榨菜线粒体DNA雄性不育相关片段克隆及序列分析

研究了榨菜(Brassica juncea var．tumida Tsen and Lee)细胞质雄性不育性(CMS)与线粒体基因组的关系,以榨菜细胞质雄性不育系及其保持系线粒体DNA(mtDNA)为模板,设计合成引物进行PCR扩增,从榨菜胞质雄性不育系mtDNA上扩增得到与雄性不育相关的特异片段T1170,点杂交分析表明,T1170仅与榨菜胞质雄性不育系mtDNA有杂交信号,而保持系的mtDNA则无,序列测定该片段全长1173bp,编码389个氨基酸,其中疏水氨基酸占35％。图4参9。     

土壤氢氧化细菌促进作物生长机理研究进展

综述了近十年来国内外关于豆科作物根际土壤促生菌中氢氧化细菌的研究进展,讨论了根瘤释放H2促进作物生长的可能机制.与豆科作物进行轮作、间作是提高土壤肥力、增加作物产量的一项传统的农业耕作方式.对于这种耕作方式优势的机制研究,过去大多数主要集中在土壤氮(N)元素含量的提高.而近期研究表明土壤氢氧化细菌以豆科作物根瘤菌在固氮过程中释放的H2为能量来源进行化能自养改变土壤微生物种群结构.一些土壤氢氧化细菌通过产生1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶和根瘤菌毒素抑制植物体内乙烯的合成,促进作物生长.此外,本文进一步讨论了利用现代分子生物学方法研究氢氧化细菌促进作物生长的途径.     

促进植物生长根圈细菌(PGPR)的研究现状

有机农业提倡与自然共存不破坏平衡,而自然界的土壤中存在许多可促进植物生长的植物根圈微生物(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR),此类微生物可分泌促进植物生长的物质,并可诱导植物产生抗性基因,增强植物抗病.PGPR可产生有机物质促进植物生长,改善土壤肥力,增加可溶性磷及铁,诱发植物抗病、克服逆境、增强营养吸收,固氮或防治病害等,在有机农业上有助于植物增产,改善农业对化学肥料的依赖,生产出健康的作物.参25.     

根际促生菌影响植物吸收和转运重金属的研究进展

土壤重金属污染对生态环境和人类健康造成严重危害,使得土壤重金属污染修复成为全球关注的研究热点之一。根际土壤中存在着数量和种类丰富的微生物种群,是根际环境中最重要的生物因素。重金属污染土壤中根际微生物与植物根系以及土壤形成特殊根际微环境,影响植物重金吸收、转运过程。根际促生菌通过产生植物生长激素类物质促进植物生长,改变根际微环境中重金属元素生物有效性,增加修复植物重金属吸收量,强化重金属污染土壤植物修复效率。近年来,根际促生菌强化重金属污染土壤植物修复效率相关研究文献数量迅速增加,最新研究成果表明:根际促生菌通过菌体表面活性基团吸附,诱导植物系统抗性(ISR),激活植物抗氧化酶活性,分泌高亲和性铁载体(Siderophores)增加根际铁供给量,竞争性抑制重金属元素的根系吸收,改变植物重金属的吸收、转运及胞内分布过程,抑制重金属元素向植物地上部分转运,同时增加农作物产量。文章对根际促生菌影响植物重金属吸收﹑转运最新研究进展进行综述,提出根际促生菌原位定殖,重金属元素亚细胞分布和重金属吸收、转运分子调控机制等方面的深入研究,将有助于进一步阐明重金属污染土壤植物根际促生菌-植物相互作用机制。通过根际促生菌调控农作物可食部分重金属的累积量,为实现中低污染农田安全生产与修复研究提供新思路。     

氮肥管理对植物镉吸收的影响

农业土壤镉(Cd)污染是中国面临的一个严峻的环境问题。由于Cd是一种有毒有害的重金属元素并且非常容易被植物吸收利用,因此使得土壤生态环境和作物安全生产面临很大的挑战。氮(N)是植物生长必需的大量营养元素,在农业生产中氮肥施加是一项重要的农艺措施。文章综述了氮肥管理对Cd污染土壤中植物Cd吸收的影响,并从氮肥对土壤中Cd有效态影响、对植物抗氧化系统影响和分子机制3个方面阐述氮肥影响植物Cd吸收的机理。当前研究结果表明:氮肥管理影响了植物Cd吸收,不同形态氮肥对不同植物及不同土壤条件下的植物Cd吸收的影响差异明显,氮肥通过对植物的生理特性和土壤理化性质产生作用进而影响植物Cd的吸收。因此,可以根据不同土壤和植物种类,合理调控氮肥施用,达到修复土壤和作物安全生产的目标。今后应注重对复杂环境变量条件下氮肥最佳调控方法的探索,进一步深入研究氮肥施用条件下植物根际微环境理化性质、植物生理特性和植物Cd含量的相互作用关系,找出氮肥影响植物Cd吸收的关键生理过程和关键控制基因,进而指导在Cd污染土壤中氮肥的精准施加。     

茉莉酸类物质(JAs)的生理特性及其在逆境胁迫中的抗性作用

以茉莉酸(JA)和茉莉酸甲酯(MeJA)为代表的茉莉酸类物质(JAs)是广泛存在于高等植物体内的一种新型植物生长调节物质,在调节植物生长发育、光合特性、抗逆反应等起着重要的作用。茉莉酸类物质能抑制植物生长,抑制种子和花粉粒萌发,促进叶片和果实衰老,加速细胞的分裂和膨大,促进气孔关闭,诱导禾本科植物的颖花开放;此外还能调节植物的光合作用和呼吸作用及保护酶活性。目前更多的研究表明,茉莉酸(酯)类物质是与抗性密切相关的植物生长物质,它作为内源信号分子参与植物在机械伤害、病虫害、干旱、盐胁迫、低温等条件下的抗逆反应。在植物受到伤害时,植物体内茉莉酸及其衍生物的含量显著增加,进而诱导一系列与抗逆有关的基因表达,如蛋白酶抑制剂、硫蛋白和苯丙氨酸转氨酶(PAL)等,提高酯氧合酶活性,从而增强植物的抗性。研究还发现,在干旱逆境胁迫条件下,与脱落酸(ABA)的表现相似,茉莉酸类物质大量积累,外施能增强植物的抗旱性。茉莉酸与脱落酸在抑制生长、促进衰老和逆境胁迫的反应上作用极为相似,两者可协同起作用或独立发挥,而茉莉酸与水杨酸(SA)二者之间则大多研究认为存在相互抑制的拮抗作用,但也有一定协同作用。而茉莉酸与各种激素的信号传导途径的相互作用机制仍有待进一步深入研究。     

抗生素对细菌的Hormesis效应与细菌产吲哚浓度相关性的初步探究

Hormesis效应因其表现出的低浓度促进和高浓度抑制的特殊现象逐渐成为毒理学研究的热点.近年来,人们对抗生素的Hormesis效应进行了大量的研究.吲哚作为一种广泛存在的信号分子,对细菌的多种生理活动都起着重要的调控作用,吲哚是否可能参与调控抗生素对细菌的Hormesis效应是值得我们关注的问题.本文以磺胺甲氧哒嗪(Sulfamethoxypyridazine,SMP)为研究对象,以大肠杆菌为模式生物,建立了大肠杆菌产吲哚浓度的测定方法,并利用该方法测定了SMP对大肠杆菌的Hormesis效应下,大肠杆菌产吲哚的浓度随SMP浓度增加的变化情况.结果显示,当SMP对大肠杆菌的生长起促进作用时,细菌单位OD_(600)产吲哚的浓度随SMP浓度的增加呈现了下降的趋势;当SMP对大肠杆菌的生长表现为抑制作用时,细菌单位OD_(600)产吲哚的浓度随SMP浓度的增加呈现了逐渐上升的趋势.通过初步探究我们推测,SMP可能通过诱导大肠杆菌产生吲哚,并以吲哚作为信号分子调控大肠杆菌的分裂,从而对大肠杆菌的生长表现出Hormesis效应.本研究为尚未有定论的Hormesis机制提供了一定的理论指导.     

镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法研究进展

作物镉(Cd)超量累积是人体中镉的主要来源。研究镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法对保护生态环境及保障食品安全具有重大意义。镉对植物的毒性效应与其生物有效性密切相关,且土壤镉的生物有效性决定其植物根系吸收量,因而基于土壤镉生物有效性调控原理的修复技术是农业环境领域近年来的研究热点。此外,植物镉含量也与植物自身特性密切有关,故筛选不同镉累积特性的植物可为镉污染土壤修复和安全利用提供重要生物质资源。文章综合评述了镉生物有效性的物理和化学调控方法,并分别就超累积植物和低累积作物介绍镉污染农田土壤的植物修复技术和安全利用方法。物理方法如水分管理主要通过改变土壤环境的Eh等理化性质从而影响土壤镉的形态转化过程,进而影响植物镉的吸收量;化学方法如施用钝化剂主要通过改变土壤的pH及土壤镉吸附特性,从而改变土壤镉的生物有效性。低镉累积作物通过减少根系镉吸收或降低地上部镉转运的方式减少可食部镉累积量;镉超累积植物的修复效率主要取决于其镉富集系数的高低及生物量的大小。化学和生物联合调控方法主要通过降低土壤镉含量或阻止镉进入作物可食部,实现"边生产边修复"。农田土壤镉污染修复技术及安全利用方法存在效率低、体系不稳定等问题,探究土壤镉生物有效性关键调控因子及其作用机制、充分挖掘特殊镉累积特性的植物资源并探寻改造植物镉耐性的方法以提高镉污染农田土壤修复效率将是今后该领域的研究热点。     

基于对接的植物激素3D-QSAR和分子动力学模拟

采用分子对接和分子动力学(MD)模拟方法研究植物雌激素类化合物与雌激素受体的相互作用机制,对接结果表明,雌激素受体活性位点的疏水和氢键作用是影响植物雌激素化合物活性的主要原因,植物雌激素类化合物主要与氨基酸残基GLU353、ARG394、HIS524和LEU525之间形成氢键.然后以对接后的分子构象进行分子结构叠合,结合比较分子力场分析(CoMFA)和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)方法建立了3D-QSAR模型.CoMFA模型的交叉验证相关系数(Q2)和非交叉验证相关系数(R2)值分别为0.676和0.994,标准估计误差SEE和F统计量分别为0.143和342.115;CoMSIA模型的Q2=0.565,R2=0.972,SEE=0.286和F=111.480.结果表明,CoMFA和CoMSIA模型具有良好的稳定性和预测能力,可为植物雌激素的雌激素效应研究提供有力的支持.采用MD模拟研究了小分子和受体蛋白的动力学情况,为对接结果的合理性提供了验证.     

褪黑素诱导拟南芥抗芸薹根肿菌

芸薹根肿菌是一种土传性致病菌,严重时可导致作物死亡.利用荧光定量PCR的方法研究褪黑素诱导拟南芥对根肿病的抗病效果及分子机制.结果显示:不同的褪黑素诱导浓度对根肿病的诱抗效果不同,其中,10μmol/L的褪黑素溶液为最佳抗菌浓度,抗诱效果达到47.57%.褪黑素处理后的拟南芥根部的发病程度减轻并且根肿菌孢子囊数目减少.荧光定量PCR技术检测发现,褪黑素诱导拟南芥后,茉莉酸(JA)途径中的标记基因PR3、PR4有明显的过量表达,同时水杨酸(SA)途径中的PR1、PR2和PR5的表达量也呈上升趋势,但上调幅度不明显,表明褪黑素诱导拟南芥产生的抗病过程主要是以JA信号途径为主,SA途径起辅助作用.本研究认为褪黑素可有效抑制由芸薹根肿菌引起的根肿病,为褪黑素在植物防治中的作用提供了新认识.     

石油烃降解酶及其基因的结构、功能和表达调控

研究烃降解酶及其基因是进行石油微生物分子检测和工程菌构建的重要基础.本文对目前烃降解酶及其基因的结构、功能和调控机制的最新研究进展进行了总结.催化烷烃好氧降解的起始酶有几类加氧酶,膜整合甲烷单加氧酶、萘-1,2-双加氧酶和异丙苯双加氧酶的晶体结构已经被解析.烷基或芳基琥珀酸合酶催化烃厌氧代谢的主要起始反应,而Azoarcus sp.乙苯厌氧代谢起始反应由乙苯脱氢酶催化.在细菌中,烃代谢相关基因主要通过形成操纵子进行表达调控,基因转录受烃或类似物诱导,并受细胞全局调控.一些微生物由于存在多种烃代谢途径而可能具有复杂的基因调控机制.此外,生态学研究表明,环境中烃降解基因的诱导动态与实验室内纯培养分析不同.在分析石油降解工程菌构建有待解决问题的基础上,提出了烃代谢综合调控和环境中相关酶及基因诱导研究的重要性,并对未来烃降解酶及其基因在有毒物降解理论研究和生物修复上的应用进行了展望.     

模拟和光谱相互验证2'-OH-BDE-28对HSA构象的影响

利用分子对接、分子动力学模拟(molecular dynamics simulation,MD)和光谱法研究2'-羟基-2,4,4'-三溴二苯醚(2'-OHBDE-28)与人血清白蛋白(HSA)的作用机制。MD模拟研究表明2'-OH-BDE-28诱导HSA的内部疏水性增强,结构松散膨胀,致使其二级结构发生改变;圆二色光谱实验与MD模拟结果相吻合,验证2'-OH-BDE-28可诱导HSA的构象变化。荧光光谱实验表明,2'-OH-BDE-28能通过静态猝灭和非辐射能量转移机制引起HSA荧光猝灭。分子对接推断2'-OH-BDE-28以氢键和疏水作用力键合在HSA的位点I处;热力学分析和竞争实验结果一致验证分子对接结果。本文将计算模拟和光谱实验相结合,从模拟和实验2个角度共同探讨2'-OH-BDE-28与HSA的作用机制,结果高度吻合。     

中国水仙DFR基因启动子的克隆及功能

为了解中国水仙花青素合成途径关键基因DFR(NtDFR)的表达调控以及中国水仙不能合成花青素的分子机制,采用染色体步移法从中国水仙中克隆NtDFR基因起始密码子上游962 bp的启动子序列.生物信息学分析结果表明启动子序列除包含TATA-box、CAAT-box等基本启动子元件外,还包含光调控元件、植物激素响应元件、胁迫响应元件等多个顺式作用元件.此外,该启动子序列还含有MYB转录因子结合位点.为验证启动子的表达特性,将NtDFR启动子取代植物表达载体pBI121上35S启动子,构建pBI121-pNtDFR::GUS载体,利用农杆菌转化烟草叶片瞬时表达,通过GUS组织染色法确定了克隆的启动子的活性.将中国水仙R2R3-MYB转录因子NtMYB2、NtMYB5分别和pBI121-p NtDFR::GUS共同注射烟草,定量PCR和GUS组织化学染色结果表明NtMYB2和NtMYB5都使NtDFR启动子诱导的烟草叶片GUS颜色变浅以及GUS基因表达量下降,表明NtMYB2和NtMYB5是NtDFR的抑制因子.本研究结果有助于了解中国水仙花青素合成途径的分子调控机制.(图5参34)     

工程纳米材料抵抗作物病害的研究进展

纳米技术有望在一定程度上缓解因人口增长带来的粮食危机,纳米级农化品(纳米肥料和纳米农药)展现出的缓释和高效低剂量特性减少了传统农用化学品带来的不利环境影响。该研究着重介绍了工程纳米材料(ENMs)通过直接和间接方式防治作物病害的内在机理,重点阐述了ENMs通过调控植物营养、诱导抗氧化酶活性和改善植物光合作用的方式来抵抗病原入侵对植物造成的氧化胁迫;同时,研究亦指出ENMs能够通过诱导植物产生系统获得抗性(SAR)的方式增强植物的抗病能力。对ENMs抗病机理的深入探究能够有效提高植物病害管理,实现作物产量和质量的增加,并极大程度减轻传统农药化学品对农业生态环境的负面影响。     

大麦EST-SSR分子标记开发及特征分析

大麦是一种古老的栽培作物,也是分子遗传学研究中常用的模式植物,为满足大麦基因作图、遗传多样性、种质资源鉴定和分子辅助育种等研究的需求,拟在NCBI公共数据库基础上,开发基于表达序列标签(EST)的简单序列重复(SSR)分子标记.从NCBI数据库中获得了525 781条大麦EST序列,将这些序列进行聚类和去冗余后共获得61 902个Unigene,随后通过MISA软件搜索Unigene中的SSR位点,并设计引物9 659对,最后通过电子PCR(E–PCR)和普通PCR对引物进行验证.结果显示:(1)61 902个Unigene中含有SSR位点24 648个,其中复合SSR位点5 843个,约占3.42%,单纯SSR位点23 805个,约占96.58%;(2)经E-PCR验证后发现9 659对SSR引物中有1 060对(11%)能够成功扩增出产物;(3)随机选取的11对引物经普通PCR验证发现,这些引物都能在2份野生大麦品种、2份栽培大麦品种及1份小麦、硬粒小麦、荆州黑麦和节节麦中成功扩增.本研究表明日益丰富的EST公共数据库是大麦SSR分子标记的重要来源;利用EST公共数据库、SSR搜索软件,结合E–PCR验证是开发SSR分子标记省时高效的手段.     

播娘蒿转录因子DsCBF与CRT/DRE元件的相互作用

CBF(C-repeat binding factor)是调控植物冷驯化相关基因表达的一种调控转录激活因子,CBF蛋白AP2结合domain可与COR基因启动子CBT/DRE元件特异性地结合,启动耐寒基因COR的表达.为研究播娘蒿DsCBF的功能,构建pET32a-DsCBF原核表达载体,通过冻融法转化入大肠杆菌BL21(DE3)中,进行原核表达,并通过镍亲和层析纯化CBF蛋白.利用EMSA(Electrophoretic mobility shift assay)分析DsCBF蛋白与播娘蒿DsCOR基因的启动子上CRT/DRE元件的相互作用.EMSA结果显示,DsCBF蛋白与含有CCGAC核心序列及TATA-box和AT-TA回文结构的50bp探针结合有滞后现象,表明与DsCOR启动子上的CRT/DRE元件有特异性结合;而与仅有CCGAC的CRT/DRE核心序列的40bp探针结合则无滞后现象,表明DsCBF与蛋白结合的识别可能与TATA-box和AT-TA回文结构有关.     

水稻arf1基因3′-UTR片段的克隆和验证

终止子是一段位于基因编码之后的序列,作为一种调控信号调控DNA的转录终止和RNA的释放,在基因工程技术应用中通常被构建在目的基因下游,用以调控基因的转录和表达.现有常用的终止子很少,克隆和验证新的终止子是植物基因工程技术发展的需要.通过生物信息学分析和Realtime-PCR表达验证,筛选出候选基因腺苷酸核糖基化作用因子(Similar to ADP-ribosylation factor1,arf1)基因,克隆了水稻arf1基因3′-UTR.结果显示,所克隆3′-UTR片段含有8个多聚信号元件和4个UE片段.将3′-UTR与gus基因融合后分别与玉米泛素启动子Ubiquitin和花椰菜花叶病毒(CaMV)启动子35S连接构建植物表达载体验证3′-UTR调控表达效果.烟草瞬时表达显示3′-UTR融合的gus基因在35S和Ubi启动子驱动下,在烟草叶片中能正常表达;3′-UTR调控下的gus基因在水稻根、茎、叶、花和种子中均可稳定表达,且表达量与T-Nos终止子相当.本研究表明所克隆的3′-UTR可替代T-nos终止子,可为植物基因工程技术的应用提供新的调控元件.(图5表3参29)     

热休克蛋白与植物病毒组分的互作机制研究进展

大量研究表明热休克蛋白(Heat shock protein,Hsp)作为分子伴侣蛋白,通过对招募蛋白的折叠、转运、定位、装配或降解等行为参与植物病毒的生命活动;明确病毒与植物寄主互作机制对于培育抗病毒品种和开发新型抗病毒农药具有重要意义.本文概述了Hsp的分类、基因和蛋白结构及生物学意义;系统分析了Hsp70或Hsp90、植物寄主辅助因子、病毒的依赖RNA的RNA聚合酶等组分组装形成植物病毒复制酶复合体的机制,Hsp70、Hsp90和病毒组分互作及其亚细胞定位和调控病毒复制的机制;重点阐述了Hsp70与病毒组分互作及运动机制,以及病毒对植物寄主或病毒自身编码Hsp表达的影响,包括Hsps与病毒组分在胞内移动、胞间移动或长距离运动过程中的发生场所、参与要素、能量供应及物质转换机制,病毒诱导植物寄主Hsps表达的种类特异性、动态表达规律等.目前研究主要集中在Hsps与病毒组分间"两-两"因素,还缺乏超分子复合体中以核酸、蛋白、多糖等为物质基础的多组分间协同机制的研究;建议加强招募蛋白与Hsp间的转位机制、Hsp与超分子蛋白复合体组分间的协作机制、超分子蛋白复合体与植物寄主组织结构间的关系等方面的研究.     

植物根圈微生物群落与功能特异性机制研究

植物-土壤微生物交互作用在土壤养分循环、碳固存和温室气体排放等生态过程中发挥着重要作用,而植物源有机物输入被认为是植物-微生物交互作用的纽带。根圈土壤微生物在群落结构和功能上与根圈外土壤差异显著,并存在一定的植物群落特异性。植物源有机物的高度可利用性对土壤微生物具有复杂的影响,改变着土壤生态过程。因此,揭示植物源有机物的输入对土壤微生物的影响有助于深化对植物-土壤微生物反馈作用的认识,同时为养分循环调控、肥料施用时效、作物增产和温室气体排放及生态平衡维持提供理论支持。基于国内外最新相关研究进展,综述了两大类植物源有机物(根际沉积和凋落物)的组成和输入时间对土壤微生物群落结构和特定功能(以氮循环为例)的影响机制;探讨了稳定性同位素示踪技术、分子探针技术和宏基因组学等研究方法在植物-土壤微生物交互作用中的综合应用;总结了植物生命周期内植物源有机物化学组成和输入时空差异对植物特异性土壤微生物群落的诱导机制。植物源有机物输入对微生物群落结构和功能具有重要影响,不但显著提高优势微生物群落生物量、改变微生物群落结构及相关功能、调控特定土壤微生物活性,并且其化学性质多样性决定了土壤微生物群落植物特异性。因此,植物源有机物输入是驱动植物根圈特异微生物群落结构演替与功能演变的重要因子。     

植物miR408家族的进化与分子特性

miR408家族在植物上已有报道,但其进化规律与分子特性研究很少.利用miRbase数据库提供的34种植物49个miR408的前体序列和64个成熟体序列,采用分类统计、进化树构建、序列比对、二级结构预测、染色体定位分析及靶基因预测等手段,进行进化规律与分子特性分析.结果显示:miR408家族成员分布在34个植物物种中,分布较为广泛,并且苔藓类植物可能是植物miR408家族进化的祖先;物种特异性是影响miR408前体进化特性的重要因素,而序列保守性是影响成熟体进化特性的主要因素;由5p臂上形成的miR408成熟体的序列特异性较大,由3p臂上形成的miR408成熟体的序列保守较高;Mfold预测表明植物miR408家族具有典型的茎环二级结构,茎序列的保守性高于环序列,3p臂上茎序列的保守性高于5p臂上茎序列;靶基因预测表明miR408广泛参与植物生长发育和逆境胁迫的应答.综上表明植物miR408家族成员在进化过程中保守性与特异性并存,这对进一步研究植物miR408的生物学功能具有参考价值.