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TCP1 Modulates dwf4 Expression via Directly Interacting with the GGNCCC Motifs in the Promoter Region of dwf4 in Arabidopsis thaliana

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Journal of Genetics and Genomics 2015年第7期42卷 383-392页

作者： Yahu Gao Dongzhi Zhang Jia Li Ministry of Education Key Laboratory of Cell Activities and Stress Adaptations School of Life SciencesLanzhou University

Our previous studies indicated that TCP1 is a positive regulator of the brassinosteroid （BR） biosynthesis pathway by mediating the transcription of dwf4, one of the key BR biosynthetic genes in Arabidopsis thaliana. Whether TCP1 can directly bind to the promoter region of dwf4, however, has not been experimentally demonstrated. Here we provide our biochemical and genetic evidence that TCP1 mediates the expression of dwf4 by directly associating with the two GGNCCC motifs in the promoter region of dwf4. The expression levels of dwf4 are positively correlated to TCP1 abundance in planta. Electrophoretic mobility shift assays （EMSAs） using various synthetic DNA fragments suggest that the GGNCCC core sequence is critical for TCP1 binding. DNA sequences flanking the GGNCCC motifs are less important for the association of TCPI. Using dwf4p-GUS transgenic plants as an assay system, it is clearly indicated that these motifs are required for the positive regulation of dwf4 transcription by TCP1. More significantly, whole genome microarray analyses indicate that TCP1 can directly or indirectly regulate the expression of many other genes known to be important for normal plant growth and development.

关键词： Brassinosteroids TCP1 dwf4 Arabidopsis Homeostasis

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PIF4和HY5通过调控dwf4和CPD的表达调节油菜素甾醇的合成

PIF4和HY5通过调控DWF4和CPD的表达调节油菜素甾醇的合成

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作者：张婉月沈阳大学

学位级别：硕士

光照不仅为植物提供能量来源,还是一种调控植物生长发育的重要环境信号。植物在种子萌发后会根据所处的光环境选择不同的发育策略。如果在植物土层以下的黑暗中萌发,其下胚轴便会快速伸长,子叶黄化不展开并形成顶端弯钩以保护子叶不受... 详细信息

光照不仅为植物提供能量来源,还是一种调控植物生长发育的重要环境信号。植物在种子萌发后会根据所处的光环境选择不同的发育策略。如果在植物土层以下的黑暗中萌发,其下胚轴便会快速伸长,子叶黄化不展开并形成顶端弯钩以保护子叶不受土层摩擦的伤害,这种发育策略被称为暗形态建成。一旦破土见光,植物下胚轴的伸长速度便会快速下降、顶端弯钩展开、子叶转绿并扩大从而开始光合自养生活,这种发育策略被称为光形态建成。在此过程中多种植物激素参与调控了下胚轴的伸长,油菜素甾醇(BRs)就是其中之一。BRs具有促进下胚轴伸长的功能,是光形态建成的抑制因子。前人的研究表明光照抑制BRs的合成,但是这一调控过程的分子机制尚不清楚。本论文以拟南芥为实验材料,通过利用几种遗传突变体和转基因过表达材料,使用一系列的生化分子实验以及遗传分析等来探究光照是如何调控油菜素甾醇合成的分子机制。拟南芥经过BR合成抑制剂处理之后,其下胚轴生长受到了抑制说明下胚轴的伸长需要BR。dwf4和CPD作为BR重要的生物合成基因,其表达受到光照的抑制和黑暗的促进。作为光形态建成中的重要的转录因子,PIF4促进dwf4和CPD的转录,HY5抑制dwf4和HY5的转录。染色质免疫共沉淀实验结果中显示PIF4和HY5可以结合在dwf4和CPD的启动子区域,说明PIF4和HY5直接调控了这两个基因的表达。光对它们的结合调控是相反的,光抑制PIF4与dwf4和CPD的结合,但是对于HY5来说则表现为促进作用。进一步研究发现转录因子PIF4和HY5结合在dwf4和CPD的同一区域,二者可能存在一定的竞争关系。紧接着为了检测PIF4和HY5促进下胚轴伸长是否是由调控BR的合成来完成的,用PCZ处理PIF4-OE和hy5,结果显示PCZ可以抑制它们的下胚轴伸长生长,说明PIF4和HY5促进下胚轴伸长是通过BR来调控的。本论文的研究表明光照通过转录因子PIF4和HY5调控dwf4和CPD基因的转录进而调控了油菜素甾醇的合成。本研究能够进一步加深人们对光形态建成的分子机制的认识,在光对内源激素的调控方面提供了典型的案例。

关键词：转录因子HY5 转录因子PIF4 油菜素甾醇光形态建成 dwf4 CPD

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植物促生菌调控苜蓿种子萌发及幼苗转化的机制研究

植物促生菌调控苜蓿种子萌发及幼苗转化的机制研究

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作者：吕鑫青岛科技大学

学位级别：硕士

世界范围内农田环境破坏和人口增加的压力导致全球粮食生产面临着巨大挑战。因此,在今后几十年内大幅度提高农业生产力至关重要。为此目的,农业实践正朝着更加可持续和环境友好的方向发展,这包括越来越多的植物促生菌(Plant growth-prom... 详细信息

世界范围内农田环境破坏和人口增加的压力导致全球粮食生产面临着巨大挑战。因此,在今后几十年内大幅度提高农业生产力至关重要。为此目的,农业实践正朝着更加可持续和环境友好的方向发展,这包括越来越多的植物促生菌(Plant growth-promoting bacteria,PGPB)作为主流农业实践的一部分。本文通过对不同豌豆花和根样品中分离内生菌的性质测定与高通量分析相结合的方法,选育出两株性质优良的植物促生菌WF18和WF32,结合实验室已有菌株YN22、SB3、WS52和WL24,使用实时荧光定量PCR技术检测了不同植物促生菌对不同时期中苜5号和赛迪10苜蓿幼苗中dwf4基因表达的影响,通过与苜蓿幼苗鲜重、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量及结构等性质结合分析,探讨了植物促生菌对苜蓿种子萌发及幼苗转化的相关机制,主要结果如下:(1)本研究从豌豆花和根样品中共分离出87株固氮菌,通过测定87株固氮菌的溶磷解钾、固氮酶活性、纤维素酶和果胶酶活性、分泌吲哚乙酸的能力等促生长特性,选育出一株促生特性最全的菌株WF18;(2)通过高通量测序发现,豌豆花和根样品中的内生细菌群落结构十分丰富,主要分为四大菌门:变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。通过相关性分析得知,在豌豆花和根内生菌网络中,根瘤菌(Rhizobium)是宿主内生菌交互网络中的关键类群,通过16S r DNA细菌鉴定技术对87株固氮菌进行菌株鉴定,选育出一株根瘤菌WF32;(3)WF18和WF32分别能显著促进中苜5号和赛迪10幼苗生长,使生长1 d、3 d和5 d时的幼苗鲜重显著增加,而YN22、SB3、WS52和WL24菌株对苜蓿幼苗的促生效果不稳定,呈动态变化趋势;(4)植物促生菌对不同发育时期的苜蓿幼苗中可溶性糖含量没有一直促进或抑制。这是因为苜蓿幼苗发育过程中可溶性糖处于释放和利用的动态变化中,所以植物促生菌调控不同的可溶性糖含量促进苜蓿幼苗生长;(5)YN22能显著提升中苜5号和赛迪10萌发1 d时的可溶性蛋白含量,同时能显著提升赛迪10萌发5 d时可溶性蛋白含量,加速种子中贮藏蛋白的分解。WF18和WF32分别能促进生长3 d时中苜5号和赛迪10幼苗代谢蛋白的累积,增强此时幼苗的代谢反应,促进幼苗生长。(6)WF18和SB3在中苜5号萌发1 d时能显著促进dwf4基因的表达,WF18和WF32在赛迪10萌发1 d时能显著促进dwf4基因的表达,使幼苗内油菜素内酯水平上升,促进幼苗生长发育。基于以上结果,本论文研究表明植物促生菌可增加幼苗鲜重,调节幼苗的可溶性糖含量,加速贮藏蛋白分解及代谢蛋白累积,实现调控苜蓿种子萌发和幼苗转化。本文提出并验证了植物促生菌可能通过调控苜蓿幼苗dwf4基因的表达来促进种子萌发和幼苗生长的假说。

关键词：植物促生菌种子萌发幼苗转化油菜素内酯 dwf4

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毛竹Pedwf4基因克隆及表达模式分析

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林业科学研究 2018年第5期31卷 50-56页

作者：王思宁孙化雨李利超杨意宏徐浩赵韩生高志民国家林业局竹藤科学与技术重点开放实验室国际竹藤中心竹藤资源基因科学研究所北京100102 河北农业大学河北保定071001

[目的]通过对毛竹Pedwf4基因结构特点和表达特征的研究,揭示其在响应逆境胁迫过程中的作用。[方法]采用同源序列比对的方法,从毛竹基因组数据库中获得dwf4同源基因信息并克隆,通过生物信息学方法分析该基因的结构、理化特征,以及基因编... 详细信息

[目的]通过对毛竹Pedwf4基因结构特点和表达特征的研究,揭示其在响应逆境胁迫过程中的作用。[方法]采用同源序列比对的方法,从毛竹基因组数据库中获得dwf4同源基因信息并克隆,通过生物信息学方法分析该基因的结构、理化特征,以及基因编码蛋白的保守结构域、进化关系等,应用RT-PCR技术分析基因在毛竹不同组织中的表达情况,使用实时荧光定量PCR技术分别分析高盐、干旱、低温和强光等胁迫条件下该基因在叶片中的表达模式。[结果]从毛竹中克隆获得1个dwf4同源基因Pedwf4,编码区长度为1 503 bp,对应的基因组序列为6 149 bp,包含8个外显子和7个内含子,内含子完全符合GT-AG剪接原则。Pedwf4编码1个500 aa的碱性蛋白,属于细胞色素P450家族的单加氧酶。组织特异性表达分析表明,Pedwf4在毛竹不同组织中均检测到表达,其中,叶片中表达丰度最高,其次是根,茎、叶鞘和笋中的表达量较低。在Na Cl(400 mmol·L-1)和干旱胁迫条件下,叶片中Pedwf4的表达均先受到诱导,后受到抑制,其中,Na Cl处理下,表达量在2 h时达到最高(为对照的3. 5倍),6 h时最低(为对照的20%);干旱处理下,表达量在1 h时达到最高(为对照的2倍),8 h时最低(为对照的60%)。强光(1 200μmol·m-2·s-1)和低温(4℃)胁迫均诱导Pedwf4的表达,其中,强光处理2 h时表达量达到最高(为对照的4. 5倍),随后降低,8 h时仍为对照的2倍;低温处理下,叶片中Pedwf4表达量在1 h时达到最高(约为对照的3倍),随后持续下降,8 h时仍为对照的2倍。[结论]从毛竹中克隆了BL生物合成关键限速酶基因Pedwf4,该基因在毛竹中呈现组成型表达,在叶片中的表达受到Na Cl、干旱、低温和强光等非生物胁迫的影响,基因表达的变化表明Pedwf4可能有助于毛竹适应逆境胁迫。

关键词：毛竹油菜素内酯 dwf4 非生物胁迫基因表达

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超量共表达NsAKT1和Atdwf4烟草抗渗透胁迫能力研究

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中国烟草科学 2020年第6期41卷 7-16页

作者：韦春秦利军贵州大学生命科学学院山地植物资源保护与种质创新省部共建教育部重点实验室贵阳550025

为了解钾和油菜素内酯(BRs)在调控植物抗逆境胁迫中的作用,以超量表达K+吸收基因NsAKT1及BRs合成基因Atdwf4的转基因烟草为材料,分析PEG渗透胁迫对其形态及抗性指标等的影响。结果表明,PEG胁迫3 d时,转基因烟草SOD活性即达到极值且显著... 详细信息

为了解钾和油菜素内酯(BRs)在调控植物抗逆境胁迫中的作用,以超量表达K+吸收基因NsAKT1及BRs合成基因Atdwf4的转基因烟草为材料,分析PEG渗透胁迫对其形态及抗性指标等的影响。结果表明,PEG胁迫3 d时,转基因烟草SOD活性即达到极值且显著高于非转基因烟草(Wt),其中以共转AKT1/dwf4植株中SOD活性最高;而PEG胁迫1 d时,3种转基因植株的POD活性均显著(pdwf4植株中POD活性分别是单转AKT1植株的1.28倍、单转dwf4植株的1.40倍和Wt植株的1.90倍;PEG胁迫第3天时,共转AKT1/dwf4植株中CAT活性增幅最大,达59.18%,显著高于其他2种转基因烟草。同时,H2O2和MDA含量测定表明,PEG处理后Wt中MDA和H2O2含量均在第5天时达极值,分别为58.52 nmol/g和38.21μg/g,均显著高于转基因烟草。另外,特征基因表达分析表明,NsAKT1和Atdwf4可能协同调控共转AKT1/dwf4烟株对PEG渗透胁迫的抗性。本研究为进一步揭示K和BRs协同介导的烟草抗逆境胁迫应答机制以及创制优良的烟草新种质奠定理论依据。

关键词：烟草 AKT1 dwf4 抗旱性

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胡杨BR合成酶基因Pedwf4功能的研究

胡杨BR合成酶基因PeDWF4功能的研究

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作者：孙焱兰州大学

学位级别：硕士

油菜素类固醇(Brassinosteroids,BRs)是一类新发现的植物生长调节物质,在植物生长发育过程中扮演极其重要的角色,包括种子萌发、下胚轴的伸长、维管束的分化、光形态建成以及植物的育性和衰老等。此外还可增强植株对多种逆境的适应能力... 详细信息

油菜素类固醇(Brassinosteroids,BRs)是一类新发现的植物生长调节物质,在植物生长发育过程中扮演极其重要的角色,包括种子萌发、下胚轴的伸长、维管束的分化、光形态建成以及植物的育性和衰老等。此外还可增强植株对多种逆境的适应能力。目前对BR合成的调控机理及其对植物生长发育影响的研究主要集中在一年生草本植物如水稻、豌豆和拟南芥中,在与草本植物明显不同的多年生木本植物中鲜有报道。dwf4在BR合成路径中是一个关键的限速酶基因。为了了解木本植物dwf4基因在植物生长发育过程中的作用,本研究用携带胡杨dwf4(Pedwf4)基因的表达载体35S::Pedwf4,通过农杆菌介导的花序浸染法,将Pedwf4导入拟南芥(Arabidopsis thaliana)dwf4突变体,获得了稳定遗传的Atdwf4-Pedwf4转基因系,对其形态学、解剖学、遗传学、生理学及分子生物学特征进行了系统的比较分析。主要结果如下:1.通过转化,PCR鉴定,共得到4个Atdwf4/Pedwf4均为纯合的转基因系(命名为C12-2、C14-1、C16-1和C18-1)。2.形态学分析发现,与拟南芥dwf4纯合突变体相比较,以上四个转基因系的莲座叶数目与叶面积、莲座叶长宽比、叶柄长度、莲座叶下表皮细胞长度和宽度、叶脉细胞长度和细胞突起数目均显著增加,但是气孔密度均降低。与野生型相比,四个转基因系的莲座叶数目、叶柄长度、种子的长度和宽度以及千粒重均明显增加,但是莲座叶大小、花序茎直径和果荚数目相对降低。此外,它们的花序变小,花苞数目减少,单株种子产量降低,但单个果荚种子数目和花序茎数目与野生型的基本相同。不同转基因系之间也有明显差异。3.生理学研究发现,在光照和黑暗条件下,四个转基因系与Atdwf4纯合突变体相比,下胚轴和初生根的伸长速率均显著增加;与野生型相比,下胚轴伸长速率相对增加,但初生根伸长速率相对降低。4.RT-PCR分析显示,这四个转基因系中Pedwf4表达水平的大小依次为C14-1,C18-1,C12-2,C16-1,表达水平与表型恢复程度呈负相关。以上结果表明,胡杨dwf4(Pedwf4)和拟南芥dwf4(Atdwf4)在调节植物生长发育过程中的功能上基本相似,但可能不完全相同。具体原因有待进一步研究。

关键词：胡杨油菜素内酯 dwf4 拟南芥

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