植物中SWEET基因家族研究进展

植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (9): 1367~1373 doi: 10.13592/https://www.docsj.com/doc/352100355.html,ki.ppj.2014.03021367

收稿 2014-06-26 修定 2014-07-24

资助 国家自然科学基金(31372054)和植物生理学与生物化学国

家重点实验室开放课题(SKLPPBKF1404)。

* 通讯作者(E-mail: jiangjingcau@https://www.docsj.com/doc/352100355.html,; Tel: 024-********)。

植物中SWEET 基因家族研究进展

刘畅, 姜晶*, 韩晓雪, 韩佳轩

沈阳农业大学园艺学院, 设施园艺省部共建教育部重点实验室, 辽宁省设施园艺重点实验室, 沈阳110866

摘要: SWEET 基因家族是一个新的糖转运蛋白, 具有2个MtN3/saliva 跨膜结构域, 从单细胞的原生生物到高等的真核生物中均有出现。目前对该家族功能研究较少, 尽管基于MtN3/saliva 的不同类型的基因已经被确定, 但确切的生物学功能与该跨膜结构域的分子功能仍有待研究。近来的研究表明MtN3/saliva/SWEET 基因可能作为糖转运蛋白或通过与离子转运蛋白的互作促进离子转运, 调节不同的生理过程, 在包括转运糖类、发育、环境适应性、宿主-病原体的相互作用中发挥作用。本文介绍了MtN3/saliva/SWEET 基因结构功能的最新研究进展, 将为阐明其在不同植物中的功能提供分子基础。关键词: 糖转运蛋白; SWEET ; 研究进展; 植物

Research Advances in SWEET Gene Family in Plants

LIU Chang, JIANG Jing *, HAN Xiao-Xue, HAN Jia-Xuan

Key Laboratory of Protected Horticulture, Ministry of Education, Key Laboratory of Protected Horticulture of Liaoning Province, College of Horticulture, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China

Abstract: SWEET gene family, harboring two MtN3/saliva transmembrane domains, is a new sugar transporter and is present from protozoa to high eukaryotes. Some types of the family genes are characterized, but little was known regarding the biological and molecular functions of the family and the transmembrane domains. Recently, MtN3/saliva/SWEET genes have been reported to be involved in multiple physiological processes by facilitating ion transport via interaction with ion transporters or as sugar transporters. They play more diverse roles in plants like transport sugar, reproductive development, environmental adaptation and host-pathogen interaction. This article focuses on the advance of the MtN3/saliva /SWEET gene family, including details about their struc-ture, function and regulation. It will help to elucidate the molecular bases of their function in plants.Key words: sugar transporters; SWEET ; research advance; plants SWEET 蛋白是一个结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白。具有2个MtN3/saliva 跨膜结构域。MtN3结构域最早发现在苜蓿根部结瘤素(nodulin, 是蒺藜苜蓿在与苜蓿根瘤菌互作的过程中被诱导表达的基因) MtN3蛋白中(Gamas 等1996)。此后, 在果蝇胚胎唾液腺的saliva 蛋白中(Artero 等1998)、小鼠、人、海鞘等动物, 矮牵牛、水稻、拟南芥等植物中也相继发现具有相同结构域的蛋白。该保守的跨膜结构域被命名为MtN3/saliva (Hamada 等2005)。在后来的研究中发现, 此蛋白起蔗糖、果糖转运体的作用(Yuan 等2010), 所以被重新命名为SWEET (sugars will eventually be exported trans-porters) (Chen 等2010)。1 SWEET 蛋白的结构特征

根据蛋白质家族数据库的注释和多序列比对(PFAM), MtN3-like 大族(https://www.docsj.com/doc/352100355.html,/clan/MtN3-like)包括5个家族: MtN3/saliva (PF03083)、

PQ-loop (PF04193)、UPF0041 (PF03650)、ER Lu-men Receptor (PF00810)和Lab-N (PF07578)。真核生物的MtN3/saliva 和PQ-loop 蛋白家族包括7个跨膜螺旋(transmembrane domains, TMs) (图1-A)。而少数的原核生物中只含有一个结构域, 由3个跨膜螺旋组成(图1-B)。Xuan 等(2013)利用分裂泛素和分裂GFP 系统研究显示具有3个跨膜结构的原核生物SWEET 蛋白可发生寡聚化形成二聚体后才行使转运糖的功能。

大多数已知的糖转运蛋白多位于质膜, 与质子耦合, 通过质外体逆浓度梯度进行糖转运(Lalonde 等2004)。这种质子推动的糖的流入可促进蔗糖在

植物生理学报

1368韧皮部的筛分子中持续积累, 形成器官间长距离糖转运的驱动力(Turgeon 和Wolf 2009)。大部分SWEET 家族成员都定位在质膜上(Chen 等2012), 利用爪蟾卵母细胞表达系统, 通过无线电示踪剂摄取/流出分析(radio-tracer uptake or efflux assays), SWEET 家族的糖转运方向被定性为双向, 并且不依赖pH 值, 属于低亲和性的糖转运蛋白(Yuan 和Wang 2013)。而最近也有研究发现, 拟南芥中的AtSWEET17和AtSWEET16定位在液泡膜上(Kle-mens 等2013)。

何佳等(2010)通过对获得的17个拟南芥SWEET 家族基因的氨基酸序列进行同源序列比对, 发现MtN3/saliva/SWEET 结构域中的膜内区高度保守, 而跨膜区相对保守。推测膜内区很可能是重要的功能区域和活性调节区域。

Yuan 和Wang (2013)利用转运蛋白分类数据库(TCDB, https://www.docsj.com/doc/352100355.html,)对主要的SWEET 蛋白做了系统发育分析, 将其分为3个分支。第一分支是植物类的SWEET 蛋白, 包括水稻、高粱、玉米、二穗短柄草等单子叶植物和拟南芥、百脉根、矮牵牛、辣椒、番茄、葡萄、百合等双子叶植物, 该分支均含有2个MtN3/saliva 结构域; 第二分支是动物类的SWEET 蛋白, 包括从后生生物的线虫、果蝇、玻璃海鞘、斑马鱼和非洲爪蟾到哺乳动物的小鼠、狒狒和人类; 第三分支是从细菌到古生菌(球菌属)及线虫的某些SWEET 蛋白, 该分支的

SWEET 蛋白是由3个跨膜螺旋的一个MtN3/saliva 结构域组成。根据以上结果, Yuan 和Wang (2013)提出在进化过程中, 原核生物的3个跨膜的MtN3/saliva 结构域发生了复制, 导致产生了真核生物的具有2个MtN3/saliva 结构域(含7个跨膜螺旋)的 SWEET 蛋白。

2 SWEET 蛋白的生理功能

虽然进化保守, 然而已有数据表明SWEET 基因参与多种生理过程, 包括韧皮部装载、影响生殖发育、参与宿主-病原体互作的抗病反应和胁迫反应、离子转运等。目前模式植物中, 拟南芥有17个SWEET 家族成员, 水稻有21个家族成员(Chen 等2010; Xuan 等2013)。2.1 参与转运糖类

2.1.1 作为蔗糖转运蛋白参与韧皮部装载 在多数植物中, 蔗糖是主要的碳水化合物, 从叶片的叶肉细胞中产生, 通过长距离运输转移到非光合作用器官中(如根部、花、果实、种子) (Davies 和Zhang 1991)。蔗糖可通过质外体途径向韧皮部扩散, 也可由共质体途径通过胞间连丝经维管束鞘进入韧皮部。然后从韧皮部薄壁组织细胞运输到韧皮部质外体(Giaquinta 1983; Ayre 2011; V oitsek-hovskaja 等2006)。在这些途径中需要定位在质膜上的转运蛋白将蔗糖从韧皮部薄壁组织中通过质外体转移到筛管、伴胞中。从质外体到伴胞的过程可以通过SUT 型蔗糖转运蛋白(SUC)进入筛分

图1 MtN3/saliva/SWEET 型蛋白的结构

Fig.1 Structures of MtN3/saliva/SWEET-type proteins

参考Yuan 和Wang (2013)文献修改。A: 大多数生物中的MtN3/saliva 结构域, 一般包含7个螺旋, 横跨膜结构, 每个螺旋都由一个环来连接; B: 部分原核生物中含3个跨膜螺旋的MtN3/saliva

结构域。

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子-伴胞复合体(Riesmeier等1992; Sauer 2007; Kühn 和Grof 2010; Chen 2014), 并积累一定浓度, 帮助蔗糖外排。而蔗糖从薄壁组织流出质外体所需的膜蛋白, 其调节糖转运的模式与我们熟知的转运蛋白不同。Chen等(2012)最先发现, 定位在质膜上的拟南芥AtSWEET11和AtSWEET12 (水稻中OsS-WEET11和OsSWEET14), 在韧皮部薄壁组织中表达, 与筛管伴胞相邻, 可以将叶片中的蔗糖转运到维管束中。但是AtSWEET11和AtSWEET12各自的突变体, 都没有发现表型明显变化, 而它们的双突变体则表现为生长缓慢、轻度萎黄、维管束中蔗糖含量减少, 叶片中蔗糖增加。另外, 拟南芥中的AtSWEET13可以部分的恢复其表型。这也是首次证明了SWEET可以作为糖转运体, 在韧皮部质外体蔗糖输出中起重要作用。这为H+/蔗糖协同转运体介导的质外体韧皮部装载, 如SUT1/SUC2 (sucrose transporter 1 or sucrose carrier 2)发挥作用提供了前提准备(Baker等2012; Braun 2012; Chen等2012)。

2.1.2 单糖转运蛋白植物的液泡中主要贮存果糖(Martinoia等2007; Etxeberria等2012)。有许多糖转运蛋白作用在液泡上, 包括SUT、单糖转运体(Braun和Slewinski 2009)。SWEET家族中也有一部分成员作用在液泡膜上, 负责转运液泡的果糖(Martinoia等1987; V oitsekhovskaja等2006; Tohge等2011)。其中拟南芥SWEET17在叶和根系的液泡膜上表达, 尤其在根系表达最为显著, 负责果糖的双向转运来维持根部胞质果糖稳态。SWEET16和SWEET17为同系物, 被认为是高亲和性果糖易化转运蛋白(Guo等2013)。SWEET17的突变植株在叶片中有果糖聚集, 说明其从叶片的液泡中输出果糖(Chardon等2013)。而AtSWEET16作为AtS-WEET17的同系基因也在根部的液泡膜大量表达, 其除负责转运果糖外, 也可转运葡萄糖和蔗糖(Klemens等2013)。蔗糖可以被细胞壁转化酶水解为葡萄糖和果糖, 并通过单糖转运蛋白(MSTs)来完成转运。SWEET16可以促进蔗糖、果糖和葡萄糖的转运。其过表达植株在糖水平上表现出显著的改变(Klemens等2013)。Zhou等(2014)通过异源表达分析表明OsSWEET5在酵母中编码半乳糖转运蛋白, GUS表达分析表明OsSWEET5在衰老叶片中表达, 很有可能将半乳糖输入细胞, 为进一步代谢做准备。利用绿色荧光蛋白(GFP)和黄色荧光蛋白的定位分析发现AtSWEET1主要分布在质膜上, 将AtSWEET1与荧光共振能量转移(FRET)葡萄糖传感器FLIPglu600μΔ13V (存在于人类HEK293T 细胞中)共表达后发现在HEK293T细胞中有葡萄糖的积累(Chen等2010)。利用放射示踪法和己糖转运体的酵母突变体也证明AtSWEET1作为葡萄糖转运体在葡萄糖进出质膜过程中的调节活性(Chen等2010)。由此可看出SWEET可能作为一种低亲和力的葡萄糖单向转运蛋白调控葡萄糖在质膜的跨膜运输。

2.1.3 转运糖类参与宿主-病原菌互作在植物与病原菌的互作过程中, 当不同细菌/真菌病原菌从植物中获取糖类时, 可伴随植物中SWEET基因的上调表达。OsSWEET11在水稻与白叶枯病菌的相互作用中被诱导, 其诱导可能发生在被侵染的叶肉细胞周围, 导致更多的蔗糖向维管束中运输, 病原菌因获得营养而繁殖, 使植株感病(Chu等2006; Yang等2006)。通过白叶枯病菌侵染后分泌的PthXo1转录激活因子(TAL)效应器激活转录。水稻中的OsSWEET14与OsSWEET11具有同源性, 抑制OsSWEET14表达可以提高水稻对白叶枯病菌的抗性。OsSWEET14在人或卵母细胞中证实具有向胞外运输糖的功能。作为糖转运体, 由III型效应因子AvrXa7诱导表达(Chu等2006; Yang等2006; Antonny等2010; R?mer等2010; Yuan等2011)。研究表明, OsSWEET13的启动子与白叶枯病菌的PthXo2 TAL效应器结合, 引起Xa25/OsSWEET13基因表达。OsSWEET11和OsSWEET13的自然突变体由隐性xa13和xa25基因决定, 这2个基因发生了突变, 导致白叶枯菌不能诱导其表达, 植株为抗性(Chu等2006; Yuan等2009; Liu等2011)。拟南芥MtN3/saliva/SWEET基因家族中AtSWEET2、AtS-WEET4、AtSWEET7、AtSWEET8、AtSWEET10、AtSWEET12和AtSWEET15受到丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) III型分泌系统的诱导转录(Chen等2010); AtSWEET4、AtSWEET15和AtSWEET17受真菌灰霉病菌上调表达; AtSWEET11和AtSWEET12受二孢白粉菌上调表达(Ferrari等2007; Chen等2010); 拟南芥SAG29/AtS-WEET15在根部发育中被活体营养原生生物芸薹

植物生理学报1370

根肿菌强烈诱导(Siemens等2006)。由此可以看出, SWEET基因在作为糖转运蛋白行使功能的同时也参与了寄主与病原菌的互作, 在促进植物免疫中起到重要作用。

2.2参与离子转运

植物的MtN3/saliva/SWEET对于维持离子的稳态也有重要作用。苜蓿MtN3/saliva/SWEET基因在共生根瘤发展过程中通过缺硼抑制转录。但提供钙时其表达水平迅速恢复, 这表明该基因在硼/钙离子平衡中可能发挥作用(Redondo-Niet等2012)。Zhao等(2009)以拟南芥根系材料进行不同离子处理后的芯片表达, 与NaCl和镉等离子相比, 铝离子处理后AtSWEET13基因上调表达增加近160倍。这一结果表明, MtN3/saliva/SWEET家族成员在维持根系铝离子的平衡和稳态起重要作用。大麦幼苗在NH4+、NH4+:NO3?和NO3?处理后的表达结果表明, MtN3/saliva/SWEET家族成员在C或N元素在细胞之间的运输中起关键作用(Lopes和Araus 2008)。

白叶枯病菌侵染水稻产生的Xa13/Os8N3/Os-SWEET11蛋白定位在质膜, 用其保守结构域做诱饵筛到2个同样在质膜上的铜离子转运蛋白COPT1和COPT5。在酵母突变体中表达Xa13/Os8N3/OsS-WEET11、COPT1和COPT5, 能够恢复酵母运输铜的功能, 表明三者相互作用, 在细胞膜上形成了一个复合体转运铜离子。Xa13/Os8N3/OsSWEET11、COPT1和COPT5在对铜缺乏或过量的反应上有相同的模式, 转录调控3个基因中的任何一个都会影响水稻中铜的重新分配。超量表达Xa13/Os8N3/ OsSWEET11、COPT1和COPT5发现, 韧皮部中铜离子减少, 根和地上部组织的铜离子含量升高。沉默Xa13基因, 转基因植株育性明显下降, 孕穗期小穗中铜离子含量显著低于野生型植株。因此推测Xa13/Os8N3/OsSWEET11、COPT1和COPT5协同转运可除去木质部导管中的铜(孔令广2013)。由于PX099 (Xa13对白叶枯病菲律宾菌系小种PX099有抗性)对铜离子敏感(Chu等2006), 且木质部是白叶枯病菌繁殖和扩散的地点, 因此有利于病原菌PX099的生长繁殖(Yuan等2010)。

2.3参与生殖发育与衰老

2.3.1 对生殖的影响植物中的MtN3/saliva/SWEET 家族基因通常与育性有关系。Xa13/Os8N3/OsS-WEET11和Os11N3/OsSWEET14除了在前文中提到与宿主病原菌互作和离子转运有关外, 还与育性有关。OsSWEET11在圆锥花序和花药中高效表达, 其RNAi转基因植株表现为未成熟的花粉逐渐退化, 产量下降甚至不育。说明其在水稻生殖发育中发挥作用, 是花粉发育的必需基因。两个独立的实验室研究都表明了OsSWEET11同时参与了白叶枯病的抗病途径和花粉发育相关途径(Chu等2006; Yang等2006)。OsSWEET14纯合体T-DNA嵌入突变体与杂合体相比有显著的生长延迟现象, 在小孢子母细胞减数分裂时期的绒毡层中高度表达, 基因敲除植株表现为生长延迟、种子变小, 说明其对灌浆期起作用(Antony等2010)。水稻的Os01g3070/OsSWEET2a、Os01g5880/OsSWEE-T1a、Os02g19820/OsSWEET4、Os02g30910/OsS-WEET15、Os05g12320/OsSWEE3a和Os05g51090/ OsSWEET5在不同发育阶段的花或圆锥花序中表现出相对较高的表达水平, 表明它们在水稻生殖发育中发挥作用(Wang等2010)。

拟南芥中的RPG1 (ATSWEET8/AT5g40260)是17个拟南芥SWEET家族中唯一功能研究比较完整的基因。在花药发育小孢子母细胞和绒毡层中高度表达。该基因突变体rpg1发育过程中大部分花粉降解, 花粉外壁发育受到影响(Guan等2008)。孙铭希(2012)对rpg1突变体小孢子四分体进行观察发现, 与野生型相比, 小孢子质膜不能形成规则的波浪状结构, 从而导致孢粉素的不正常沉积, 引起外壁模式的缺陷和花粉的降解。用另一个定位在细胞膜上的SWEET家族基因RPG2的突变体研究表明, RPG1与RPG2在植株育性上存在部分冗余。揭示了SWEET家族基因在初生外壁基质沉积和胼胝质合成过程中的作用。

除了以上基因, 还有一些拟南芥SWEET基因被认为是参与了基于它们表达模式的生殖发育(何佳等2010)。如AtVEX1 (AtSWEET5)在开花前3 d的雄配子体中表达水平最高; At4g10850 (AtSWEET7)在花粉发育时优先表达(Bock等2006); At1g21460 (AtSWEET1)通过原位杂交分析检测到在花原端的早期阶段和雄蕊原基中具有高的杂交信号(Well-mer等2006)。此外, 烟草中TOBC023B06基因(Qui-apim等2009)、番茄中的LeSTD1 (Salts等2005)也均

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有报道参与植物的生殖发育。

2.3.2 对衰老的影响 SWEET基因也参与衰老过程的调控。拟南芥AtSWEET15主要在衰老的组织表达, 其过表达植株会加速衰老(Quirino等1999; Seo 等2011)。水稻中OsSWEET5的过表达植株在幼苗阶段表现出生长延迟和过早衰老, 其基因敲除植株并没有引起表型的变化(Zhou等2014)。

2.4参与胁迫反应

在逆境胁迫下, 植物可溶性糖(蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等)含量明显增加, 从植物体其他部分输入的可溶性糖也增加, 从而降低其体内渗透势, 有利于植物在逆境条件下维持正常生长(Yamada等2010)。不同植物中许多SWEET基因也在转录水平受非生物胁迫的诱导, 表明它们可能与植物响应这些胁迫有关。拟南芥AtSWEET15 (At5g13170)在高盐和干旱胁迫下诱导表达(Seo等2011), 在冷处理下上调表达(He等2008)。最近发现, ATSWEET16与ATSWEET17为同系物, 均与胁迫有关。过表达SWEET17在冷胁迫下叶片中的果糖浓度减少, 证明SWEET17在幼苗生长期主要调节膨压、抗氧化防御反应; 在冷害、渗透压、低氮下均能引起SWEET16的下调表达, 过表达植株在缺氮条件下葡萄糖、果糖减少, 野生型氮利用率高于转基因植株。在提高生长效率和硝酸盐充足时, 氮利用率提高。并证明SWEET16基因活性的增加在各种胁迫类型下是相对独立的(Klemens等2013)。此外, 番茄中CaPIF1的过表达和异位表达植物表现出耐冷性和抗病性, 这说明MtN3/saliva/ SWEET基因可能在冷应激或植物病原体互作中起作用(Seong等2007)。

3结束语

SWEET蛋白作为糖转运蛋白参与了植物体内糖的积累和转移, 在促进植物免疫、响应各种类型胁迫中起重要作用。在植物抗病方面有很大的潜在价值, 可以通过分子手段和技术培育抗病抗逆品种。由于起步比较晚, 目前对SWEET家族成员的研究还不是很多, 仍有许多问题需要解决。如SWEET家族结构和功能的关系、亚细胞定位以及时空表达特性等; 在库细胞中, 为何蔗糖被细胞壁的蔗糖转化酶降解为己糖, 而在其他的部位蔗糖是直接的吸收和运输; AtSWEET16和AtS-WEET17同属拟南芥分支IV中, 是否分支中的其他成员也具有转运液泡中果糖的功能。这些都有待于对SWEET基因家族的进一步研究。

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转基因作物的研究进展

生物与环境工程学院课程论文 转基因作物的研究进展 学生姓名：魏斌聪 学号：200806016139 专业/班级：生物工程081班 课程名称：生物工程原理 指导教师：陈蔚青教授 浙江树人大学生物与环境工程学院 2011年5月

转基因作物的研究进展 魏斌聪 （浙江树人大学生物与环境工程学院生工081班浙江杭州310015） 摘要：人们将所需要的外源基因(如高产、抗病虫害优质基因) 定向导入作物细胞中, 使其在新的作物中稳定遗传和表现,产生转基因作物新品种, 是大幅度提高作物产量的一项新技术。本文先描述了转基因作物的发展进程，对其基因问题的研究作了讨论，并列出转基因作物目前存在的主要问题并作分析，最后对此项技术作出展望。 关键词：转基因作物；DNA技术；基因导入；安全性 前言 转基因植物（transgenic plant），是指基因工程中运用DNA 技术将外源基因整合于受体植物基因组、改变其遗传组成后产生的植物及其后代。转基因植物的研究主要在于改进植物的品质，改变生长周期等提高其经济价值或实用价值。[ 1 ]其主要范围是在作物方面，如可食用的大豆、玉米等，或者可投入生产的棉花等作物。 从表面上看来，转基因作物同普通植物似乎没有任何区别，它只是多了能使它产生额外特性的基因。从1983年以来，生物学家已经知道怎样将外来基因移植到某种植物的脱氧核糖核酸中去，以便使它具有某种新的特性：抗除莠剂的特性，抗植物病毒的特性，抗某种害虫的特性。[ 2 ]这个基因可以来自于任何一种生命体：细菌、病毒、昆虫等。这样，通过生物工程技术，人们可以给某种作物注入一种靠杂交方式根本无法获得的特性，这是人类9000年作物栽培史上的一场空前革命。[ 3 ] 1 转基因作物的发展进程 转基因作物的研究最早始于20世纪80年代初期。1983年，全球第一例转基因烟草在美国问世。1986年，首批转基因抗虫和抗除草剂棉花进入田间试验。1996年，美国最早开始商业化生产和销售转基因作物(包括大豆、玉米、油菜、

植物中SWEET基因家族研究进展

植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (9): 1367~1373 doi: 10.13592/https://www.docsj.com/doc/352100355.html,ki.ppj.2014.03021367 收稿 2014-06-26 修定 2014-07-24 资助 国家自然科学基金(31372054)和植物生理学与生物化学国 家重点实验室开放课题(SKLPPBKF1404)。 * 通讯作者(E-mail: jiangjingcau@https://www.docsj.com/doc/352100355.html,; Tel: 024-********)。 植物中SWEET 基因家族研究进展 刘畅, 姜晶*, 韩晓雪, 韩佳轩 沈阳农业大学园艺学院, 设施园艺省部共建教育部重点实验室, 辽宁省设施园艺重点实验室, 沈阳110866 摘要: SWEET 基因家族是一个新的糖转运蛋白, 具有2个MtN3/saliva 跨膜结构域, 从单细胞的原生生物到高等的真核生物中均有出现。目前对该家族功能研究较少, 尽管基于MtN3/saliva 的不同类型的基因已经被确定, 但确切的生物学功能与该跨膜结构域的分子功能仍有待研究。近来的研究表明MtN3/saliva/SWEET 基因可能作为糖转运蛋白或通过与离子转运蛋白的互作促进离子转运, 调节不同的生理过程, 在包括转运糖类、发育、环境适应性、宿主-病原体的相互作用中发挥作用。本文介绍了MtN3/saliva/SWEET 基因结构功能的最新研究进展, 将为阐明其在不同植物中的功能提供分子基础。关键词: 糖转运蛋白; SWEET ; 研究进展; 植物 Research Advances in SWEET Gene Family in Plants LIU Chang, JIANG Jing *, HAN Xiao-Xue, HAN Jia-Xuan Key Laboratory of Protected Horticulture, Ministry of Education, Key Laboratory of Protected Horticulture of Liaoning Province, College of Horticulture, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China Abstract: SWEET gene family, harboring two MtN3/saliva transmembrane domains, is a new sugar transporter and is present from protozoa to high eukaryotes. Some types of the family genes are characterized, but little was known regarding the biological and molecular functions of the family and the transmembrane domains. Recently, MtN3/saliva/SWEET genes have been reported to be involved in multiple physiological processes by facilitating ion transport via interaction with ion transporters or as sugar transporters. They play more diverse roles in plants like transport sugar, reproductive development, environmental adaptation and host-pathogen interaction. This article focuses on the advance of the MtN3/saliva /SWEET gene family, including details about their struc-ture, function and regulation. It will help to elucidate the molecular bases of their function in plants.Key words: sugar transporters; SWEET ; research advance; plants SWEET 蛋白是一个结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白。具有2个MtN3/saliva 跨膜结构域。MtN3结构域最早发现在苜蓿根部结瘤素(nodulin, 是蒺藜苜蓿在与苜蓿根瘤菌互作的过程中被诱导表达的基因) MtN3蛋白中(Gamas 等1996)。此后, 在果蝇胚胎唾液腺的saliva 蛋白中(Artero 等1998)、小鼠、人、海鞘等动物, 矮牵牛、水稻、拟南芥等植物中也相继发现具有相同结构域的蛋白。该保守的跨膜结构域被命名为MtN3/saliva (Hamada 等2005)。在后来的研究中发现, 此蛋白起蔗糖、果糖转运体的作用(Yuan 等2010), 所以被重新命名为SWEET (sugars will eventually be exported trans-porters) (Chen 等2010)。1 SWEET 蛋白的结构特征 根据蛋白质家族数据库的注释和多序列比对(PFAM), MtN3-like 大族(https://www.docsj.com/doc/352100355.html,/clan/MtN3-like)包括5个家族: MtN3/saliva (PF03083)、 PQ-loop (PF04193)、UPF0041 (PF03650)、ER Lu-men Receptor (PF00810)和Lab-N (PF07578)。真核生物的MtN3/saliva 和PQ-loop 蛋白家族包括7个跨膜螺旋(transmembrane domains, TMs) (图1-A)。而少数的原核生物中只含有一个结构域, 由3个跨膜螺旋组成(图1-B)。Xuan 等(2013)利用分裂泛素和分裂GFP 系统研究显示具有3个跨膜结构的原核生物SWEET 蛋白可发生寡聚化形成二聚体后才行使转运糖的功能。 大多数已知的糖转运蛋白多位于质膜, 与质子耦合, 通过质外体逆浓度梯度进行糖转运(Lalonde 等2004)。这种质子推动的糖的流入可促进蔗糖在

【免费下载】真菌基因组学研究进展

真菌基因组学研究进展 真菌为低等真核生物，种类庞大而多样。据估计，全世界约有真菌150万种，已被描述的约8万种。真菌在自然界分布广泛，存在于土壤、水、空气和生物体内外，与人类生产和生活有着非常密切的关系。许多真菌在自然界的碳素和氮素循环中起主要作用，参与淀粉、纤维素、木质素等有机含碳化合物及蛋白质等含氮化合物的分解。有些真菌如蘑菇、草菇、木耳、麦角、虫草、茯苓等可直接供作食用和药用，或在发酵工业、食品加工业、抗生素生产中具有重要作用。然而，也有些种类引起许多植物特别是重要农作物的病害，如水稻稻瘟病、小麦锈病、玉米腥黑穗病、果树病害等。少数真菌甚至是人类和动物的致病菌，如白色假丝酵母Candida albicans等。因此，合理利用有益真菌，控制和预防有害 真菌具有重要意义。 本文整理了已完成基因组序列测定的真菌的信息，并对真菌染色体组的历史、测序策略及其基因组学的研究进展进行了评述。 1真菌染色体组的研究历史和资源 1986年美国科学家Thomas Rodefick提出基因组学概念，人类基因组计划带动了模式生物和其它重要生物体基因组学研究。阐明各种生物基因组DNA中碱基对的序列信息及破译相关遗传信息的基因组学已经成为与生物学和医学研究不可分割的学科。由欧洲、美国、加拿大和日本等近百个实验室六百多位科学家通力合作，1996年完成第一个真核生物酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae的基因组测序，这 对于酵母菌类群来说是一个革命性的里程碑，并且激起了真核基因功能和表达的第一次全球性研究(Goffeau etal，1996)。随后粟酒裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe(Wood etal.2002)和粗糙脉孢 霉Neurospora crassa(Galagan etal.2003)染色体组的完成显露出酿酒酵母作为真菌模式生物的局限性。尽管如此，真菌染色体组测序的进展最初是缓慢的。为加快真菌染色体组研究的步伐，2000年由 美国Broad研究所与真菌学研究团体发起真菌基因组行动(fungal genome initiative，FGI)，目的是 促进在医药、农业和工业上具有重要作用的真菌代表性物种的基因组测序。2002年2月FGI发表了第 一份关于测定15种真菌基因组计划的白皮书。2003年6月，真菌基因组行动发表了第二份白皮书，列 出了44种真菌作为测序的目标，强调对其中10个属即青霉属Penicillium、曲霉属Aspergillus、组 织胞浆菌属Histoplasma、球孢子菌Coccidioides、镰刀菌属Fusarium、脉孢菌属Neurospora、假丝 酵母属Candida、裂殖酵母属Schizosaccharomyces、隐球酵母属Cryptococcus和柄锈病菌属Puccin& 的物种优先进行测序。之后，经过FGI、法国基因组学研究项目联(G6nolevures Consortium)、美国能 源部联合基因组研究所(The DOE Joint Genome Institute，JGI)DOE联合基因组研究所、基因组研究 院(The Institute for Genomic Research，TIGR)、英国The Wellcome Trust Sanger InstimteSanger和华盛顿大学基因组测序中心等共同努力；得到包括美国国家人类染色体研究所、国 家科学基金会、美国农业部和能源部等的资助，也有来自学术界和产业集团如著名的 Monsanto、Syngenta、Biozentrum、Bayer Crop Science AG和Exelixis等公司的持续合作，在最近 的几年里，真菌基因组学研究取得重大突破。至2008年6月1日，共有3734种生物的全基因组序列测定工作已经完成或正在进行，公开发表812个完整的基因组，其中，70余种真菌基因组测序工作已经 组装完成或正在组装，分别属于子囊菌门、担子菌门、接合菌门、壶菌门和微孢子虫(Microsporidia) 的代表。此外，还有Ajellomyces dermatitidis和Antonospora locustae等20余种真菌基因组序列 正在测定中(Bemal etal．2001)。这些真菌都是重要的人类病原菌、植物病原菌、腐生菌或者模式生物，基因组大小为2．5—81．5Mb，包含酵母或产生假菌丝的酵母、丝状真菌，或者具有二型性(或多型性) 生活史的真菌，拥有与动物和植物细胞一样的的细胞生理学和遗传学特征，包括多细胞性、细胞骨架结

基因敲除技术研究进展

兰州交通大学化学与生物工程学院综合能力训练Ⅰ——文献综述 题目：基因敲除技术研究进展 作者：王振宇 学号：201207744 指导教师：谢放 完成日期：2014-7-16

基因敲除技术研究进展 摘要基因敲除是自20世纪80年代末以来发展起来的一种新型分子生物学技术，是通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失的技术。在总结已有研究成果的基础上，本文对基因敲除技术的概况、原理方法应用以及近年来基因敲除技术的研究进展作一个简单的综述。 关键词基因敲除 RNA i生物模型基因置换基因打靶同源重组1. 基因敲除技术简介 基因敲除(Gene knockout)是指一种遗传工程技术，针对某个序列已知但功能未知的序列，改变生物的遗传基因，令特定的基因功能丧失作用，从而使部分功能被屏障，并可进一步对生物体造成影响，进而推测出该基因的生物学功能。 它克服了随机整合的盲目性和偶然性，是一种理想的修饰、改造生物遗传物质的方法。基因敲除借助分子生物学、细胞生物学和动物胚胎学的方法,通过胚胎干细胞这一特殊的中间环节将小鼠的正常功能基因的编码区破坏,使特定基因失活,以研究该基因的功能；或者通过外源基因来替换宿主基因组中相应部分,以便测定它们是否具有相同的功能，或将正常基因引入宿主基因组中置换突变基因以达到靶向基因治疗的目的。基因敲除是揭示基因功能最直接的手段之一。通常意义上的基因敲除主要是应用DNA同源重组原理，用设计的同源片段替代靶基因片段(即基因打靶),从而达到基因敲除的目的。随着基因敲除技术的发展,除了基因打靶技术外,近年来新的原理和技术也逐渐被应用,比较成功的有RNA干扰技术,同样也可以达到基因敲除的目的。简单的说基因敲除是指将目标基因从基因组中删除。基因敲除技术主要应用于动物模型的建立，而最成熟的实验动物是小鼠，对于大型哺乳动物的基因敲除模型还处于探索阶段。这项技术的诞生可以说是分子生物学技术上继转基因技术后的又一革命。尤其是条件性、诱导性基因打靶系统的建立，使得对基因靶位时间和空间上的操作更加明确、效果更加精确、

植物基因功能研究方法的新进展

植物基因功能诠释研究方法的新进展 (东北农业大学，150030) 摘要：本文通过阅读大量的文献，总结了植物基因功能注释研究方法的最新进展。对每种方法的原理及优缺点做了综述，拟供初学者和作相关研究者参考。 关键词：基因功能；研究方法；新进展 基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学(struc tural genomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组(functional genomics)。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段，以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主。功能基因组学代表基因分析的新阶段，是利用结构基因组学提供的信息系统地研究基因功能，它以高通量、大规模实验方法以及统计与计算机分析为特征。功能基因组学(functional genomics)又往往被称为后基因组学(postgenomics)，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。[1,2]这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。基因的功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等采用的手段包括经典的减法杂交，差示筛选，cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，但这些技术不能对基因进行全面系统的分析。新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析，cDNA微阵列，DNA芯片等。鉴定基因功能最有效的方法是观察基因表达被阻断或增加后在细胞和整体水平所产生的表型变异，因此需要建立模式生物体。 自华大基因启动“千种动植物基因组参考序列谱构建计划”和“千种植物转录组研究”以来，已完成水稻、黄瓜、马铃薯、白菜等植物的基因组序列图谱绘制，并通过对大豆的重测序研究建立了高密度分子标记图谱。这将是21世纪生命科学研究的重要领域。[3]本文将对研究基因功能的新技术及其新进展作一综述。 1 利用生物信息学方法分析基因的功能 生物信息学是利用生物信息学和电子技术(互联网技术)寻找并克隆新的未知功能的基因,着重于技术和操作层面,利用生物信息学对新基因进行电子克隆,及克隆该新基因的序列后对其进行简单的功能分析,如基因的编码区、启动子区、内含子/外显子、翻译启始位点和翻译终止信号预测,基因的同源比对,编码的氨基酸辨识蛋白质,蛋白质的物理性质,蛋白质的二级/三级结构、特殊局部结构以及功能预测等[4]。 1.1 通过序列比对预测基因功能

蛋白酶抑制剂基因及转基因植物研究进展

蛋白酶抑制剂基因及转基因植物研究进展 摘要： 植物蛋白酶抑制剂是除Bt之外又一个愈来愈研究较多的抗虫基因资源，其分布广泛，在豆科、茄科、禾本科、葫芦科及十字花科等植物中存在较多。植物蛋白酶抑制剂抗虫基因主要通过2种途径获得并在多种植物中进行转化，获得抗虫转基因植株。植物蛋白酶抑制剂在基因工程中的应用已有很大的发现进展。 关键字：蛋白酶抑制剂基因作用机理转基因 正文： 一蛋白酶抑制剂作用机理 广泛存在于植物组织中的蛋白酶抑制剂是一种多肽物质, 对许多昆虫有防 卫作用。该基因及其编码区域较小、没有内含子。研究表明, 这些蛋白酶抑制剂在植物对危害昆虫以及病原体侵染的夭然防御系统中担当着重要角色。昆虫饲喂实验发现, 某些纯化的蛋白酶抑制剂具有明显的抗虫作用。利用蛋白酶抑制剂基因来提高植物的抗虫能力, 已成为植物基因工程研究的一个热门领域。在植物中发现有三类蛋白酶抑制剂: 丝氨酸蛋白酶抑制剂, 琉基蛋白酶抑制剂和金属蛋白酶抑制剂。其中对丝氨酸类蛋白酶抑制剂的研究最为透彻, 目前在植物中至少已经发现有6 个家族, 其中的弧豆胰蛋白酶抑制剂, 马铃薯蛋白酶抑制剂兀的抗虫效果最为理想。蛋白酶抑制剂的杀虫机理蛋白酶抑制剂杀虫的机理在于: 它能与昆虫消化道内的蛋白消化酶相互作用形成酶抑制剂复合物( E l ) 阻断或减弱消 化酶的蛋白水解作用。所以, 一旦昆虫摄食进蛋白酶抑制剂, 就会影响外来蛋白的正常消化, 同时, 蛋白酶抑制剂和消化酶形成E l 复合物, 能刺激消化酶的过 量分泌, 通过神经系统的反馈, 使昆虫产生厌食反应。由于蛋白酶抑制剂抑制了昆虫的进食及消化过程, 不可避免地将导致昆虫缺乏代谢中必需的氨基酸, 最终造成昆虫的非正常发育或死亡。 二植物蛋白酶抑制剂基因作用机理及获得的途径 蛋白酶抑制剂基因的作用机理及其应用蛋白酶抑制剂( P l ) 是自然界含量 最为丰富的蛋白种类之一, 存在于所有生命体中。国内外有关抗虫的植物蛋白酶抑制剂基因的获得大多通过2种途径。一种通过从植物不同部位的组织或细胞中提取抗虫活性蛋白，然后分析其起作用的活性核苷酸序列，继而克隆和转化到寄主细胞，进行筛选和选育抗虫树种。利用该方法获得抗虫树种的研究越来越多，该方法中最为关键的环节是蛋白酶抑制剂提取和活性测定方法的选择和建立。植物蛋白酶抑制剂分离和纯化的策略主要依据不同植物中的蛋白酶抑制剂生理生

进化基因组学研究进展

研究进化基因组学进展 摘要：进化基因组学是利用基因组数据研究差异基因功能、生物系统演化、从基因在水平探索生物进化的学科。随着近年来基因组数据的不断增加，进化基因组学得到了长足的发展。进化基因组学主要包括从基因组水平理解和诠释生物进化和新基因分析研究探索两方面的内容。本文介绍了进化基因组学研究的主要内容和较为常用的方法，以及近年来在细菌、酵母、果蝇进化基因组学方面的研究进展。 关键词：进化基因组学系统进化比较基因组学新基因 正文 随着基因测序技术的不断进步以及基因组学的飞速的发展，人们积累了大量的基因组学数据，利用所得的大量的基因组数据与进化生物学相结合，在基因组水平研究生物进化机制，随即产生了进化基因组学。 近年来进化基因组学取得了长足的进展，在研究差异基因功能、生物系统演化、从基因在水平探索生物进化的终极方式等方面有重大突破，对人类理解生命现象和过程有重要作用。 研究系统进化学通常包括两个关键步骤：一方面，在不同物种中鉴定同源性特佂，另一方面利用构建系统进化树的方法比较这些特征，进而重新构建这些物种的进化历史[1]。针对这两个关键步骤，传统系统进化学，常采用基于形态学数据和单个基因研究的同源性状鉴定和重建系统进化树（常包括距离法、最大简约法、概率法）[1]的方法来研究。在目前拥有丰富基因组数据的条件下，我们可以分析基因组数据，利用进化基因组学研究系统进化。 一、目前进化基因组学的研究内容主要集中于两个方面：（1）在比较不同生物的基因数据的基础上，从基因组水平理解和诠释生物进化；（2）通过对新基因的分析研究探索基因进化过程的规律两个方面。在进行全基因组进化分析方面，进化基因组学主要集中于构建系统进化树、研究基因组进化策略、研究生物功能变化和进化机制、进化和生态功能基因组学、基因注释的等方面；在新基因方面

植物功能组研究进展

程论文（作业）封面（2011 至2012 学年度第 2 学期）课程名称：_ ___ 课程编号：___________ 学生姓名：__ ________ 学号：_______ 年级：__ ___________ 任课教师: _ ____________ 提交日期：年月日成绩：__________________ 教师签字：__________________ 开课---结课：第周---第周评阅日期：年月日

植物的功能基因组学研究进展 摘要:基因组研究计划包括以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为 目标的功能基因组学两方面的内容。目前基因功能鉴定的方法主要有:基因表达的系统分析(SAGE) 、cDNA 微阵列、DNA(基因) 芯片、蛋白组技术以及基于转座子标签和T-DNA 标签的反求遗传学技术等。本文对上述各种技术的优缺点以及它们在植物基因功能鉴定中的应用进行了综述。 关键词:功能基因组学; 基因表达的系统分析;cDNA 微阵列;DNA 芯片;蛋白组 以拟南芥和水稻为代表的植物基因组研究已取得了迅速的进展,到目前为止,占拟南芥基因组(100Mb) 近三分之一的DNA 序列已被测定并在GenBank 数据库中登记注册,预期到2001 年通过全球合作将完成拟南芥全基因组的序列测定工作。随着植物基因组计划的实施和进展,GenBank 中累积了大量的未知功能的DNA 序列,如何鉴定出这些基因的功能将成为基因组研究的重点课题, 因此, 基因组研究应该包括两方面的内容: 以全基因组测序为目标的结构基因组学(structural genomics) 和以基因功能鉴定为目标的功能基因组研究, 后者往往又被称为后基因组研究。功能基因组研究的内容是利用结构基因组所提供的信息, 发展和应用新的实验手段系统地分析基因的功能〔1 〕。目前人类和酵母的功能基因组研究已经全面展开, 尤其是对已完成全基因组测序的酵母来说, 其功能基因组研究任务更加紧迫。植物的基因组研究虽然起步较晚, 但由于吸取了人类基因组研究中积累的一些经验, 所以进展也相当迅速, 对植物功能基因组学的研究目前也已经受到重视, 在1998 年12月出版的最新一期Plant Cell (10 :1771) 和Plant Physiol . (118 :713) 上均编发了关于植物功能基因组学研究的编者按, 并由Bouchez 和Hofte (1998) 〔2 〕综述了植物尤其是拟南芥功能基因组学研究的现状, 本文在此基础上综述了目前植物功能基因组学研究中使用的主要技术手段以及最新的研究进展。 1 基因功能的含义 基因的功能主要包括: 生物化学功能, 如作为蛋白质激酶对特异的蛋白质进行磷酸化修饰; 细胞学功能, 如参与细胞间和细胞内的信号传递途径; 发育上的功能, 如参与形态建成等。目前,获得一段DNA 序列的功能信息的最简单的方法是将该DNA 序列与GenBank 中公布的基因序列进行同源性比较,如利用BLASTn 和BLASTx 两种软件分别进行核苷酸和氨基酸序列同源性比较等。同源性比较的结果大体可以分为如下类型: 与生化和生理功能均已知的基因具同源性; 与生化功能已知的基因具同源性, 但该基因的生理功能未知;与其它物种中生化和生理功能均未知的基因具同源性; 虽与生化和生理功能均已知的基因具同源性, 但对该基因功能的了解尚不深入, 仍停留在表观现象上。上述同源性检索分析方法仅仅为该DNA 片段的功能提供了间接的证据,对基因功能的直接证据还需要实验上的数据。Bouchez 和Hofte (1998)〔2 〕将所需要的实验证据归纳如下: (1) 通过研究基因的时空表达模式确定其在细胞学或发育上的功能, 如在不同细胞类型、不同发育阶段、不同环境条件下以及病原菌侵染过程中mRNA 和/ 或蛋白质的表达的差异等。(2) 研究基因在亚细胞内的定位和蛋白质的翻译后调控等。(3) 利用基因敲除(knock - out) 技术进行功能丧分析或通过基因的过量表达(转基因) 进行功能获(gain2of2function) 分析,进而研究目的基因与表型性状间的关系。(4) 通过比较研究自发或诱发突变体与其野生型植株在特定环境条件下基因表达的差异来获取基因功能的可能信息。 2 植物的表达序列标记(EST) 与基因组大规模测序 通过从cDNA 文库中随机挑取的克隆进行测序所获得的部分cDNA 的5′或3′端序列称为表达序列标记( EST) ,一般长300～500bp 左右, 利用EST作为标记所构建的分子遗传图

转基因技术的研究进展

作物转基因技术的研究进展 摘要：作为生物技术领域的前沿，转基因技术已在多种植物上取得重大进展。本文主要介绍了当前作物转基因技术的三大主流方法：农杆菌介导法、基因枪介导法和花粉管通道法，并阐述了这几种转基因技术在水稻、小麦、棉花、玉米、大豆，甘薯等几种主要农作物的应用进展状况。 关键词：转基因技术、农作物、应用 Genetically Modified---转基因，简称GM，是指运用科学手段从某种生物体中提取所需要的基因，将其转入另一种生物中，使与另一种生物的基因进行重组，再从结果中进行数代的人工选育，从而获得特定的具有变异遗传性状的物质。而其衍生出的转基因技术就是将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中，从而达到改造生物的目的，即把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。 1983年比利时科学家Montagu 等人和美国Monsanto 公司Fraley等人分别将T- DNA上的致瘤基因切除并代之以外源基因,获得了世界上第一株转基因植株———转基因烟草。自此之后，作物转基因技术得到了迅速发展.截至目前,几乎所有的作物都开展了转基因研究,育种目标涉及到高产、优质、高效兼抗性及多用途等诸多方面.一批抗病、抗虫、抗逆、抗除草剂等转基因作物已进入商品化生产阶段. 国际农业生物技术应用服务组织2 月13 日在京发布的1 份报告显示，全球27 个国 家超过1800 万农民，2013 年种植转基因作物，种植面积比2012 年增加了500 万公顷。此外，首个具有耐旱性状的转基因玉米杂交品种亦于2013 年在美国开始商业化。 据该报告显示，全球转基因作物的种植面积于转基因作物商业化的18 年中增加了100 倍以上，从1996 年的170 万公顷增加到2013 年的1.75 亿公顷，其中美国仍是全球转基因作物的领先生产者，种植面积达7010 万公顷，占全球种植面积的40%。国际农业生物技术应用服务组织创始人兼荣誉主席、本年度报告作者Clive James 表示，目前排名前10 位的国家种植转基因作物的面积均超过100 万公顷，这为将来转基因作物的多样化持续发展打下了广泛基础。在种植转基因作物的国家中，有19 个为发展中国家，8 个为发达国家；发展中国家的种植面积连续2 年超越发达国家。 目前，作物遗传转化的方法有农杆菌介导法、基因枪法、电激法、PEG 法、脂质体法、低能离子束法、超声波介导法、显微注射法、花粉管通道法等.但在当前作物基因工程研究中,主要采用农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法,这三种转基因技术也相对较为成熟. 一、农杆菌介导法 农杆菌介导法是指农杆菌侵染植物时，受到植物受伤后释放的酚类物质的刺激，活化质粒上Vir 区基因的表达，将质粒上的另一段DNA（T-DNA）共价整合到植物基因组上，在植物体内表达而改变植物的遗传特性。农杆菌介导法的转化效率受众多因素影响，如农杆菌侵染外植体的影响因素、外植体再生能力的内在因素和环境条件（pH、温度和光照条件）等[32]，此法具有流程简单、仪器设备便宜、拷贝数低[33]，且基因沉默少，转移的基因片段长等优点。 农杆菌介导法是获得第一个转基因植物的方法，迄今为止，农杆菌介导法获得的转基因植物占转基因植物总数85%，已成为植物基因转化首选方法。 二、基因枪介导法 基因枪法又称微弹轰击法，是将外源基因包裹在直径1~2 nm的钨或金颗粒表面，加速轰击植物外植体靶组织，穿过植物细胞壁和细胞膜而将外源基因带入植物细胞。因此，通过该方法进行DNA的转移过程不受外植体基因型的限制，可以将外源基因转移至几乎所有的植物细胞、组织器官和原生质体中。 最早的基因枪是由美国Cornel 大学的Sanford 等在1987 年研制成功的。目前基因枪介

人类Argonaute基因家族与肿瘤关系的研究进展

·综述· Argonaute （AGO ）蛋白通过结合小RNAs 来调控蛋白质的合成或影响mRNA 的稳定性即RNA 干扰（RNAi ）。AGO 蛋白家族是RNA 诱导沉默复合体（RISC ）的核心蛋白，在RNAi 中发挥重要作用，参与染色质修饰，靶向mRNA 断裂、翻译抑制，从而产生特异性基因沉默作用[1]，并与多种恶性肿瘤的发生密切相关。AGO 蛋白家族是一类高度保守的碱性蛋白，分为AGO 亚家族（包括AGO 1~4）和PIWIL 亚家族（包括PIWIL 1~4），其典型特征为N 端的PAZ 结构域、Mid 结构域和C 末端的PIWI 结构域[2]。PAZ 结构域和PIWI 结构域形成一个供底物结合的沟槽，有助于sRNA 和目标mRNA 结合，并可以剪切mRNA [3]。PAZ 结构域是核糖核蛋白复合体（RISC ）中小RNAs 的结合位点，PIWI 结构域是RISC 中的酶切割活性中心。1AGO1与肿瘤的关系 AGO1的PIWI 结构域结合RNase Ⅲ内切酶Dicer 来调节Dicer 酶和AGO 蛋白之间的相互作用，从而促进RNAi 的进行[4]。有研究提示，AGO1可能还通过参与异染色质沉默进而参与肿瘤的进展[5?6]。AGO1在细胞核中作用于DNA 启动子区域，使组蛋白和靶基因发生甲 基化，从而抑制基因表达[6?7] 。AGO1在正常肺和肾的发育过程中和在缺少Wilms 肿瘤抑制基因WT1的肾癌中高表达[8]，提示AGO1在这些组织的胚胎发生过程中起重要作用。BEHMT?ANSMANT 等[9]还发现，AGO1蛋白的PIWI 结构域可与RNA 沉默相关的GW182蛋白N 端的GW 重复结构相互作用，从而参与微小RNA （miR?NA ）途径对目标mRNA 的降解。姜琳等[10]对AGO 蛋白亚家族研究发现，在人乳腺癌MCF7、子宫颈癌HeLa 细胞系中，小干扰RNA （siRNAs ）对AGO 蛋白的基因沉默效果明显，AGO 蛋白沉默导致细胞增殖活性下降，使肿瘤细胞周期阻滞在G 0/G 1期，其中AGO1沉默所致的细胞生长抑制程度最大。在结肠癌研究中，LI 等[11]发现AGO1~4和PIWIL1~4表达于肿瘤组织明显高于癌旁组织；结肠癌组织与非癌组织相比，AGO1和PIWIL2表达显著可能代表新的早期诊断结肠癌标志物。2AGO2与肿瘤的关系 AGO 蛋白家族在肿瘤的研究中，关于AGO2蛋白 的报道较多。AGO2蛋白在生物体内广泛表达，具有核 酸内切酶活性。AGO2的PIWI 结构域与miRNA 结合而参与mRNA 的基因沉默[12]。AGO2表达水平与多种肿瘤的发生、发展，以及肿瘤细胞的增殖与分化、新生血管的发生、对缺氧应激的耐受性等密切相关。miRNA 广泛参与肿瘤细胞增殖、浸润、转移等恶性生物学行为。 在癌前病变日光性角化病、皮肤基底细胞癌、鳞癌中，AGO2均高表达[13]。在胃癌中，ZHANG 等[14]发现，随着病程的发展，AGO2的表达也在不断变化。在乙型肝炎病毒相关肝细胞癌研究中发现，AGO2mRNA 的表达水平在癌症组织中较高，研究进一步发现AGO2可以通过增加黏附斑激酶基因的表达来参与肝细胞癌的进展[15?16]。在多发性骨髓瘤研究中，WU 等[17]发现，AGO2的高表达可使抗血管生成的miR?145和促血管生成的let?7家族及miR?17/92基因簇表达失调，进一步促进新生血管形成，进而参与肿瘤的迁移。VAKSMAN 等[18]研究发现，在晚期卵巢浆液癌患者中，化疗后的AGO2mRNA 和蛋白水平较未化疗患者低，这可能是延长患者生存时间的一个潜在指标。在非小细胞肺癌研究中，DIEDERICHS 等[19]发现，抑制AGO2的表达可使癌基因miR?100的表达下调，也使抑癌基因miR?34a 、miR?125b 的表达上调，提示AGO2在非小细胞肺癌中的高表达可能促进肿瘤的发展。最近研究发现，在宫颈癌中，通过miRNA 和GRSF1参与miRNA 途径AGO2的正向调节[20]。AGO2的表达增强通过miR ?346和GRSF1独立于AGO2稳定性的增加。miR?346通过上调AGO2的表达来增加宫颈癌细胞的恶性表型。miR?346对AGO2的上调也发生在其他类型的癌细胞中，包括SW480结直肠癌细胞和OVCAR3卵巢癌细胞。证明了miR?346在GRSF1依赖的方式上增加AGO2的表达，从而参与调节其他miRNAs 的活性。这一发现暗示，miR?346可能是宫颈癌预防和治疗的潜在治疗靶点。CUBILLOS?RUIZ 等[21]在对卵巢癌相关树突状细胞的研究中发现，在细胞内注入合成的内源性双链pre?miR?155表达出来的卵巢癌抑癌基因miR ?155首先与AGO2结合，进入RNA 诱导沉默复合体后，miR?155的 人类Argonaute 基因家族与肿瘤关系的研究进展* 张成晨，刘莉娟，李楠，郭秀丽，章梦琦综述，肖 娟，翟立红审校△（湖北文理学院，湖北襄阳441053） 【关键词】Argonaute 基因家族；肿瘤；预后；人类；综述 DOI ：10.3969/j.issn.1009?5519.2018.12.016文献标识码：A 文章编号：1009?5519（2018）12?1820?05 *基金项目：湖北省卫生计生科研项目（WJ2016M228）；湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目（T201715）；大学生创新创业训练项目（8243）△ 通信作者，E?mail ：zlh_0302@https://www.docsj.com/doc/352100355.html, 现代医药卫生2018年6月第34卷第12期J Mod Med Health ，June 2018，Vol.34，No.12 ··1820

基因组学研究的应用前景

基因组学研究的应用前景摘要：基因组学是一门研究基因组的结构，功能及表达产物的学科，基因组的结构不仅是蛋白质，还有许多复杂功能的RNA,包括三个不同的亚领域，及结构基因组学，功能基因组学和比较基因组学。近几年，基因组学在微生物药物，细菌，病毒基因，营养基因方面都有进展，其前景是光明的。 关键词：基因研究未来结构 一、微生物药物产生菌功能基因组学研究进展 微生物药物是一类化学结构和生物活性多样的次级代谢产物，近年来多个产生菌基因组序列已经被测定完成，在此基础上开展的功能基因组研究方兴未艾，并在抗生素生物合成，形态分化，调控，发育与进化及此生代谢产物挖掘等方面有着新的发现，展现出广阔的研究前景，青霉素及其衍生的《》内酰胺类抗生素极大地改善了人类的卫生保健和生活质量，并促进研究人员不断对其工业生产菌株类黄青霉进行遗传改良和提高其产量，从而降低生产成本。经过60年的随机诱变筛选，当前青霉素产量至少提高了三个数量级，同时，青霉素的生物合成机理也得到了较为清晰的阐述，其pcbAB编码的非核糖体肽合酶ACVS~DPcbc编码的异青霉素N合成酶IPNS位于细胞质中，而苯乙酸COA连接酶PenDE编码的IPN酰基转移酶位于特殊细胞器一微体中。 研究发现，青霉素合成基因区域串联扩增，产黄青细霉胞中微体含量增加都可显著提高青霉素产量。然而随机诱变筛选得到的黄青霉工业菌株高产的分子机制尚不明确。为此，2008年荷兰研究人员联合国美国venter基因组研究所对黄青霉wisconsin54—1225进行了基因组测试和分析，并进一步利用DNA芯片技术研究了wisconsin54—1255及其高产菌株DS17690在培养基中是否添加侧链前体苯乙酸情况下的转录组变化，四组数据的比较分析发现，有2470个基因至少在其中一个条件下是差异表达的，根据更为严格的筛选标准，在PPA存在的条件下，高产菌相比测序菌株有307个基因转录是上调的，和生长代谢，青霉素前体合成及其初级代谢和转运等功能相关，另有271个基因显著下调，主要是与生长代谢及发育分化相关的功能基因。 二、乳酸菌基因组学的研究进展

转基因动物技术应用研究进展汇总

转基因动物技术应用研究进展 摘要：本文主要对动物转基因技术发展状况作了概述，重点是近年发展的提高转基因效率的非定点整合转基因方法, 如睾丸转基因法和卵巢转基因法; 提高转基因精确性的定点整合转基因的基因打靶法作了介绍。然后对转基因技术的应用作了论述，最后对转基因技术的发展前景作了展望。 关键字：动物转基因技术；应用；展望 Progress on Techniques for Producing Transgenic Animals And their Application Abstract: This review describes the recently developed animal gene transfer techniques, including gene transfer into the testis and ovary for easily making non-site specific methods; gene targeting in embryonic stem cells, somatic cells and primordial germ cells for site specific methods.The application and prospect of transgenic technology was also discussed. Key words: animal gene transfer technique; application;prospect 动物转基因技术是将外源基因移入动物细胞并整合到基因组中, 从而使其得以表达。自Palmiter等[1] (1982)把大鼠生长激素基因导入小鼠受精卵获得超级巨鼠以来,世界各国科学家对转基因技术应用于动物生产的研究产生了极大的兴趣,并相继在兔、羊、猪、牛、鸡、鱼等动物上获得转基因成功。转基因动物研究是近年来生命科学中最热门、发展最快的领域之一,其应用已广泛渗透于分子生物学、发育生物学、免疫学、制药及畜牧育种等各个研究领域中。这项技术正在对动物生产产生一场新的革命,在提高生长速度、生产性能,改善产品品质、抗病育种、基因治疗等方面取得了可喜的进展,显示出诱人的应用前景。 1 转基因动物技术 1.1 显微注射法 这一方法是发展最早,目前应用最广泛和最为有效的制作转基因动物的方法,创始人是Jaenisch和Mintz等,Gorden等[2]和最先通过此法获得转基因动物。其基本原理是:通过显微操作仪将外源基因直接用注射器注入受精卵,利用受精卵繁殖过程中DNA的复制过程,将外源基因整合到DNA中,发育成转基因动物。 1.2 逆转录病毒载体导入法 将目的基因重组到逆转录病毒载体上,制成高滴度的病毒颗粒,人为感染着床前后的胚胎,

芸薹属植物比较基因组学研究进展

植物学通报Chinese Bulletin of Botany 2007, 24 (2): 200?207, https://www.docsj.com/doc/352100355.html, 收稿日期: 2006-05-26; 接受日期: 2006-08-26 * 通讯作者。E-mail: yuanbeauty@https://www.docsj.com/doc/352100355.html, .专题介绍. 芸薹属植物比较基因组学研究进展 李媛媛, 傅廷栋, 马朝芝* 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室, 武汉 430070 摘要 芸薹属(Brassica )植物是双子叶植物比较基因组学研究的重点对象。经过十几年的研究, 芸薹属植物比较基因组学研究已取得很大进展。宏观共线性和微观共线性两个层次的研究均发现, 芸薹属植物之间以及芸薹属和拟南芥之间都存在广泛的共线性, 表明拟南芥信息在芸薹属中具有重要应用价值。芸薹属作物基因组内存在着多个拷贝的共线性区域, 支持二倍体芸薹属作物起源于多倍体祖先的假设。 关键词 芸薹属, 比较基因组, 拟南芥, 宏观共线性, 微观共线性 李媛媛, 傅廷栋, 马朝芝 (2007). 芸薹属植物比较基因组学研究进展. 植物学通报 24, 200?207. 比较基因组学(comparative genomics)又称比较遗传学, 是指在不同物种之间利用共同的标记构建图谱或对不同物种基因组相应部分(或全部)区域进行测序, 比较它们之间的基因数目、相对位置、结构关系等, 以揭示不同物种之间的基因家族成员数目和排列顺序的异同。一般来讲, 比较基因组学主要包括两个方面: 基于遗传图谱的宏观共线性和基于物理图谱或测序的微观共线性。目前, 禾本科植物的比较基因组研究最为透彻,而芸薹属(Brassica )植物则是双子叶植物比较基因组学研究的重点对象。从20世纪90年代至今, 经过十几年的历程, 芸薹属植物比较基因组学研究已在宏观共线性和微观共线性两方面都取得了较大进展。 1 芸薹属植物基因组概况 芸薹属是十字花科(Cruciferae)植物中最重要的一个属,包含许多有重要经济价值的油料、蔬菜和饲料作物。从细胞遗传学角度讲, 芸薹属栽培种包括白菜(B. rapa ;AA , 2n = 20)、甘蓝(B. oleracea ; CC , 2n = 18)和黑芥(B. nigra ; BB , 2n = 16) 3个二倍体基本种以及甘蓝型油菜(B. napus ; AACC , 2n = 38)、芥菜型油菜(B.juncea ; AABB , 2n = 36)和埃塞俄比亚芥(B. carinata ; BBCC , 2n = 34) 3个四倍体复合种。种间人工合成的研究结果表明, 白菜、甘蓝和黑芥为3个基本染色体种,它们通过相互杂交和自然加倍而形成了现在的四倍体种,这就是著名的禹氏三角(U, 1935)。通过对核DNA 含量的计算, 推测二倍体芸薹属基因组约为拟南芥基因组(125 Mb)的3－5倍, 而四倍体芸薹属基因组则是拟南芥基因组的10倍左右(Bennett and Sm ith, 1976;Arumuganathan and Earle, 1991)。 2 芸薹属植物比较遗传图谱 比较遗传作图是利用一个种的基因或者基因的部分片段或者遗传标记, 通过遗传学的方法在其它的物种中寻找其同源序列及构建相应的遗传标记图。芸薹属植物比较遗传图谱研究可对芸薹属植物之间的结构、亲缘关系及其进化演变提供分子水平的证据; 特别是芸薹属和拟南芥的比较遗传作图, 将大大增加芸薹属中可供利用的遗传标记。近年来, 芸薹属植物之间以及芸薹属植物与拟南芥之间的比较遗传作图研究都取得了一些重要结果。 2.1 芸薹属植物之间的比较作图 芸薹属不同种基因组的比较研究首先是在白菜和甘蓝之