非生物胁迫对盐生杜氏藻DsMPK转录、翻译和磷酸化修饰的影响

促有丝分裂活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK或MPK)途径是在真核生物中广泛存在的调控多种生理过程的信号途径,在细胞增殖、分化、凋亡、生物和非生物胁迫等生理过程的调控中起着关键的作用.盐生杜氏藻(Dunaliella salina,盐藻)是目前世界上最耐盐的真核光合生物之一.在前期实验中,已发现盐藻MAPK(DsMPK)的表达受到低温和高盐胁迫的抑制.分析DsMPK在高温、低盐、氧化、紫外胁迫中的表达变化,发现DsMPK还受到氧化胁迫的抑制.进而分析DsMPK在高温、低盐、氧化、低温、高盐和紫外胁迫中翻译和磷酸化修饰的变化,发现除低盐胁迫外,在磷酸化修饰水平DsMPK同样受到各种非生物胁迫的抑制.在对不同生长阶段盐藻DsMPK磷酸化变化的分析中还发现,DsMPK的磷酸化水平与生长速率有一致性.各方面DsMPK的变化趋势说明其为一调控生长相关的MAPK.     

野生蕉miR395a前体克隆与进化特性及启动子分析

植物miR395参与硫代谢调控,并在应答逆境胁迫等方面起重要调控作用.为了解香蕉miR395的分子特性和进化规律,在参考香蕉基因组信息的基础上,结合RT-PCR技术,从三明野生蕉(Musa itinerans)叶片中获得81 nt miR395a前体序列,包含21 nt miR395a成熟体序列.进化特性分析表明,植物miR395a前体存在于27个物种中,野生蕉pre-miR395a序列与双子叶耧斗菜(Aquilegia viridiflora Pall.)最为接近,与单子叶的水稻、玉米、高粱最远,表明野生蕉pre-miR395a的起源比较特殊;前体序列长度差异较大(57-226 nt);miR395a成熟体序列分析发现,来自5p臂上的miR395a序列特异性较大.野生蕉miR395a前体能形成典型的发卡结构,miR395a成熟体位于前体的3p臂上.转录起始位点分析表明,野生蕉pri-miR395a转录起始区域位于-87 bp--38 bp,A为转录起始位点.启动子顺式作用元件预测分析表明,野生蕉miR395a启动子包含多个激素、胁迫、生物钟及光响应元件,可能与响应胁迫密切相关.qPCR检测结果也发现miR395a的表达量在低温胁迫下极显著下调,表明响应低温胁迫.综上表明三明野生蕉在响应低温胁迫过程中miR395a起着重要调控作用,这对于进一步研究野生蕉miR395a在低温胁迫中的作用机制具有参考价值.     

低温胁迫下香菇基因表达差异研究

香菇为变温结实型担子菌,为探讨低温胁迫诱导香菇子实体形成的分子机理,应用mRNA差异显示技术对低温胁迫下香菇菌丝体基因表达差异进行了比较.电泳差异展示结果表明,低温胁迫前后基因表达在数量水平和质量水平上都存在显著差异,数量水平的差异表现为低温胁迫过程中表达序列标签(expressed sequence tags,ESTs)增强表达或减弱表达;质量水平上的差异表现为低温胁迫使部分ESTs特异诱导表达或沉默表达.差异ESTs的类型比较和多态性分析发现,低温胁迫处理6~12h可能是诱发香菇原基发生的关键时段.本文还对显著差异表达的基因片段进行序列分析和Northern杂交验证,初步讨论了低温胁迫时间在调控香菇子实体发生中的作用.图4表2参13     

非生物胁迫诱导青蒿素生物合成基因的表达

对离体培养青蒿试管苗中3个青蒿素合成相关基因的非生物胁迫诱导表达模式进行了初步研究.半定量RT-PCR测定结果表明,当暴露于冷、热和紫外光后,青篙植株的紫穗槐-4,11-二烯合酶基因(ADS)和细胞色素P450单加氧酶基因(CYP71AV1)转录上调;相反,在未经胁迫处理的情况下,ADS和CYP71AV1基因的表达水平较低,而在胁迫处理前后细胞色素P450还原酶基因(CPR)转录所产生的mRNA均保持恒定.同时,冷胁迫的诱导效果也得到实时荧光定量RT-PCR测定数据的支持.经低温锻炼的青蒿试管苗,其ADS和CYP71AV1基因的转录产物拷贝数比对照分别提高11倍和7倍,而CPR基因的mRNA拷贝数与对照基本持平.短暂预冷处理还可显著提高青蒿试管苗的青蒿素含量,达到7.5～8.8 mg/g干重,比对照提高66.7%～95.6%,为进一步探索利用环境胁迫促进青蒿素高产的新途径提供了可能性.图2表3参21     

渗透压对产甘油假丝酵母磷酸果糖激酶和6-磷酸葡萄糖脱氢酶的调控

磷酸果糖激酶(PFK)和6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)分别是糖酵解途径(EMP)途径和磷酸戊糖途径(HMP)途径的关键酶,控制着流入两种途径的葡萄糖流量,对耐高渗产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)高效合成甘油、抵抗渗透压胁迫非常重要.为考察渗透压对产甘油假丝酵母这两个关键酶的影响,首先克隆得到编码产甘油假丝酵母G6PDH的Cgzwf基因及编码PFK亚基的Cgpfk1和Cgpfk2,并通过生物信息学分析、酶活检测及基因互补实验验证它们的功能.渗透压胁迫发酵(添加50 g/L NaCl)结果显示,菌株生物量未受渗透压影响,但甘油积累量增加了2倍.与对照相比,盐胁迫激活PFK但弱化了G6PDH活性.此外,盐胁迫下PFK活性表现出更为明显的先降低后升高的趋势,而G6PDH活性的变化则与对照基本相似,表明盐胁迫下碳流可能存在EMP-HMP-EMP形式的不同程度偏转.转录水平检测发现,在发酵中的甘油积累过程盐胁迫对上述酶基因转录的影响并不明显,表明细胞可能通过酶活性调节而不是主要依赖于转录调节来调控两种关键酶以适应耐渗长期胁迫和甘油合成的需要.综上,产甘油假丝酵母以调节关键代谢酶活性的方式来实现碳硫偏转,高产甘油,从而适应外界渗透压力,这一结果可为阐明产甘油假丝酵母耐高渗和高产甘油机制提供新的信息,为未来代谢改造该菌株打下基础.     

番茄SlNAC1基因启动子的盐应答功能分析

番茄NAC转录因子编码基因SlNAC1受假单胞菌、盐、干旱和低温等多种生物和非生物胁迫诱导表达,但其转录调控机制仍不清楚.为研究SlNAC1的盐应答转录调控机制,分离SlNAC1基因的启动子并分析其盐应答功能.构建4个5′-缺失的SlNAC1启动子(起始密码子上游2 039 bp、1 508 bp、1 373 bp和777 bp)驱动的GUS基因表达载体,并利用农杆菌介导法分别转化烟草(Nicotiana benthamiana),随后对转基因植株进行NaCl处理和GUS染色分析.结果显示,未经NaCl处理的转基因植株均不被明显染色,而NaCl处理后,除777 bp启动子转基因植株外,2 039 bp、1 508 bp和1373 bp启动子转基因植株都被明显染色.这说明SlNAC1启动子中盐应答元件位于-1 373 bp和-777 bp之间.结合该区间有4个盐应答元件——GT1GMSCAM4元件(核心序列为GAAAAA)的预测分析结果,推断这4个GT1GMSCAM4元件中的一个或者多个协同负责SlNAC1基因的盐应答转录调控.这4个GT1GMSCAM4元件将用于筛选SlNAC1盐应答的转录调控因子.(图4表1参28)     

香蕉含VQ基序蛋白基因MaVQ1的克隆与表达

克隆香蕉含VQ基序蛋白基因MaVQ1,研究其序列特征及其在不同激素处理和逆境胁迫下的表达模式.采用RTPCR技术从‘天宝蕉’中克隆了该基因,对其进行生物信息学分析,并利用实时定量PCR技术(qRT-PCR)研究它在不同组织部位和不同激素、不同逆境胁迫处理下的表达情况.结果显示:MaVQ1编码序列(CDS)长为459 bp,可编码一个分子式为C_(732)H_(1164)N_(210)O_(207)S_3、分子量为16 314.76、等电点为10.19的不稳定亲水性蛋白.MaVQ1含有保守的VQ结构域,不含跨膜结构和信号肽,与小果野蕉VQ亲缘关系最近.亚细胞定位预测结果显示MaVQ1主要定位在细胞核.蛋白互作预测结果显示MaVQ1与其他香蕉VQ蛋白以及WRKY互作系数最高.启动子顺式作用元件预测结果显示MaVQ1启动子包含多种光响应元件、激素响应元件和逆境胁迫相关作用元件.转录因子结合位点分析结果显示其启动子上存在大量的ERF结合位点.qRT-PCR结果显示:MaVQ1在不同组织部位中的表达无显著差异,其表达受茉莉酸、脱落酸和低温显著诱导,受高温和干旱抑制.本研究表明,与其他植物VQ类似,MaVQ1的表达受多种激素和逆境影响,暗示其可能在香蕉抗逆防御反应过程中发挥着重要调节作用.(图6表2参33)     

甘蔗蔗糖合成酶基因的克隆

促使蔗糖进入各种代谢途径的关键酶之一是蔗糖合成酶,它也是蔗糖代谢关键酶中极其重要的一种酶.以甘蔗基因组DNA为模板,用PCR技术分段扩增并克隆了甘蔗蔗糖合成酶(Sucrose synthase)基因片段,并进行序列测序,表明该基因全长约为7.5 kb,与Lingle S.E等报道的甘蔗蔗糖合成酶(SuSy2)基因序列相似性达到99.5%,推导的氨基酸序列同源性达到100%.该序列包含约1.9 kb的上游启动子调控区域, 16个外显子, 15个内含子, 3'不翻译区等,开放读码框(ORF)编码802个氨基酸,氨基酸序列中存在糖代谢关键酶家族保守的14-3-3蛋白磷酸化位点Ser/Thr,为进一步在转录水平上阐明蔗糖合成酶的表达调控机制奠定了基础.     

玉米两个功能未知转录因子基因的转录后加工

ZmBH、ZmWD是玉米中分别具有转录因子bHLH和WD重复蛋白结构的两个功能未知基因,在不同组织中及各种胁迫诱导条件下,这两个基因均发生不同程度的剪接,产生大小各异的转录本.序列分析发现其剪接方式与经典的mRNA剪接不同,即剪接位点的选择不符合GT-AG或AT-AC规则,而是在剪接位点具有短正向重复序列SDR(Shortdirect repeats).ZmBH的转录后加工导致序列发生移码而提前终止,而ZmWD则缺失了大部分结构域序列,经由这种方式产生的转录后加工产物可影响蛋白编码,因而可能是对这两个基因功能进行调控的一种方式.图6表1参18     

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)     

颗石藻藻源性二甲基硫丙酸（DMSP）在致死卤虫时的作用检测(The Detection of Lethal Effects of Algal Derived DMSP of Pleurochrysis carterea on Artemia salina)

颗石藻Pleurochrysis carterea具有显著致死卤虫的作用,但机理尚需进一步解明.为了分析颗石藻藻源性的二甲基硫丙酸(DMSP)及其分解产物二甲基硫(DMS)和丙烯酸是否是致死卤虫的原因所在,检测了P.carterae在受卤虫捕食压力情况下细胞DMSP及其裂解产物DMS的定量变化,以及外源DMSP、DMS和丙烯酸对卤虫的直接作用.结果显示,外源添加的高挥发性DMS对卤虫无节幼虫没有急性致死效应.外源重复添加浓度为0.08至1.0mM的DMSP和丙烯酸对卤虫的致死存在浓度和时间相关的效应,浓度越高发生卤虫大量死亡的时间越早.检测外源重复添加DMSP和丙烯酸时的pH变化发现,试剂重复添加会造成pH显著下降,这可能是致死卤虫真实的直接原因.捕食者与被捕食者系统中,检测颗石藻液中藻源性DMSP及裂解产物的定量水平并未达到显著致死卤虫的作用.但是,考虑颗石藻被卤虫重复捕食入体内的累积变化时,从理论值分析来看,颗石藻在卤虫体内的裂解可能对体内产生脉冲式的累积过低酸刺激,或许是造成卤虫的死亡原因.     

转座子挽救法克隆鞘氨醇单胞菌CDS-1中呋喃丹水解酶相关基因

用含Tn5转座子的自杀性质粒pSC123诱变呋喃丹降解菌Sphingomonas agrestis CDS-1,获得失去呋喃丹降解功能的突变株CDS-M1.以pMD18-T为载体在E.coli DH5α中构建了CDS-M1的基因组文库,采用转座子挽救法对Tn5插入位点两侧翼的序列进行克隆与测序,根据测序结果(共4 551个碱基)设计引物,从CDS-1的基因组中扩增到同样大小的片段,把该片断克隆到广宿主载体pPZP201上,得到重组质粒pCDZ1,通过三亲接合的方法把pCDZ1导入CDS-M1中进行功能互补实验,结果显示CDS-M1的呋喃丹水解功能得到了恢复,表明该片断中包含呋喃丹水解酶相关基因.图7表1参14     

长江口南支沉积物对卤虫的毒性效应研究

以Ⅱ-Ⅲ龄卤虫幼体（Artemia salina）为受试生物,开展生物检测试验,研究长江口南支沉积物的毒性效应。生物检测结果表明长江口南支部分站位的沉积物对卤虫幼体已产生毒性效应,其中,2、5、8三站沉积物对卤虫体长和体内SOD酶活性具有显著影响（p〈0.05）,1号和2号站沉积物对卤虫体内LDH活性有显著影响（p〈0.05）。对多个毒性效应指标运用因子分析法得到长江口南支各站因子得分F,F值大小可表征各站沉积物对卤虫综合毒性的强弱,各站F值排序为：2号（-1.59）〈5号（-0.76）〈8号（-0.42）〈1号（0.06）〈6号（0.62）〈7号（0.78）〈3号（1.31）,2号站沉积物毒性最强,3号站毒性最弱。经逐步回归分析,因子得分F与沉积物中Cu、Cd含量具有显著相关关系（R=0.91,p〈0.05）,表明长江口南支沉积物中Cu和Cd是对卤虫产生毒性效应的关键污染物。     

颗石藻Pleurochrysis carterae不同细胞状态对卤虫的致死效应研究

颗石藻Pleurochrysis carterae对卤虫具有显著的致死效应,但其机理尚未明确.P.carterae的细胞生活史中会出现钙化细胞、非钙化细胞以及分枝丝状体的细胞状态.为了探明该种颗石藻对卤虫的致死原因,通过人为干预,分别获取了几种状态的细胞或相关组分,包括:钙化细胞(指钙化单细胞C-cell)、从非钙化单细胞N-cell动态释放的钙化细胞(N-C-cell)、非钙化单细胞(N-cell)、非钙化分枝丝状体(F)、带有机质基板的颗石粒外壳(L)、钙化细胞的冻干藻粉(Ly).以喂养组和饥饿组为对照,比较研究了P.carterae不同细胞状态或组分在作用密度和作用时间上对卤虫(Artemia salina nauplii)无节幼虫的致死效应差异.结果显示:钙化细胞和非钙化单细胞可以对卤虫幼虫产生显著的致死效应,这种致死效应显著差异于饥饿致死效应(p<0.05).致死效应与作用时间及藻密度显著相关,钙化细胞对卤虫的半致死密度为72hLD50=6.16×103cells·mL-1,96hLD50=2.19×103cells·mL-1,高密度时(105、106cells·mL-1)的卤虫半致死时间分别为68.4h和53.3h.非钙化丝状体、颗石粒和冻干藻粉对卤虫的致死效应与饥饿致死效应一致.非钙化丝状体、颗石粒、冻干藻粉以及裸露细胞重新钙化过程均不向水中释放有害物质.颗石藻P.carterae对卤虫的致死效应与卤虫对生活颗石藻单细胞的摄食过程有关.     

环境胁迫和乙烯对番茄PR-NP24基因表达的影响

根据已报道的番茄PR-NP24基因序列设计引物,经PCR克隆出长为477bp的番茄PR-NP24基因片段,以该片段制备探针,采用Northern杂交技术对该基因在番茄(WT)和乙烯反应突变体番茄(Nr,rin,T4B-11)中的表达进行了研究.杂交结果表明,该基因主要在果实和根部表达,伤害抑制WT、Nr番茄叶片中该基因的表达,而对rin番茄叶片无明显影响;干旱、淹水等环境胁迫和乙烯均能不同程度地诱导其表达,而在不同温度下,PR-NP24基因表达变化不大.图7参13     

编码水稻胞外核苷酸双磷酸酶基因的表达特性

NTPDase(Nucleoside triphosphate-diphosphohydrolase,核苷酸双磷酸酶)在哺乳动物巾分布于细胞膜,可以水解细胞外ATP和其他核苷酸,从而调控胞外核苷酸代谢及信号应答.根据水稻NTPD基因序列设计引物,在不同胁迫条件样品中,通过PCR扩增水稻NTPD基因,结果表明水稻NTPD基因表达水平在盐胁迫样品中升高.为进一步分析水稻NTPD基因的功能,构建了该基因的过量表达、RNA干涉载体,通过根癌农杆菌介导转入水稻品种日本晴并获得阳性植株.半定量RT-PCR分析达到过量表达和干涉日的.在盐胁迫条件下,TO代过表达转基因植株表现出一定程度的抗胁迫能力,RNA干涉转基因植株的生长则受到抑制.图7表3参20     

Parasite facilitates plant species coexistence in a coastal wetland

Outbreaks of infectious agents in natural ecosystems are on the rise. Understanding host-pathogen interactions and their impact on community composition may be central to the conservation of biological diversity. Infectious agents can convey both exploitive and facilitative effects that regulate host populations and community structure. Parasitic angiosperms are highly conspicuous in many plant communities, and they provide a tractable model for understanding parasite effects in multispecies communities. I examined host identity and variation in host infectivity of a holoparasitic vine (Cuscuta salina) within a California salt marsh. In a two-year parasite removal experiment, I measured the effect of C. salina on its most frequent host, a rare hemiparasite, and the plant community. C. salina clearly suppressed the dominant host, but rare plant fitness and plant species diversity were enhanced through indirect effects. Priority effects played a role in the strength of the outcome due to the timing of life history characteristics. The differential influence of parasites on the fecundity of multiple hosts can change population dynamics, benefit rare species, and alter community structure. The continuum of negative to positive consequences of parasitic interactions deserves more attention if we are to understand community dynamics and successfully restore tidal wetlands.     

Ralstonia eutropha菌株镉抗性调节基因CzcR的克隆与序列测定

G-细菌镉抗性决定子是一个编码4个蛋白的CzcCBAD操纵子,参照GenBank已登录Czc基因序列进行引物设计,利用PCR技术,从可在含350mg/LCdCl2的培养基上生长的抗镉菌株Ralstoniaeutropha质粒中,扩增出长度约为1200bp的革兰氏阴性细菌镉抗性系统中的抗性调节基因CzcR,然后将其亚克隆到pGEM-T-easy载体上,并转化至受体菌中,构建重组质粒,采用碱性裂解法提取质粒DNA后,经EcoRI酶切分析和核苷酸序列分析,其与GenBank中登录的CzcR基因序列相似性高达98%,显示其具有正确的CzcR基因核苷酸序列。镉抗性基因的获得将大大推动对微生物抗重金属机理的研究,并为进一步构建耐镉基因工程菌,高效净化重金属污染环境打下坚实的基础。     

黑斑蛙Dmrt1基因的克隆及在不同组织中的表达

Dmrt基因家族是新近发现的一个与性别决定相关的基因家族,该家族成员都含有一个新的具有DNA结合能力的保守基序——DM结构域.本文采用简并PCR技术,扩增并克隆了黑斑蛙基因组中的DM结构域,经序列分析,获得了Dmrt家族成员rnDmrt1;进一步根据获得的rnDmrt1序列,设计一对特异引物,采用RT-PCR技术对成蛙不同组织Dmrt1基因的表达进行了研究.结果发现,rnDmrt1只在精巢中特异表达,在卵巢、脑、肝、心、肾及肌肉组织中无表达,显示Dmrt1基因在性别决定和分化中有重要功能. 图4参9