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
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, 广州 510631
4’, 6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)作为一种DNA特异性荧光染料, 在荧光显微观察各种生物细胞中得到了广泛应用。然而, 植物不同组织细胞响应DAPI染色目前仍缺乏比较系统的表征。本文利用模式植物拟南芥, 探究了其各个组织细胞对DAPI染色的差异。首先我们构建了一个细胞核定位的稳转基因植物UBQ10∶BAG5-eYFP。接下来的试验发现在非固定的BAG5-eYFP植物活细胞中, 只有表皮细胞和叶肉细胞能被DAPI染色。相比于叶绿体, 线粒体中的DNA对DAPI染色较为敏感, 表现出DAPI荧光和线粒体marker CoxIV-RFP很好的共定位。多聚甲醛固定之后, 根部分生区、气孔保卫细胞能被DAPI染色。这些结果表明, 拟南芥不同组织细胞对DAPI染色呈现出很大的差异。叶片表皮细胞和叶肉细胞对于探究植物活体细胞核的研究将会是一个很好的模型。
细胞核 拟南芥 nucleus BAG5 BAG5 DAPI DAPI Arabidopsis
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
辽宁师范大学生命科学学院, 辽宁省植物生物技术重点实验室, 大连 116081
NAC转录因子, 对植物的生长发育及抵御逆境胁迫起着重要的作用。实验室前期克隆了辽宁碱蓬(Suaeda liaotungensis)Slnac2基因, 转Slnac2拟南芥(Arabidopsis thaliana)提高了抵御盐胁迫的能力。本研究利用基因芯片技术筛选转SlNAC2拟南芥差异表达基因, 共筛选出差异表达2倍以上的基因1 258个。GO富集度分析结果显示, 分子功能相关基因占34.06%, 细胞组分相关基因占33.13%, 生物学过程相关基因占32.81%。KEGG分析表明, 差异表达基因涉及63个信号通路, 主要有植物激素信号转导、核糖体、植物病原物相互作用和抗坏血酸代谢等。通过实时荧光定量PCR对部分差异基因进行验证, 所得结果与基因芯片结果一致。本研究揭示, SlNAC2可调控多个下游基因的表达, 提高植物在逆境胁迫下的生存能力。
辽宁碱蓬 NAC转录因子 基因芯片 转基因拟南芥 逆境胁迫 Suaeda liaotungensis Kitag NAC transcription factor microarray transgenic Arabidopsis adversity stress
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
以拟南芥过氧化物酶体生成蛋白突变体pex5和野生型为试验材料, 初步研究PEX5对拟南芥根系抗逆性的影响。结果表明, 在MS基础培养基中, 突变体pex5的根长相较于野生型根长显著变短; 同时, 拟南芥pex5突变体株高也低于野生型, 说明PEX5基因功能缺失影响了拟南芥根系和茎的生长。pex5突变体在添加氯化钠或甘露醇的MS培养基上培养时, 萌发和根伸长受到的抑制显著高于野生型, 突变体幼苗的SOD和POD活性也显著低于野生型, 说明PEX5参与调控拟南芥根系的抗逆性。本研究为解析PEX5在植物抗逆中的调控机制提供了重要参考。
过氧化物酶体 拟南芥 抗逆 peroxisome Arabidopsis stress resistance
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
线粒体自噬,是指通过选择性的识别并清除损伤、衰老及功能紊乱的线粒体, 对维持细胞内线粒体质量和数量的平衡产生了重要作用。与动物和酵母中线粒体自噬的研究进展相比, 植物线粒体自噬的途径及具体调控机制尚不明确。基于GFP标签, 本文探究了氧化胁迫下植物线粒体自噬发生情况。研究发现甲基紫精诱导线粒体在液泡中积累, 并呈现两种状态: 1)GFP小体包含的线粒体; 2)不含GFP的线粒体。本研究发展的GFP标签策略可为植物线粒体自噬关键调控因子的筛选提供借鉴。
线粒体 膜电位 线粒体自噬 拟南芥 mitochondria membrane potential mitophagy arabidopsis
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
1 扬州大学环境科学与工程学院,江苏 扬州 225127
2 植物功能基因组学与发育调控湖南省重点实验室,湖南大学生物学院,湖南 长沙 410082
植物的生物钟节律可以被环境中的光/黑暗以及冷/热循环所诱导,并使其与环境同步。植物生物钟由输入途径、中央振荡器、输出途径组成。目前对植物生物钟的研究已经揭示生物钟最基本的组成,但是关于生物钟的运作机理及网络还需要进一步研究。CONSTANS LIKE 7(COL7)是CONSTANS(CO)的家族基因。以拟南芥野生型(wild type,WT)、突变体col7以及COL7过量表达转基因株系COL7-OX-10和COL7-OX-11为材料,利用定量PCR、叶片运动等方法,分析COL7是否受生物钟调控以及COL7是否参与调控生物。实验结果显示：COL7不仅受生物钟调控,同时也参与调控生物钟。
生物钟 拟南芥 周期 COL7 COL7 circadian clock Arabidopsis period
