车前科和苦苣苔科一些典型类群花对称性基因的进化发育生物学研究—兼论地黄属和崖白菜属的系统位置

在模式植物金鱼草中的花对称性分子发育与遗传学研究揭示出相关调控基因在花对称性形成过程中的功能和表达式样及其相互作用机制，但被子植物中花对称性的繁杂多样远非模式植物的表达模式所能概括。因此，我们选择车前科和苦苣苔科中与金鱼草较近缘的典型类群地黄属和非洲紫罗兰属作为研究对象，针对它们在花对称性形成方面区别于金鱼草的不同式样，开展这些类群中花对称性主控基因CYCLOIDEA(CYC)类基因的进化发育生物学研究。该研究旨在探讨CYC 类基因的功能和表达式样的变化在进化上的内在联系。 地黄花对称性基因的进化发育研究结果显示，地黄中CYC 类基因RgCYC 的表达模式与CYC 基因在金鱼草中和McCYC 基因在Mohavea 中的表达模式存在明显的差异。首先， RgCYC 基因在近轴雄蕊预期发生位置表皮细胞下的强烈表达与地黄近轴雄蕊的缺失密切相关。转录因子中的氨基酸替代所导致蛋白质功能的改变使RgCYC 基因对细胞周期基因cyclin D3b 抑制作用的增强可能是地黄中近轴雄蕊原基发生过程被彻底阻断的主要原因。由此看来，CYC 类基因的作用不仅导致近轴花器官生长缓慢或退化，而且可能与自然类群中花近轴器官丢失的现象有关。其次，同McCYC 基因在Mohavea 中的表达模式相似，RgCYC 基因的表达也从近轴雄蕊延伸到了两侧雄蕊，但是并没有强烈地抑制两侧雄蕊的发育，仅仅使得两侧雄蕊短于远轴雄蕊从而在地黄中形成二强雄蕊。这一现象可能是由于RgCYC 基因的表达与McCYC 基因的表达在时间和空间上的差异所造成的，并显示地黄中二强雄蕊的形成机制和金鱼草完全不同。第三，RgCYC 基因在近轴花冠裂片的表达没有象CYC 在金鱼草中一样明显促进它们的生长。此外，近轴花冠裂片明显的自身对称性显示在地黄中RgCYC 基因在两侧对称性形成方面可能单独对近轴花器官进行调控。地黄中RgCYC 基因的表达模式反映了广义唇形目中从五数花到四数花进化过程的一种新的进化机制。 两侧对称花向次生辐射对称花的反演进化机制在花对称性进化发育研究中倍受关注。我们在苦苣苔科中选择非洲紫罗兰栽培品种作为研究材料，通过 mTAIL-PCR 分别在两侧对称花和辐射对称花的栽培品种中分离出了包含完整的 ORF 的CYC 类基因：SiCYC1A 和SiCYC1B。这两个基因的完整序列在DNA 水平的相似性为88%，均包含了完整的TCP domain, R domain 和 5’ 端区段。令人意外的是SiCYC1A 和SiCYC1B 这两个基因的DNA 序列在两侧和辐射对称花品种中均完全一致。根据对导致辐射对称花产生机制的比较分析，我们认为在这两个栽培品种中的SiCYC1A 和 SiCYC1B 基因可能存在着某一共同的调节因子对其进行调控。其可能途径是该调节因子同时调控SiCYC1A 和 SiCYC1B 基因，这一共同的调节因子的改变导致了SiCYC1A 和 SiCYC1B 基因部分或完全失去功能，从而使两侧对称花转变为辐射对称花。 崖白菜属的花部器官发生研究显示其花萼和花冠裂片的发生顺序与毛地黄族和婆婆纳族相似，花冠裂片早期生长的迟滞和花冠裂片折叠式样介于毛地黄族和婆婆纳族之间。但是，近轴雄蕊的发育缺失完全不同于毛地黄族中的其它类群。对地黄属和崖白菜属以及它们近缘类群的ITS 或trnL-F 序列所构建的系统树的分析显示，地黄属和崖白菜属呈姊妹群。然而，分子系统学研究结果并不支持传统系统学和个体发育研究对这两个属科级系统位置的认识。毛地黄属与婆婆纳属和车前属构成一个单系分支，而地黄属与崖白菜属则形成另外一个独立的分支，并与泡桐属与透骨草科所形成的分支首先聚在一支。因此，毛地黄族可能并不是一个单系类群，地黄属和崖白菜属的科级系统位置可能需要重新考虑。

菠菜硬脂酰ACP去饱和酶基因的克隆及其抗寒性转基因烟草的获得

低温是限制植物分布和生物产量的一个重要环境因子。低温的危害也是农业生产上经常遭受的主要自然灾害之一。改良作物的抗寒性是植物科学研究的一个重要课题。植物基因工程的兴起为此目的提供了有力的手段。 大量的研究证明，低温对植物的伤害，首先是使生物膜发生相变和相分离。因此，保持低温下生物膜功能性的液晶态是抗寒的重要机制。研究表明，生物膜这种具流动性的功能态的保持，是与其组成上的膜脂脂肪酸的不饱和度成正相关的。 已有几个关于通过提高膜脂脂肪酸不饱和度的基因操作而增加植物抗寒性的报道。在众多的植物脂肪酸去饱和酶中，硬脂酰ACP去饱和酶(SAD)是最为关键的酶之一。它催化脂肪酸的第一步去饱和反应：18：0-18：l¨。多不饱和脂肪酸是在1 8：1 中由其他去饱和酶再加入双键而生成的。因此，SAD的活性水平是决定植物膜脂不池和度的一个关键因素。 本研究以酸酚法提取的菠菜总RNA为材料，采用反转录一PCR的方法，克隆得到SAD基因，经定向缺失法获得一套该基因的缺失突变体后,用DNA 自动测序仪和双脱氧链终止法测序。获得的SAD基因序列与Nishlda(1992)等发表的菠菜sADcDNA核苷酸序列比较。两者的编码SAD的ORF都为ll97bp，核苷酸差异仅为8bp。但令人惊奇的是我们克隆到的基因，其5‘端上游还存在-个小的ORF，长30bp．编码10个氨基酸。其他报道的SAD基因中都没有这个ORF。 将克隆到的SAD基因构建成两个植物双元表达载体：正义的pB112-13和反义的pB112-6。用叶盘法转化烟草。DNA点杂交和Southern杂交筛选出转基因植株。抗寒性测定表明：当植株置于6'C40小时，转基因植株和对照的相对电导率比较一致，无明显改变;而在88小时，pB121-6转化植株和对照的相对电导率明显升高，以pB1121-6植株升高更多，但pB1121-13转化植株的相对电导率始终保持在较低水平。短暂冰冻处理（-20'C，4O分钟）后置室温下4天，pBl121-6转化烟草总叶绿素含量损失最多，对照次之，而pB1121-13转化烟草中多数植株总叶绿素损伤量都低于其他两种烟草。从这两个抗寒性测定实验，可判定pBl l 2 l—I 3烟株最抗寒，对照次之，而pB1121-6烟株最不抗寒。 由于pB1121-13是增强转基因烟草中SAD活性，而pB1121-6是削弱SAD基因的表达，因此．本研究首次证明通过SAD的基因工程可以改变植物的抗寒性。

H-OLE1基因的克隆与功能鉴定及维管组织分化的激素调节

脂肪酸是生物体内普遍存在、具重要生理功能的物质，亦是重要的化工原料。研究脂肪酸生物合成及其调控，既是揭示生命活动基本规律的需要，又具巨大的经济价值。多形汉逊氏酵母(Hansenula polymorpha)是一种甲基嗜热酵母，能合成多聚不饱和脂肪酸，是研究脂肪酸生物合成的理想材料之一。为阐明多形汉逊氏酵母细胞中脂肪酸生物合成途径、关键步骤、调节机理，并利用此系统生产有用脂肪酸，我们开展了不饱和脂肪酸生物合成关键酶基因--△9-脂肪酸去饱和酶基因研究。 以P. angusta IFO 1475的P-OLE1基因为探针，Southern杂交分析，发现在亲缘关系很近的不同种类的甲基嗜热酵母如H. pofymorpha、Pichia angusta、P. pastoris、P. methanolica和Candida boMinii中Δ9-脂肪酸去饱和酶基因的结构多形性。 构建了H. polymorpha CBS 1976染色体Δ9-脂肪酸去饱和酶基因座位的限制性酶切图谱，进而分离了3.4 kb BamHI-XhoI基因片段并进行全序列分析，结果表明这个片段含1个与已克隆的酵母Δ59-脂肪酸去饱和酶基因高度同源的、由1353 bp组成的ORF。推导的H-OLE1多肽具脂肪酸去饱和酶的一些基本特征，如含2个结构域：1个位于N一端、含3个保守的组氨酸簇、具催化功能，另1个位于C-端、参与脱饱和反应中电子传递、类似细胞色素b5。将这个序列申报DDBJ，获得Accession number为：AB024576，推导的蛋白的氨基酸序列的Accession number为：BAA75902。 为验证H-OLE1基因的功能，建立了多形汉逊氏酵母DNA电穿孔实验系统，进行了遗传互补测验。发现完整的H-OLE1基因可互补缺乏Δ59-脂肪酸去饱和酶活性的多形汉逊氏酵母营养缺陷型fadl突变体，却不能互补相应的酿酒酵母olel突变体，而由酿酒酵母GAP表达框架和H-OLE1 ORF组成的嵌合基因可互补上述olel突变体。说明H-OLE1基因编码Δ9-脂肪酸去饱和酶，多形汉逊氏酵母的Δ9-脂肪酸去饱和酶和酿酒酵母的脂肪酸脱饱和系统相亲和，而H-OLE1基因的启动子在异源细胞中没有活性。 为研究H-OLE1基因的转录及其调节规律，通过一系列实验，首次找到了可在研究多形汉逊氏酵母基因表达时用作内标的GAP基因。Northern杂交发现，H-OLE1基因在细胞中以较低水平表达，产生1.5 kb的转录子;基因表达略受不饱和脂肪酸的抑制;在多形汉逊氏酵母HOLE1基因的转录调节中，Choi等在酿酒酵母OLE1基因中发现的脂肪酸调节元件FAR可能不是关键的。 利用基因敲除技术，通过转化H-OLE1∷S-LEU2线性DNA到多形汉逊氏酵母二倍体细胞(fadl／FADl)中，首次构建了多形汉逊氏酵母H-OLE1基因的破坏株。遗传学和分子生物学研究表明，破坏株细胞中线性DNA定位串联多拷贝整合到染色体中并置换了fadl突变部位。利用气相色谱分析了ΔH-OLE1破坏株、fadl-2突变株、野生型菌株及含H-OLE1基因转化子的细胞总脂肪酸，发现多形汉逊氏酵母细胞中除18:0→18:1(Δ9)→18:2(Δ9,12)→18:3(Δ9,12,15)这个脂肪酸去饱和主路外，还可能存在其它几个脱饱和反应与延长反应，如16:1(Δ9)→16:2(Δ9,12)→18:2(Δ11,14);16:1(Δ9)→18:1(Δ11)→18:2(Δ11,15)等。 近年维管组织分化研究进展迅速，取得大量可喜结果，也存在许多不足，如细胞分化调节机理，特别是激素诱导的分子机理研究比较薄弱。为建立研究维管组织分化的理想系统，研究嫁接体发育的激素调节机制，在Parkinson和Yeoman发明的离体茎段嫁接系统的基础上，研究了激素对嫁接体发育特别是维管组织分化的影响。 采用不同的嫁接方法，用试管苗对黄瓜离体茎段自体嫁接、亲和性的黄瓜／黑籽南瓜与不亲和性的黄瓜／绿豆离体茎段嫁接组合进行研究，建立了嫁接过程简单、污染率低的试管苗离体茎段嫁接系统。利用往培养基中添加或不加植物激素研究嫁接体发育，发现通过改变培养基中的植物激素，可使亲和的嫁接体难以形成贯通砧木和接穗的维管束桥，也可诱导非亲和性的嫁接体产生维管束桥。初步研究证明利用植物激素可以克服嫁接不亲和性，这一结果是嫁接基础理论研究的一个重要进展，对揭示嫁接亲和性机制具重要意义。由于黄瓜绿豆嫁接组合中，砧木绿豆是可以固氮的豆科植物，研究结果具有潜在的应用前景。 详细地研究了外源IAA和玉米素(ZT)对黄瓜自体嫁接系统中维管束桥形成时间和数目特别是贯通砧木和接穗的管状分子数的影响。当砧木和接穗培养基中都没有添加植物激素时，嫁接接合部难以产生维管束桥，也难以产生贯通的管状分子。当培养基中添加植物激素时，维管束桥数和贯通的管状分子数随激素浓度和种类的不同而不同。本实验的最佳激素条件是：在接穗培养基中加IAA 1.0 mg／L和ZT 0.25 mg／L，在砧木培养基中加ZT 0.25 mg／L。研究表明在试管苗离体茎段自体嫁接系统中，外源激素是嫁接成功的必要条件。试管苗离体茎段嫁接系统是一个理想的研究植物维管组织分化的新系统。 通过对嫁接体发育期接合部及嫁接体各部分IAA、玉米素及玉米素核苷(Z+ZR)的ELISA分析，发现嫁接接合部维管束的再生受IAA和Z+ZR含量的共同调节;连接接穗和砧木维管束桥的分化比维管束的网联要求更高的IAA水平及LAA(Z+ZR)比率。 上述结果为利用嫁接系统研究维管组织分化机理奠定了基础，使进一步研究嫁接体发育的激素调节机理成为可能。

青蒿开花与青蒿素生物合成相关性的研究-金丝桃和百金花二苯甲酮合酶基因的克隆，异源表达及功能分析

第一部分：青蒿开花与青蒿素生物合成相关性的研究 青蒿素是从中药青蒿中分离出的倍半萜内酯化合物，目前是世界上唯一有效的治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的药物。青蒿植株中青蒿素含量在开花期最高，但是目前尚不清楚开花与青蒿素生物合成的关系。为此，我们用光周期（短日照）诱导青蒿提前开花，不仅同时获得了开花与不开花的青蒿植株，而且还成功地在同一植株上诱导部分分枝开花，另一部分分枝保持营养生长状态。这一实验体系为研究青蒿开花与青蒿素生物合成的相关性奠定了基础。实验结果表明，开花与不开花青蒿植株青蒿素含量有明显差异。开花植株的青蒿素含量在前2周内逐渐提高，第三周（开花期）达到最高，并保持一周左右，在随后的2周内下降。青蒿植株开花后，叶片便开始老化变黄，逐渐死亡。未开花青蒿植株的青蒿素含量动态在前三周内与开花植株类似，但是这种高青蒿素含量状态能保持较长时间，至少在随后的2周内没有下降。未开花植株的叶片依然保持绿色。这一结果表明，开花不是导致青蒿素含量提高的直接原因。 扫描电镜观察结果表明，幼嫩叶片上的毛状腺体( trichrome)结构是完整的，而在老化的叶片上，则观察到了相当比例(40-50%)破损的腺体。这可能是导致青蒿素含量下降的直接原因。 不同生态型青蒿对光周期的反应是不同的。在北京地区，本地青蒿在8月初便开始开花，而来自四川武陵的青蒿则要到9月份才能开花。根据这一特性，采用“南蒿北栽”的方法，能够使青蒿保持较长时间的营养生长状态，延长适于采收的时间。 第二部分：金丝桃和百金花二苯甲酮合酶基因的克隆，异源表达及功能分析 植物次生代谢物山屯酮( Xanthones)仅存在于龙胆科和藤黄科植物中。它们具有抑制单胺氧化酶，细胞毒素及抗肿瘤活性。 含有1 3个碳原子的二苯甲酮是山屯酮生物合成的中间产物，是由二苯甲酮合酶催化合成的，这一反应是山屯酮生物合成的关键步骤。二苯甲酮合酶已经在金丝桃和百金花细胞悬浮培养系统中检测到，并进行了细致的生化水平上的研究。本研究是在上述研究的基础上，进一步克隆该酶的基因，并进行异源表达及功能分析工作，以便更好地了解和调控山屯酮的生物合成。 用PCR和RT-PCR技术，从金丝桃cDNA文库和逆转录产物中分别克隆到一个基因HBPS1和HBPS2，从百金花cDNA文库中克隆到一个基因CBPS1。HBPS1含有1402个碱基，其开放阅读框架编码390个氨基酸，分子量为42.7 kDa，等电点为6.55。HBPS2含有1398个碱基，其开放阅读框架编码395个氨基酸，分子量为42.8 kDa，等电点为5.78。CBPS1含有1383个碱基，其开放阅读框架编码389个氨基酸，分子量为42.7 kDa，等电点为7.88。与GenBank中序列同源性比较结果表明：在氨基酸水平上，HBPS1与茶（Camellia sinensis）查尔酮合酶的同源性高达92%，HBPS2与萝卜（Raphanus sativus）查尔酮合酶的同源性为64%，CBPS1与茶（Camellia sinensis）查尔酮合酶的同源性为71%。HBPS1与HBPS2的同源性仅为62%。 将三个新克隆的基因的ORF整合到载体pGEX-G上的谷胱甘肽还原酶S基因下游，构建成转化质粒，并在大肠杆菌中诱导表达。结果表明，这三个基因的ORF片段均能被表达成约68 kDa的产物，这与期望的结果一致。 活性检测结果表明，HBPS1是查尔酮合成酶，其底物为香豆酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A，对这两种底物的亲和性KM分别为：香豆酰辅酶A 2.8μM，丙二酸单酰辅酶A，11.2μM。最适反应条件是350C，pH7.0，DTT浓度10 μM。 HBPS2是二苯甲酮合酶，其底物是苯甲丙氨酰辅酶A，和丙二酸单酰辅酶A，对这两种底物的亲和性KM分别为：苯甲丙氨酰辅酶A 2.4 μM，丙二酸单酰辅酶A 9.6μM。最适反应条件是350C，pH 6.5，DTT浓度50 μM。而CBPS1则没有检测到任何活性。从同一种植物中同时获得了查尔酮合酶和二苯甲酮合酶，对研究这两种十分相近的酶的差异表达，酶促反应机制等问题将非常有利。

小麦茉莉酸诱导基因的克隆及表达模式分析

茉莉酸（JA）以及茉莉酸甲醋（MeJA）统称为茉莉素（jasmonates），是由 亚麻酸起始合成的一类具环戊酮基的广泛存在于植物界的类激素，它们对于植物 的发育和抗逆性等都起着重要的作用。为了进一步的了解茉莉酸的生物合成以及 功能，我们对”冬小麦中的茉莉酸生物合成、低温环境中的作用及对拟南芥开花时 间的影响等方面进行了研究。 为了方便分离茉莉酸诱导的基因，我们构建了一个高质量的小麦茉莉酸诱导 文库。未扩增时滴度为3一4xlo6pfu/ml，平均插入的长度为1.2kb。TaJIP是一个 JA诱导的基因，进一步的Northern分析发现它亦可以被低温诱导表达，这给了 我们一个提示，JA信号系统可能参与了植物对低温反应的过程。当外源施加JA于拟南芥时，无论是春化处理或者没有春化处理，无论是C24 还是Col生态型，开花时间都有所增加，而且进一步的NOrthern实验证明，这 种外源的JA的处理延迟开花的现象是与开花抑制基因FLC表达水平的增加相平 行，与长日促进途径中的主效基因CO的表达水平无关。这种JA处理延迟开花的 现象与FLC表达水平增加相平行的现象，表明了JA有可能是通过作用于FLC， 使它的表达水平增加来延迟开花。 Aos（Allene oxide synthase）是茉莉酸合成的脂氧合酶途径中的第一个关 键酶。我们克隆了小麦中的该基因并作了表达分析。它的开放阅读框（ORF）约 1410 bp，编码的多肤长约470个氨基酸，推测其蛋白分子量为51.9 kDa，pI为 9.39。Southern分析表明其在基因组中的拷贝数为3个。其mRNA表达可被外源 的JA强烈的诱导。处理10小时达到高峰。RNA原位杂交表明，该基因在幼苗 中组织特异表达，主要集中在幼叶，特别是在维管束区域，与大麦中的AOS不 同的是，它还在胚芽鞘和茎尖的维管束区域有强烈的表达信号。原位杂交还显示 La3十并不能阻断JA对它的诱导表达

水母雪莲类黄酮次生代谢分子调控研究—cDNA 文库构建、关键酶及Myb 转录因子基因的克隆及其功能的初步鉴定

水母雪莲（Saussurea medusa Maxim）为名贵珍稀中药材，其主要药用成分为类黄酮，尤其是3-脱氧类黄酮。目前关于雪莲的研究主要集中在采用细胞培养生产类黄酮等方面，但对于雪莲类黄酮生物合成的分子机制了解甚少，极大限制了这一珍贵资源的利用。本研究采用水母雪莲红色系愈伤组织及悬浮细胞为材料，构建cDNA文库，从中克隆水母雪莲类黄酮次生代谢中的相关基因并对这些基因进行了深入的生物信息学分析、转基因研究初步确定其功能，以期了解雪莲类黄酮次生代谢的分子机制，为提高类黄酮的合成奠定基础。主要结果如下： 1. 成功地构建了水母雪莲红色系愈伤组织与悬浮细胞cDNA文库，原始文库滴度达到4×106pfu/ml，扩增文库滴度接近1011 pfu/ml，重组率达98%。PCR检测插入片段，均在0.5kb到3kb之间，1kb以上占62%。从文库中检测到了chs、dfr及Myb转录因子SmP，文库覆盖度达到要求且为PCR筛选文库提供了可能。 2. 采用部分简并引物，通过RT-PCR克隆了水母雪莲查尔酮异构酶基因Smchi特异探针，并根据这一探针序列设计特异引物，采用TD-PCR法筛选cDNA文库，获得Smchi cDNA序列，全长831bp，编码一个232氨基酸残基的蛋白。根据cDNA序列克隆了Smchi DNA序列，结果表明Smchi基因无内含子。Smchi cDNA序列与翠菊chi基因高度同源，ORF区域同源性高达84%，但推测氨基酸序列则只有79.3%。Smchi mRNA具有复杂的二级结构。SmCHI具有典型的Chalcone结构域，其二级结构与苜蓿CHI蛋白十分相似，7个α-螺旋与8个延伸链由随机结构联系起来。但其活性中心的第三个关键氨基酸残基N115为M115所取代，这一取代可能导致该蛋白无生物活性，也可能使它具有一般CHI不同的功能。构建Smchi正义、反义真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，获得转正义、反义Smchi基因的烟草。转基因烟草花色未改变，但叶片总黄酮发生了显著的变化，50%转正义基因烟草总黄酮含量显著提高，最高比对照提高6倍，70%转反义基因烟草总黄酮含量显著下降，最多达85.1%，初步证明Smchi具有功能，并能有效调控烟草类黄酮次生代谢。因此，SmCHI可能是不同于已知CHI的一类新的CHI蛋白，它催化的反应可能与花色素合成无关，其反应机制也可能有所不同。 3. 伴随Smchi的克隆获得了一个黄烷酮3-羟化酶类似基因Smf3h的cDNA，全长1334bp，编码一个343aa的蛋白。根据这一cDNA序列克隆了Smf3h DNA序列，全长1630bp，结果表明该基因由4个外显子和3个内含子组成。Smf3h mRNA具有十分复杂的二级结构。 推测蛋白氨基酸同源性分析表明，SmF3H属于2OG-FeII_Oxy家族，与同一家族的的颠茄H6H的同源性为45%，与拟南芥F3H的同源性为40%，但对SmF3H、典型F3H及典型H6H推测蛋白二级结构、活性中心关键氨基酸残基的位置与相对距离、软件进行功能预测分析，发现SmF3H与F3H更相似。构建Smf3h的正义与反义真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，但只获得一批转正义基因的烟草，反义基因导致烟草不能再生而未获得转反义基因烟草。转基因烟草花色未改变，叶片总黄酮也与对照相似，初步确认Smf3h与烟草类黄酮生物合成无关，而是一个既不属于f3h也不属于h6h的功能未确定的新基因。 4. 采用与克隆Smchi基因相似的方法，从cDNA文库中克隆了SmP基因cDNA，全长969bp，编码一个256 aa的蛋白质。根据cDNA序列克隆了SmP基因的DNA序列，结果表明，SmP基因无内含子。SmP基因cDNA 一级结构及mRNA二级结构预测分析表明，该基因A+T含量很高（63%），所形成二级结构以A-T配对为主，其稳定性可能较差。SmP推测蛋白序列具有R2R3-Myb转录因子的典型特征，在N-端具有两个Myb DNA-binding Domain，其二级结构与鸡Myb转录因子1A5J十分相似，与其他基因如水稻OsMYB、番茄ThMYB的同源区域主要集中在这一结构域，分别为71.3%和70.8%;C-端富含丝氨酸，与烟草NtMYB、葡萄VlMYB等类黄酮调控因子相似，都呈寡聚体分布，并具有相同的保守磷酸化位点S170与S206。构建SmP基因真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，获得大量转基因烟草。转基因烟草花色未发生改变，但51%的转基因烟草叶片总黄酮含量都显著提高（0.5-6倍），表明SmP具有促进烟草类黄酮生物合成的功能，但所调控的支路与花色素合成无关。初步试验结果表明，转SmP基因烟草对蚜虫具有很高的抗性，可有效地抑制蚜虫在烟草上的生长，抑制率最高可达92%-100%。这一抗性与烟草中类黄酮的积累可能具有直接的联系，但还需要进一步的试验证明。 5. 与美国俄亥俄州立大学Erich Grotewold 博士实验室合作，完成了微型EST库50个克隆的测序并进行了分析，从中获得了水母雪莲花色素合酶基因SmANS及醛脱氢酶基因SmALDH的特异探针。根据SmANS特异探针设计引物，采用PCR从这50个克隆中筛选获得了SmANS的cDNA序列，全长1229bp，编码一个356aa的蛋白质。SmANS在cDNA水平上与同属的翠菊ANS基因高度同源，但同源区域集中在ORF区域，达到80%，mRNA 预测二级结构十分复杂;推测氨基酸序列与翠菊ANS同源性达到82.9%。SmANS属于2OG-FeII_Oxy家族，在2OG-FeII_Oxy结构域高度保守，与翠菊、甜橙ANS保守结构域同源性达到94%。预测蛋白二级结构以α-螺旋-β-折叠为主，由7个主螺旋和11个主β-折叠及随机结构连接而成，并具有2OG-FeII_Oxy家族活性中心的三个保守的组氨酸残基（His84、His235、His291）和一个天冬氨酸残基（Asp237）。 6. 根据微型EST库中获得的SmALDH特异探针设计引物，采用PCR从这50个克隆中筛选获得了SmALDH基因cDNA 序列，全长1664bp，编码一个491aa的蛋白质。SmALDH基因cDNA具有独特的碱基组成，3/-UTR富含A+T，占该区域碱基总量的80%，5/-UTR的A+T和G+C各占50%，比ORF区域（52%）还低，因此其mRNA二级结构中5/-UTR可以单独形成自身二级结构并且十分稳定，这可能影响基因的表达。这一现象在水稻、玉米等植物中也存在。SmALDH在cDNA水平上在ORF区域与拟南芥、藏红花、水稻等具有较高同源性，分别为64.03%、63.89%、63.72%，但在推测蛋白氨基酸序列水平上同源性反而较低，分别为54.9%、54.3%、54.0%。SmALDH缺少线粒体定位信号，为胞质醛脱氢酶，具有一个Aldedh 保守结构域，还具有与1OF7-H相似的以α-螺旋-β-折叠为主的二级结构，由10个主螺旋和15个主β-折叠及随机结构连接而成。由于ALDH在植物细胞乙醇发酵中具有解除醛类物质毒害的功能，因此SmALDH基因的克隆为改造细胞自身以适应发酵培养条件，解决水母雪莲细胞大规模培养中需氧问题提供了可能。

大蒜重金属抗性基因的克隆及其功能分析

金属硫蛋白（metallothionein，MT）和植物络合素（phytochelatin，PC）是植物中能够与金属离子结合的两大类多肽。二者均富含Cys，但前者是mRNA的编码产物，后者是酶促反应的产物，植物络合素合酶（PCS）则是合成PC的关键酶之一。目前已发现许多植物同时存在金属硫蛋白基因和植物络合素合酶基因。研究重金属胁迫下这两类基因的表达对了解植物的重金属抗性的分子机制具有重要意义，同时还可以为培育能用于植物修复的品种提供新思路。 本论文从大蒜中克隆了一个type 2 MT基因，命名为AsMT2a，将其在大蒜中的表达模式与大蒜的植物络合素合酶基因（AsPCS1）进行了比较，并对二者的过表达转基因拟南芥的重金属抗性进行研究。其主要结果如下： 1． AsMT2a基因全长525 bp，编码79个氨基酸，其中有14个Cys 残基。 推测的氨基酸序列分析表明其Cys的位置和数目与来自其它植物的type 2 MT蛋白的完全一致。 2． RT-PCR的结果显示，大蒜根部AsPCS1的表达在Cd处理的短期（1 hr）内迅速增强，同时PCs含量也大幅度增加。但AsMT2a的表达在Cd处理10 hr后才有明显的增加。说明AsPCS1可能在植物对重金属的急性解毒方面起主要作用，而AsMT2a则在植物对重金属长久耐性中的离子平衡方面起更大作用。暗示在大蒜暴露于Cd胁迫的不同时期AsPCS1和AsMT2a基因可以互相协调而对重金属胁迫作出反应。此外，在不同胁迫条件下，AsPCS1和AsMT2a的表达模式不同，其中Cd、As和热激可以促进根中AsPCS1的表达和PCs的积累。 3．将AsPCS1和AsMT2a转入对砷和镉敏感的酵母菌株 FD236-6A中，RT-PCR的结果显示这两个基因均可在酵母中稳定表达，对转化子的重金属抗性实验表明这两个基因均可提高转化子对砷和镉的抗性。 4．将AsPCS1和AsMT2a 置于 CaMV 35S启动子下转入拟南芥中，RT-PCR结果表明，这两个基因均可在拟南芥中表达。有趣的是，AsPCS1在拟南芥中存在两个转录本，且二者均具有完整的ORF，其推测的氨基酸序列相差38个氨基酸。说明部分AsPCS1在拟南芥中经过了精确的剪切和拼接过程，但其机制尚不清楚。 5．在Cd 胁迫下，AsPCS1的超表达拟南芥的生长好于野生型植株，主要表现在转基因拟南芥的根较长，根数目较多;但在As胁迫下AsPCS1转基因植株与野生型植株没有明显的差别。与此不同的是将AsMT2a转入拟南芥后，转基因植株的As抗性明显增强，同样表现在根长度和根数目上。进一步将AsPCS1和AsMT2a同时转入拟南芥进行超表达，在Cd胁迫下，转基因植株的生长好于野生型植株，且种子萌发率也较高。 6．Cd和As胁迫下，AsPCS1过表达植株的PCs含量增加，同时Cd和As的积累量也明显增加，其中Cd胁迫下Cd含量增加最多，平均比野生型对照增加4倍;而As胁迫下As含量比野生型对照增加1.2倍。在Cd和As胁迫下，AsMT2a过表达植株的Cd和As积累量与野生型相比分别增加1.4倍和0.8 倍。双价基因AsMT2a +AsPCS1过表达植株的 Cd 积累量是野生型的5.8倍，是AsMT2a过表达植株的2.4 倍，是AsPCS1过表达植株的1.2倍。 在克隆AsMT2a的同时，我们还从大蒜中克隆到了一个金属硫蛋白基因家族的新成员，命名为AsMT2b，并对其功能进行了初步探讨。主要结果如下： 1．AsMT2b 全长520 bp，其开读框架为243 bp，编码80个氨基酸，其中含有15个Cys 残基。对推测的氨基酸序列分析表明AsMT2b的N端和C端domain内，Cys的数目和排列方式与其它type 2 MT蛋白明显不同。 其N 端domain内的结构为CXXC——CXC——CXC——CXCC，C端domain 内的结构为CXXC——CXC——CXC。暗示AsMT2b 可能具有与其它MT不同的生物学功能。 2．在较低浓度Cd（200 µM）胁迫下，AsMT2b的表达量随着处理时间（24 hr内）的延长而降低，但随着处理浓度的升高（500 µM）和处理时间延长（48 hr），其表达量又逐步增强，说明AsMT2b可能在胁迫强度增大到一定值时方起作用。 3． 将AsMT2b转入对Cd和As敏感的酵母菌株FD236-6A中，发现AsMT2b对酵母As抗性的提高贡献不大，但可明显提高酵母对Cd的抗性。 4．对AsMT2b的超表达拟南芥的重金属抗性分析表明，与野生型植株比较，转基因植株具有较强的Cd抗性，表现在Cd胁迫下，种子的萌发率较高，根较长，侧根数较多。但在As胁迫下，转基因植株的生长和野生型没有明显差异。可以看出，转AsMT2b的拟南芥对重金属的抗性不同于转AsMT2a的植株，前者的抗Cd性较强，而后者的抗As性较强。 5． Cd胁迫下，AsMT2b过表达拟南芥的Cd含量明显增加，平均比野生型对照植株增加70％，但各个株系的增加幅度不一致。 另外，我们还对CdCl2胁迫下，大蒜幼苗中镉的积累及氧化胁迫和抗氧化能力的变化进行了研究。结果表明在CdCl2 胁迫下，大多数Cd在根部积累，而只有少量的Cd积累于叶片中。5 mM 和10 mM CdCl2 抑制SOD和CAT的活性，但随着处理时间的延长，二者的活性回复到对照水平或高于对照。在CdCl2胁迫下，POD的活性明显增强，同时脂质过氧化产物积累。这些结果说明镉胁迫下，植物细胞中氧化胁迫加剧，而抗氧化酶活性的增强是植物对次生氧化胁迫的一种适应策略。 综上所述，在重金属胁迫下， AsPCS1和AsMT2a之间及AsMT2a和AsMT2b之间均表现出明显的协调反应。这种协调反应可能是植物维持细胞内离子稳态的机制之一。而重金属胁迫下，过表达AsPCS1，AsMT2a或AsPCS1+AsMT2a的拟南芥体内的重金属含量明显增加，表明这些基因可望用于重金属污染土壤的植物修复中。

OsRMC基因调控水稻根生长发育的机理研究

实验室前期工作证明OsRAA1在玉米泛素启动子驱动下组成型表达，可以抑制水稻初生根的生长，促进不定根的形成，形成不同程度螺旋状的初生根，根的向地性反应减缓，这些表型和野生型水稻用生长素处理的表型类似，而且OsRAA1基因的转录受生长素诱导，这些结果表明OsRAA1可能参与了生长素的信号转导途径。但这些表型产生的机理还不是很清楚。在水稻中，茉莉酸在根发育过程中的作用多为生理实验的报道;拟南芥中的研究表明生长素信号转导和茉莉酸信号转导可能都受26S蛋白酶体的调控。由此我们推测茉莉酸在根的发育过程中可能也起着同样的促进作用。本论文在超表达OsRAA1水稻基础上旨在克隆新基因，并对新基因功能进行研究，以探讨茉莉酸在水稻根发育过程中的分子机理，并对生长素和茉莉酸信号转导的关系进行探讨。 　　首先运用双向电泳技术结合质谱分析技术，在超表达OsRAA1水稻背景下发现了受体激酶家族DUF26的一个成员明显下调，我们命名为OsRMC（Oryza sativa Root Meander and Curling，AAL87185），Western杂交进一步证明了这个结果。 　　OsRMC位于4号染色体，信息学分析表明只有一个拷贝，没有内含子，ORF阅读框为777bp，编码的蛋白分子量为27.9 kDa，等电点（pI）为5.01。对该蛋白进行同源性比较发现，其含有2个C-X8-C-X2-C基序（Cys-rich repeat, CRR）即半胱氨酸富集区，其中第四个半胱氨酸残基不保守，该基序会形成二硫键，编码两个未知功能的DUF26（Domain Unknown Function 26）结构域。OsRMC由一个信号肽和两个CRR区组成，但没有跨膜区和激酶区。RT-PCR显示OsRMC可能是组成型表达的基因;亚细胞实验表明OsRMC是膜定位的蛋白。Western blot显示OsRMC受茉莉酸诱导表达，受生长素的抑制。 　　RNAiOsRMC转基因水稻在暗处培养时，抑制了初生根的生长，使侧根数目减少，但促进了不定根的生长和数目的增加;第二叶鞘变短，这些表型和前人报道的外源茉莉酸处理野生型的表型一致。转基因对生长素信号转导和合成没有影响，但初生根和第二叶鞘对外源茉莉酸更加敏感，说明RNAiOsRMC转基因水稻可能增强了茉莉酸信号转导途径。分析转基因水稻的茉莉酸信号转导途径部分相关基因的表达变化，根中受茉莉酸信号转导特异诱导的病原相关基因RSOsPR10的表达明显增多，而JAmyb和OsNDPK1的表达没有变化，证实转基因增强了茉莉酸信号转导其中的一个路径;进一步分析茉莉酸合成途径12-OXO-PDA（12-氧代-顺，顺-10，15-植物二烯酸）还原酶基因OsOPR的表达发现与野生型没有明显差别，说明转基因可能没有影响体内的茉莉酸合成途径。RNAiOsRMC转基因水稻的初生根比野生型的更容易发生弯曲，实验表明培养过程中茉莉酸和背触反应（negative thigmotropism）共同作用使转基因的初生根更容易发生卷曲，而光信号会增强卷曲程度。但RNAiOsRMC转基因水稻并没有影响根的向地性，暗示RNAiOsRMC转基因可能增强了根的回旋运动或（和）背触反应，从而促进了根的弯曲和卷曲。这些结果证明OsRMC参与的茉莉酸信号转导过程在水稻根的发育、弯曲和卷曲过程中起着重要的促进作用。通过对超表达OsRAA1和RNAiOsRMC转基因水稻的分析，说明水稻中存在着生长素信号转导促进茉莉酸信号转导的途径。 　　综合以上实验结果认为，OsRAA1调控了受体激酶家族DUF26的一个成员OsRMC，使其表达量降低，该过程增强了茉莉酸信号转导途径;确认了受体激酶家族DUF26的基因具有重要的生物学功能，证实了OsRMC调控的茉莉酸信号转导在水稻根系发育、根弯曲和卷曲过程中具有重要的促进作用;证明水稻中存在着生长素信号转导促进茉莉酸信号转导的途径，为完善各种植物激素调控水稻根系发育的网络提供了新的实验证据。 　　 　　

水稻2,3-氧化鲨烯环化酶基因的功能研究

植物通过异戊二烯代谢途径合成多种具有生物活性和功能的三萜及甾醇类化合物，它们在调节植物生长发育、维持膜的完整和功能、抵抗病原微生物侵染中发挥着重要的作用。2,3-氧化鲨烯为三萜和甾醇合成途径的分枝点，参与这一关键步骤的酶被通称为2,3-氧化鲨烯环化酶（OSCs）。本研究系统分了水稻基因组中全部11个OSC基因序列，发现其中四个可能为假基因。亚种间非同义替换率Ka和同义替换率Ks的比值（Ka/Ks）以及进化树的分析表明OsOSC8是单子叶植物特有的功能保守基因，而OsOSC9在水稻两个亚种间发生了功能快速进化，这种快速进化的基因往往参与植物和病原菌相互作用的代谢途径。 根据基因结构、表达谱以及与其它植物已知功能的OSC酶氨基酸序列的比对推测OsOSC3可能具有环阿屯醇合成酶的功能，参与植物甾醇的合成，而OsOSC7、OsOSC10和OsOSC11可能具有β-香树素合成酶的功能，其余OSCs可能参与合成其它三萜化合物。为了进一步分析和验证OSCs酶的功能，将水稻7个OSC基因的开放阅读框（ORF）构建到酵母表达载体并在pichia酵母中表达，发现仅有OsOSC9和OsOSC12能够将酵母内源的2,3-氧化鲨烯分别环化为四环三萜化合物Parkeol和植物中稀有的五环三萜化合物Isoarborinol，目前还未在其它植物中发现参与这两种三萜化合物的基因。另外，水稻所有的OSC基因均不能互补酵母羊毛甾醇缺陷型菌株，表明水稻OSCs不具有合成羊毛甾醇的功能。 RNAi沉默以及启动子融合GUS的表达实验发现OsOSC8可能参与花粉的发育，该基因的下调影响水稻的育性，暗示水稻中存在一个可能与雄性不育有关的三萜代谢途径。水稻其它OSC基因RNAi植株可能在逆境环境和病原菌侵染下才会显现出表型。

The development of aerodynamic performance measurements in a transient test facility

Transient test facilities offer the potential for the simultaneous study of turbine aerodynamic performance, unsteady flow phenomena and the heat transfer characteristics of a turbine stage. This paper describes the development of aerodynamic performance measurement techniques in the Oxford Rotor Facility (ORF). The solutions to the technological issues involved with transient testing presented in this paper are expected to achieve levels of precision uncertainty comparable with traditional steady flow test rigs. The theoretical background to the measurement of aerodynamic performance is presented together with a comprehensive pre-test uncertainty analysis. The instrumentation scheme for the measurement of stage mass flow rate is discussed in detail, the measurements of shaft power, total inlet enthalpy, and stage pressure ratio are also outlined. The current working section features a 62% scale, 1-1/2 stage, high-pressure shroudless transonic turbine. The required inlet flow conditions are provided by an Isentropic Light Piston Tunnel (ILPT) with a quasi-steady state run time of approximately 70ms. The testing is conducted at engine representative specific speed, pressure ratio, gas-to-wall temperature ratio, Mach number and Reynolds number.

Identification, characteristic and phylogenetic analysis of type II DNA topoisomerase gene in Giardia lamblia

The genes encoding type II DNA topoisomerases were investigated in Giardia lamblia genome, and a type IIA gene, GlTop 2 was identified. It is a single copy gene with a 4476 by long ORF without intron. The deduced amino acid sequence shows strong homology to eukaryotic DNA Top 2. However, some distortions were found, such as six insertions in the ATPase domain and the central domain, a similar to 100 as longer central domain; a similar to 200 as shorter C-terminal domain containing rich charged residues. These features revealed by comparing with Top 2 of the host, human, might be helpful in exploiting drug selectivity for antigiardial therapy. Phylogenetic analysis of eukaryotic enzymes showed that kinetoplastids, plants, fungi, and animals were monophyletic groups, and the animal and fungi lineages shared a more recent common ancestor than either did with the plant lineage; microsporidia grouped with fungi. However, unlike many previous phylogenetic analyses, the "amitochondriate" G. lamblia was not the earliest branch but diverged after mitochondriate kinetoplastids in our trees. Both the finding of typical eukaryotic type IIA topoisomerase and the phylogenetic analysis suggest G. lamblia is not possibly as primitive as was regarded before and might diverge after the acquisition of mitochondria. This is consistent with the recent discovery of mitochondrial remnant organelles in G. lamblia.

鲫鱼干扰素调节因子1功能初步研究

将鲫鱼IRF1基因的ORF与真核表达质粒pcDNA3.1(+)相连,构建了真核重组表达载体,转染并通过G418筛选获得了稳定转染IRF1基因的细胞株。同时利用原核表达系统成功获得了包含鲫鱼IRF1 C端165个氨基酸的多肽,制备了抗鲫鱼IRF1的多克隆抗体。进一步从RNA和蛋白水平证明,在稳定转染IRF1基因的细胞株中IRF1能够组成型的过量表达,并且IRF1的过量表达伴随IFN基因的表达水平增强。同时PolyI:C的诱导能使稳定表达IRF1的细胞中干扰素系统基因STAT1和IFI58的表达显著增强。研究

鱼类谷胱甘肽转移酶基因cDNA克隆及其序列分析

采用RT-PCR方法,从鲢、鲤、鲫3种鱼类肝脏总RNA中克隆出了谷胱甘肽转移酶Pi型(GST Pi)cDNA序列,推导了其编码的氨基酸序列。3种鱼类GST Pi的ORF全长627bp,编码208个氨基酸。翻译起始密码均为ATG,终止密码子均为TGA。鱼类与哺乳动物、两栖类爪蟾以及节肢动物丝虫之间GST Pi氨基酸序列相似度平均值分别为50%、33%、15%左右。5种鱼类之间的氨基酸序列相似度较大,其中鲤科鱼类之间平均为85%左右。我们以GST Pi为分子标记,用最大简约数法(MP)构建了13个物种的系统进

中国淋巴囊肿病毒胸苷酸合酶基因结构特点及分析

胸苷酸合酶(Thymidylate synthase, TS)是进行 DNA 合成所必需的酶类,与细胞分化及肿瘤发生密切相关。淋巴囊肿病毒属于虹彩病毒科成员,是能引起百余种淡、海水鱼感染,并产生肿瘤的病毒病原。在已完成中国淋巴囊肿病毒株 (Lymphocystis disease virus-China, LCDV-C) 基因组序列测定的基础上,本文对位于 LCDV-C 基因组开放阅读框 ORF 011L 的 TS 基因结构、及其推定蛋白结构进行了分析。该基因全长 858bp,GC 含量为 28.2%,编

Expression regulation and functional characterization of a novel interferon inducible gene Gig2 and its promoter

Grass carp hemorrhagic virus (GCHV)-induced gene 2 (Gig2) is a novel gene previously identified from UV-inactivated GCHV-treated Carassius auratus blastulae embryonic (CAB) cells, suggesting that it should play a pivotal role in the interferon (IFN) antiviral response. In this study, a polyclonal anti-Gig2 antiserum was generated and used to study the inductive expression pattern by Western blot analysis, showing no basal expression in normal CAB cells but a significant up-regulation upon UV-inactivated GCHV, polyinosinic:polycytidylic acid (Poly I:Q and recombinant IFN (rIFN). However, constitutive expression of Gig2 is observed in all tested tissues from grass carp (Ctenopharyngodon idellus), and Poly I:C injection increases the relative amount of Gig2 protein in skin, spleen, trunk kidney, gill, hindgut and thymus. Moreover, the genomic sequence covering the whole Gig2 ORF and the upstream promoter region were amplified by genomic walking. Significantly, the Gig2 promoter contains three IFN-stimulated response elements (ISREs), nine GAAA/TfTC motifs and five gamma-IFN activating sites (GAS), which are the characteristics of genes responsive to both type I IFN and type 11 IFN. Subsequently, the complete Gig2 promoter sequence was cloned into pGL3-Basic vector, and its activity was measured by luciferase assays in the transfected CAB cells. The Gig2 promoter-driven construct is highly induced in CAB cells after treatment with Poly I:C or rIFN, and the functional capability is dependent on IFN regulatory factor 7 (IRF7), because its activity can be stimulated by IRF7. Collectively, the data provide strong evidence that Gig2 is indeed a novel IFN inducible gene and its expression is likely dependent on IRF7 upon Poly I:C or IFN. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.