调控植物花发育的miRNAs的研究进展

花发育是高等植物生长发育过程中的重要事件,可剖分为开花诱导、花的起始和花器官发育3个阶段,是由多种基因参与的十分复杂的调控过程。20年来,人们应用克隆、诱变和突变体等研究技术从模式植物中分离和鉴定了大量调控花发育的功能基因或调控因子,其中,microRNA(miRNA)是本世纪初才发现的一类新的调控因子。miRNA是生物体内长度约为21个核苷酸的非编码小RNA,通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控,导致mRNA的降解或翻译抑制。大量研究证实miRNA在花发育中起着重要的作用。文章重点综述了植物miRNA的作用机制、其功能研究方法及7个miRNA家族在花发育中的生物功能,并对其未来的发展方向进行了展望。     

两个低植酸大豆突变体中肌醇-3-磷酸合成酶MIPS1基因表达特性的研究

肌醇-3-磷酸合成酶(MIPS)基因是植酸合成代谢途径中重要的功能基因.本研究以两个大豆低植酸突变体Gm-lpa-TW-1、Gm-lpa-ZC-2以及其野生型亲本台湾75和浙春3号为材料,分析了MIPS1基因在其根、茎、叶、花和发育种子中转录水平上的表达特性.结果表明:在大豆发育的种子中MIPS1基因的表达表现为由弱到强再逐渐减弱的表达特性,在开花后22d的种子内,基因的表达达到高峰,此后逐渐减弱.突变体Gm-lpa-TW-l和野生型亲本台湾75的根、茎、叶和花中MIPS1基因的表达均较弱,但突变体Gm-lpa-TW-1的表达量略高于野生型亲本.与野生型亲本相比较,在开花后的22d,突变体Gm-1pa-TW-l发育种子中MIPS1基因的表达峰极显著的降低,仅为野生型的25％左右,而且在整个种子发育期间MIPS1基因的表达均较弱.突变体Gm-lpa-ZC-2和浙春3号的根、茎、叶和花中MIPS1基因的表达较弱,突变型和野生型之间没有显著的差异,但在种子发育的各个时期突变体Gm-lpa-ZC-2的表达量显著的高于野生型亲本浙春3号.在两个低植酸突变体发育的种子中MIPS1基因的表达与野生型亲本相比均发生了显著的变化,表明基因突变对MIPS1基因的表达均造成了显著的影响,在Gm-lpa-TW-1中表现为MIPS1基因表达的下调,而Gm-lpa-ZC-2中则表现为上调.     

毛白杨PtSEP3-1基因启动子的克隆分析及其表达载体构建

SEP（SEPALLATA）类基因属于花器官发育ABCDE模型中的E类基因,拟南芥中的研究表明该类基因可能具有控制花器官形态发育以及激活其它类型基因的功能,是一类花发育过程中的关键基因。因此,研究杨树SEP类基因启动子表达特性对于杨树的开花调控研究具有重要意义。本文根据毛白杨SEP3基因和毛果杨基因组序列设计引物,通过PCR获得了PtSEP3-1,基因上游2000bp的序列。序列分析结果表明该序列具有启动子的基本元件TATA—box和CAAT-box,还包含大量光响应元件ACE、BoxI和Box4等,此外还有脱落酸响应元件ABRE,赤霉素响应元件GARE—motif以及胁迫响应元件HSE、TC—richrepeats等。进一步构建了一个以PtSEP3-1启动子驱动GUS基因的植物表达载体pPtSEP3-1,protest,为该启动子的功能鉴定奠定了基础。     

桑树中miR319的克隆及在雄花发育中表达分析

为探究miR319及靶基因在调控桑树雄花发育的分子机制,本研究通过石蜡切片技术判断桑树雄花芽发育时期及在线网站预测miR319的靶基因。结果表明,桑树雄花芽发育分为未分化期(A1)、分化初期(A2)、花序分化期(A3)和总苞形成期(A4)4个不同的阶段;桑树中miR319家族存在miR319a、miR319b和miR319c 3个成员,其中miR319b与miR319c位于同一条前体序列上,预测并获得了miR319 6个靶基因。运用5'-RACE技术验证了miR319a的4个靶基因,其切割位点主要集中在与miRNA互补位点的第10和第11位碱基之间。采用RT-qPCR技术检测miR319a及靶基因在雄花发育不同阶段的表达水平,发现miR319a在雄花发育A2-A3阶段表达水平迅速降低,靶基因Morus012208、Morus008229、Morus008100与Morus005893在此阶段表达水平迅速升高,茉莉酸(JA)含量也迅速升高。同时,JA合成关键基因PLDα1和LOX5在雄花发育A2-A3阶段表达上调,表明miR319通过调控靶基因影响JA合成来调控桑树花序分化。本研究为揭示桑树miR319在JA途径中调控花发育中的分子调控机制奠定了一定的理论基础。     

利用抑制消减杂交法筛选低夜温诱导的蝴蝶兰生殖发育相关基因

花芽的发育是花品质形成与调控的生物学基础,温度是影响蝴蝶兰(Phalaenopsis hybrida)花芽分化与发育乃至花朵开放的重要因素。为鉴定低夜温诱导蝴蝶兰花梗芽分化和发育相关基因,以蝴蝶兰兄弟女孩品种为材料,利用抑制削减杂交技术,构建低夜温诱导的花梗芽与营养生长期顶叶的正向差减文库。PCR验证后,挑取300个阳性单克隆进行测序和分析,共获得207条非冗余序列(Gen Bank登录号:JK720764~JK720970)。这些基因覆盖了宽广功能范围的开花相关基因,提供了从营养生长期向生殖生长期转变相关分子机理方面的有益信息。Real-timePCR检测了具不同功能的23个基因在营养生长期顶叶和不同大小花梗芽中的表达水平。这些基因的表达量变化趋势不同,但在一定大小花梗芽中的表达量较营养生长期顶叶均有上调。与在营养生长期顶叶中的表达量相比,flowering locusT(FT)、APETALA1(AP1)、茉莉酮酸酯-O-甲基转移酶(JMT)基因和NADH泛醌氧化还原酶基因在各阶段花梗芽中的表达量均显著上调,表明这4个基因可能在低夜温诱导蝴蝶兰花梗芽分化和发育中起重要作用。本研究为深入探究低夜温诱导蝴蝶兰开花的分子机理提供了重要的基础资料。     

桃已知MADS-box转录因子的生物信息学及花发育表达分析

MADS-box基因家族是研究最广泛的植物转录因子之一,参与调控植物生长和发育的多个过程.本文列举了当前已知的MADS-box(PpMADS)基因在桃(Prunus persica)功能基因组数据库中的基本信息,对PpMADS基因的保守结构域、进化关系、内含子与外显子、染色体定位和保守元件进行了详细分析;并利用半定量RT-PCR技术分析了其在不同花器官中和的花的不同发育阶段表达水平.结果表明,PpMADS在桃不同花器官、花不同发育期中起重要的调控作用,为进一步筛选PpMADS基因进行功能分析奠定相关理论基础.     

苹果SUPERMAN类蛋白家族的基因克隆与生物信息学分析

SUPERMAN 类基因是植物生长发育中的重要转录因子。为了揭示苹果 SUPERMAN 类蛋白家族的生理基因功能,本研究以富士苹果(Malus domestica Borkh.cv. Fuji)为试材,利用 RT-PCR 方法和锚定PCR 方法克隆了 MdLIFa(GenBank 登录号 HM370493)和启动子序列,利用特异引物 PCR 方法克隆了苹果基因组中其余 11 个 SUPERMAN 类基因。12 个基因命名为 MdLIFa/MdLIFb (GenBank 登录号:HQ260429)、MdSUP1a (HQ418477)/MdSUP1b (HQ418478)、MdSUP4 (HQ418475)/MdSUP12 (HQ418476)、MdSUP5a (HQ418469)/MdSUP13b (HQ418470)、MdSUP9a (HQ418473)/MdSUP9b (HQ418474) 和 MdSUP5b(HQ418471)/MdSUP13a(HQ418472),分别位于 11/3、1/1、4/12、5/13、9/ 未知和 5/13 号染色体,每对基因间的同源性均在86%以上。通过基因枪法轰击洋葱(Allium cepa)表皮细胞,基因瞬时表达证明 MdLIFa 定位于细胞核内。MdLIFa 基因启动子序列中含有多个参与花粉发育、根特异性表达、与光诱导和 Dof 单锌指基因家族作用的调控元件等。系统进化分析表明,MdLIFa/b、MdSUP9a/9b 和 MdSUP5a/13b、以及MdSUP1a/b、MdSUP5b/MdSUP13a和 MdSUP4/12 分别聚类为一组,参与植株的形态建成和花器官发育。苹果 12 个 SUPERMAN 类基因成对高度同源,具有生物学功能的多样性,为深入的基因鉴定和遗传转化提供有用信息。     

深圳梧桐山野生兰花记录（二）

6白绶草 学名：Spiranthes sinensis（Pers.）Ames 科属：兰科绶草属 地生植物。总状花序顶生,呈螺旋状扭转,花细小,白色或粉红色,中萼片线形,与花瓣靠合成盔状,侧萼片矩圆状披针形,唇瓣倒卵形,不明显三裂,基部稍呈囊状凹陷,中裂片圆形,边缘呈波状,蕊柱短。花期3-7月。生长于海拔200～3500m的溪谷草坡潮湿多石头的地方;分布非常广泛,亚洲、大洋洲皆有,中国各地几乎都能发现。     

百脉根BIO和豌豆突变位点ELE2的比较基因组定位

豆科两侧对称花的花瓣具有背腹（DV）的分化以及可变的器官内部（IN）非对称性,在大小与形状上显示出不同的发育特征;因而花瓣的发育为克隆决定植物器官的形状与大小的关键基因提供了很好的实验系统。本研究对百脉根中BIO基因进行研究。百脉根bio突变体具有多效性,既影响花器官内部的对称性也影响器官的大小和育性,豌豆ele突变体的表型与bio相似。定位结果表明BIO和ELE2位于豆科基因组的共线性区段,提示BIO和ELE2可能是同源基因突变所致。本研究利用比较基因组定位方法,将BIO和ELE2候选基因锚定在豆科模式植物百脉根和蒺藜苜蓿基因组含有11个同源基因的BAC重叠群上。BIO和ELE2基因的克隆将有助于揭示豆科花瓣形态和大小调控的分子机理,进而为豆科作物遗传改良提供分子理论基础。     

绿竹花发育相关BoAG-like基因的克隆与表达特性分析

AG基因属于MADS-box家族,在决定花分生组织特性和花器官发育中起着重要的作用。为阐明竹类植物AG基因的表达特性,本研究以绿竹开花试管苗花芽为植物材料,采用cDNA末端快速扩增技术(RACE),获得了完整的cDNA序列,命名为BoAG-like。序列分析结果表明,BoAG-like长度为792 bp,具有AG基因特有的AG Ⅰ区和AG Ⅱ区;BoAG-like与水稻OsMADS58、玉米ZAG1和毛竹PhMADS3的AG-like同源蛋白所编码的氨基酸序列同源性达到80%以上,均属于C类基因的eu-AG系;蛋白的三级结构预测结果表明,BoAG-like与水稻OsMADS58和二穗短柄草BdMADS18最为接近,但也存在明显差异;实时荧光定量PCR结果表明,BoAG-like基因在花器官的表达量明显高于营养器官的表达量,且其表达量随着绿竹花发育进程呈上升趋势;BoAG-like的表达量在绿竹花芽不同部位存在显著差异,其中在雌蕊中最高,外稃中最低。本研究结果为进一步深入研究竹子花发育的分子机制奠定了一定的理论基础。     

辐射诱变水稻雄性不育突变体tda的遗传与细胞学分析

为了挖掘更多与水稻花药发育相关的基因,利用60Co-γ射线辐照粳稻品种松香早粳,获得1个水稻雄性不育突变体tda,并对其细胞学和遗传学进行分析。结果表明,tda突变体在营养生长期无明显的表型缺陷,花序和花器官能正常发育,但其花药较小且呈白色。组织切片研究发现,tda突变体在小孢子发育时期开始出现异常,绒毡层提前降解,小孢子呈畸形状,随后小孢子萎缩不能形成正常的花粉粒。遗传学分析表明,tda是一个单基因控制的隐性核突变体。该研究结果为TDA基因的克隆、功能分析及水稻花药发育的分子机制奠定了基础。     

棉花MADS-box蛋白基因（GhMADS-13）的克隆和表达分析

一组具有MADS-box结构域的转录因子在控制花器官的诱导与发育中起着重要作，以中棉所36（CCRI）均一化全长cDNA文库为基础，结合EST测序分析，分离获得一个棉花的MADS-box基因全长cDNA。该基因cDNA全长1079bp，包含一个732bp的完整的开放阅读框，编码234个氨基酸，具有典型的MADS-box结构域和完整的K区，命名为GhMADS-13（GenBank：FJ409870）。与拟南芥、葡萄等植物的AGL6类基因具有高度的同源性。实时定量RT-PCR分析表明，GhMADS-13在CCRI36的花器官发育中早期表达量逐步增加，后期有下降趋势。推测GhMADS-13可能在开花诱导和花器官发育过程中起着重要作用。     

小鼠体型控制相关microRNA-200b(miR-200b)的表达谱及靶标分析

microRNA-200b(miR-200b)具有类似的调控哺乳动物体型大小的功能,但尚未在哺乳动物个体上进行验证。为研究microRNA-200b在小鼠发育过程中的表达,探讨microRNA-200b及其靶标基因在小鼠体型发育调控中的关键作用,本研究从小鼠(Mus musculus)基因组中扩增得到miR-200b前体序列,并验证了该miRNA的茎环前体结构;采用生物信息学软件预测miR-200b可能的靶基因,并通过双荧光素酶报告载体系统验证了miR-200b与靶基因3’UTR的相互作用;通过荧光定量PCR技术分别分析了miR-200b在成年小鼠体内各组织中和miR-200b及其靶标基因在小鼠胚胎发育不同时期的表达变化。结果显示,克隆到的鼠miR-200b前体序列能够形成茎环结构;软件预测和细胞实验证实Fog2基因是miR-200b的靶标基因,且二者在小鼠胚胎发育第10.5天到第15天时表达呈负相关趋势;qRT-PCR结果表明,miR-200b在成年雌性小鼠各组织中均有表达,在肌肉、肾脏和子宫中表达量高,在心脏、脾脏和肺脏中表达量偏低。根据表达谱和靶标验证结果推测,miR-200b通过与靶基因Fog2的互作参与小鼠胚胎发育过程。     

水稻单C_2H_2型锌指基因ZOS2-01的表达与功能分析

拟南芥超雄基因（SUPERMAN,SUP）是一个单C2H2锌指基因。该基因突变后会造成雌蕊同源转化为雄蕊,正常的心皮发育受阻,因此SUP在控制花第3/4轮边界的建立和胚珠的发育中起重要作用。为了探知水稻中的SUP同源基因是否也存在类似的功能,我们根据拟南芥SUP的功能结构域,从水稻中克隆了一个与SUP类似基因,命名为ZOS2-01,并对其表达和功能进行了分析。结果表明,ZOS2-01与拟南芥的SUP和矮牵牛的PhSUP1在系统进化树上处于同一分支且与SUP的功能结构域完全相同。定量PCR和GUS表达分析表明,除胚乳外,ZOS2-01几乎在所有组织和器官中表达,但在幼穗中的表达量最高,暗示它可能参与了水稻的营养生长和花器官发育的调节。然而,采用RNA干扰和过量表达的方法减少和增加ZOS2-01的表达并没有明显影响水稻的生长发育,转基因水稻的营养生长正常,花器官发育也没有明显异常且结实正常。这些结果表明,尽管水稻ZOS2-01与拟南芥SUP具有相同的功能结构域,但它们的表达和功能可能已出现了分化,或者水稻中存在多个功能冗余的SUP类似基因。     

番茄花发育分子生物学研究进展

番茄(Solanum lycopersicum L.)是重要的经济作物,同时也是用于研究多年生合轴植物花发育过程的重要模式植物。植物花发育的过程大致分为4个阶段:开花过渡、分生组织特征决定、花器官发生和花器官形态建成。近年来有关番茄花发育过程的研究已取得了长足进展,但很少有针对此过程的综合描述。本研究通过对近年来国内外关于番茄花发育相关研究针对花发育过程中形态学特征及基因调控进行综述,主要论述了参与番茄开花诱导及分生组织特征决定这两个过程的基因以及基因间相互关系,为对这两个过程进行更深入的研究提供理论依据。     

水稻秃穗突变体nsp1的遗传分析和精细定位

开展穗相关突变基因的定位与克隆有利于解析穗发育的分子调控机理,对水稻超高产分子设计育种具有重要理论价值。为探究水稻穗发育分子机理,在甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的水稻突变体库中鉴定到了一个能稳定遗传的秃穗突变体nsp1。遗传分析表明,该突变性状是由一对单隐性核基因控制。通过SSR和STS分子标记对F2分离群体进行遗传定位,最终将NSP1精细定位在4号染色体分子标记zd38和zd30之间约41.6 Kb的区间内,发现该区间共有7个预测基因,其中LOC_Os04g56780为一个与分生组织发育相关的WUSCHEL的同源基因,可能为NSP1的候选基因。本研究结果为进一步克隆该基因和功能分析奠定了基础。     

贵州地方稻种来拢小圆粒半矮秆突变体srd-1筛选及鉴定

以贵州地方稻种来拢突变体库中能稳定遗传的小圆粒半矮秆突变体srd-1为材料,对其半矮化和小圆粒性状分子机制进行研究.暗形态建成表明srd-1突变体矮化性状与BR无关.srd-1突变体表现对GA敏感,外源GA3对突变体幼苗第2叶鞘有促进生长作用,能诱导α-淀粉酶活性,可以使倾斜方向排列的细胞微管骨架恢复至野生型横向排列方向,表明srd-1突变体矮化性状与GA信号传导途径无关.GA合成途径中关键酶基因OsKS1和OsGA2ox1表达相对于野生型差异不显著,OsCPS、OsKO2、OsKAO、OsGA20ox2和Os GA3 ox2基因表达下调,初步说明srd-1突变体的矮化性状可能是由活性GA生物合成降低所致.此外,小圆粒调控基因SRS1、SRS3和SRS5表达下调,表明srd-1突变体突变基因同时参与了籽粒大小和株高的调控,突变基因影响了活性GA的生物合成和小圆粒调控关键酶基因的表达,进而导致了矮化和小圆粒表型的产生.该研究为突变体突变基因的定位及利用研究提供了参考.     

籼稻93-11类病斑突变体的特征研究

水稻类病斑突变体是研究系统性抗病机理的理想材料。通过对籼稻93-11干种子进行辐射诱变,筛选获得了156株稳定遗传的水稻类病斑突变体,根据病斑表现型将其分为9类。突变体的病变组织大部分从播种后4~5周开始出现。通过体外接种试验,发现与野生型93-11相比,spl078和spl104对白叶枯病和稻瘟病的抗性增强。用荧光定量PCR技术对spl073,spl078和spl104中抗病相关基因PBZ1,POC1,PR1,PAL3和POX22.3的表达情况进行研究,结果表明,spl078和spl104中这些基因的表达水平高于野生型和其它突变体。进一步研究类病斑的产生与抗病通路标记基因之间的关系显示,这些标记基因在病斑形成过程中表达明显变化;而病斑形成后,表达相对稳定。本研究结果为进一步研究水稻广谱抗病机制和抗病育种提供了良好的实验材料。     

玉米NAC转录因子基因ZmNAM的克隆及表达分析

为探究候选基因ZmNAM的功能,本研究从甜玉米自交系1132及其变异系704中克隆得到该基因。生物信息学分析表明,ZmNAM的c DNA长度为1 548 bp,开放阅读框(ORF)为1 302 bp,编码一个由433个氨基酸残基组成的蛋白,蛋白具有亲水性,N-末端具有保守的NAC结构域,定位于细胞核中,具有9个糖基化位点和35个磷酸化位点;与自交系1132相比,变异系在非编码区与编码区中的C-末端转录激活功能域对应核苷酸序列中存在差异,可导致多个氨基酸发生变异。系统进化分析结果表明,玉米ZmNAM蛋白属于NAC转录因子家族中的VND亚族,与拟南芥中的At VND3亲缘关系最近;时空特异性表达分析表明,不同发育时期内ZmNAM在根中的表达量明显高于其他器官,说明ZmNAM基因可能在调控玉米根部的生长发育过程中发挥着重要作用。变异系704中ZmNAM在各个发育时期和发育器官中表达水平基本都明显高于自交系1132,其中在根中的表达水平差异最明显。本研究结果为深入研究ZmNAM基因在玉米生长发育过程中的作用提供了理论支持。     

植物LFY基因的研究进展

LFY基因在植物花分生组织形成中处于关键位置，维持花分生组织的正常功能、花启动，防止花分生组织的逆转。LFY基因需要其他成花基因相互作用，构成一个基因调控网络，其中任一基因的失活，其功能都会被其他基因部分补偿。LFY基因的表达除受碳源、植物激素等因子影响外，还受其他诸多因素的影响。文章就国内外对LFY基因及其同源基因的一些研究进展进行了综述，重点介绍了该基因在植物花发育中的功能、表达及其影响因子，同时展望其应用前景。