通过鉴定楸树(Catalpa bungei)DELLA家族基因并分析CbuGRAS9的基因功能,为楸树生殖调控性状的遗传改良提供理论依据.基于楸树基因组数据,鉴定并克隆了5个与拟南芥(Arabidopsis thaliana)同源的CbuDELLAs基因;利用ExPASy、SWISS-MODEL、Plant-mPloc、PlantCare等在线工具对CbuDELLAs蛋白进行等电点、蛋白结构、亚细胞定位及启动子顺式作用元件预测;以9-1(Catalpa bungei'Luoqiu No.1')和'百日花'楸树(Catalpa'Bairihua')为材料,分析了CbuDELLAs基因的表达量差异,并通过异源转化拟南芥证实了CbuGRAS9的分子功能,利用酵母双杂交文库筛选了与CbuGRAS9互作的蛋白.结果表明:5个CbuDELLAs蛋白的氨基酸数目为455～588,蛋白相对分子质量为5.04～6.43 kDa,等电点为4.81～5.14;CbuDELLAs蛋白均含有DELLA和GRAS保守结构域,全部为亲水性蛋白.亚细胞定位预测结果显示CbuDELLAs蛋白均定位于细胞核中.启动子顺式作用元件分析发现,这5个DELLAs基因启动子区均含有参与赤霉素反应的顺式作用元件.qRT-PCR结果显示,'百日花'楸中CbuDELLAs基因表达量显著高于对照9-1楸,其中CbuGRAS9为差异最显著的基因,Cbu-GRAS9转基因株系的开花时间被明显推迟.鉴定到与CbuGRAS9互作的蛋白质主要富集在核糖体、氨基酸合成、次级代谢、光合作用、TCA循环等代谢通路.

为了解油茶(Camellia oleifera)中DELLA基因功能及其表达特性,采用PCR技术从'长林4号'油茶中克隆了5个DELLA基因,命名为CoDELLA1～CoDELLA5,对其编码的5个CoDELLA蛋白进行生物信息学分析,并对5 个DELLA基因的表达模式以及激素响应活性进行了分析.结果表明,5个CoDELLA基因的编码区长度分别为1 791、1 875、1 848、1 593和1 581 bp,分别编码 597、625、616、531 和 527 个氨基酸.5 个CoDELLA蛋白的氨基酸序列相似度较高,丝氨酸残基为主要的潜在磷酸化位点,CoDELLA蛋白N端均含有典型的DELLA结构域.不同物种中DELLA蛋白的系统发育存在差异,CoDELLA与茶树的CsDELLA同源性最高.CoDELLA基因在油茶不同组织中的表达也存在差异,且赤霉素和独脚金内酯等多种激素和非生物胁迫对其表达具有调控作用.CoDELLA基因可能在油茶的生长发育和非生物胁迫响应中发挥重要作用.

赤霉素作为5大植物激素之一,在果树的花芽分化、花序发育、开花坐果、果实的生长发育及植株的形态建成等方面扮演着重要的角色,但对果树赤霉素的分子生物学研究与其他大田作物相比差距较大.为了在果树生产中能更加合理有效地利用赤霉素调控果树花果发育,研究果树赤霉素的合成及其信号转导途径的分子调控机制十分必要.研究发现GA合成的关键酶KO、GA2ox及GA20ox的表达均与果树矮化呈负相关,而KS的含量则与植株高矮呈正相关,板栗雄性不育现象也与KO、KAO的表达量密切相关.GAMYB基因及LFY基因则在果树的成花诱导和雄蕊发育等生殖生长过程中发挥重要作用.DELLA蛋白在果树的GA信号途径中作为负调控因子可致使矮化植抹形成,在果树的细胞周期循环过程、转录调控、花的形成、细胞的信号转导及许多生理过程中,DELLA蛋白泛素化降解均扮演着至关重要的角色.主要从果树赤霉素的合成及赤霉素的信号途径两大方面,着重对果树赤霉素合成过程中的关键酶基因及其定位、果树赤霉素信号途径的重要元件如赤霉素受体GID1、DELLA蛋白等进行了综述,以期为高效利用赤霉素调控果树生长发育提供重要的理论参考.

GA信号转导途径或生物合成受阻是导致植物矮化的重要因素,而DELLA蛋白是GA信号传导通路中一类重要的负调节因子.本研究利用同源克隆和RACE技术,从珍珠黄杨中克隆得到BsGAI2基因的cDNA序列,全长为2305 bp,包括1836 bp完整的ORF.实时荧光定量表达分析表明,BsGAI2基因在珍珠黄杨茎中表达量最高,在根中表达量最低;BsGAI2转基因烟草呈明显矮化,节间变短,长势较慢,延迟开花等特征.利用GFP荧光检测方法鉴定转化型烟草,发现转化苗的叶、茎中均有荧光信号,并且茎木质部有明亮富集的荧光信号.这些结果均表明BsGAI2基因可能在珍珠黄杨茎节间缩短导致矮化的过程中扮演重要角色.本研究分析了BsGAI2基因编码蛋白的理化性质和功能鉴定,为今后进一步研究BsGAI2基因及DELLA蛋白家族的功能提供了理论依据.

为探索DELLA蛋白缺失对拟南芥耐旱能力的影响,对拟南芥野生型Ler和DELLA蛋白缺失突变体della进行干旱处理,测定存活率、萌发率、离体叶片的失水率、脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量,并对发挥植物细胞脱水保护功能的胚胎晚期丰富蛋白编码基因LEA和ABA应答基因LOX3、COR15b、COR413的表达量进行了检测.结果表明:(1)干旱21d后复水,della突变体的存活率明显高于野生型Ler;(2)della突变体在含甘露醇的固体培养基上的萌发率显著高于Ler;(3)della突变体离体叶片的失水速率明显低于Ler;(4)干旱胁迫后,della突变体脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量的积累低于Ler;(5)干旱胁迫后,della突变体的LEA基因上调表达程度高于Ler,而ABA应答基因上调表达程度低于Ler.研究表明,DELLA蛋白的缺失有助于提高植物抗旱能力.

赤霉素(Gibberellins或gibberellic acid,GA)是植物生长发育所必需的植物激素之一,调控植物生长发育的多个过程.近年来随着植物分子生物学和功能基因组学的发展,有关GA信号转导途径及其调控植物生长发育的研究取得了一系列的进展.综述了GA信号转导途径的关键组分,包括GA受体GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1(GID1)蛋白、F-box蛋白(拟南芥中的SLEEPY1[SLY1]和水稻中的GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF2[GID2])及DELLA蛋白,阐述了GA去除DELLA蛋白阻遏作用的分子模型,同时探讨DELLA蛋白通过其互作蛋白整合其它激素及环境信号调控植物生长发育的作用机理.

幼苗顶端弯钩的形成是双子叶植物暗形态建成过程中的一个重要事件.它保护双子叶植物幼嫩的子叶和脆弱的顶端分生组织在幼苗出土时免受机械损伤,进而保证幼苗的出苗率和成活率.幼苗顶端弯钩的形成是由于下胚轴顶端的两个对立面之间细胞分裂和延伸的不对称所引起的.目前,关于双子叶植物幼苗顶端弯钩发育分子机制的研究已有较大进展:发现生长素在顶端弯钩内外侧组织的梯度分布是顶端弯钩两侧细胞差异生长的重要驱动力;乙烯、赤霉素和油菜素内酯促进顶端弯钩的形成和维持;茉莉酸抑制顶端弯钩的形成;而光照则促进弯钩的打开;无弯钩1(hookless1,HLS1)、乙烯不敏感3以及EIN3相似蛋白1(ethylene insensitive 3/EIN3 like 1,EIN3/EIL1)、DELLA、组成型光形态发生1(constitutive photomorphogenic 1,COP1)和光敏色素相互作用因子(phytochrome interacting factors,PIFs)等多种因子已被发现参与顶端弯钧的发育过程,并介导了多种激素之间的互作.本文综述了双子叶植物幼苗顶端弯钩发育过程中的重要作用因子及调控网络,并对该领域的研究前景进行了展望.

DELLA蛋白作为GA信号转导通路中起抑制作用的转录因子,是一类定位在核内的生长抑制蛋白,可以直接与植物体内关键转录因子的蛋白互作,进而在许多植物信号活动中发挥核心作用.该文对近年来国内外有关模式植物及果树、蔬菜、花卉、粮食作物等植物DELLA蛋白基因家族的鉴定、时空表达模式、蛋白结构、参与的GA信号转导机理、与光敏色素互作因子PIF及F-box蛋白的互作及DELLA蛋白在植物种子萌发、形态建成、豆科植物根瘤菌共生、气孔关闭、植物抗逆反应等过程中的重要作用等方面的研究进展进行综述,并比较了DELLA蛋白基因家族在不同物种中的差异,对其今后的研究热点和方向进行了展望,为进一步探讨DELLA蛋白的功能提供信息.

DELLA蛋白是植物生长发育过程中响应赤霉素(GA)应答途径的关键调控因子,主要行使转录调控因子的功能,几乎参与了植物生长发育的各个重要过程.已有的研究表明,DELLA蛋白在被子植物的雄性生殖器官、雌性生殖器官和胚胎等组织中均有表达,在植物有性生殖过程中起着极其重要的作用.该文综述了DELLA蛋白的分子结构、特性及其在植物有性生殖过程中的表达与功能,并讨论了现存的问题及研究思路.

为研究苋菜赤霉素不敏感基因(AtGAI)对赤霉素的响应,采用RT-PCR结合RACE技术,从‘大红’苋菜(Amaranthus tricolor L.‘Dahong’)中克隆得到一个GAI基因,命名为AtGAI(GenBank登录号为MK049175).结果表明:(1)苋菜AtGAI基因含一个1 818 bp开放阅读框,编码605个氨基酸.(2)生物信息学分析表明,苋菜AtGAI含2个保守结构域DELLA和GRAS,有GAI家族特有序列特征.(3)系统进化树分析表明,苋菜AtGAI蛋白与籽粒苋GAI蛋白亲缘关系最近.(4)显微观察及色素含量分析表明,甜菜色素主要分布于子叶和下胚轴的表皮及维管束鞘周围的薄壁细胞中,GA3浓度与甜菜色素含量呈负相关.(5)qRT-PCR分析结果表明,GA3抑制AtGAI、AmMYB1、AmaDODA和AmCYP76AD1基因在子叶和下胚轴中的表达.研究表明,GA3可能通过影响AtGAI基因的表达来调控苋菜甜菜色素代谢.