植物开花光周期反应的分子调控机制

植物开花时间受到日照长短季节性变化的调节,拟南芥和水稻中与光周期反应相关基因的分离,使人们得以认识植物开花光周期反应的分子调控机制。植物感知日照长短的变化主要由CONSTANS(CO)基因的表达所控制。CO能够将光信号与生物钟信号整合,调节开花基因FLOWERING LOCUS T(FT)的表达,并最终控制植物的开花时间。本文对这一研究的最新进展进行了综述。     

AT-hook基因及其在植物开花调控中的研究进展

AT-hook基因是能够编码与双链DNA小沟中富含AT碱基的序列特异性结合的一类基因,其所编码的蛋白含有以甘氨酸-精氨酸-脯氨酸(GRP)三个氨基酸残基为中心的DNA结合蛋白基序。笔者通过对AT-hook基因的特点和功能及其在拟南芥及水稻等高等植物开花中的调控作用综述。AT-hook基因不仅参与植物的生长发育及逆境胁迫与激素信号应答,同时在花器官的形成以及植物开花中也起着重要的调控作用。该基因在花器官组织中的表达量最高,影响成花素基因的表达,且其编码蛋白能够通过改变染色质状态或招募蛋白复合体在表观水平上调控植物开花相关基因的转录,从而影响植物开花。该基因可能为植物开花的表观遗传调控提供了新的途径。     

转录因子BcWRKY22在低温促进菜心抽薹开花中的功能分析

WRKY类转录因子参与植物生长发育调控及低温逆境应答。然而低温条件下WRKY参与菜心提前抽薹开花的分子机制尚不明确。本研究采用15℃低温处理菜心幼苗24 h、48 h,结果表明低温能使菜心叶片和茎尖中BcSOC1基因的表达量升高,菜心提前抽薹开花。低温处理对菜心茎尖和叶片中13个WRKY转录因子基因表达都有不同程度的影响,菜心BcWRKY22基因受低温上调表达。在拟南芥中异源表达菜心BcWRKY22基因可以使拟南芥提前抽薹开花,转基因植株叶片中AtSOC1的表达量显著高于野生型。酵母单杂交实验表明BcWRKY22转录因子可以结合BcSOC1基因的启动子。本试验说明BcWRKY22转录因子响应低温胁迫,可能通过对开花相关基因BcSOC1的启动子直接结合作用来调控菜心提前开花。     

GmNMH7基因在大豆成花诱导、花发育和开花逆转过程中的表达

大豆[Glycine max(L．) Merrill]是典型的短日照植物，光周期反应敏感品种在一定的短日一长日条件下可发生开花逆转。本实验室以大豆品种自贡冬豆为材料，将SD(短日)、LD(长日)和SDl3d-LD相结合，建立了大豆光周期反应机制研究的新的实验系统。本研究通过筛选自贡冬豆成熟花的cDNA文库得到MADS-box基因家族的一个成员GmNMH7，采用RNA原位杂交技术分析了不同光周期条件下GmNMH7基因在大豆顶端分生组织分化过程中的表达，并观察了GmNMH7基因在幼叶、幼茎、根瘤等器官中的表达情况。主要结果总结如下：在短日照(SD)条件下，自贡冬豆植株可在较短时间内完成开花诱导、正常开花和结实。GmNMH7基因在可观察到的花芽分化出现之前即开始在大豆顶端分生组织中表达，其表达时间贯穿成花诱导、花芽分化、花器官发育及种子形成的全过程。在长日照(LD)条件下，植株持续进行营养生长，没有任何形式的花器官出现，GmNMH7基因在顶端分生组织中一直不表达。在短日照13天一长日照(SDl3d-LD)条件下，60％以上的植株出现花序逆转和花逆转，另一部分植株顶端出现短花序，开花期比持续短日处理的植株晚。在出现开花逆转的植株中，GmNMH7基因的表达可随长日处理日数的增加和营养器官的出现而减弱。当顶端分生组织完全恢复叶片分化时，GmNMH7基因的表达停止。在出现短花序的植株中，GmNMH7基因一直表达，但表达量低于持续短日处理。对部分时期GmNMH7基因在幼叶、幼茎和根瘤中表达情况的研究未发现明显的规律性。GmNMH7基因在大豆花芽分化启动之前就开始表达的现象为大豆开花诱导提供了早期证据，该基因在顶端分生组织中的表达受光周期调控的事实说明，GmNMH7与大豆光周期反应、成花诱导及花器官发育有密切关系。我们推测，GmNMH7基因在上述过程中可能发挥着类似于分生组织特征基因的作用。实验结果进一步证明，本实验室利用开花(短日处理)、持续营养生长(长日处理)、开花逆转(短日-长日处理)三种发育状态(光照处理)建立的实验系统在大豆(短日植物)光周期反应和个体发育研究中有重要的利用价值。     

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。     

MADS转录因子对植物发育的重要作用

<正>转录因子通过与相关蛋白互作在转录水平上调控下游基因的表达,实现对植物生长期生理生化过程的调节。大量实验证实,MADS转录因子对与籽粒相关基因有调控作用。1990年,科学家在金鱼草植物中首先发现MADS-box转录因子,其后MADS转录因子得到了广泛研究。植物的MADS转录因子族基因有2个保守结构域,MADS-box和K-box,被分为3个亚家族,基因广泛存在于植物器官中,尤其在花期的花器官中有大量的表达。大量研究表明,MADS基因与植物开花时间、花期、花序结构、植株结构、籽粒大小、雄性不育等生长发育过程都有关,其中玉米的ZMM19基因与大颖片包裹玉米的     

大豆GmGBP1在GA调控开花过程中的功能分析

从大豆中克隆得到一个编码SKIP蛋白的基因,命名为GmGBP1。通过研究外施赤霉素对GmGBP1过表达拟南芥植株表型及相关基因表达量的影响,探讨了该基因在GA3调控开花过程中的功能。结果表明,过表达GmGBP1植株对赤霉素的敏感性加强,植株开花时间显著提早,开花相关基因的相对表达量明显提高,而与野生型相比,GA3生物合成途径关键酶基因GA3ox和GA20ox的相对表达量下降明显。初步证实GmGBP1为GA开花信号途径中的正向调控因子,负调节植物赤霉素的生物合成。     

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。     

大豆GmGBPl在GA调控开花过程中的功能分析

从大豆中克隆得到一个编码SKIP蛋白的基因,命名为GmGBPl。通过研究外施赤霉素对GmGBPl过表达拟南芥植株表型及相关基因表达量的影响,探讨了该基因在GA3调控开花过程中的功能。结果表明,过表达GmGBPl植株对赤霉素的敏感性加强,植株开花时间显著提早,开花相关基因的相对表达量明显提高,而与野生型相比,GA3生物合成途径关键酶基因GA3ox和GA20ox的相对表达量下降明显。初步证实GmGBPl为GA开花信号途径中的正向调控因子,负调节植物赤霉素的生物合成。     

西伯利亚杏开花相关基因的转录组测序分析

为探明调控西伯利亚杏(Prunus sibirica)成花的分子机制,筛选参与调控开花的相关候选基因,本研究以两个不同时期的西伯利亚杏花芽为样本进行转录组测序,共获得42.04 Gb高质量数据,平均95.6％的数据均可以比对上参考基因组.共筛选出6850个显著差异表达基因,其中在花芽萌动期上调表达基因有2784个,下调表达基因4066个,花芽萌动期特异表达基因392个,盛花期特异表达基因346个.KEGG富集结果表明差异表达基因在植物激素信号转导、苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢等代谢通路被富集最多.另外,本研究共发现39个显著差异表达基因涉及植物开花调控的相关途径,主要包括:春花途径相关基因中10个、光周期途径相关基因17个、自主途径相关基因5个、霉素途径相关基因1个、温度途径相关基因2个,整合因子(SOC1,FT,LFY)共4个.研究结果可为西伯利亚杏开花调控提供了重要的候选基因,对西伯利亚杏育种具有一定的参考价值.     

Introduction of the PPF1 gene into rice (Oryza sativa L.) results in delayed leaf senescence

PPF1, a post-floral-specific gene expressed in short-day-grown G ₂ pea, has been introduced into japonica rice variety Zhonghua 9 by use of Agrobacterium-mediated transformation. A delayed leaf senescence line, designated line 269, was generated from T₂ generation plants. PCR and Southern blot analysis indicated that the foreign DNA fragment was successfully integrated into the rice genome. By classic genetic linkage analysis, the introduced PPF1 gene was also proved to be inherited as a single Mendelian factor and to be the cause of the delayed leaf senescence-delaying phenotype. RT-PCR results also suggested that PPF1 expressed stably in this transgenic line. As a result, apparent inhibition of the process of leaf senescence was observed. Chlorophyll content, net photosynthetic rate, and stoma conductance were also significantly or very significant improved in line 269. Significantly improvements in panicle weight, and 1,000-grain weight, yield per plant, and seed-setting rate were also observed for this transgenic line. We thus believe that expression of PPF1 gene in rice suppressed leaf senescence and hence increased productivity, possibly by controlling chloroplast development.     

延缓衰老基因PPF1转化水稻的初步研究

利用农杆菌介导法,把短日豌豆花后特异表达、具有延缓衰老作用的基因PPF1（post-floral-specific gene expressed in short-day-grown G2 pea）转入水稻,以期获得延缓衰老的转基因植株。约970块未成熟胚性愈伤组织与农杆菌共培养后,得到了约280块抗性愈伤组织,从中分化出抗性绿苗54株。PCR和Southern blotting检测结果表     

Plant genetic adaptedness to climatic and edaphic environment

Summary Genetic adaptation implies the shaping of population and species gene pools in response to environmental challenges. The two components of the abiotic land environment are climate and soil, both of which determine much of the evolutionary adaptedness of plants as, besides representing a set of surrounding physical, chemical and sometimes limiting traits, they determine the availability of nutrients and energy, of which they are the immediate source. Ecogeographical distribution of species and ecotypes and different physiological mechanisms and developmental patterns are good evidence of plant adaptedness to soil and climate. However, it is not always easy to determine the underlying genetics of adaptive processes, because 1) environmental factors to which the plants are responding are not always evident and are sometimes too complex, 2) several genes may be involved in the response to a given environmental factor, and 3) the same gene/s may be involved in different adaptive responses. In particular, data on Avena species and temperature as a key environmental factor will be used to illustrate some examples of climatic and edaphic adaptedness. Temperature affects the genetic evolution and geographical distribution of all organisms, and a great deal of evidence indicates that species and populations are genetically adapted to different temperature regimes. Isozymes and other molecular markers have helped in the understanding of the genetic basis of adaptedness. There are many examples of correlation between isozyme and DNA-marker variation and environmental differences. For many population geneticists, isozyme markers are just genetic markers with little or no direct involvement in adaptation. However, metabolic processes are controlled by enzymes, influenced by the environment and used to react in response to it. Evidence that isozymes, and perhaps other molecular polymorphisms, are directly involved in adaptedness will be also presented. Molecular genetic analyses at gene and population levels are opening the ways to a better understanding of plant genetic adaptation.     

植物叶片衰老研究进展

叶片衰老是植物叶片生长发育过程中衰变的重要信号，在此综述了植物叶片衰老的特性、机理、与叶片衰老相关的基因、影响叶片衰老的因子（即器官、植物激素、氧化胁迫等），同时又介绍了叶片衰老相关基因表达的调控，并对开展植物叶片衰老研究的综合发展趋势作了分析。     

水稻早衰突变体psls1的基因定位及克隆

水稻叶片早衰直接影响作物的光合效率,减少产量,降低品质。深入研究早衰的分子机制对控制和延缓衰老具有重要意义。本文报道了一个早衰突变体psls1(premature senescence leaf with spots)的基因定位及克隆结果。突变体在发育到七叶期以后,叶片自下而上叶绿素含量下降,过氧化氢过量积累,突变体叶片逐渐黄化至枯萎;其他农艺性状如株高、分蘖数、主穗长、结实率和穗粒数也相应变差。电镜观察进一步发现,psls1衰老叶片中叶绿体降解、类囊体基粒片层模糊,嗜锇颗粒明显增多。遗传分析表明,psls1受1对隐性基因控制,利用psls1×IRAT129杂交组合F2分离群体中的1690个早衰个体,将基因PSLS1定位在第7染色体分子标记ZS-3和ZS-8之间89 kb的范围内。测序研究发现,区间内一个编码铁氧还依赖的谷氨酸合酶基因LOC_Os07g46460的第2外显子末位的G被替换为A,导致转录本的错误剪切,突变体的c DNA缺失了57 bp碱基片段。在突变体中该基因表达量下降,谷氨酸合酶活性降低,其产物谷氨酸含量显著下降、其他氨基酸代谢紊乱。水培低氮处理下可诱发突变体psls1早衰。研究结果表明,由于PSLS1突变使得谷氨酸合酶失活,氮代谢异常而导致突变体psls1早衰。     

陆地棉高秆突变体的激素变化与Tp基因的染色体定位

以高秆突变体高秆1号为试验材料,常规品种N099为对照,利用酶联免疫法测定突变体种子浸泡24 h后种胚中激素含量。结果表明,高秆1号的3种激素GA3、ZR、IAA的含量均高于对照,其中GA3的含量显著高于对照。杂交F1表现为:GA3含量显著高于两亲本,但ZR、IAA含量比正常株高亲本还要低。这暗示高秆1号是一种GA3富集型突变体;而与ZR、IAA关联不大。采用陆陆杂交群体对高秆基因进行染色体定位,有4个SSR分子标记与Tp基因连锁,分别是NAU2083、NAU4045、NAU2419和NAU4044,位于Tp基因两侧的分子标记为NAU4045和NAU2419,其遗传距离分别为7.4 c M和41.2 c M。由此,将陆地棉的一个高秆突变体基因Tp定位在棉花Chr.1上。     

热激转录因子在植物胁迫应答和生长发育中的作用

由于其固有的生长方式,植物常常会面临诸如干旱、盐碱、极端温度和病虫害等不利因素的影响,因此,植物在漫长的进化过程中发展出一套精巧的调控机制来应对自然界中的各种环境和生物胁迫,并维持其正常的生长发育。植物基因表达的分子调控网络十分复杂,包括转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平等多个层次。转录因子介导的转录水平上的调控对于基因表达调控发挥着至关重要的作用,转录因子与靶基因启动子区的顺式元件相互作用来调控下游基因的表达。热激转录因子(heat shock factor,HSF)是真核生物中广泛存在的一类转录因子,通过识别热激元件(heat shock element,HSE)调控基因表达,从而参与植物的各种生命活动。植物HSF数量众多、功能多样、调控机制复杂精巧,不仅能够影响植物对高温、干旱、重金属等胁迫的抗性以及植物的抗病性,还参与了对植物配子形成和根发育等过程的调控。本综述归纳了植物中HSF的基本结构和分类、HSF受到的调控,重点介绍了HSF在应答各种胁迫条件和调控植物生长发育中的研究进展,并对植物HSF研究中有待进一步阐明的问题进行了探讨和展望,以期为植物的抗逆性改良和分子育种中潜在候选基因的选择提供参考依据。     

microRNA在植物生长发育中的研究进展

miRNAs (microRNAs)是生物体内一段由内源基因编码的长约21~25 nt的非编码、小分子RNAs,通常通过与下游靶mRNA结合,在转录后水平调控基因表达。在细胞核中,RNA聚合酶Ⅱ转录MicroRNA基因生成具有茎环结构的pri-miRNAs,随后在Dicer酶剪切作用下生成miRNA/miRNA~*双链,最终miRNA链在细胞质中与AGO等蛋白结合形成RNA诱导沉默复合体,进而调控靶基因。近年来,研究表明miRNA参与了植物生长发育的调控。本综述将从植物的根、叶、花和果实的生长发育过程对miRNA的功能进行总结,旨在为miRNA调控植物生长发育分子机理的深入研究以及利用基因工程等手段提高植物遗传特性提供参考。     

粳稻亚种内杂种劣势遗传特性分析及其相关基因的克隆

杂种劣势是存在于自然种群之间的一种合子后生殖障碍,水稻杂种劣势的研究有利于探讨种间、亚种间和亚种内杂交不亲和原因,对建立新的杂种优势利用模式具有重要的理论及实践意义。本研究旨在通过对三个韩国粳稻劣势亲本"Aranghyangchalbyeo"(CH7)、"Sanghaehyangheolua"(CH8)和"Shinseonchalbyeo"(CH9)及其杂交后代(F1, F2)的生物学特征、特性进行比较,解析水稻粳稻亚种内杂种劣势的遗传模式;同时利用单倍型分析和图位克隆比对,探明CH8和CH9两个劣势亲本中所携带的劣势相关基因序列差异。结果表明,携带劣势基因的亲本自身生长正常,但正反交后F1表现稳定且明显的杂种劣势,F2群体中劣势植株与正常植株呈现9:7的分离,推断该杂种劣势的表型由两个互补的显性基因控制;劣势亲本CH8第1号染色体携带了稀有的劣势基因Hwc1;劣势亲本CH9不携带Hwc1和Hwc2基因,可能携带了其他劣势基因。该结果为揭示杂种劣势的基因多样性及分子遗传机制提供了科学依据。     

植物PLETHORA转录因子的研究进展

转录因子作为生物体内发挥重要调节作用的蛋白质,在分子生物学各个领域被广泛研究。转录因子PLETHORA (PLT)属于ERF/AP2 (ETHYLENE RESPONSE FACTOR/APETALA 2)家族,在植物体胚胎发育、器官发育、分生组织的维持等方面发挥重要的作用。PLT基因在过表达时会诱导细胞获得多能性,使其在植物体中具有非常广泛的功能。在模式植物拟南芥中PLT转录因子的功能已经有了较充分的研究,而在其他物种的研究还不深入。本综述总结了近年来在PLT转录因子功能研究上取得的成果,以期为发掘该转录因子新功能提供帮助,为深入研究该转录因子在不同物种中的功能提供参考。