转NDR1基因烟草对赤星病和晚疫病的抗性增强

 NDR1(nonrace-specific disease resistance)基因在植物系统获得性抗性的信号传导途径中起着重要的作用,过量表达该基因的拟南芥对不同病原菌的抗性都有提高。利用PCR技术首次克隆了拟南芥Wassilewskija生态型的NDR1基因,与Columbia生态型相比,该基因共有7处碱基不同,引起编码氨基酸变化4处。构建了植物高效表达载体,利用农杆菌介导法转化烟草,经PCR和Southern鉴定,外源基因已整合到植物基因组中。随机挑选10个转基因株系进行抗病性分析,其中3个株系对赤星病和晚疫病的抗性明显增强。     

表达谱芯片对灰绿藜和水稻NHX1基因在转基因拟南芥中表达差异的研究

[目的]基因芯片作为高通量、高效率的DNA分析技术,已被广泛地用于植物抗逆性功能基因的分析之中.为探讨盐生植物和甜土植物NHX1基因调控盐应答过程和亲水性C端的功能研究提供借鉴,进一步揭示盐生植物和甜土植物耐盐机制的差异,为植物耐盐机理的实际应用提供依据.[方法]利用Affymetrix拟南芥表达谱芯片对过表达盐生植物灰绿藜和甜土植物水稻NHX1基因及缺失部分C端基因的转基因拟南芥进行基因表达差异的分析.[结果]在盐胁迫的转基因拟南芥组织中,筛选出在四组转基因型拟南芥中共同差异表达的基因有394条,占筛选基因总数的1.64;,其中上调表达的基因有177条,下调表达的基因有217条.将这些差异基因初步分为12类, 包括非生物性与生物性刺激的应答过程、胁迫应答过程、电子转移和能量途径、信号转导和转录等功能类别.[结论]表明植物耐盐过程是一个多基因参与的复杂的变化过程, 涉及到许多相关基因的变化.联系两两比较散点图和聚类分析结果从理论上说明,转基因拟南芥cgNHX1,cgNHX1dc,osNHX1和osNHX1dc耐盐性有依次减弱的趋势.     

Plant research. Can genetically modified crops go 'greener'?

A flood of new information from projects such as the sequencing of the genome of the mustard plant Arabidopsis has pinpointed genes involved in key processes such as speeding up flowering, changing a plant's basic architecture, or improving pest resistance. One example appears on page 344 of this issue; researchers report the cloning of an Arabidopsis gene called FRIGIDA and show that natural mutations leading to loss of FRIGIDA function are associated with early flowering, a helpful adaptation in some cold climates. Such work could allow researchers to enhance the traits they want by introducing one or a few genes from another plant, or by modifying the regulation of genes in their original settings.     

珠江口海岸带沉积物氨氧化细菌和古菌组成及定量研究

[目的]对珠江口海岸带沉积物中的氨氧化细菌和古菌的组成进行分析,并进行定量研究。[方法]用构建克隆文库和Q-PCR定量的方法对珠江口沉积物中氨氧化细菌和古菌amoA基因的含量和多样性特征进行研究。[结果]在2个沉积物表层,氨氧化古菌的含量是细菌的9和22倍,揭示氨氧化古菌在珠江口的氨氧化过程中起主导作用;系统发育分析表明大多数古菌和细菌的amoA基因序列与不可培养的源于河口区和污染区域的环境克隆子序列有较高的同源性;细菌amoA序列可分成5个类群(Cluster A、B、C、D和E),均属于Nitrosomonas类群,其中Cluster A是主要类群(72.1%);古菌amoA序列分析表明来自于表层的序列有52.2%属于"水/沉积物"簇,47.8%属于"土壤/沉积物"簇,而沉积物底层厌氧区,检测到的古菌amoA基因93.3%属于"土壤/沉积物"簇,6.7%属于"水/沉积物"簇,且amoA基因数量略高于表层。[结论]该研究有助于了解珠江口区域氮的循环过程,为氮的富营养化处理提供重要的理论依据。     

两个溶藻弧菌胞外多糖合成基因簇的生物信息学分析

溶藻弧菌是我国南方海水养殖最重要的病原菌之一。胞外多糖(EPSs)是细菌产生的一类具有复杂结构的多糖类物质,影响其致病性和环境适应力。基因组分析发现溶藻弧菌ZJ-51存在4个与胞外多糖合成有关的基因簇,笔者对其中2个基因簇CPS1357和CPS4543进行了生物信息学分析和实验验证。结果表明,基因簇CPS4543编码3个多糖外膜转运体系的同源蛋白Wza-Wzb-Wzc,而CPS1357编码的17个蛋白与多糖合成、转运以及调控有关。但通过染色实验、菌落形态观察和运动性分析证实这2个基因簇的缺失并不影响EPSs的合成、生物膜的形成、菌落形态及运动性。这可能是这2个基因簇在当前测试条件下受到抑制或需要特殊的环境因子诱导表达,对溶藻弧菌EPSs合成调控机制的研究,能更好地了解该病原菌在环境中的适应性。     

水稻与拟南芥全基因组丝氨酸羧肽酶类蛋白家族比较分析(英文)

    基于水稻与拟南芥全基因组序列,在基因组与蛋白质组水平上对这2种模式植物的丝氨酸羧肽酶 (SCPs)基因家族进行比较分析.利用隐马可夫模型(hidden Markov models,HMM),发现水稻与拟南芥中分别存在71个与54个丝氨酸羧肽酶类(serine carboxypeptidases like,SCPL)蛋白编码基因,它们广泛分布于基因组中各条染色体上,并且存在多个基因簇聚区.基因结构分析显示,拟南芥的SCPL基因存在广泛的交替剪接方式,而这种现象在水稻SCPL基因中却不常见.蛋白结构分析表明,所有SCPL家族成员均具有α/β水解酶折叠亚族与S10家族典型的保守结构域与二级结构特征.系统进化分析表明,这125个SCPL蛋白可以分成3大类,与水稻不同,大多数拟南芥SCPL (88.9%)可归属于双链羧肽酶Ⅰ或Ⅱ.     

拟南芥bZIP23基因过量表达载体的构建及过表达植株的筛选

[目的]以拟南芥为材料克隆bZIP23基因,构建bZIP23基因的过量表达载体和筛选过表达植株,为验证其功能奠定基础.[方法]提取拟南芥总RNA和RT-PCR克隆bZIP23基因,用限制性内切酶切割和T4 DNA连接酶连接,使bZIP23基因连接到35S强启动子的pART27载体上;将连接产物转化到Trans1-T1感受态细胞中,筛选阳性单克隆进行菌落PCR鉴定并测序验证,获得重组质粒.将该重组质粒电激转化至根瘤农杆菌GV3101菌株,浸花法转化拟南芥野生型植株.[结果]通过单菌落PCR鉴定和DNA测序结果显示,bZIP23基因与35S过量表达载体已连接,获得了重组载体;抗性筛选与遗传鉴定获得相应的转基因过量表达阳性植株.[结论]构建的过量表达载体及筛选得到的过量表达植株为验证bZIP23基因功能奠定了基础.     

番茄、拟南芥和葡萄中同型半胱氨酸S-甲基转移酶基因家族功能研究

同型半胱氨酸S-甲基转移酶（homocysteine S-methyltransferase,HMT）普遍存在于被子植物中,在植物合成甲硫氨酸过程中起着重要作用,其在拟南芥中的功能已有所研究,但该家族在其他植物中的功能尚不清楚。本文通过同源比对,获取番茄、拟南芥和葡萄中共8个HMT家族基因的信息,通过系统进化树分析,发现8个HMT蛋白形成2个分支;利用蛋白motif分析、蛋白结构域分析、基因外显子内含子结构分析,发现HMT蛋白在进化上较为保守。通过对拟南芥在非生物胁迫条件下HMT家族基因的表达水平进行分析,发现多个AtHMT基因对非生物胁迫尤其是冷胁迫、盐胁迫、干旱胁迫产生应答,表明HMT家族基因在非生物胁迫应答中的调控作用。另外,通过对番茄各组织在发育的各个阶段中HMT基因进行表达量分析,发现HMT基因可能在番茄种子发育、开花、果实成熟方面发挥作用。综上,本文对番茄、拟南芥和葡萄中HMT基因家族的生物信息学分析及基因表达数据进行了挖掘,对深入研究HMT基因在番茄、拟南芥和葡萄中的作用具有重要意义。     

植物CBF转录因子及其在基因工程中的应用

拟南芥CBF基因家族是一个包括CBF1、CBF2、CBF3、CBF4、CBF5、CBF6的小基因家族。目前利用酵母单杂交和同源克隆的方法克隆了拟南芥CBF基因家族,从其他植物如小麦、玉米、水稻、棉花、油菜、黑麦中也克隆了CBF同源基因。CBF转录因子的典型特征是:N端有核定位信号区,C端有酸性激活区,中间有与DNA结合的AP2结构域。CBF基因受到低温、干旱及高盐等非生物胁迫因子诱导表达,除了CBF4外,其余的CBF基因都不依赖ABA。当逆境来临时,CBF转录因子能够识别含有核心序列CCGAC的CRT/DRE元件,与之特异相结合,且激活启动子含有CRT/DRE元件下游基因的表达以抵御不良环境。已有很多成功将CBF基因导入植株的报道,为植物抗逆育种提供了一条新途径。     

单基因及联合双基因转化拟南芥的抗寒性比较

将CBF3、AtGolS3基因通过中间载体连接到植物表达载体pVKH上,形成带有启动子和终止子的双价表达载体,转入拟南芥,以野生拟南芥为对照,与单独导入AtGloS3基因的转基因拟南芥对比,比较两种拟南芥植株抗寒性的差别。结果表明：单基因转拟南芥和联合双基因转化拟南芥的抗寒能力均比野生拟南芥强;而联合双基因转化拟南芥的抗寒能力又比单基因转拟南芥强。     

水稻中富含亮氨酸的重复序列和核苷酸结合位点(LRR-NBS)基因家族的生物信息学分析

 采用HMM(HiddenMarkovModel) ,对源于日本晴的粳稻 (国际水稻测序计划 ,IRGSP)基因组和 9311的籼稻基因组 (北京华大 ,BGI)的蛋白质数据库进行了搜索 ,分别获得了 32 5和 344个富含亮氨酸的重复序列和核苷酸结合位点 (leucinerichrepeat-nucleotidebindingsite ,LRR -NBS)类的抗病基因的蛋白序列 ,并得到了与这些蛋白相应的cDNA序列。对粳稻蛋白功能结构域的分析表明 ,多个蛋白具有与植物防卫反应相关的结构域 ,还发现多个蛋     

过表达蝶呤还原酶PTR1基因促进植物叶酸合成的研究

叶酸是生物体维持正常生命活动所必需的小分子代谢物,还原态的蝶呤参与叶酸的合成。通过利用组成型启动子驱动依赖NADPH的蝶呤还原酶基因（NADPH-dependent pterin reductase gene, PTR1）在模式植物拟南芥和烟草中进行过表达,探讨了来源于利什曼原虫的PTR1基因对植物叶酸合成代谢的影响。结果表明,在过表达PTR1的转基因拟南芥和烟草植株中,叶酸含量有不同程度的升高,其中转基因拟南芥的5-甲酰四氢叶酸有显著提高,而转基因烟草中5-甲基四氢叶酸有显著提高。说明将来源于原生动物的蝶呤还原酶引入植物,可以促进转基因植物中叶酸的合成代谢,为深入了解植物叶酸合成代谢的规律奠定了基础。     

3种植物Ran基因的克隆及序列分析(摘要)(英文)

[目的]研究洋葱、大蒜和油菜中Ran基因与拟南芥Ran2基因的同源性,以确定3种植物材料能否作为拟南芥的替代材料研究Ran定位。[方法]采用RT-PCR方法,以拟南芥Ran2的引物分别从洋葱、大蒜和油菜分裂细胞提取的总RNA中扩增出相应片段DNA(AcRan,AsRan,BnRan),经凝胶电泳回收相应PCR产物,克隆到pMD18-T载体上,转化到DH5α中,抽提质粒,经酶切、PCR鉴定确定阳性克隆,将阳性克隆的菌体进行测序、比对分析。[结果]洋葱、大蒜和油菜的Ran基因开放阅读框分别为666、663和666bp;分别编码221、220和221个氨基酸,分子量约24.3kD;与拟南芥AtRan2氨基酸序列同源性分别为99.1%、100%(除末端缺少1个天冬氨酸D外)和96.4%;进化树分析显示洋葱和大蒜Ran基因与拟南芥进化关系更近,其根尖可代替拟南芥根尖研究Ran基因的定位或相关生物学功能。将该实验克隆的3种植物Ran基因序列与收集的14种植物的Ran序列共28种进行氨基酸同源性比对及进化树分析表明,高等植物Ran基因绝大多数在进化树中处于同一位置,同源性高达90%以上(拟南芥AtRan4和水稻OsRan4例外),因此,它们可能在植物细胞分裂过程中起着相似的作用;且3种植物在受动结合域(EBD)和酸性末端(AT)存在不同;而拟南芥AtRan4缺少这2个功能域,可能与AtRan1～3具有不同的作用。[结论]为进一步研究植物Ran基因的生物学功能奠定了基础。     

Genome-wide insertional mutagenesis of Arabidopsis thaliana

Over 225,000 independent Agrobacterium transferred DNA (T-DNA) insertion events in the genome of the reference plant Arabidopsis thaliana have been created that represent near saturation of the gene space. The precise locations were determined for more than 88,000 T-DNA insertions, which resulted in the identification of mutations in more than 21,700 of the approximately 29,454 predicted Arabidopsis genes. Genome-wide analysis of the distribution of integration events revealed the existence of a large integration site bias at both the chromosome and gene levels. Insertion mutations were identified in genes that are regulated in response to the plant hormone ethylene.     

枯草芽孢杆菌突变株proBA基因植物表达载体的构建及转基因拟南芥的耐盐性能初探

从枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)抗脯氨酸结构类似物突变株中克隆得到脯氨酸合成途径中的关键酶基因proB(编码γ-谷氨酰胺激酶)和proA(编码谷氨酰胺-γ-半醛脱氢酶),同时设计引物从拟南芥基因组中扩增得到吡咯啉-5-羧酸合成酶B基因(p5csB)的第一个内含子序列,将其分别与proB和proA基因通过PCR拼接后,酶切连接构建得到植物双元表达载体pBI121pro.以LBA4404为介导,采用真空抽滤的方法转化得到转proBA基因拟南芥;第三代的纯合子(T3)通过半巢式PCR的方法验证外源基因已整合到拟南芥基因组中,GUS活性分析表明外源基因在叶片中表达最强,茎部其次,根部最弱;对600 mmol·L-1致死浓度NaCl耐受能力的分析表明,转基因拟南芥的平均存活时间(37.8 min)明显高于野生型拟南芥(26 min).     

Host-parasite coevolutionary conflict between Arabidopsis and downy mildew

Plants are constantly exposed to attack by an array of diverse pathogens but lack a somatically adaptive immune system. In spite of this, natural plant populations do not often suffer destructive disease epidemics. Elucidating how allelic diversity within plant genes that function to detect pathogens (resistance genes) counteracts changing structures of pathogen genes required for host invasion (pathogenicity effectors) is critical to our understanding of the dynamics of natural plant populations. The RPP13 resistance gene is the most polymorphic gene analyzed to date in the model plant Arabidopsis thaliana. Here we report the cloning of the avirulence gene, ATR13, that triggers RPP13-mediated resistance, and we show that it too exhibits extreme levels of amino acid polymorphism. Evidence of diversifying selection visible in both components suggests that the host and pathogen may be locked in a coevolutionary conflict at these loci, where attempts to evade host resistance by the pathogen are matched by the development of new detection capabilities by the host.