[目的]细胞色素P450 单氧化酶 98(Cytochrome P450 monooxygenase 98,CYP98)是苯丙烷途径中的关键限速酶,拟探究其在角苔植物中是否参与苯丙烷途径中生物合成及抗病功能,为今后研究早期陆生植物的进化和适应逆境胁迫的生理机制提供参考.[方法]利用RACE技术从褐角苔中克隆 FfCYP98 cDNA全长序列,对其进行生物信息学和亚细胞定位分析,并通过构建过表达载体转化拟南芥突变体 FfCYP98-OE1 进行功能验证.[结果]FfCYP98 cDNA序列开放阅读框 1 305 bp,与苔藓植物芽孢角苔和小立碗藓CYP98 在进化关系上最近,亚细胞定位结果显示FfCYP98 定位于细胞核和细胞质.过表达FfCYP98 基因后发现FfCYP98-OE1 植株总酚、总黄酮和苯丙烷合成途径中C4H、4CL和C3H的表达量均显著高于拟南芥WT植株.另外,用灰霉菌侵染褐角苔和拟南芥FfCYP98-OE1 植株后发现FfCYP98 表达量显著上调,FfCYP98-OE1 植株枯死的速度明显比WT植株慢,且拟南芥FfCYP98-OE1 植株中总酚、总黄酮和苯丙烷合成途径中C4H、HCT、C3H和CAD四个基因的表达量均显著高于WT植株.[结论]褐角苔FfCYP98 可能通过调控苯丙烷途径合成相关基因的表达,参与了苯丙烷途径中酚类和黄酮类化合物的生物合成,并与植物的抗病性有关.

目的:对乌拉尔甘草查尔酮合酶(CHS)进行cDNA序列克隆及分析.方法:根据GenBank数据库中已注册胀果甘草CHS的cDNA序列(EU706287)设计引物,采用RT-PCR法从乌拉尔甘草根样中克隆CHS的cDNA序列,利用Editseq 7.10、DNAMAN 6.0及MEGA 5.0进行序列分析.结果:克隆得到34条长度为1175 bp的CHS序列,包含一个完整的开放读框,编码一条由389个氨基酸残基组成的多肽.这34条CHS序列可分为15种单倍型(单倍型1～15),一致性为98.97％,存在61个变异位点;其对应的34条CHS氨基酸序列,可分为9种氨基酸序列类型(AA-I～AA-9),一致性为99.51％,存在13个变异位点.同源性分析显示,乌拉尔甘草中该基因序列与胀果甘草在进化关系上最近,与小立碗藓在进化关系上最远.结论:克隆了乌拉尔甘草CHS基因cDNA序列,并对其进行了序列多态性分析,为进一步研究CHS基因在甘草黄酮代谢途径中的作用提供了理论依据.

目的:克隆光果甘草Glycyrrhiza glabra查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)基因并分析其基因多态性.方法:通过逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)从光果甘草主根中扩增得到CHS cDNA序列,测序并运用生物信息学软件对测序结果进行分析.结果:克隆得到19条长度为1 175 bp的光果甘草CHS cDNA序列,测序结果显示其一致性99.10％,存在81个变异位点,可分为17种单倍型;氨基酸序列分析显示,这19条cDNA序列共编码14种氨基酸序列类型,一致性99.34％,存在25个变异位点.生物信息学分析表明光果甘草CHS cDNA序列编码蛋白为稳定性亲水蛋白,平均相对分子质量42.6 kDa,等电点5.75～6.21,不含信号肽,无跨膜区,保守结构域包含1个查尔酮合酶超家族结构域,二级结构以α螺旋和无规卷曲为主.同源性分析显示,光果甘草CHS cDNA序列与乌拉尔甘草G.uralensis以及胀果甘草G.inflata在进化关系上最近,与小立碗藓Physcomitrella patens在进化关系上最远.结论:成功克隆并得到了光果甘草CHS cDNA序列,且这些序列编码区具有丰富的多态性.

脱落酸(ABA)作为逆境信号,在植物抗逆特别是抗旱过程中起关键作用.苔藓植物是最早登陆的高等植物,探究其ABA的作用机理对于理解陆生植物的进化具有重要意义.本文主要描述ABA在苔藓植物中的功能和作用,并以小立碗藓(Physcomitrella patens)为例,总结了ABA合成和信号转导途径的研究进展,丰富了对ABA在早期陆生植物生存与进化过程中作用的认识.

本研究采用PCR技术从砂藓(Racomitrium canescens)中克隆得到丙二烯氧化环化酶(allene oxide cyclase,AOC)基因,命名为RcAOC1.构建了RcAOC1过表达转基因烟草(Nicotiana tabacum)并对T0代转基因烟草进行了基因型鉴定.对RcAOC1进行了相关生物信息学分析,RcAOC1的cDNA开放阅读框长561 bp,编码含有186个氨基酸的多肽序列.RcAOC1蛋白理论等电点为5.16;不稳定系数为56.25,属于不稳定的蛋白质;脂肪指数为25.13,属于疏水性蛋白质.对蛋白的跨膜结构域进行分析,结果显示RcAOC1基因编码的蛋白不含跨膜区.预测RcAOC1蛋白不含有信号肽,属于非分泌型蛋白.砂藓中AOC1蛋白与其它植物中的AOC蛋白质序列具有较高的相似性,其中与小立碗藓AOC蛋白亲缘关系最近.本研究的结果为进一步研究RcAOC1基因的应用奠定了理论基础.

根据基因组信息和KEGG数据库分析小立碗藓基因组中合成萜类物质的基因,比较小立碗藓与酵母和拟南芥合成萜类物质基因的氨基酸序列同源性同时利用UPLC-QTOF分析小立碗藓中物质组成,来分析小立碗藓基因组中萜类物质合成的基因及小立碗藓中存在的萜类物质.与酵母相比,小立碗藓两条萜类次生代谢途径完整,途径中的基因及氨基酸丰富性更高,提示可以合成更丰富的前体物质如FPP,GPP等;小立碗藓与拟南芥的序列相似性较高,萜类背景简单.UPLC-QTOF分析检测到小立碗藓中次生代谢物质主要是芳香族化合物及各类生物碱,一种萜类物质ent-16beta-Methoxy-19-kauranoic acid.小立碗藓中本身具有合成萜类前体物质和二萜的基因,检测到少量萜类物质,适合作为萜类活性物质异源合成的底盘细胞.

扩展蛋白(Expansins,EXP)是一类基因家族,几乎参与了植物发育的全过程,从种子萌发到果实成熟都有扩展蛋白的参与.该研究利用生物信息学的方法对小立碗藓(Physcomitrella patens)Expansin基因家族成员进行鉴定,分析了其基因结构、染色体定位以及系统发生关系.结果表明:小立碗藓基因组中含有Expansin A(EXPA)32个、Expansin-like A(EXLA)6个,并未发现Expansin-like B(EXLB)及Expansin B(EX-PB).扩展蛋白氨基酸序列长度在228～290 aa之间,编码蛋白质具有两个保守的结构域Pollen_allerg_1和DPBB_1.蛋白质亚细胞定位预测结果表明:运用CELLO在线工具预测发现小立碗藓中约4/5的EXP家族基因定位于细胞外;而Euk-mPLoc预测结果则显示小立碗藓EXP基因家族成员全定位于细胞外.基因结构分析表明,小立碗藓中约68％Expansin基因有含有1～3个内含子.以上结果可为深入研究小立碗藓扩展蛋白基因的分子进化与生物学功能奠定基础.

再生是植物适应外界伤害的重要策略之一,也是植物生物学研究的重要领域.通过对种子植物的研究,在新生组织器官的发生机理以及生长素和细胞分裂素对于再生的调控作用等方面已经取得了多项引人瞩目的成果.苔藓是最原始的高等植物,小立碗藓(Physcomitrella patens)属于藓类植物的葫芦藓科,可以很方便地开展遗传操作,通过同源重组以及CRISPR的方法达到基因敲入和敲除的目的.由于小立碗藓不需要外源施加植物生长调节物质就能发生再生,非常利于从细胞水平上开展再生的起始调控研究.本文对于近年来苔藓植物的再生特点和重要研究进展进行了介绍.

青蒿素是一种含有过氧化基团的倍半萜内酯化合物,是目前治疗疟疾最有效的药物.然而,黄花蒿中青蒿素含量较低,仅占干重的0.1％～1.0％,且提取工艺复杂,导致青蒿素产量较低、生产成本较高,难以满足市场需求.随着高通量测序及分子生物学技术的发展,参与青蒿素代谢途径的相关酶基因、转录因子逐渐被克隆与鉴定,利用代谢工程和合成生物学的手段对黄花蒿代谢途径以及异源宿主细胞进行基因工程的改造成为该领域研究的热点之一.该文就青蒿素生物合成的分子机制、黄花蒿基因工程改造的不同策略和异源宿主植物细胞(烟草、小立碗藓)中合成青蒿素的现状及其应用前景进行概述,以期为高产青蒿素的黄花蒿新品种培育提供分子基础和理论依据.

Mlo作为一类广谱抗病因子,参与植物多种生物与非生物胁迫反应.为研究不同物种Mlo基因的基本特征及进化关系,选取己测序的29种代表性植物,利用生物信息学方法对其进行鉴定及系统进化分析.结果 显示:共有198个植物Mlo基因被鉴定,各基因具有11～14个外显子,编码400～600个氨基酸,翻译碱性疏水性稳定蛋白,部分Mlo含信号肽和钙调素结合区,绝大多数Mlo定位于细胞膜,含5～7个跨膜螺旋结构.基序分析发现,10个保守基序长21～50个氨基酸.染色体定位发现174个Mlo不均衡地散布于不同染色体或scaffold上,且主要位于两端,形成19个(24.1％)基因簇、5对(5.7％)串联重复和61对(36.2％)片段重复.系统聚类可将164个Mlo分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区组,被子植物Mlo主要聚在ⅠA组,江南卷柏Mlo聚在ⅠA和ⅢB组,小立碗藓Mlo聚在ⅠB和ⅢA组,几乎所有藻类Mlo聚在Ⅱ组.同源性分析发现52.4％的Mlo以同源基因形式存在,包括25对直系同源基因和28对旁系同源基因,其Ka/Ks值为0.01～0.78,说明进化中主要受到纯化选择.研究表明植物Mlo基因家族较保守,具有成簇存在的特点,在进化过程中经重复扩张,形成了大量同源基因,同时也发生了不同程度的丢失,结果为相关基因分离及植物抗病育种应用提供了理论依据.