湖南农业大学植物激素与生长发育湖南省重点实验室, 长沙 410128
以野生型拟南芥(Col-0)与脂质转运蛋白(LTP2)突变体ltp2为试验材料, 初步研究了LTP2对乙烯信号转导的影响。采用乙烯前体1- 氨基环丙烷羧酸(ACC)处理野生型与突变体材料, 结果表明, LTP2基因的表达受乙烯诱导, “三重反应”的表型显示突变体ltp2对乙烯的敏感性弱于野生型。采用荧光定量PCR(Real-time PCR)进一步分析了LTP2基因的功能缺失突变对乙烯信号转导相关基因(RTE1、ETR1、CTR1、EIN2和EIN3)、乙烯响应因子基因(ERF1、ERF2和ERF9)以及乙烯相关蜡质合成酶基因(CER3和CER6)表达的影响。无ACC处理时, ltp2突变体中ETR1、EIN2、ERF1、ERF2、ERF9和CER6等基因表达量均高于野生型, 而EIN3和CER3基因的表达量则略低于其野生型。在ACC处理后, ltp2突变体中RTE1表达量仅为野生型的一半左右, CTR1与CER3的表达量高于野生型, 3种乙烯响应因子基因(ERF1、ERF2和 ERF9)的表达量均低于野生型。以上结果表明, LTP2参与了乙烯信号转导的调控。
拟南芥 ltp2突变体 乙烯 三重反应 信号转导 Arabidopsis thaliana ltp2 mutant ethylene ?triple?response signal transduction
高光谱成像技术可以无损检测植物不同尺度的理化信息, 现有研究往往以分析高光谱图像的平均光谱为主, 忽略了其空间维度的信息。 以模式植物拟南芥为研究对象, 探究高光谱成像不同扫描速度引起的图像空间分辨率差异对植物冠层含水率测量的影响, 为高光谱成像在线快速检测植物冠层含水率提供优化方案。 首先利用室内在线高光谱成像系统分别在20, 30和40 mm·s-1三种扫描速度下采集了拟南芥冠层高光谱图像, 并提取拟南芥冠层平均反射光谱。 其次, 利用偏最小二乘算法(PLSR)建立了拟南芥冠层含水率与平均反射光谱的定量分析模型, 通过决定系数(R2)、 均方根误差(RMSE)、 相对分析误差(RPD)对模型进行评估。 比较基于原始光谱与多元散射校正算法(MSC)、 Savitsky-Golay平滑算法等预处理光谱建立的PLSR模型, 选取最佳光谱预处理方法用于后续的数据处理。 最后, 利用连续投影算法(SPA)分析比较基于最优特征波长与全波长的模型预测准确度, 探明高光谱图像扫描速度对拟南芥冠层含水率预测的影响规律。 研究结果表明, 当扫描速度从20 mm·s-1提升到30 mm·s-1时, 基于MSC预处理的全波段PLSR模型预测拟南芥冠层含水率决定系数降低0.88%, 小于1%; 当扫描速度从20 mm·s-1提升到40 mm·s-1时, 拟南芥冠层含水率决定系数降低2.3%。 说明在适当提高扫描速度的同时, 能够保证植物冠层的高含水率预测准确度。 改变高光谱扫描速度可以更有效地利用高光谱图像空间维度有效信息, 扫描速度适当增大后, 高光谱图像的空间维度信息改变, 提高实际生产应用环节的图像采集效率, 减少数据处理时间。
拟南芥 冠层含水率 近红外高光谱 扫描速度 Arabidopsis thaliana Canopy moisture content Near-infrared hyperspectral imaging Scanning speed SPA PLSR SPA PLSR 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3508
1 河南大学生命科学学院，开封 475004
2 华南师范大学生物光子学研究院，激光生命科学教育部重点实验室，广州 510631
3 华南师范大学生物光子学研究院，广东省激光生命科学重点实验室，广州 510631
为了开发精细可靠且易用的拟南芥(Arabidopsis thaliana)分子标记，通过比较基因组学，分析拟南芥哥伦比亚(Columbia)和兰兹伯格(Landsberg erecta)2个生态型的全基因组序列，从 10 449个不小于 6个碱基的插入 /缺失(INDEL)DNA片段中筛选得到 2 321个新的 INDEL标记。针对每个标记位点，设计一对或多对引物序列(共计 4 764对)。在此基础上选择相对均匀分布在拟南芥 5条染色体的 20个初定位分子标记，它们能够在统一的反应体系和扩增条件下获得稳定的聚合酶链式反应(PCR)和琼脂糖凝胶电泳结果。该研究能够方便研究者找到合适的分子标记，在常规的仪器条件和较低的试验成本下，快速进行突变体基因定位，提高基因图位克隆效率。
拟南芥 分子标记 图位克隆 突变体筛选 基因定位 Arabidopsis thaliana molecular marker map-based cloning mutant screening gene mapping
湖南农业大学生物科学技术学院, 长沙 410128
乙酰乳酸合成酶(ALS)是支链氨基酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成途径中的关键酶, 也是多种除草剂的靶点。为了研究als基因不同突变位点组合后其抗除草剂抗性的变化, 并整合和增强植株对不同类型除草剂的抗性, 本研究对已知抗性位点进行组合并进行了拟南芥转基因分析。我们通过重叠延伸PCR技术体外突变扩增四个已知位点突变的P197S/R199A/W574S/S653F拟南芥Atals, 克隆到pCAMBIA1 300-GFP载体上, 从而构建了四个位点突变的m4Atals-GFP融合蛋白过表达载体。然后用农杆菌介导法转化野生型拟南芥Col-0, 获得转基因株系。采用潮霉素抗性筛选鉴定阳性转基因植株, 并利用荧光体式显微镜观察过表达植株以及在蛋白水平检测GFP-m4Atals融合蛋白表达情况。对纯合转基因株系进行除草剂抗性分析。分析表明转基因拟南芥具有磺酰脲和咪唑啉酮两种除草剂的整合抗性。此研究有助于系统地分析als基因不同突变位点对抑制剂的抗性, 有效避免和应对自然界als单一位点突变的杂草的困扰。
拟南芥 过表达 磺酰脲 咪唑啉酮 Arabidopsis thaliana Atals Atals overexpression sulfonylurea herbicides imidazolinone herbicides
湖南大学生物学院, 植物功能基因组学与发育调控湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410082
植物凝集素类受体激酶（LecRLK）在植物防御、应答多种生物与非生物胁迫、参与激素调控和生长发育中具有重要的作用。但是该家族大部分成员的功能尚不明了。本文对LecRLK家族中的9个成员进行了生物信息学和相关分子遗传学的初步研究。启动子元件分析结果表明,9个成员均具有多个光和逆境响应元件,暗示其可能参与光信号以及非生物胁迫信号途径的调控。基因芯片及实时定量PCR结果显示,9个LecRLK基因具有明显的时空表达特异性,说明其可能在植物不同生长发育阶段及组织部位发挥着重要调控作用。利用三引物法对9个基因的突变体进行了筛选,最终得到14个纯合缺失突变体材料。上述结果为后续深入开展这些基因的生理功能研究提供参考数据。
拟南芥 凝集素类受体激酶 基因功能 Arabidopsis thaliana lectin receptor like kinase gene function
湖南农业大学植物激素与生长发育湖南省重点实验室,湖南 长沙 410128
经EMS诱变ag-10拟南芥后筛选获得一株矮化且叶色较深的突变体ah45,该突变体与ag-10相比具有开花时间晚,叶片更圆更小,果荚长度缩短,种子数目减少,生长周期延长等表型。遗传分析表明ah45的表型由隐性单基因突变所致。利用图位克隆的方法对突变位点进行初步定位,结果表明ah45突变基因位于第2号染色体的BAC克隆F5E13(1)与F6E13(2)之间61 kb区间内。
拟南芥 矮化 表型 遗传 Arabidopsis thaliana dwarf phenotype hereditary
华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所、暨激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
盐胁迫严重限制着植物的生长发育,造成农业产量下降.植物遭受盐胁迫时,细胞代谢受到抑制,体内会积累较多活性氧(ROS)进而对植物造成氧化胁迫,诱导自噬现象的产生.本文主要研究了植物对于盐胁迫诱导的自噬及其反应的调控机制.研究中发现,在高盐浓度处理的拟南芥幼苗中自噬现象迅速产生,伴随着NADPH氧化酶活性的明显上升.此外,通过用荧光探针LysoTracker Red (LTR)定位自噬小体,激光共聚焦观察发现AtTOR不仅可以在正常生理环境下抑制自噬小体的生成,而且可以在高盐浓度胁迫环境下抑制自噬.进而我们发现在高盐浓度处理的同时添加NADPH氧化酶抑制剂DPI后,处理过后的WT株系拟南芥根细胞自噬现象受到明显抑制,而AtTOR突变体中并未有明显的变化.因此NADPH氧化酶很有可能参与AtTOR对盐胁迫诱导自噬的信号通路的调控.该研究结果为进一步分析植物耐受性机理和自噬的信号通路提供理论依据.
拟南芥 自噬 盐胁迫 NADPH氧化酶 Arabidopsis thaliana autophagy salt stress AtTOR TOR NADPH oxidase
1 湖南大学生物学院 植物功能基因组学与发育调控湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学金融与统计学院, 湖南 长沙 410079
高丝氨酸激酶(EC 2.7.1.39)是拟南芥中合成甲硫氨酸和苏氨酸的关键酶之一。作者利用DNAMAN软件分析高丝氨酸激酶的氨基酸组成和等电点; 利用生物信息学在线网站预测分析其疏水性、二级结构、跨膜结构域、信号肽区域、PEST序列、化学修饰位点及亚细胞定位等; 利用SWISS-MODEL软件进行同源建模, 使用Chimera(V1.8.1)做结构修饰处理, 最后利用Molprobity4及ERRAT(V2.0)对建模结果进行结构质量分析。结果发现: HSK预测等电点为8.48, 平均亲水性0.267; 二级结构中α-螺旋占34.32%, 不规则卷曲占48.11%, 延伸链占17.57%; 高丝氨酸激酶的预测模型经验证具有稳定的空间结构, 符合立体化学规则。
拟南芥 高丝氨酸激酶 分子结构 同源建模 Arabidopsis thaliana homoserine kinase molecular structure homology modeling
为了从组织和器官水平研究植物在铅锌矿山开采区尾矿坝土壤中植物中毒和胁迫机制, 使用同步辐射微束X射线荧光技术(μ-SRXRF)研究了K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb等元素在云南某铅锌矿区尾矿坝土壤中生长的拟南芥幼苗中的分布特征。 发现Pb易富集于植物根部, 也容易富集在植物顶端叶芽部位, 这是很多研究没有发现的。 整株幼苗中Pb都与Mn形成明显的竞争分布特征。 导致植株中毒凋亡的原因可能是Pb造成的拟南芥顶端幼芽的氧化压力, 以及Pb分布对Mn等植物必需元素的吸收和分布的抑制。 为研究Pb在土壤中的形态和植物可利用性, 针对拟南芥及其根际土壤中开展了Pb L3边X射线吸收近边精细结构谱(XANES)研究, 发现尾矿坝土壤种植的拟南芥根际土壤Pb主要以PbO(642%), Pb(OH)2(288%), Pb3O4(63%)形式存在, 而非Pb矿物矿石或有机Pb形式存在, 本尾矿坝土壤中Pb的植物可利用水平不高。 进一步开展土壤中Pb进入植物的过程以及该过程中Pb的形态发生的变化, 尤其是溶解性有机质在其中的角色, 是开展重金属胁迫下植物中毒和解毒机制研究的重要前提。
同步辐射 拟南芥 形态 重金属 尾矿坝 铅锌矿 Synchrotron radiation μ-XRF μ-XRF μ-XANES μ-XANES Arabidopsis thaliana Pb Pb Speciation Heavy metals Tailings dam Lead mining
华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所、暨激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
弱光限制植物的光合作用, 降低了光合作用效率, 造成农业产量下降。本文主要研究了弱光处理早期, 拟南芥光合作用相关指标的变化。研究中发现在弱光处理的早期, 植株生长表型和最大光化学效率(Fv/Fm)没有明显变化, 实际光化学效率Y(II) 以及光系统电子传递效率(ETR)下降较明显。此外, 弱光处理原生质体, 利用2′, 7′-二氯二氢荧光素二乙酯(dichlorofluorescin diacetate, H2DCF-DA)染色, 共聚焦显微镜观察, 发现细胞中有较明显的活性氧(ROS)合成, 且定位于叶绿体。该研究结果为植物弱光耐受性的研究提供理论依据。
拟南芥 弱光胁迫 光合作用 活性氧 Arabidopsis thaliana low light stress photosynthesis reactive oxygen species
