan dependent pathway from tryptamine directly to IAA or through indole~(-3)-acetonitrile to IAA and from indole~(-3)-propionic acid(IPA) to IAA were three primary IAA synthesis pathways. Moreover, some plant metabolites from flavonoid and phenylpropanoid synthesis pathways showed similar or reverse gradient and should involve in auxin homeostasis and concentration difference. All the data give the first insight in the concentration difference and homeostasis of auxin in soybean seedlings and facilitate a deeper understanding of the molecular mechanism of stem development and growth. The gathered information also helps to elucidate how plant height is formed in soybean and what strategy should be adopted to regulate the lodging resistance in soybean.     

欧洲千里光CYCLOIDEA(CYC)类SvRAY1基因的克隆及功能分析

  目的  揭示菊科Asteraceae欧洲千里光Senecio vulgaris CYC2类RAY1基因过表达使舌状花发生不同程度变宽现象的机制,进一步探究其产生原因。  方法  克隆欧洲千里光SvRAY1基因,利用生物信息学、实时荧光定量PCR反应(qRT-PCR)、超表达载体构建、扫描电镜观察、转基因植株形态学观察与统计等方法与技术,进一步进行SvRAY1基因功能分析。  结果  qRT-PCR反应显示:SvRAY1基因主要在欧洲千里光舌状花及筒状花中表达,且生殖发育第S3和S4阶段舌状花中表达量最高;形态学观察表明转基因欧洲千里光SvRAY1超表达植株的舌状花比野生型长度较短、显著变宽。扫描电镜观察舌状花腹侧表皮细胞大小与形状,宽度显著变宽的株系中显示远轴端细胞排列紧密且细胞分裂旺盛,中轴端细胞形状由边缘弯曲变为平滑,细胞长度变短且分裂旺盛。  结论  欧洲千里光舌状花发育过程中,SvRAY1基因可能促进细胞横向分裂,进而舌状花细胞形态和排列发生不同程度的变化引起舌状花变宽。图6表2参28     

Colcemid sensitivity of fission yeast and the isolation of colcemid-resistant mutants

Cell division of the fission yeast, Schizosaccharomyces pombe, is reversibly inhibited by the antimitotic agent Colcemid (N-deacetyl-N-methylcolchicine) in nutrient medium. Cell growth continiues until all cells become nonseparating cell doublets in a V configuration. Mutants have been isolated capable of uninhibited growth in the presence of concentrations of Colcemid mycostatic for the parent strain.