种子特异性启动子研究进展

启动子是基因表达的重要顺式作用元件,该文主要围绕植物启动子的研究方法、种子特异性启动子的类型及顺式作用元件的特点进行综述,并对该领域的发展趋势进行展望。     

高等植物特异启动子研究现状

特异性启动子不仅能使目的基因的表达产物在一定器官或组织积累,避免植物营养的不必要浪费,同时可避免外源基因在食用部位表达,消除人们对食品安全的顾虑,减少对植物生理和环境潜在的、不可预知的影响。综述了高等植物特异性启动子植物基因工程中的最新研究进展,以期为人们更加深入地了解高等植物基因表达调控机制,为植物基因工程中生物反应器的研究提供有应用价值的启动子元件。     

应用PCR技术研究中国特有小麦种子贮藏蛋白基因的遗传变异

利用Glu A1x、Glu B1x、Glu A3、Glu B3和Glu 1Dx5的特异性PCR引物 ,和位于 1BS染色体上的γ -醇溶蛋白和低分子谷蛋白 2对SSR标记 ,通过PCR的方法研究了 8份四川白麦子、1 4份云南铁壳麦、9份西藏半野生小麦和 9份新疆稻麦贮藏蛋白基因的遗传多样性。结果表明 ,γ -醇溶蛋白和低分子谷蛋白 2个SSR位点的遗传多样性较高 ,其次为Glu A3和Glu B3 ,而Glu Ax和Glu Bx的遗传多样性最低。在所有 4 0份供试材料均未扩增出Glu 1Dx5基因的特异DNA片段 ,说明这些小麦地方品种不含优质亚基 5的编码基因     

陆地棉Ghuhrf1基因及其启动子的克隆与功能分析

在分子育种过程中,优良基因和组织特异表达启动子的缺乏是制约棉花纤维品质改良的重要因素之一。分析转录组数据库中差异基因表达谱发现,Ghuhrf1为开花当天胚珠优势表达基因,推测该基因可能参与或调控棉纤维的合成。根据其EST序列设计引物,通过RACE技术获得Ghuhrf1基因的全长cDNA序列。荧光定量PCR分析表明,Ghuhrf1在开花当天的胚珠中显著表达。通过同源序列分析获得Ghuhrf1的上游启动子Ghuhrf1 Pro。Ghuhrf1 Pro全长为1 417 bp,含有GC box、CAAT box、CAT box、CCGTCC box和ACGT motif等顺式作用元件和组织特异性调控元件。根据组织特异性调控元件的分布位置构建了4个不同程度的缺失体转化烟草和拟南芥进行分析。GUS组织化学染色结果表明,全长启动子Pro和缺失体Pro1（-1 180～+226 bp）、Pro2(-867～+226 bp)、Pro3(-726～+226 bp)都能特异地驱动Gus基因在转基因拟南芥的叶片边缘尖部和莲座叶基部等分化生长旺盛部位表达,说明与分生组织表达相关的CAT box元件和CCGTCC box元件在启动子种子特异表达中起到重要的作用。同时,通过启动子缺失分析也表明,Ghuhrf1基因可能不是直接参与棉纤维的合成,而是间接的参与棉纤维原始细胞分化起始的调控。该结果为棉花纤维品质基因Ghuhrf1的功能研究提供了参考,并为棉花分子育种工程提供了新的调控元件。     

水稻中2个小分子热激蛋白基因启动子的序列分析及功能鉴定

小分子热激蛋白(small heat shock proteins, sHSP),作为一种分子伴侣,在植物逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。本研究克隆了水稻中2个编码小分子热激蛋白的基因 Os16.9A和 Os16.9B, Os16.9A和 Os16.9B编码的150个氨基酸,相似性高达99%。 Os16.9A和 Os16.9B的转录方向相反,2个基因的起始密码之间的距离为2.6 kb,它们的启动子均含有CAAT-box、TATA-box、GATA-box以及与热激等胁迫应答有关的顺式作用元件HSE和ACGT aterd1; Os16.9A的启动子还包含响应冷、干旱应答的顺式作用元件LTRE,这些顺式作用元件呈不对称分布,推测这2个基因间的序列具有双向启动子的功能,且这2个基因可能受胁迫诱导表达。该研究将为进一步研究水稻 Os16.9A和 Os16.9B基因的表达调控及其功能提供参考。     

高等植物ACC氧化酶基因启动子研究进展

启动子是控制植物基因表达的重要DNA序列结构,本文从高等植物ACO基因启动子克隆、顺式作用元件分析及GUS基因表达等方面着眼,综述该领域的研究进展。     

木薯MeSSSIV基因启动子克隆及序列分析

木薯是热带典型的高淀粉、抗逆、抗旱作物.可溶性淀粉合成酶(SSS)是植物淀粉合成过程中的关键酶之一.根据已发表的拟南芥SSSⅣ基因序列,通过同源比对从木薯AM560、KU50基因组中获得木薯MeSSSⅣ基因的cDNA序列以及该基因部分启动子序列,设计特异引物,从木薯栽培种KU50基因组DNA中克隆了MeSSSⅣ基因系列1068 bp(该序列包含978 bp的启动子调控序列及90 bp的基因编码序列).序列分析表明,启动子调控序中除含有典型的真核生物核心启动子区域外,还含有多个TATA-box、CAAT-box等启动子元件以及多种与脱水、激素和光响应相关的顺式作用元件,特别是发现CGACGOSAMY3、DOFCOREZM、SREATMSD、SURE等与糖信号相关的重要顺式元件,这些元件预示MeSSSⅣ基因的表达可能与糖信号相关.以上结果说明,MeSSSⅣ可能参与木薯多种代谢过程,其表达可能受多种调控因子的调节.     

木薯MeSSSⅣ基因启动子克隆及序列分析

木薯是热带典型的高淀粉、抗逆、抗旱作物。可溶性淀粉合成酶（SSS）是植物淀粉合成过程中的关键酶之一。根据已发表的拟南芥SSS郁基因序列,通过同源比对从木薯AM560、KU50基因组中获得木薯MeSSS郁基因的cDNA序列以及该基因部分启动子序列,设计特异引物,从木薯栽培种KU50基因组DNA中克隆了MeSSS郁基因系列1068bp（该序列包含978 bp的启动子调控序列及90bp的基因编码序列）。序列分析表明,启动子调控序中除含有典型的真核生物核心启动子区域外,还含有多个TATA-box、CAAT-box等启动子元件以及多种与脱水、激素和光响应相关的顺式作用元件,特别是发现CGACGOSAMY3、DOFCOREZM尧SREATMSD、SURE等与糖信号相关的重要顺式元件,这些元件预示MeSSS郁基因的表达可能与糖信号相关遥以上结果说明,MeSSS可能参与木薯多种代谢过程,其表达可能受多种调控因子的调节。     

水稻OsRZFP34基因逆境表达特征及其启动子的克隆与分析

采用qRT–PCR技术分析水稻OsRZFP34在高温(42 ℃)、低温(4 ℃)、10%聚乙二醇(PEG)6000模拟干旱、高盐(100 mmol/L NaCl)和脱落酸(ABA)处理(100 μmol/L)下的表达模式;克隆OsRZFP34基因启动子,并利用在线软件New PLACE和PlantCARE对其序列进行顺式作用元件分析;构建OsRZFP34pro::GUS表达载体并转化水稻;通过组织化学染色和GUS酶活性检测,分析在不同胁迫处理条件下OsRZFP34启动子驱动GUS基因表达的活性。qRT–PCR分析结果表明,上述5种处理均能不同程度地诱导OsRZFP34的表达,其中高温胁迫对其表达的诱导程度最强,而ABA对其表达只有微弱的诱导。顺式作用元件分析结果表明,该启动子上包含有多个与逆境响应、激素响应以及Ca2+信号转导相关元件。GUS组织化学染色和荧光分析结果显示,OsRZFP34基因启动子的活性受到高温、低温、PEG、盐和ABA的调控,表明该启动子是受多种逆境诱导的诱导型启动子。     

转TrxS基因大麦矮化突变株系种子贮藏蛋白的变化

以大麦2个稳定矮化突变株系HS-1和HS-2为材料,对其株高性状、种子贮藏蛋白含量及醇溶蛋白带型等进行了研究。结果表明,矮化株系HS-1和HS-2的平均株高分别为81.30 cm和81.92 cm,显著低于非转基因对照和正常转基因株系(P<0.05);胚乳内清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、麦谷蛋白、可溶性总蛋白的含量均低于非转基因对照,其中醇溶蛋白、麦谷蛋白和可溶性总蛋白含量与非转基因对照及个别正常转基因株系间差异达显著水平(P<0.05)。SDS-PAGE结果显示,矮化株系醇溶蛋白在35.0~45.0 kD区段与非转基因对照存在明显差异,并表现为高分子量聚集体数量减少,低分子量聚集体增加。     

种子贮藏蛋白质丰度研究进展

种子贮藏蛋白质丰度研究是种子蛋白质组学研究的重要领域,对于明确蛋白质丰度与种子进化、结构和萌发的分子机制等具有重要意义,同时可应用于种质的分子改良,并能将种子作为转基因产物生产的优良平台。对不同类型种子发育和萌发过程中的贮藏蛋白质丰度研究进展进行了概述,同时介绍了蛋白质丰度研究中贮藏蛋白质的样品制备方法。     

种子贮藏的研究进展

介绍了种子贮藏技术,综述了影响贮藏期的因素,重点阐述了超干贮藏、超低温贮藏和人工种子等新技术在生产中的应用及其前景,提出了今后种子贮藏的研究方向。     

4种柱花草种子萌发过程中贮藏蛋白质的研究

[目的]研究4种柱花草种子在萌发过程中4种贮藏蛋白质含量的变化.[方法]用Bradford蛋白质定量检测试剂盒对提取的蛋白进行测定.[结果]4种柱花草胚中贮藏蛋白质含量的大小顺序为球蛋白＞白蛋白＞谷蛋白＞醇溶蛋白.球蛋白在胚生长时期大量降解,含量总体下降了43％;白蛋白在种子开始萌发时下降很快,下降幅度为39％;萌发后期种子胚芽长到4.3 cm时白蛋白含量降低了58％;在整个萌发过程中醇溶蛋白含量的变化与谷蛋白含量的变化相似,都呈波浪状变化,醇溶蛋白降解幅度最小.而总蛋白质含量在整个萌发阶段是随着萌发的进行而逐渐减少,其中有钩柱花草总蛋白含量的降解幅度最大,为49％;其余差异不明显.[结论]4种柱花草的种子萌发早期蛋白质的降解幅度大于萌发后期蛋白质的降解幅度.在种子萌发初期,柱花草种子中的贮藏蛋白质有不同程度的降解,为胚的生长发育提供需要的营养物质.在种子萌发后期,胚突破种皮形成幼芽,种子由异养逐渐向自养过渡,降解幅度减小.     

包衣技术对谷种贮藏期水分和活力的影响

采用不同药种比例、晾晒和装袋方法, 研究了包衣技术对谷子种子贮藏期的水分和活力的影响。结果表明: (1) 种子包衣有利于保持种子发芽率和活力, 增强种子耐贮性。安全水分下, 药种比1∶70的种子可以安全贮藏到隔年播种, 1∶50~60的种子隔年播种时需适当加大播量。(2) 降低种子含水分量是保持包衣种子发芽率和活力的重要保证。低于安全水分1%以上的种子发芽率保持最好, 隔年可安全播种; 高于安全水分的种子当年播种以及接近安全水分的包衣种子隔年播种, 均需适当加大播量。(3) 适当的包衣药种比、晾晒时间、晾晒厚度是控制种子含水量进而影响贮藏期间种子活力变化的主要因素。不同药种比的种子, 薄层晾晒0 5~1h或厚层晾晒2h, 均可使种子含水量稳定在安全水分以下; 不晾晒的编织袋袋装种子, 只有在药种比1∶70、敞口1~4h时, 含水量才可稳定到安全水分以内。(4) 随贮藏时间的延长, 种子发芽率在降低过程中有回升现象, 回升时间与播种季节相吻合。     

农作物抗虫蛋白质工程及其应用

综述了杀虫晶体蛋白、蛋白酶抑制剂和植物凝集素在农作物抗虫上的研究与应用进展。     

两种水稻OsRhoGDIs基因启动子的克隆及分析

【目的】OsRacD属于水稻小GTP结合蛋白Rho家族,是与光敏核不育水稻光周期育性转换相关的关键基因,功能之一是通过控制花粉管的延伸生长影响水稻的育性。在采用酵母双杂交技术,筛选到与OsRacD相互作用的两种鸟苷酸解离抑制因子的编码基因OsRhoGDI1和OsRhoGDI2的基础上,为深入分析OsRhoGDIs的调控机制以及与OsRacD的关系,对其上游调控序列进行克隆和分析。【方法】采用PCR方法克隆了OsRhoGDI1和OsRhoGDI2的上游调控序列,并利用网络工具对启动子顺式作用元件进行预测。【结果】两种OsRhoGDIs基因具有与激素应答、光调控及胁迫诱导应答相关元件,且一些元件相同或相似;OsRhoGDIs与OsRacD启动子元件的比较显示,都具有与花粉管萌发相关的多个元件。【结论】OsRhoGDIs的表达调控方式复杂,可能受多条信号通路的共同调控;同时也提示OsRhoGDIs与OsRacD基因可能通过协同表达控制光敏核不育水稻的育性。     

影响石刁柏种子活力的因素分析

研究种子大小、贮藏期和预处理对石刁柏种子活力的效应,结果表明：大粒石刁柏种子活力明显高于中、小粒种子。石刁柏种子在室内自然贮藏条件下,1 a后种子活力逐渐降低,种子的使用年限仅为1-2 a。吸湿-回干处理石刁柏种子12 h及用40-100 mg/L GA3和0.2%-0.8%H2O2分别浸种处理石刁柏种子,都能提高种子活力,促进种子萌发。     

抗冻蛋白应用前景及基因工程表达研究进展

抗冻蛋白(antifreeze protein,AFP)又称为热滞蛋白,是一类抑制冰晶生长的蛋白,它具有三个基本特征:热滞效应(thermal hysteresis activity,THA)、冰晶形态效应和重结晶抑制效应(frecrystallization inhibition,RI),抗冻蛋白是一类广泛存在于鱼类、植物、真菌、昆虫中的蛋白,不同生物的AFPs的化学结构、理化性质、空间构型各不相同,并且同类生物之间的AFPs同源性也不高,不存在相似性序列或结构模式,说明它们可能是在不同的有机体中独立进化而来,没有共同的演化规律.随着研究的深入,抗冻蛋白可广泛应用于医学农学食品工业等领域,起到冷冻保护剂,食品添加剂的作用,前人已经对抗冻蛋白的结构、生化性质和抗冻机制进行了阐述,研究主要对抗冻蛋白应用方面及基因工程的表达作了系统综述,为抗冻蛋白的深入研究奠定基础.     

植物基因工程在应用中存在的问题及对策

 利用植物基因工程技术改良作物品种已获得巨大的经济效益和环境效益,但同时也存在着转基因植物环境释放的安全性及外源基因在转基因植物中失活、丢失等问题。本文讨论了引起这些问题的原由,并提出了解决问题的相应对策。