水稻T-DNA插入突变体库中Rubisco抗氧化胁迫株系的筛选

以水稻(Oryza sativa L. subsp. japonica)品种“中花11”构建的T-DNA插入突变体库为材料,用甲基紫精诱导叶绿体产生活性氧,通过SDS-PAGE电泳分析Rubisco含量相对于野生型的变化,筛选耐氧化胁迫的株系。结果表明,与对照相比,突变体材料各个株系叶片中的Rubisco小亚基的相对含量有较大差异,说明这种筛选Rubisco突变体的方法是可行的,且从中找到了两株Rubisco耐氧化胁迫的株系。     

Effects of potassium deficiency on photosynthesis and photoprotection mechanisms in soybean(Glycine max(L.)Merr.)

Potassium is an important nutrient element requiring high concentration for photosynthetic metabolism.The potassium deficiency in soil could inhibit soybean(Glycine max(L.) Merr.) photosynthesis and result in yield reduction.Research on the photosynthetic variations of the different tolerant soyben varieties should provide important information for high yield tolerant soybean breeding program.Two representative soybean varieties Tiefeng 40(tolerance to K~+ deficiency) and GD8521(sensitive to K~+ deficiency) were hydroponically grown to measure the photosynthesis,chlorophyll fluorescence parameters and Rubisco activity under different potassium conditions.With the K-deficiency stress time extending,the net photosynthetic rate(P_n),transpiration rate(T_r) and stomatal conductance(G_s) of GD8521 were significantly decreased under K-deficiency condition,whereas the intercellular CO_2 concentration(C_i) was significantly increased.As a contrast,the variations of Tiefeng 40 were almost little under K-deficiency condition,which indicated tolerance to K~+ deficiency variety could maintain higher efficient photosynthesis.On the 25 th d after treatment,the minimal fluorescence(F_0) of GD8521 was significantly increased and the maximal fluorescence(F_m),the maximum quantum efficiency of PSII photochemistry(F√F_m),actual photochemical efficiency of PSII(φ_(PSII)),photochemical quenching(q_p),and electron transport rate of PSII(ETR)were significantly decreased under K~+ deficiency condition.In addition,the Rubisco content of GD8521 was significantly decreased in leaves.It is particularly noteworthy that the chlorophyll fluorescence parameters and Rubisco content of Tiefeng 40 were unaffected under K~+ deficiency condition.On the other hand,the non-photochemical quenching(q_N) of Tiefeng 40 was significantly increased.The dry matter weight of Tiefeng 40 was little affected under K~+ deficiency condition.Results indicated that Tiefeng 40 could avoid or relieve the destruction of PSII caused by exceeded absorbed solar energy under K-deficiency condition and maintain natural photosynthesis and plant growth.It was an essential physiological mechanism for low-K-tolerant soybean under K-deficiency stress.     

水稻剑叶衰老期Rubisco活化酶对Rubisco活力和光合速率的调节

为明确Rubisco活化酶在叶片衰老期间是否对Rubisco羧化活性和光合速率起调节作用,本文研究了水稻剑叶衰老过程中叶片光合速率、可溶性蛋白含量、Rubisco初始羧化活力及含量,Rubisco活化酶活力及含量。结果表明:净光合速率与Rubisco初始羧化活力和Rubisco活化酶的活力间分别为r2=0.966 3和r2=0.702,Rubisco初始羧化活力与Rubisco活化酶的活力和含量间分别为r2=0.810 3和r2=0.814 3, Rubisco活化酶含量与Rubisco和可溶性蛋白间分别为r2=0.925 7和0.867 5, Rubisco活化酶的活力与含量间r2=0.758 7。Rubisco活化酶的含量占Rubisco含量的0.5%～1.0%,占叶片可溶性总蛋白质的0.5%～0.6%,随着剑叶衰老Rubisco活化酶所占的比值加速下降。这表明水稻剑叶衰老期间,Rubisco活化酶对维持Rubisco初始羧化活力和净光合速率有重要调节作用。     

龙须菜中rbcL和hsp70对高温和植物激素的响应

龙须菜已在我国沿海从南到北广泛栽培,但其栽培周期受夏季高温的限制。本研究采用qRT-PCR和Western blot技术研究了龙须菜核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基(rbcL)和热休克蛋白70(HSP70)对高温胁迫及3种抗逆植物激素的响应。结果显示：①高温(33 ℃)显著抑制了龙须菜rbcL转录和蛋白的表达水平,而100 μmol/L水杨酸(SA100)和50 μmol/L茉莉酸甲酯(MJ50)的添加可减轻高温的不利影响。在SA100和MJ50组中,rbcL转录表达量分别为高温组的1.31倍和1.32倍(3 h),rbcL蛋白表达量分别为高温组的1.36倍和2.10倍(24 h);并且这2种激素也能一定程度上缓解高温对藻体Rubisco活性的抑制作用,恢复Rubisco活化状态。但是50 μmol/L脱落酸(ABA50)的添加则基本上抑制了rbcL表达及Rubisco活性。②3种激素进一步促进了高温诱导的龙须菜HSP70的表达,在激素添加后,其转录水平升高0.53~1.00倍(3 h),蛋白水平升高0.93~2.45倍(24 h)。可见,植物激素SA、MJ和ABA在调控由高温引起的光合作用酶的抑制和热休克蛋白的诱导表达方面发挥了一定的作用。     

去除紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的方法及其应用

紫花苜蓿叶片中大量的高丰度蛋白(核酮糖-l,5-二磷酸羧化/加氧酶,Rubisco)干扰了蛋白质的动态分辨率,严重影响蛋白质组学研究中功能蛋白的检测与鉴定。为了探究去除高丰度蛋白的适宜方法,本研究利用Mg/NP-40与聚乙二醇(PEG)预分离紫花苜蓿叶片蛋白,通过双向凝胶电泳法比较了不同浓度PEG对叶片高丰度蛋白的分离情况。电泳图谱显示0,15%,17.5%,20%PEG处理的蛋白质中分别可以检测到(335±17),(417±3),(445±7),(459±11)个蛋白质点,0,15%,17.5%处理组间差异显著(P<0.05),17.5%和20%PEG 处理组间没有差异(P<0.05)。然而,17.5%PEG能够检测到更多的差异蛋白质点,证明其更能有效沉淀高丰度蛋白,便于检测被Rubisco遮盖的蛋白质点。将该方法应用于紫花苜蓿叶片响应低温胁迫的蛋白质组学研究中检验其应用效果,与三氯乙酸/丙酮法提取的全蛋白相比,去除高丰度蛋白后鉴定出8个新的蛋白质差异点,证明该方法适用于实际的蛋白质组学研究。可见,Mg/NP-40与17.5%PEG法是最适宜去除紫花苜蓿叶片高丰度蛋白的方法。     

16种园林植物不同器官的化感活性

【研究目的】 测定16种园林植物不同器官对受体植物生菜和反枝苋的化感活性;【方法】琼脂混粉法;【结果】在10 g?L-1的粉末添加浓度下,所有的供试植物器官粉末均对两种受体植物幼苗的生长产生了明显的抑制作用,且对胚根生长的抑制明显高于对胚轴生长的抑制。其中观赏桃的茎、桑树的根、紫叶小蘖的叶、金银木的果实、鸢尾的叶以及复羽叶栾树的花等器官表现出的活性最高。【结论】结果表明上述植物器官具有高化感活性。     

巴夫杜氏藻1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶小亚基基因的克隆和分析

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)是光合作用中的一个关键酶,其小亚基rbcS具有调控羧化反应催化效率和影响该酶对二氧化碳/氧气底物特异性的功能。从巴夫杜氏藻中克隆rbcS基因及其5′-上游序列,并对基因及5′-上游序列进行了分析。根据已知rbcS基因保守核苷酸序列设计引物,分别克隆到1 841 bp的DNA和380 bp的cDNA序列。以此为基础,使用染色体步移(Genome walking)和cDNA 末端快速扩增(RACE)技术,获得了799 bp的5′端DNA序列和500 bp的3′端cDNA序列。序列分析发现,巴夫杜氏藻rbcS DNA全长为2 031 bp(不包括476 bp 5′-上游序列),cDNA全长包括570 bp开放读码框(GenBank登录号:HQ315783)和294 bp 3′端非翻译区。5′-上游序列区域存在一系列预测的顺式作用元件。该研究旨在为后继的rbcS 基因的功能和表达研究、Rubisco的遗传改造奠定基础。同时,rbcS启动子因其可驱动基因高效表达而引起广泛关注,因此获得的rbcS 5′-上游序列经验证和优化后,可用于在嗜盐微藻中驱动转基因的高效表达以及完善微藻转化系统。     

棉花光合基因GhRCAα启动子的克隆及活性分析

为了克隆棉花Rubisco活化酶基因(RCA)启动子,研究其表达调控的分子机制,以百棉1号为材料,对GhRCAα启动子区2 000 bp的片段进行克隆、顺式作用元件分析以及活性分析,结果表明,许多重要的顺式作用元件包括响应于光、生物钟、逆境胁迫、植物激素以及其他的基本顺式作用元件特异地存在于GhRCAα启动子区;进一步对GhRCAα进行表达特性分析发现,该基因在光合作用进行的主要位置叶片中表达量最高,在其他组织表达量很低,其表达具有组织特异性,这与该启动子区存在许多光响应及组织特异性表达相关元件的结果相一致;将克隆的GhRCAα启动子片段以烟草叶片为受体材料进行瞬时表达分析表明,GhRCAα启动子可以驱动GUS基因的表达,表明克隆的启动子片段具有驱动目标基因表达的活性。克隆的GhRCAα启动子可能是一种组织特异型启动子,有望用于植物的遗传转化,进而更好地调控重要基因的特异性表达。     

低叶绿素b水稻叶片自然衰老过程中光合作用与叶绿素荧光参数的变化

以水稻低叶绿素b突变体及其野生型(镇恢249)第5叶为材料,研究了水稻叶片自然衰老过程中净光合速率(Pn)、叶绿素荧光参数、Rubisco相对含量的变化.结果表明,叶片全展后随着衰老进程,突变体与野生型的Pn、叶绿素荧光参数以及Rubisco大小亚基相对含量都呈下降趋势.低叶绿素b突变体的净光合速率高于野生型且下降慢于野生型,但是二者叶绿素荧光参数之间差异不显著,而野生型Rubisco相对含量下降较突变体快,因此低叶绿素b对水稻第5叶衰老和Pn的影响主要表现在碳同化阶段.     

两株蛋白核小球藻 rbcS cDNA 全序列的克隆和分析

以2株蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)F-9和820为实验材料,根据已知绿藻rbcS基因设计简并引物,分别克隆到2条245bp的cDNA片段,以此片段为基础使用cDNA末端快速扩增(RACE)技术,获得了2条长度分别为861bp和907bp的rbcS基因。序列分析表明,蛋白核小球藻F-9和820的rbcS分别编码181和184个氨基酸,编码区具有与高等植物rbcS保守序列YYDGRYWTMWKLPMFG相类似的结构,起始密码子附近有Kozak保守序列(A/GXXATGG),3′非翻译区有加尾信号TGTAA。同源性分析结果表明,F-9与蛋白核小球藻(GenBank登录号BAE48226)的相似性最高(91%),而F-9与820、F-9和普通小球藻(C.vulgaris)的相似性分别为64%和50%。这2条rbcS基因与其他绿藻和高等植物也表现了广泛的同源性,但相似性不高。该研究旨在为rbcS基因的功能和表达研究奠定基础。