Identification of a gene responsible for the 60-day delay in flowering time of Arabidopsis

Identification of genes related to flowering-time in Arabidopsis is very important and meaningful contribution to the flowering process control. One late flowering mutant plant, which exhibits 60-day delay in flowering, was screened from Arabidopsis library of T-DNA insertion. Southern blotting was used to confirm the single copy of exogenetic T-DNA in the genome of the mutant. The flanking sequence of T-DNA insert was obtained by TAIL-PCR and then analyzed by BLAST to confirm that the insertion site locates at the sixth exon of AT2G19520.1 (FVE gene). FVE is considered as a classical flowering time gene in Arabidopsis. It is a component of the autonomous pathway that encodes AtMSI4, which is a putative retinoblastoma-associated protein. The late-flowering mutant is named as fve-4, which is similar to fve-3 of Columbia and allelic with fve-1 and fve-2 of Landsberg erecta. The fve-4 mutant’s delay of flowering was longer than that of fve-3 mutant, whose T-DNA insertion is located at the first exon of FVE gene, suggesting that the sixth exon of FVE gene may play a more important role in the control of floral transition.     

新疆野生樱桃李PsoRPM2与PsoLFY互作调控植株开花的分子机制

为明确新疆野生樱桃李PsoRPM2基因引起植株的早开花现象，本研究通过形态学、转基因以及酵母双杂等试验对PsoRPM2基因进行了分析。结果显示:新疆野生樱桃李极早花、早花、中花、晚花和极晚花的比率分别为11%、24%、44%、18%和3%。早花类型的花芽分化明显快于晚花类型，早花花芽中的PsoLFY和PsoFT基因表达高于晚花，而PsoFLC基因则在晚花中表达较高。转PsoRPM2基因烟草表现为早花，并且NtLFY基因表达明显升高。在新疆野生樱桃李早花花芽中，PsoRPM2基因表达高于晚花，同一时期的PsoLFY基因表达也较高。酵母双杂试验显示，PsoRPM2与PsoLFY可以互作。综上，新疆野生樱桃李之所以早花是通过PsoRPM2与PsoLFY互作，提高花芽中PsoLFY和PsoFT基因表达，从而加快花芽分化进程，导致植株提前开花。     

马铃薯StTrxF基因的克隆与功能分析

为探究马铃薯硫氧还蛋白基因(StTrxF)的耐盐生理机制,通过RT-PCR方法从马铃薯品种中薯5号中克隆得到全长549bp硫氧还蛋白基因(StTrxF)。该基因编码182个氨基酸,预测蛋白质分子量为44.17ku,理论等电点(pI)为5.23,具有典型的Thioredoxin结构域。由StTrxF基因推导的氨基酸序列与番茄、拟南芥、芝麻和赤霞珠等TrxF蛋白质氨基酸序列的同源性为96.02%～59.28%。构建植物过表达载体,导入拟南芥中,获得转基因拟南芥纯系植株。通过对转基因拟南芥植株的耐盐离体和盆栽鉴定,表明转基因植株的耐盐性显著提高。同时盐胁迫下,转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量显著提高,丙二醛(MDA)含量显著降低。结果表明,表达StTtxF基因通过增加转基因植株脯氨酸含量,提高SOD活性,降低MDA含量,以维持细胞渗透平衡并激活ROS清除系统,具有提高转基因拟南芥植株耐盐性的显著效果。     

过表达玉米ZmSC1基因增强转基因拟南芥的耐盐性

旨在从玉米中克隆耐盐相关基因ZmSC1,分析其分子特征并在拟南芥中研究其耐盐性的生物学功能。以玉米B73为试验材料,克隆ZmSC1全长序列,与其他物种进行同源性比对,解析其盐诱导表达模式和亚细胞定位情况,将ZmSC1转入到拟南芥突变体atsc和野生型中,观察在盐处理下种子萌发率和主根根长情况,利用荧光定量PCR分析相关逆境（140 mmol·L^-1胁迫）基因的表达量。结果表明,ZmSC1基因全长为423 bp,编码141个氨基酸,ZmSC1和小麦、拟南芥中已知的TaSC1、AtSC1具有较高保守性。烟草细胞瞬时表达、玉米原生质体亚细胞定位研究表明ZmSC1定位于细胞膜中。生物学功能研究发现在140 mmol·L^-1的NaCl的盐处理下,相比较于拟南芥突变体,回补植株拟南芥的种子萌发率和主根根长得到了明显改善,这说明ZmSC1基因可以回补拟南芥同源基因AtSC1突变体植株在盐胁迫下的表型。ZmSC1基因过表达拟南芥植株的种子萌发率和主根根长也显著高于野生型植株。荧光定量PCR结果显示相较于野生型,在过表达植株中AtRD29A、AtSOS2、AtSOS3、AtCDPK1等胁迫相关基因的表达量也明显增强。研究结果表明TaSC1、AtSC1的同源基因ZmSC1对提高拟南芥的耐盐性具有重要作用。     

CaMV35S启动子驱动的FT基因调控杨树早期开花的初步研究

为了研究CaMV35S启动子驱动的FT基因对转基因杨树Populus早期开花的影响,利用Gateway技术构建了35S::FT基因表达载体,并对杨树进行了遗传转化,从转基因杨树花的发育、花器官变异等方面初步探讨了35S::FT促进杨树早期开花性能。结果表明:35S::FT转基因杨树分生组织属性的改变及初始花结构的形成发生于试管培养阶段;花开始发育后如不及时把开花植株继代培养或转至土壤温室培养,初始花结构会凋谢枯萎,不能继续发育。转基因植株花器官的分化与发育发生于温室培养阶段的3~5周内,能够分化出典型的花器官,但发育不完全,具雌雄蕊、花盘结构,无成熟苞片结构,雄蕊不能成熟发育。35S::FT诱导的花均为单朵花,而非野生型的柔荑花序;多数花属于单性花,但转基因雄性无性系中会出现两性花。转基因植株的开花率随着试管苗继代次数的增加而急剧下降,但两性花比例会上升。     

二穗短柄草DREB1G基因表达模式分析和在拟南芥中的异源过量表达

CBF/DREB基因是一类植物特异性转录因子,通过调控下游抗逆相关基因的表达,在植物逆境胁迫应答过程中发挥重要作用。为了研究新型的禾本科模式植物二穗短柄草DREB基因的功能,克隆BdDREB1G的cDNA序列,分析该基因在各种非生物胁迫条件下的表达,构建过表达载体,获得转基因拟南芥。结果表明:高温、低温和水杨酸胁迫处理显著诱导BdDREB1G的表达,暗示该基因响应高温和低温胁迫。初步观察结果说明,该与野生型拟南芥相比,转基因植株生长发育迟缓。这些为研究该基因响应非生物胁迫的功能奠定基础。     

利用RNAi抑制B-hordein合成降低大麦籽粒蛋白质含量

【目的】通过RNAi策略抑制大麦籽粒B-hordein的表达,获得高氮肥水平下籽粒蛋白质含量降低的转基因大麦新种质,探索大麦品质改良新途径。【方法】采用同源PCR技术克隆大麦B-hordein核心保守序列,通过Gateway技术构建大麦B-hordein的RNAi植物表达载体pBract207-zz-gp4,利用农杆菌介导法转化大麦Golden Promise幼胚,获得转基因植株。通过PCR检测、Southern杂交验证RNAi构件在转基因大麦及其后代基因组的整合情况。采用半定量RT-PCR分析转基因大麦花后不同发育时期B-hordein转录表达情况。基于近红外谷物分析仪测定蛋白质含量,并进行醇溶蛋白SDS-PAGE检测,以筛选蛋白质含量降低的转基因大麦株系。开展氮肥运筹相关试验,检验RNAi效率及高氮肥水平下转基因大麦蛋白质含量变化情况。【结果】获得大麦B-hordein片段2条（Gp4和Gp5）,测序结果表明该片段大小为349 bp,聚类分析表明该序列跟已知大麦醇溶蛋白基因同源性最高达92%,与该基因已登录的mRNA序列同源性高于98%,确认所得片段为大麦B醇溶蛋白基因片段。利用Gateway技术将Gp4片段正反向插入载体pBract207,反向重复序列用i18 和 iv2 intron连接,构建了Ubi启动子驱动的大麦B-hordein RNAi植物表达载体 pBract207-zz-gp4。通过农杆菌介导转化大麦Golden Promise幼胚,结合目标基因及筛选标记基因的PCR验证,获得含有RNAi构件及筛选标记基因的转基因大麦株系11个。Southern杂交检测表明RNAi构件已经稳定整合到T₂/T₃转基因大麦基因组。随机选取6个T₃转基因大麦株系,半定量RT-PCR结果表明花后不同发育时期转基因大麦籽粒B-hordein表达水平明显低于非转基因对照,20 d时转基因株系表达量不仅相比同期对照降低28.19%-55.19%,而且在各时期中也最低。利用随机选取的T₁和T₃籽粒进行蛋白质含量测定表明,8个转基因大麦株系的蛋白质含量相比非转基因对照显著降低,SDS-PAGE电泳结果显示与非转基因相比,转基因各株系B-醇溶蛋白比率有不同程度降低,其中3个株系B-醇溶蛋白比率降低明显,平均减幅为49.42%。采用蛋白质含量降低的转基因大麦株系RNAi-20开展氮肥运筹试验,结果表明,高氮肥水平HN₂及HN₃处理,该株系蛋白质含量显著低于非转基因对照;施以等量高氮肥时,伴随氮肥后移（HN₂到HN₃）,该株系总蛋白含量相对非转基因对照逐渐降低。SDS-PAGE电泳结果显示B醇溶蛋白含量降低,电泳带型发生变化。【结论】RNAi技术能抑制籽粒B-hordein表达,降低B-醇溶蛋白含量,高氮肥水平下能显著降低大麦蛋白质含量。     

Nitric oxide represses the Arabidopsis floral transition

The correct timing of flowering is essential for plants to maximize reproductive success and is controlled by environmental and endogenous signals. We report that nitric oxide (NO) repressed the floral transition in Arabidopsis thaliana. Plants treated with NO, as well as a mutant overproducing NO (nox1), flowered late, whereas a mutant producing less NO (nos1) flowered early. NO suppressed CONSTANS and GIGANTEA gene expression and enhanced FLOWERING LOCUS C expression, which indicated that NO regulates the photoperiod and autonomous pathways. Because NO is induced by environmental stimuli and constitutively produced, it may integrate both external and internal cues into the floral decision.     

拟南芥CYCD3;1基因植物表达载体的构建 及在烟草中的遗传转化分析

为了分析植物D型细胞周期蛋白在细胞周期中的作用,采用PCR方法从拟南芥花序中克隆出At CYCD3;1基因的全长c DNA序列。该基因的开放读码框为1131 bp,预测编码376个氨基酸,蛋白质的分子量为42701.6 Da,蛋白质的等电点为4.89。构建植物表达载体p ROKII-At CYCD3;1,并利用农杆菌介导的叶盘法将外源基因导入野生型烟草中。通过PCR及q RT-PCR检测显示,At CYCD3;1成功插入烟草基因组并在转录水平表达。表型观察显示转基因株系与野生型株系相比主要表现为花冠宽度变大,花瓣和萼片长度变长,果实变大,茎干弯曲,叶片卷曲,根尖细胞变小。综上,拟南芥At CYCD3;1基因的过量表达影响了植物的生长发育。     

Co-silencing E1 and its homologs in an extremely late-maturing soybean cultivar confers super-early maturity and adaptation to high-latitude short-season regions

Soybean (Glycine max (L.) Merr.), a typical short-day plant, is sensitive to photoperiod, which limits the geographical range for its cultivation. In the flowering pathway regulated by photoperiod, E1, a flowering inhibitor in soybean, plays the dominant role in flowering time regulation. Two E1 homologs, E1-like-a (E1La) and E1-like-b (E1Lb), play overlapping or redundant roles in conjunction with E1. In the present study, E1 and E1La/b were simultaneously silenced via RNA interference (RNAi) in Zigongdongdou (ZGDD), an extremely late-flowering soybean landrace from southern China. As a result, RNAi lines showed a much earlier-flowering phenotype and obvious photoperiod insensitivity compared with wild-type (WT) plants. In RNAi transgenic plants, the expression levels of flowering inhibitor GmFT4 and flowering promoters GmFT2a/GmFT5a were significantly down- and up-regulated, respectively. Further, the maturity group (MG) of the RNAi lines was reduced from WT ZGDD's MG VIII (extremely late-maturity) to MG 000 (super-early maturity), which can even grow in the northernmost village of China located at a latitude of 53.5°N. Our study confirms that E1 and E1La/b can negatively regulate flowering time in soybean. The RNAi lines generated in this study, with early flowering and maturity traits, can serve as valuable materials and a technical foundation for breeding soybeans that are adapted to high-latitude short-season regions.     

植物SDC1/AGL20基因研究进展

SOC1（SUPPRESSOR OF 0VEREXPRESSION OF CO1）／AGL20（AGAMOUS—LIKE20）是MADS-box家族一员,在植物开花过程中起着重要的调控作用,它能够整合来自光周期途径、春化途径、自主开花途径和赤霉素途径中的信号,并与其他基因相互作用共同调节植物的开花时间以及花的类型和花分生组织。目前已经证明SOC1基因的过表达可以促进植物提前开花,而SOC1突变体则会表现出晚花的表型。相关研究也显示,SOC1在植物开花之外的其他生命活动中也起着重要作用。本研究主要对SOC1及其同源基因在植物开花和其他生理活动中的功能以及SOC1基因的表达调节等研究进展进行综述,通过对30种植物的SOC1同源基因序列进行聚类分析,发现SOC1基因的同源性基本反映了物种间的亲缘关系,最后对该基因的研究前景提出展望,为以后SOC1及其同源基因的相关研究提供一定的参考。     

中国水仙中NSVP2基因可促进烟草开花

SHORT VEGETATIVE PHASE(SVP)相关基因在很多植物中参与调控开花时间、花序形态建成。中国水仙中也存在SVP类似基因,它们在水仙开花中的调控功能还知之甚少。本研究通过烟草异源表达系统,对中国水仙中的一个SVP类似基因NSVP2的功能进行了分析,结果发现在烟草中过量表达NSVP2基因可促进开花提前,并增加了花序分枝,也导致异常花的出现和花的育性降低。这些结果说明NSVP2对生殖生长发育有多方面的调控作用。     

植物SOC1/AGL20基因研究进展

SOC1（SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1）/AGL20（AGAMOUS-LIKE 20）是MADS-box家族一员,在植物开花过程中起着重要的调控作用,它能够整合来自光周期途径、春化途径、自主开花途径和赤霉素途径中的信号,并与其他基因相互作用共同调节植物的开花时间以及花的类型和花分生组织。目前已经证明SOC1基因的过表达可以促进植物提前开花,而soc1突变体则会表现出晚花的表型。相关研究也显示,SOC1在植物开花之外的其他生命活动中也起着重要作用。本研究主要对SOC1及其同源基因在植物开花和其他生理活动中的功能以及SOC1基因的表达调节等研究进展进行综述,通过对30种植物的SOC1同源基因序列进行聚类分析,发现SOC1基因的同源性基本反映了物种间的亲缘关系,最后对该基因的研究前景提出展望,为以后SOC1及其同源基因的相关研究提供一定的参考。图3表1参42     

水稻穗发芽调控基因OsVP1的RNA干涉载体构建及遗传转化研究

【目的】穗发芽是种子在收获前遇到阴雨潮湿环境时,在田间母体植株上发芽的现象,是水稻生产中的一个重要限制因素。水稻穗发芽的表现性状和玉米种子特异的viviparous1(vp1)突变体表型非常相似。VP1是种子成熟和休眠所必须的脱落酸信号转导途径中的重要转录因子,因此利用转基因技术研究水稻同源基因OsVP1的生物学功能对有效控制杂交水稻穗发芽的发生和危害具有重要意义。【方法】将水稻OsVP1片段导入到植物表达载体pHB,构建OsVP1的RNA干涉植物表达载体pHB-OsVP1RNAi;通过根癌农杆菌介导转入水稻品种日本晴,并获得阳性植株。【结果】半定量RT-PCR分析显示,转基因植株胚中的OsVP1表达量明显低于野生型日本晴植株;萌发试验表明,转基因植株T1种子的萌发速率与野生型日本晴相比有明显的提高。并且在外加不同浓度的脱落酸(ABA)处理的溶液中,与野生型日本晴相比转基因种子萌发速率所受到的抑制较小;同时,在转基因植株T2新收获的稻穗的萌发试验表明,转基因的稻穗出现了明显的穗发芽现象。【结论】水稻OsVP1的RNA干涉能够提高种子的萌发速率以及诱发稻穗的穗发芽。     

拟南芥AtWRKY33基因启动子的克隆及表达分析

以野生型拟南芥为材料,采用PCR技术克隆得到了拟南芥AtWRKY33基因起始密码子ATG上游1 629 bp启动子序列,并利用该启动子驱动GUS基因在野生型拟南芥中表达,对获得的转基因拟南芥采用重金属Cd处理不同时间,进行GUS染色及定量分析。结果表明：AtWRKY33基因启动子与GUS融合表达载体成功构建并正常启动GUS基因表达;拟南芥植株中的AtWRKY33基因在根中大量表达;定性与定量实验均显示经重金属Cd处理后的拟南芥幼苗中AtWRKY33基因随着时间增加而被显著诱导表达。说明该基因响应重金属Cd胁迫。     

基于真空渗入法的转基因大白菜植株的获得

采用真空渗入法,将萝卜VPE1基因的干扰载体pRNAi-RsVPE1转入大白菜中,共收获2 414粒种子,在质量浓度为30mg/L的卡那霉素筛选下获得抗性株297株,其中9株经PCR检测呈阳性,转化率为0.37%。Real-time PCR检测结果表明,pRNAi-RsVPE1的转入导致转基因大白菜叶片中同源的BraVPE在RNA水平上的表达量下降,验证了转基因植株的可靠性,为进一步深入研究BraVPE基因功能奠定了基础。     

水稻蜡质合成相关基因 OsCER4 自身启动子驱动的反义RNA转化植株获得

水稻OsCER4基因编码脂肪醛脱羧酶,与拟南芥CER1基因高度同源,是否参与植物表面蜡质合成尚不清楚,为了探讨其功能,扩增了OsCER4基因起始密码子ATG上游约2 kb的序列作为该基因的启动子,以常规技术将启动子和OsCER4基因反义片段克隆到pCAMBIA双元载体1380中,采用农杆菌介导法转化粳稻品种中花11,并进行了转化苗OsCER4蛋白的表达量变化分析.结果表明,成功构建了由OsCER4自身启动子驱动的反义RNA载体,并通过农杆菌介导法成功转入水稻中花11中,多数OsCER4基因反义转化植株为阳性转化植株,后代分离比符合3∶1,反义RNA转化植株在蛋白水平上的表达量下降.     

蒺藜苜蓿生物钟基因MtTOC1a的克隆及功能验证

【目的】分析蒺藜苜蓿Medicago truncatula生物钟基因MtTOC1a的蛋白结构，探究MtTOC1a在生物钟系统中的生物学功能，比较其与拟南芥Arabidopsis thaliana的AtTOC1功能相似性和差异性。【方法】通过生物信息学分析，在全基因组范围内鉴定了TOC1在蒺藜苜蓿中的同源基因。构建MtTOC1a基因的表达载体，利用农杆菌介导法引入到拟南芥野生型Col、及相应的功能丧失突变体toc1-2中，进行遗传互补分析。【结果】Mt TOC1a和MtTOC1b均具有保守的功能结构域和三维结构。遗传分析表明，在早期光形态建成中，外源转化的MtTOC1a完全恢复了toc1-2的下胚轴伸长表型，但对toc1-2的提前开花表型没有显著影响。在引入CAB::LUC报告基因的株系中，外源转化MtTOC1a在连续光照下使短周期突变体toc1-2的近日节律周期延长，但仍不能完全恢复至野生型水平。【结论】MtTOC1a和拟南芥AtTOC1的功能存在相似性，但在不同的下游调控途径中所扮演的角色存在差异。本研究结果为进一步探索MtTOC1a基因的功能，利用MtTOC1a基因改造苜蓿的重要性...     

EMF, an Arabidopsis Gene Required for Vegetative Shoot Development

In higher plants, the transition from the vegetative to the; reproductive state in the shoot meristem initiates flowering. To study this floral transition, Constitutively flowering mutant of Arabidopsis thaliana ecotype columbia, embryonic flower (emf), was characterized. No vegetative shoots were produced from emf embryos or calli; the shoot apical meristems (SAMs) in the emf embryos were altered compared to wild-type SAMs. The mutant SAMs enlarged precociously and produced inflorescence meritems upon germination. These results suggest that the dominant, wild-type allele EMF is required for the vegetative state of the SAM. In the absence of EMF function, the mutant embryo assumes the reproductive state.