OsEXPA8基因对水稻悬浮细胞的周期和大小的影响

膨胀素是植物细胞特有的一种细胞壁松弛蛋白,在很大程度上决定着植物细胞的生长速率.α-膨胀素(α-expansin,EXPA)和β-膨胀素(β-expansin,EXPB)是植物膨胀素家族中两个较大的亚家族.水稻(Oryza sativa)中至少有34个α-膨胀素基因.本研究通过转基因技术,研究了一个水稻根特异性表达的α-膨胀素基因OsEXPA8对水稻悬浮细胞的细胞周期和细胞大小的影响.利用流式细胞仪,分析不同培养时期野生型和转基因型细胞周期的差异,结果发现,35S∷OsEXPA8(过表达)转基因悬浮细胞大部分处于G2/M期,而OsEXPA8-RNAi (knock-down)转基因悬浮细胞多处在G1期;利用血球计数板测定细胞数量,结果表明,35S∷OsEXPA8转基因细胞数量＞野生型细胞数量＞OsEXPA8-RNAi转基因细胞数量;利用显微镜测定不同培养时期的细胞大小,发现35S∷OsEXPA8转基因细胞大小＞野生型细胞大小＞OsEXPA8-RNAi转基因细胞大小;测定愈伤组织块大小,发现35S∷ OsEXPA8转基因愈伤组织块大小＞野生型愈伤组织块大小＞ OsEXPA8-RNAi转基因愈伤组织块大小.本研究结果表明,OsEXPA8能够促进水稻悬浮细胞的分裂和生长,从而增加细胞数量,增大细胞体积,对水稻悬浮细胞的生长具有调控作用.该研究将有助于更好地了解植物细胞壁的松弛过程,从而深入地认识植物的生长发育进程.同时,膨胀素作为一种细胞壁松弛因子在农业上具有潜在的生物工程应用价值.     

扩张蛋白(Expansin)研究进展

扩张蛋白是一类细胞壁酶蛋白,能够通过打断细胞壁多聚物之间的氢键诱导酸依赖的细胞壁延展和压力松弛。其由两类多基因家族编码,分别命名为α-expansin、β-expansin,每类扩张蛋白基因家族又有很多的基因成员。扩张蛋白已在不同的种属植物中被鉴定存在,并且大量的扩张蛋白基因被克隆。研究表明：每一个扩张蛋白基因在高度特定的位点和高度特定的细胞类型中表达,其表达在时间、空间上受到严格的调控且受到激素和环境因子的调控。目前认为扩张蛋白几乎参与了植物的整个发育过程：除具有增大细胞的功能外,扩张蛋白在细胞生长、种子萌发、根毛形成、根系生长、叶原基形成、叶子生长发育、果实成熟、器官脱离,以及花粉管生长方面起着重要的作用。就此最新研究进展,作一综合阐述。     

雷蒙德氏棉扩展蛋白基因家族的鉴定和特征分析

扩展蛋白具有松驰细胞壁和增加细胞壁柔韧性的功能。为了弄清该基因家族在雷蒙德氏棉中的特征,利用隐马尔科夫模型(HMM)在雷蒙德氏棉基因组中进行扩展蛋白家族基因成员的鉴定,获得了39个扩展蛋白基因家族成员,分布在12条染色体上。系统发育分析将其归入EXPA、EXPB、EXLA和EXLB共4个亚家族,分别含有26,4,3,6个基因。各亚家族中扩展蛋白基因具有相对多样化的基因结构;扩展蛋白基因家族在进化中经历了3次扩张;染色体片段重复是该基因家族扩张的主要方式;扩张后纯化选择占主导地位。比较棉纤维发育不同时期及叶片、花瓣的深度测序和基因芯片表达谱,发现大部分扩展蛋白基因参与了雷蒙德氏棉纤维、叶片和花瓣的生长发育,在不同的时空范围均表现出表达多样性。Gr EXLA1、Gr EXLA2和Gr EXPA16在花瓣中优势表达,Gr EXPA23和Gr EXPA24在叶片中表达水平较高,推测这些基因的表达分别参与了花瓣和叶片的发育进程;其余的基因,在纤维的不同发育阶段,表现出不同的表达丰度。研究结果有助于了解棉属扩展蛋白基因家族的特征及功能,为深入剖析棉纤维发育过程中的分子调控机理提供了基础。     

大豆膨胀素GmEXPA4基因的克隆及表达分析

根据其他植物膨胀素基因保守区设计简并引物,以大豆矮化突变体HK808幼芽的cDNA为模板,克隆到530bp的膨胀素基因保守区片段,并结合RACE 技术克隆得到expansin基因全长序列,将其命名为GmEXPA4基因。生物信息学分析结果表明,该基因属于膨胀素中的α-expansin亚家族。GmEXPA4基因的实时荧光定量相对表达分析表明,该基因在东农42及其矮化突变体HK808中的各个时期都有表达,且与植物的生长量密切相关。     

寒地冬小麦TaEXPB12同源基因在拟南芥中的遗传转化及功能分析

扩展蛋白（Expansin）是一类具有非水解活性的细胞壁松弛蛋白,参与调控植物的生长发育和胁迫抗性。为探究寒地冬小麦扩展蛋白基因TaEXPB12-A/B/D的功能,本研究将克隆自高抗寒冬小麦品种东农冬麦2号的TaEXPB12-A/B/D三个基因转化到拟南芥中,利用抗性筛选、PCR和Western-blot鉴定,分别获得了过表达TaEXPB12-A/B/D三个基因的转基因拟南芥植株。进一步对转基因拟南芥的生长情况进行观察,并测定低温胁迫下转基因拟南芥的存活率、体内抗氧化酶活性以及丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、可溶性糖的含量。结果显示,过表达TaEXPB12-A/B/D三个基因可促进拟南芥根的伸长以及根毛和侧根的生长,且转基因拟南芥的叶宽、叶片数目、株高均显著高于野生型;低温处理后转基因拟南芥体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）的活性以及可溶性糖、Pro的含量均维持在较高水平,且MDA的含量较低。以上结果表明,TaEXPB12-A/B/D三个基因的过表达显著促进了转基因拟南芥的生长,并提高了转基因植株在低温胁迫下的存活率。     

Sequence polymorphism of nematode effectors highlights molecular differences among the subspecies of the tobacco cyst nematode complex

Globodera tabacum is a little-known species complex of specialized plant–parasitic nematodes. In this study we investigated for the first time the sequence variability of five effectors: three genes coding for cell wall degrading enzymes (Pel1, Pel2 and ExpB3) and two genes coding for CLE peptides (CLE1 and CLE4) among a set of populations representing the different subspecies described. Substantial variability was observed in the sequence dataset which is consistent with the differential pathogenicity of the G. tabacum subspecies on a range of Nicotiana species. Using these sequence data, we were able (1) to show the presence of a novel CLE-like class in cyst nematodes, (2) to support the existence of most probably three and not four subspecies in this species complex, (3) to reveal that the subspecies G. tabacum tabacum presents the highest diversity and (4) to develop a PCR tool that allows a quick and reliable identification of this subspecies among the species complex.     

陆地棉扩展蛋白基因的鉴定与特征分析

目的 扩展蛋白（Expansin）是细胞壁的重要组成部分,在植物的生长发育及逆境胁迫应答等方面均发挥着重要作用。基于全基因组水平系统鉴定陆地棉Expansin基因家族,并通过生物信息学及表达模式分析,为揭示扩展蛋白基因在棉花生长发育中的功能及后续利用奠定基础。方法 利用BLAST和HMMER在陆地棉基因组中搜索并鉴定扩展蛋白基因家族成员;利用ClustalW、MEGA、MCScanX、Prot Param、MEME、SignalP、Euk-mPLoc、FancyGene和DnaSP等软件对其基因序列和蛋白序列进行生物信息学分析。通过RNA-seq数据分析扩展蛋白基因的表达模式和部分同源基因间表达差异,利用qRT-PCR验证部分扩展蛋白基因的表达谱。结果 陆地棉基因组中含有46个EXPA基因、8个EXPB基因、6个EXLA基因和12个EXLB基因,合计72个Expansin基因;四倍体陆地棉中扩展蛋白成员的数量几乎是二倍体棉种（亚洲棉与雷蒙德氏棉）的2倍。除GhA02和GhD06 2个染色体外,其余各染色体上均分布有数目不等的扩展蛋白基因（2—4个）,具有部分同源关系的染色体GhA08和GhD08分别有5个和8个扩展蛋白基因。系统发育树显示,各亚家族成员聚集成群,并且大部分的末端分支均由来源于3个物种的4个（亚）基因组的4个基因组成,如EXPA亚家族的Cotton_A_28454/Gh_A03G0885/Gh_D02G1269/Gorai. 005G142200等等,4个基因之间具有同线性关系。亚细胞定位发现陆地棉所有的扩展蛋白均位于细胞外。基因结构分析显示,扩展蛋白基因由3—5个外显子组成,外显子-内含子结构在进化上高度保守且与氨基酸序列的多样性一致,且在外显子上存在密码子偏好性。RNA-seq数据显示,不同基因在不同时空条件下存在特异性表达,如GhEXPA19A和GhEXPA19D相比其他基因在纤维10 DPA和20 DPA中的表达量很高;在不同的组织（如子叶、新叶、老叶、苞叶）中,GhEXPA24D具有较高的表达量。部分同源基因之间具有不同的表达模式,显示它们之间功能的异化与互补。qRT-PCR结果与RNA-seq数据基本吻合,如GhEXLA3A和GhEXLA3D在纤维发育的伸长阶段高量表达。GhEXPA19D和GhEXLA2D在3DPA的胚珠中表达活跃。结论 陆地棉基因组中含72个扩展蛋白基因,其在DNA水平和氨基酸水平具有一致的结构多样性和进化保守性,在转录水平具有各异的表达模式,显示出家族内成员间功能上的异化与互补。     

松材线虫体前端特异cDNA文库的构建及细胞壁松弛蛋白基因的克隆与初步分析

 本研究将松材线虫切割为包括食道腺、分泌孔和头感器的体前端以及包括肠道的体后端,通过改进的固相杂交方法进行消减杂交,构建了松材线虫体前端的特异cDNA文库,利用该文库并结合RACE技术获得了松材线虫细胞壁松弛蛋白基因的全长cDNA。该基因编码149个氨基酸,经过比对发现其翻译产物与马铃薯金线虫EXPB1、EXPB2蛋白有46%和42%的相似性,与南方根结线虫的推定无毒基因蛋白(CAC27774.1)有39%的相似性,该基因产物可能在侵染过程中起着软化寄主细胞壁的作用,但具体功能有待进一步研究。     

Expression of expansin genes during postharvest lignification and softening of ‘Luoyangqing’ and ‘Baisha’ loquat fruit under different storage conditions

Four expansin cDNA fragments, EjEXPA1, EjEXPA2, EjEXPA3 and EjEXPA4, were isolated and characterized from loquat (Eriobotrya japonica Lindl.) fruit. EjEXPA1 mRNA accumulated consistently with the increase in fruit firmness in 0 °C storage of ‘Luoyangqing’ (LYQ) fruit, where chilling injury with increased fruit firmness due to lignification was observed. EjEXPA1 mRNA levels were lower in fruit that underwent low temperature conditioning (LTC, 6 d at 5 °C then 4 d at 0 °C), and in 1-methylcyclopropene (1-MCP) treated fruit, in both cases where chilling injury was alleviated. Fruit of the ‘Baisha’ (BS) cultivar soften after harvest rather than increase in firmness, and high expression levels of EjEXPA1 and EjEXPA4 accompanied the softening of BS fruit stored at 20 °C; such mRNA accumulation was much lower when fruit were stored at 0 °C, where softening was significantly inhibited by the low temperature. Very low expression of EjEXPA2 and EjEXPA3 was observed during storage of both LYQ and BS fruit under the different storage conditions. Our results showed that of the four genes characterized, EjEXPA1 might be associated with chilling-induced lignification while both EjEXPA1 and EjEXPA4 were closely related to softening of loquat fruit during the postharvest period.