拟南芥功能获得突变体sef的研究

植物顶端分生组织中干细胞数量的维持对于侧生器官的发生至关重要。在干细胞的基因调控网络中WUSCHEL (WUS) 是一个关键成员，围绕该基因形成两个反馈调节环，控制分生组织中干细胞群的平衡。 　　论文分析了用激活标签法 (activation tagging) 获得的突变体sef (stem-ecotopic-flowers)，其最大的表型特点是花序轴上产生异位花和幼苗下胚轴增长。本论文就此两个表型产生的机理进行了探索，以期了解WUS基因的新功能。 　　对sef的表型观察发现异位分生组织不仅在花序轴上出现，而且也出现在叶柄、叶片、托叶叶腋内、花梗、花梗腋内以及花器官上。组织切片结果表明花序轴上的异位分生组织起源于已经分化的皮层细胞。对突变体的分子鉴定证明T-DNA是以单拷贝插入到WUS起始密码子上游810 bp处。对插入位点上下游各10 kb的4个基因在花序轴中的表达水平进行了分析，结果表明只有WUS基因的表达量升高，说明增强子只对WUS基因发挥了激活作用，暗示了WUS基因过表达与异位花之间存在某种联系。转35S::WUS的拟南芥幼苗下胚轴与根部出现异位的生长点;WUS被诱导表达的突变体pga6-1花序轴上出现异位花芽，证实sef的表型是由WUS超表达所导致。利用组织原位杂交和RT-PCR分析了WUS、CLAVATA3 (CLV3)、LEAFY (LFY) 与AGAMOUS (AG) 在异位分生组织中的表达模式与表达水平，结果表明WUS、CLV3、LFY、AG在花序轴表皮以下皮层中异位表达。这些结果表明WUS能激活CLV3异位表达，从而在已经分化的皮层中重新产生具有分生组织特征的细胞，同时WUS异位激活AG的表达并使LFY也在这些异位的分生组织中表达，这些分生组织发育方向被LFY与AG所决定，最终发育为异位花器官。 　　sef突变体另外一个突出的表型是幼苗的下胚轴增长。对幼苗期下胚轴以及胚胎4个时期的胚干细胞数进行统计，结果表明下胚轴与胚干细胞数目都呈现出sef比野生型多而wus-1比野生型少的趋势，因此sef幼苗下胚轴增长是由于细胞数目改变引起的。进一步分析发现这种区别是由于胚胎早期（授粉后1~3天）胚干细胞分裂速率的差异所造成的。利用基因芯片杂交分析突变体的基因表达谱，结果发现许多与细胞分裂相关的基因在sef中表达水平升高。RT-PCR证实这些基因在胚胎时期的表达水平升高，说明胚胎早期胚干细胞分裂速率的不同导致了幼苗下胚轴的异常。 　　综上所述，我们的研究结果揭示了sef异常表型的产生的可能机制。在已经分化的皮层中激活标签介导的WUS超表达激活干细胞标志基因之一CLV3和花器官基因AG，并使LFY异位表达，重新产生具有分生组织特征的细胞，这些分生组织的发育方向被LFY和AG所决定，最终发育为异位花。在sef的早期胚胎中，WUS表达增强使细胞分裂相关基因表达水平升高、细胞分裂增快，说明WUS与细胞周期相关基因的调控存在某些联系。 　　本论文的创新之处在于首次提出WUS表达增强能在分化的组织中产生具有分生组织特征的细胞以及WUS调控细胞分裂的结论。 　　

水稻中OsERD2和OsRAA1基因的功能分析

内质网中一些可溶性蛋白含有Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）基序作为内质网滞留的信号，这些内质网滞留蛋白可以离开内质网进入高尔基体进行糖基化修饰。目前的研究表明，KDEL基序可以被滞留蛋白受体识别，通过反向运输途径将其运回内质网。ERD2是第一个在酵母中被鉴定的内质网滞留蛋白受体。在人、拟南芥、弓形虫等生物中也鉴定出类似的内质网滞留蛋白受体。ERD2在拟南芥中的同源基因aERD2受内质网胁迫信号的诱导，在水稻中还未见该类受体的报道。 本工作从水稻中克隆到ERD2的同源基因OsERD2。OsERD2的cDNA全长为1081bp，编码一含215个氨基酸的蛋白。OsERD2与酵母、拟南芥、人中的内质网滞留蛋白受体的同源性分别为43.38%、72.56%、54.42%。疏水性分析显示该蛋白具有7个跨膜区；OsERD2呈组成型表达模式；亚细胞定位显示OsERD2主要分布于高尔基体中；利用酵母互补实验证明OsERD2可以恢复酵母erd2缺失突变体的表型。这些结果表明，OsERD2是水稻中的内质网滞留蛋白受体。 借助农杆菌介导的转化将OsERD2在水稻中超表达，分析转基因水稻对二硫苏糖醇（DTT）处理的响应。结果显示DTT处理抑制水稻幼苗生长，超表达OsERD2株系受抑制程度更为明显。表明OsERD2转基因水稻对内质网胁迫更加敏感。因此，OsERD2可能参与了水稻中的未折叠蛋白响应。 本论文还比较分析了OsRAA1/AtFPF1的一些新功能。OsRAA1（Oryza sativa root architecture associated 1）是拟南芥AtFPF1在水稻中的同源基因，参与水稻根发育的调控。我们将OsRAA1在拟南芥中异源超表达，发现OsRAA1的积累使转基因拟南芥的开花时间提前，同时发现在白光条件下转基因拟南芥的下胚轴长度增加。进一步分析表明，在蓝光、远红光和黑暗条件下转OsRAA1拟南芥下胚轴长度和野生型没有明显区别，但在红光条件下，转基因拟南芥的下胚轴长度是野生型的两倍。AtFPF1转基因拟南芥也表现出类似的表型，说明RAA1/FPF1蛋白不但可以调控拟南芥开花时间而且参与红光对下胚轴生长的光抑制过程，它们在进化过程中保留了这两个方面的功能。

植物油脂积累机理和品质改良—利用RNAi改良大豆油脂品质—四合木茎积累三脂酰甘油特征

利用RNAi改良大豆油脂品质 大豆[Glycine max (L.) Merr.]起源于中国，栽培历史悠久，是重要的粮食作物， 同时也是植物油和蛋白的重要来源。随着经济的发展和生活水平的提高，人们不但对大豆的需求量大大增加，同时对大豆的品质也提出了更高的要求。近年来，我国大豆进口量逐年攀升，已远远超过本国生产量。国外转抗除草剂转基因大豆大面积种植大大降低了生产成本，直接影响了我国大豆生产。因此，提高产量和改良品质是当前中国大豆生产所面临的重要课题。基因工程是大豆品种改良更为有效和快速的方法，但是由于历史原因我国的大豆转基因育种与发达国家尚存在一定差距，对我国的大豆生产贡献十分有限。因此，建立高效的大豆转化体系，加强大豆基因工程研究和育种是解决大豆面临困境的关键。 本研究的目的是以我国主要栽培大豆品种（黑农、合丰和东农等）为材料，利用GUS（β-glucuronidase）报告基因和RNAi技术，建立高效的大豆基因转化体系和基因功能研究体系。为大豆产量和品质基因工程改良提供技术手段和理论基础。结果如下： 以大豆下胚轴为外植体，对分生组织产生不定芽的频率进行了研究。培养基中添加高浓度BAP（6-benzylaminopurine）可以诱导外植体分生组织增殖产生不定芽的发生率;在培养基中添加银离子可以明显地促进大豆单个外植体多芽的产生，使得诱导不定芽总数目显著增加;不同基因型大豆再生不定芽能力有着较大区别，黑农44，黑农37，合丰35，合丰39等品种再生能力强;相对于大豆子叶节等再生系统，大豆下胚轴体系具有高效高频的再生特点（总的再生频率高于80%），且重复性好，容易操作。 以大豆下胚轴为外植体，用含有GUS报告基因的根癌农杆菌对其进行遗传转化，并重点对农杆菌菌液浓度、农杆菌侵染时间、乙酰丁香酮（AS）和抗氧化剂浓度等因素对农杆菌大豆转化效率的影响进行了研究。组织化学染色结果显示GUS基因在外植体顶端表达强烈，表达位置主要位于初生芽基部周围的分生组织。 农杆菌浸染时间以 4h 为最佳，此时的GUS瞬时表达频率可达73.0%;培养基中添加浓度为200μmol/L的乙酰丁香酮，可以显著增加GUS瞬时表达频率。抗氧化剂可以显著降低共培养阶段外植体的褐化和坏死率，进而显著提高农杆菌转化效率。用根癌农杆菌转化大豆下胚轴的方法得到了表达GUS基因转基因大豆株系。 利用大豆油酸去饱和酶基因(FAD2-1;Genbank, L43920)在第315-852碱基之间的基因片断构建了反向重复的RNAi表达载体，以农杆菌介导大豆下胚轴转化方法进行转化，并且获得转基因植株。经过PCR，Southern杂交和转基因后代的脂肪酸分析，表明沉默结构已经成功整合到大豆基因组中，并成功抑制了内源基因的表达。与栽培大豆品种相比较，转基因大豆种子的脂肪酸组成发生显著变化，油酸含量由栽培大豆的18.1％增加到71.5％¬-81.9％;亚油酸含量从栽培大豆的46.4％降到了约3.4％。 栽培大豆种子中油酸去饱和比率（ODP, oleic desaturation proportion）为0.76 到 0.84，转基因大豆种子的油酸去饱和比率降为0.06-0.26，表明Δ12-去饱和酶活性降低了74%-94%。上述结果表明，我们构建的RNAi反向重复序列沉默结构高效地抑制了大豆种子FAD2-1基因。 在本研究中，我们通过外源GUS基因的表达和内源FAD2基因的抑制，成功地建立了以大豆下胚轴为外植体的高效农杆菌介导大豆转化体系，并获得了相应的转基因株系。本研究对我国大豆品种基因工程改良以及进一步大豆功能基因组研究有重要参考价值。 四合木茎积累三脂酰甘油特征 四合木(Tetraena mongotica Maxim)是蒺藜科(Zygophyllaceac)四合木属唯一的种，是地球上最具代表性的古老残遗濒危珍稀植物。由于四合木极易燃烧，当地居民称其为“油柴”。 通过对四合木内可能存在的“油”成分进行了分析，我们发现其茎组织含有大量的三脂酰甘油（Triacylglycerols），含量达到46 mg/g DM。在韧皮部中更高，达到90 mg/g DM。我们通过半薄切片对四合木中三脂酰甘油在不同组织的分布和存在形式进行了研究，发现三脂酰甘油主要以油体形式存在于木质部和韧皮部的薄壁组织中。在韧皮部中，几乎所有的薄壁细胞都含有大量的油体。 三脂酰甘油在植物的生长发育中起着非常重要的作用。作为植物生长发育所需的碳源和能量，三脂酰甘油一般储存在植物的种子和果实中。虽然也有关于其在茎和叶中发现的报道，但是含量很少。四合木茎组织含有大量的三脂酰甘油，这种现象可能与四合木茎中存在茎特异油脂合成酶系统有关。因此，克隆相关基因并在作物中表达，将对能源植物的开发具有重要意义。

鞑靼荞麦（Fagopyrum tataricum Gaertn.）离体再生与遗传转化研究

鞑靼荞麦是我国特有的农业产品，具有抗寒耐旱特性和较高的营养保健功能。荞麦的开花习性及遗传特点导致其人工杂交授粉难以成功，这成为荞麦杂交育种难以获得突破的重要原因。因此利用转基因技术导入有益基因有可能成为荞麦遗传改良的新途径，而再生及转化体系的建立是开展转基因研究的基础。 本文研究了苗龄、外植体、几种激素配比对鞑靼荞麦（Fagopyrum tataricum Gaertn.）离体培养的影响，初步建立了鞑靼荞麦离体再生体系。结果表明，鞑靼荞麦离体再生的最佳取材时间为苗龄6-8d；诱导愈伤组织的最适培养基为MS＋2.0 mg/L 2,4-D＋1.5 mg/L 6-BA，子叶诱愈率达75％左右，下胚轴的可高达86.62％；愈伤组织分化的最适培养基为MS 0.1mg/L IAA＋2.0mg/L 6-BA＋1.0 mg/L KT＋0.5mg/L TDZ，下胚轴的分化率可达9.52%。下胚轴的诱愈率与分化率均高于子叶，更适于离体再生培养。培养基中加入AgNO3后，能有效降低褐化率。生根最适培养基为含有0.5mg/L NAA的1/2MS培养基，生根率在50％左右。TDZ在诱导鞑靼荞麦的愈伤组织分化出芽的过程中起到明显的促进作用，可提高分化率约20%。 在上述研究基础上，本文还对鞑靼荞麦的遗传转化体系进行了探索性研究。分别利用根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导法和微粒轰击法（基因枪法）对黑水苦荞下胚轴进行遗传转化。 在农杆菌介导的方法中，携带有质粒pCAMBIA2301的农杆菌菌株EHA105用于转化。载体质粒pCAMBIA2301包含有gus和npt-II 基因, 并受35s启动子驱动。研究结果表明，在侵染方式选择上，浸泡方式比吸打方式更有效，根癌农杆菌侵染的较适浓度为OD600＝0.5，共培养3天，恢复培养7天，能检测到gus基因的表达。 基因枪法使用质粒pBI121，同样包含有gus和npt-II基因, 并受CaMV35s 启动子驱动。轰击距离为9cm较合适，甘露醇前处理在本研究中未表现出明显优势。 两种转化方法比较，基因枪法比农杆菌介导法更快速有效。 本研究为进一步的遗传操作研究打下基础。 Tartary buckwheat (Fagopyrum tataricum Gaertn.), the traditional and unique agricultural product of China, is a kind of crop with strong drought and cold tolerance, abundant nutrition and high medical value. Artificial hybridization is hard in buckwheat because of its flowering habits and genetic characteristics, which leads to no breakthrough in tartary buckwheat breeding. However, biotechnological approaches, especially genetic transformation for the direct introduction of good genes into tartary buckwheat for quality improvement, hold great promise. In this study, we established tartary buckwheat regeneration system in vitro. It is the foundation for genetic manipulation of this crop. The effects of seedling age, hypocotyl and cotyledon as explants, and proportions of several growth regulators were tested in tissue culture of tartary buckwheat for establishing its in vitro regeneration system. The results showed that the best seedling age for callus induction was 6 to 8 days. On the MS medium containing 2.0mg/L 2, 4-D and 1.5mg/L 6-BA, the induction rate of callus from hypocotyls was up to 86.62%, while from cotyledons was about 75％. The suitable shooting medium was the MS medium+0.1mg/L IAA+2.0mg/L 6-BA+1.0 mg/L KT+0.5mg/L TDZ, and the shooting rate from hypocotyls was 9.52%. The callus induction and shooting rates were higher from hypocotyls than from cotyledons. Browning reduced when the medium mixed with AgNO3. Half strength MS supplemented with 0.5mg/L NAA was the best for rooting, the rate was around 50% after 30 days culture. TDZ can accelerate the shoot differentiation distinctively, and it could improve the shooting rate nearly 20%. On the base of above, the explorative research of the genetic transformation in tartary buckwheat was done. In the study, hypocotyls from Heishui tartary buckwheat were transformed by Agrobacterium-mediated method and microprojectile bombardment method (gene-gun), comparatively. In Agrobacterium-mediated method, a disarmed Agrobacterium tumefaciens strain EHA105 harboring plasmid pCAMBIA2301 was used. The vector pCAMBIA2301 contains gus and npt-II genes, driven by CaMV35s promoter. The results showed that the appropriate concentration of Agrobacterium tumefaciens for infecting was OD600＝0.5, and co-culture time was 3d. Seven days later after coculture, GUS expression could be tested. In particle bombardment transformation, plasmid pBI121 was used. pBI121 also contains gus and npt-II genes, driven by 35s promoter. Hypocotyls pretreated with mannitol, no effect was observed, and the suitable distance of bombardment is 9cm. Comparing with Agrobacterium-mediated method, gene-gun method is more convenient and effective. All above results could be a basic work for further study in tartary buckwheat transformation.

An efficient in vitro method for mass propagation of Potentilla potaninii wolf

This study reports a method for high-frequency shoot organogenesis and plant establishment of Potentilla potaninii Wolf. Hypocotyl and cotyledon explants of P. potaninii were cultured on Murashige and Skoog (MS) medium supplemented with various concentrations of benzyladenine (BA) and alpha-naphthaleneacetic acid (NAA) to induce adventitious shoot formation for micropropagation. The highest frequency of adventitious shoot regeneration was achieved from hypocotyl and cotyledon explants grown on MS medium supplemented with 5.0 mg l(-1) BA and 1.0 mg l(-1) NAA. The regenerated shoots rooted most efficiently on half-strength MS medium supplemented with 1.0 mg l(-1) NAA and 0.5 mg l(-1) indole-3-acetic acid or indole-3-butyric acid. The acclimatized plants with normal morphology and growth characters flowered and set seeds in the following year.

Fruit anatomy,seed germination and seedling development in the Japanese seagrass phyllospadix

Phyllospadix iwatensis Makino and phyllospadix japonicus Makino have similar frunt morphology and anatomy.The rhomboid fruit of Japanese phyllospadix is dark brown in colour and is characterized by two arms bearing stiff inflected bristles which can act as an anchoring system. The fruit covering consists of a thin cuticular seed coat and pericarp remains mainly fibrous endocarp. In the groove region of the fruit.the cuticular seed coat and endocarp are replaced by nucellus cells with wall in growths and crushed pigment strands with lignified walls.these tissues appera to control the transfer of nutrients to developing seed.the seed is oval with a small embryo and a large hypocotyl. the embryo is straight and simple,with the plumule containing three leaf primordia and a pair of root primordia surrounded by a cotyledon.the hypocotyl has large vontral lobe containing central provascular tissue and two small dorsal lobes.the hypocotyl contains starch.lipid and protein.and acts as a nutrient store.the seed of P.iwatensis has a dormancy period of 2-6 weeks and germination eventually reaches-65%.but is not synchronized.during germination the leaves emerge first.and then after at least three young leaves have formed and abseised.the roots emerge,usually?6 months after the commencement of germination.Utilizaton of the nutrient reserves is initially from the perihpery of the hypocotyl and then progressively towards its centre.