氨基酸的长度

植物学中文期刊

2021年, 第3期
刊出日期：2021-05-01

研究论文

被子植物小热激蛋白家族的比较基因组学分析

1. 小热激蛋白(sHSP)是一类重要的响应外界环境变化以及调控植物生长发育的蛋白家族。基于在睡莲(Nymphaea colorata)、水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和葡萄(Vitis vinifera)中分别鉴定到的33个NcsHSPs、24个OssHSPs、17个AtsHSPs和47个VvsHSPs, 表明sHSP家族可分为12个亚家族, 不同亚家族包含不同的sHSP成员数目、保守基序、基因结构以及复制基因数目。
2. 在4种模式被子植物的sHSP成员中共鉴定到12个基因复制事件, 片段复制事件和串联复制事件均与sHSP成员的扩增有关, 且片段复制事件发生的时间早于串联复制事件。在所有sHSP成员中, 拟南芥和葡萄的sHSP成员的同源性最高, 其次为睡莲和葡萄的sHSP成员。sHSP家族在被子植物中可能向更短的氨基酸长度、更小的分子量、更简单的基因结构以及更集中的染色体分布进化。
3. 此外, 在睡莲、水稻、拟南芥和葡萄中鉴定了一些可能与调控植物生长发育相关的候选基因。研究结果为4种模式被子植物sHSP家族的比较基因组学研究奠定了重要基础, 并为其它被子植物sHSP家族的研究提供重要参考

蛋白质N-糖基化在拟南芥生长周期中的变化规律及去糖基化对根发育的影响

1. 蛋白质N-糖基化修饰在植物生长发育中发挥重要作用。
2. 为探究蛋白质N-糖基化在拟南芥(Arabidopsis thaliana)整个生长周期中的变化规律以及去N-糖基化对拟南芥生根发育的影响, 通过N-糖链酶解和HPLC与MALDI-TOF-MS分析解析了不同生长时期的拟南芥Col-0植株的N-糖链组成(结构和含量)变化。
3. 以BSA溶液为阴性对照, 无菌去离子水为空白对照, 用N-糖酰胺酶(PNGase Rz)溶液处理拟南芥幼苗8小时; 然后继续在MS培养基中培养5天、10天, 测量主根长度并检测N-糖链组成的变化。
4. 结果显示, 从拟南芥中解析出12种N-糖链结构, 其中包括4个高甘露糖型和8个复杂型。在拟南芥整个生长周期中, 复杂型N-糖链含量始终高于高甘露糖型, 其中含木糖和岩藻糖的复杂型结构是N-糖链的主要组成, 而Man3XylFucGlcNAc2含量最高。高甘露糖型N-糖链含量由幼苗期的13.87%缓慢上升至抽薹期的19.02%, 盛花期回落至17.98%, 而在长角果成熟期快速下降至最低点2.36%, 衰老期再度小幅回升至5.23%。用高浓度糖酰胺酶液PNGase Rz处理后, 可观察到幼苗主根生长受到显著抑制, 且培养10天后仍然无法恢复正常; 而低浓度酶液处理组与阴性对照组差异不显著, 根长和生长状态基本正常。糖链分析结果显示, 与对照组相比, 高、低浓度酶液处理组的N-糖链组成均发生显著变化, 主要表现为高甘露糖型含量显著低于空白对照组, 同时随生长时间的延长该差异逐渐减小, 最终消失。研究表明, 拟南芥N-糖基化组成随着生长发育发生周期性变化, 且去糖基化酶处理能够瞬时影响拟南芥蛋白质N-糖基化修饰, 进而抑制根的发育。

研究报告

水稻叶片水势的QTL定位与候选基因分析

探究叶片水势(LWP)相关基因在水稻(Oryza sativa)抗旱中的作用及其遗传机制, 以热研2号(Nekken2)和华占(HZ)为亲本以及构建的120个重组自交系(RILs)群体为实验材料, 对水稻分蘖期叶片水势进行检测, 并利用前期基于高通量测序构建的分子遗传连锁图谱进行数量性状基因座(QTL)分析。结果表明, 共检测到5个与水稻分蘖期叶片水势相关的QTLs, 分别位于第2、3、4、11和12号染色体上, LOD值均达2.5以上, 其中位于4号染色体物理距离24 066 261- 30 847 136 bp内QTL的LOD值高达5.15。对这些QTL区间内与水势相关的候选基因进行定量分析, 发现LOC_Os02g56630、LOC_Os02g57720、LOC_Os02g57580、LOC_Os04g43730、LOC_Os04g46490、LOC_Os04g44570和LOC_Os04g44060这7个基因在双亲间表达量差异显著。位于4号染色体QTL区间内LOC_Os04g46490基因的表达在两亲本间存在显著差异。对基因LOC_Os04g46490进行测序分析, 发现该基因在两亲本间共存在6处差异, 从而导致氨基酸序列的改变。通过QTL挖掘及相关基因表达分析, 发现这些基因与水稻叶片水势调控相关, 可能间接影响水稻的抗旱性。检测到的QTL位点对水势相关基因精细定位和克隆具有重要参考价值, 有助于进一步理解水稻叶片水势的遗传基础, 并为培育耐旱水稻新品种提供有利的基因资源。

水稻核不育系4个柱头性状的遗传分析

为改良水稻(Oryza sativa)核不育系柱头性状提供遗传信息, 调查了粳型核不育系7001S、籼型核不育系Z913S及其杂交、自交获得的F1、F2和F2:3群体的4个柱头性状, 分析了4个性状间的相关性, 并利用主基因+多基因遗传模型对2个世代4个性状进行遗传分析。结果表明, 4个性状两两间呈极显著正相关, 相关系数介于0.274-0.897之间。除F2:3群体中花柱长度和柱头外露率分别表现出受2对加性-显性主基因和1对负等效加性-显性主基因+多基因控制外, F2和F2:3群体的柱头长度、花柱长度、柱头-花柱总长度以及柱头外露率均表现出受2对主基因和多基因控制, 且F2:3群体中控制花柱长度的主基因表现出加性-显性效应, 其余均表现出加性-显性-上位性效应。2个世代中4个性状均以主基因遗传为主。

外源海藻糖增强高表达转玉米C4型PEPC水稻耐旱性的机制

为揭示海藻糖(Tre)调控转玉米(Zea mays) C4型PEPC基因水稻(Oryza sativa) (PC)的耐旱性机制, 以PC及其野生型Kitaake (WT)为材料, 通过水培试验, 研究了Tre和12% (m/v)聚乙二醇(PEG)单独或联合处理对水稻生理生化特性的影响。结果表明, Tre处理可促进PC和WT水稻幼苗生长, 缓解干旱逆境导致的植株生长抑制, 但对PC的效应更显著。与DS处理相比, Tre+DS联合处理可维持功能叶较高的相对含水量、光化学效率和抗氧化酶活性。在DS处理下, 与WT相比, 外施Tre可使PC的内源Tre和蔗糖含量显著增加, 而葡萄糖含量显著降低, Tre代谢和SnRK1s相关基因表达量增加; 施用Tre也显著促进了ABA合成、信号转导与干旱响应基因的表达, 和维持较稳定的光合能力, 从而使PC表现更强的耐旱性。

辣椒R2R3-MYB转录因子家族的全基因组鉴定与比较进化分析

MYB转录因子作为植物中最大的转录因子家族之一, 参与植物的生长、代谢、抵御生物和非生物胁迫等多种生理生化过程。R2R3-MYB是MYB转录因子家族的主要存在形式。辣椒是具有重要经济价值的蔬菜作物, 其R2R3-MYB转录因子缺乏系统的研究。从一年生辣椒(Capsicum annuum)、浆果状辣椒(C. baccatum)和中国辣椒(C. chinense)基因组中分别鉴定出94、92和94个R2R3-MYB基因, 基于系统发育关系将其分为28个亚族。共线性分析表明, 3种辣椒间存在73组直系同源R2R3-MYB基因, 一年生辣椒、浆果状辣椒和中国辣椒分别存在5、4和2个特有的R2R3-MYB基因。鉴定出12对重复基因, 其中8对是串联重复基因, 它们在3种辣椒分化前就已经存在。比较基因组学分析表明, 在辣椒进化过程中同源R2R3-MYB转录因子发生了功能分化。组织表达分析表明, 辣椒R2R3-MYB基因主要有3种表达特征: 在根、叶、茎和花中均高表达, 如CaMYB13/CbMYB12/CcMYB13; 仅在花中高表达, 如CaMYB93/CbMYB86/CcMYB12; 仅在根中高表达, 如CaMYB48/CbMYB47/CcMYB51。研究结果为深入揭示R2R3-MYB转录因子在辣椒生长发育中的生物学功能奠定了基础。

特邀专家方法

植物小RNA荧光原位杂交实验方法

小RNA是对植物生长发育十分重要的一类小分子核苷酸, 在多种生命过程以及胁迫响应中发挥重要调控作用。对小RNA的定位研究有助于揭示它们的功能, 而小RNA荧光原位杂交(sRNA-FISH)是一种通过荧光检测技术对生物体内小 RNA进行定性或半定量分析的技术, 目前该技术已经在动物体内被广泛应用, 而在植物体内的应用还比较少。该文详细介绍了基于超高分辨率显微镜的sRNA-FISH的具体操作流程以及注意事项, 该技术可用于探究植物组织内小RNA的表达与定位。

图1 小RNA荧光原位杂交实验流程图 (A) 探针设计; (B) 石蜡切片; (C) 探针杂交; (D) 一抗孵育; (E) 二抗孵育; (F) 光谱拆分以及激光共聚焦显微成像

Figure 1 Outlines of small RNA fluorescent in situ hybridization (A) Probe design; (B) Paraffin sectioning; (C) Probe hybridization; (D) Primary antibody incubation; (E) Secondary antibody incubation; (F) Spectral unmixing and imaging by confocal microscope

图2 小RNA FISH效果示例 (A) miR165/166反义寡核苷酸探针; (B) 阴性对照: miR165/ 166顺义寡核苷酸探针。Bars=50 μm

Figure 2 Schematic diagram of sRNA FISH (A) Antisense probe of miR165/166; (B) Negative control: Sense probe of miR165/166. Bars=50 μm

专题论坛

类受体激酶FER调节植物与病原菌相互作用的分子机制

植物细胞依赖细胞质膜上的受体感知并传递环境信号, 而受体通过与配体特异结合启动一系列下游信号转导途径, 维持植物正常的生命活动及其对外界环境变化的适应。类受体激酶是其中一类重要受体, 通常由胞外结合结构域、跨膜结构域和胞内激酶结构域3部分组成, 是植物适应外界环境变化的重要调节枢纽。FER属于CrRLK1L类受体蛋白激酶家族, 最早被发现在高等植物雌雄配子体识别过程中发挥作用。随后, 众多研究表明, FER在植物生长发育、激素间交互作用、植物与病原菌互作和逆境响应等多种生物学过程中扮演重要角色, 是近年来植物信号通路研究领域的“明星蛋白”。随着植物病理学研究的不断深入, FER在植物与病原菌互作过程中的功能备受关注。该文主要综述FER调节植物与病原菌互作的研究进展, 旨在为进一步解析类受体蛋白激酶在植物细胞响应病原菌侵染过程中的信号转导机制提供参考。

图1 FER介导的抗病相关途径示意图 FER定位于质膜微区, 能够识别尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporium)分泌的F-RALF, 阻断AHA2介导的H+外流, 从而诱导根系胞外环境碱化, 增强真菌对植物的致病力。在此过程中, 尖孢镰刀菌细胞中丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径中的Fmk1对其侵染至关重要。FER与RALF23相互作用, 负向调控茉莉酸和冠菌素信号, 正向促进植物免疫; 拟南芥(Arabidopsis thaliana) SITE-1蛋白酶(S1P)剪切内源快速碱化因子(RALF)前体肽, 而RALF与拟南芥FER相互作用抑制FLS2、BAK1和EFR免疫复合物的形成, 抑制植物免疫。FER可能调节细胞内活性氧的积累和MAPK活性。F-RALF: 尖孢镰刀菌分泌的快速碱化因子; AHA2: H+-ATPase 2; RIPK: RESISTANCE TO Pseudomonas syringae pv. maculicola 1-INDUCED PROTEIN KINASE; Fmk1: 一种保守的真菌丝裂原活化蛋白激酶(MAPK); flg22: 鞭毛蛋白抗原表位22; RALF23: 内源性肽快速碱化因子23; MYC2: MYELOCYTOMATOSIS PRO- TEINS 2; EFR: ELONGATION FACTOR THERMO UNSTABLE RECEPTOR; FLS2: FLAGELLIN-SENSING 2; BAK1: BRAS- SINOSTEROID INSENSITIVE 1-ASSOCIATED KINASE 1; RLCK: 类受体胞质激酶; MAPK: 丝裂原活化蛋白激酶; NADPH: 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸

植物响应镉胁迫的生理生化机制研究进展

镉(Cd)是一种分布广泛且污染严重的重金属; 其毒性大, 不仅影响植物的生长发育, 而且危害人类健康。该文对植物Cd胁迫的生理生化响应方面的最新研究进展进行了总结概括。从植物光合系统、活性氧、活性氮、抗氧化防御系统、激素、钙信号、蛋白和基因等方面, 概述了植物对Cd胁迫的响应及应答机制, 探讨了植物对Cd胁迫响应机制的研究方向, 旨在为今后开展植物响应Cd胁迫的生理生化及分子机制研究提供理论依据。

图1 Cd胁迫下植物体内主要生理生化代谢的响应机制 ABA: 脱落酸; IAA: 吲哚乙酸; SA: 水杨酸; JA: 茉莉酸; SOD: 超氧化物歧化酶; CAT: 过氧化氢酶; APX: 抗坏血酸过氧化物酶; GPX: 谷胱甘肽过氧化物酶; DHAR: 脱氢抗坏血酸还原酶; GR: 谷胱甘肽还原酶; GSH: 谷胱甘肽; CBS: 胱硫醚β-合酶; ATPS: ATP硫酸化酶

植物微管骨架参与下胚轴伸长调节机制研究进展

微管作为细胞骨架的重要成员, 在植物生长发育过程中起重要作用。下胚轴作为研究细胞伸长的模式系统之一, 其伸长受到多种信号的调节。该文综述了微管骨架在响应环境和生长发育信号调节下胚轴伸长过程中的作用及机制, 旨在帮助读者深入理解微管骨架响应上游信号在植物下胚轴伸长中的作用机理。

图1 响应光和激素信号调控下胚轴伸长的微管相关蛋白 COP1: 持续光形态建成1; EIN3/EIL1: 乙烯不敏感3/乙烯不敏感3类似1. CLASP、MDP25、WDL3、MDP60、SPR1、WDL5、MDP40、PIF3、EIN3和BZR1同表1。

禾本科三倍体: 形成、鉴定与利用

禾本科三倍体的形成途径包括2n配子融合、倍性间杂交、多精受精和胚乳培养。其中, 2n配子融合和倍性间杂交分别为自然界和人工合成三倍体的主要途径。该文介绍了形态学观测、染色体分析、流式细胞术和分子标记等倍性鉴定方法在禾本科三倍体中的应用及其优缺点。目前, 三倍体在禾谷类作物中无直接应用价值, 但可作为通往多倍体、非整倍体和转移异源基因的遗传桥梁。多年生禾本科三倍体(特别是异源三倍体)在饲草或能源作物中已得到广泛应用, 在该类型禾本科作物中均可直接尝试三倍体育种。多倍体的三倍体育种和无融合生殖三倍体育种可作为未来禾本科三倍体的研究方向。三倍性胚乳培养可以一步合成三倍体, 多精受精可以实现遗传上3个不同基因组的一步融合, 在三倍体研究中应予以重视。鉴于2n配子融合、多精受精的稀有特性和倍性间杂交、胚乳培养频繁的染色体变异, 高通量三倍体鉴定技术的发展将是三倍体研究实现突破的关键。

图3 禾本科三倍体的利用 (A) 三倍体作为品种直接利用; (B) 通过辐射、转基因或组织培养等技术改良三倍体品种; (C) 作为通往更高倍性的“三倍体桥”; (D) 转移异源基因; (E) 通过3x/2x合成非整倍体

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