植物叶绿素生物合成和叶绿体发育是两个受外源和内源因子调控的极其复杂过程。在本研究中,我们鉴定了一个正调控水稻叶绿素生物合成和叶绿体发育的还原异构酶基因OsDXR。OsDXR基因敲除突变体表现为白化致死表型,不能完成整个生命周期。OsDXR在水稻叶片中高表达,亚细胞定位表明OsDXR是一种叶绿体蛋白。与野生型相比,在OsDXR敲除突变体中许多参与叶绿素生物合成和叶绿体发育的基因表达存在差异。我们发现在OsDXR敲除突变体中叶绿体基因ndhA-1019和rpl2-1的RNA编辑效率显著降低。此外,酵母双杂交和双分子荧光互补实验证实,OsDXR与RNA编辑因子OsMORF1有相互作用。我们证实质体2-C-甲基-去甲三醇-4-磷酸途径的破坏导致叶绿体发育和叶绿体基因的RNA编辑存在缺陷。
类胡萝卜素参与植物叶色的形成以及光系统的光保护。在这项研究中,我们发现蓝光会显着上调橙色大白菜内叶中的总类胡萝卜素。此外,转录组学分析显示,蓝光处理诱导类胡萝卜素代谢途径上游的光合作用(BrHY5-2、BrCOP1、BrDET1)和MEP(甲基赤藓糖醇 4-磷酸)(BrGGPS、BrDXS、BrHDR)途径中的基因上调。类胡萝卜素代谢组学分析显示,蓝光处理后几种橙色和红色类胡萝卜素(番茄红素、玉米黄质、β-胡萝卜素、叶黄素和β-隐黄质)的积累有助于叶片橙色的加深,表明短期蓝光治疗可用于促进“有益营养”的积累。光信号基因 BrHY5-2 参与了橙色大白菜中类胡萝卜素生物合成的蓝光诱导转录调控。BrHY5-2在拟南芥中的过表达显著增加了总类胡萝卜素含量和对蓝光的敏感性。上述发现揭示了蓝光诱导橙色大白菜品系中类胡萝卜素合成和积累的新见解,并提供了提高蔬菜营养价值的新方法。
本研究通过系统发育分析鉴定了蚜虫中一个保守的气味受体分支,并对这一支中豌豆蚜气味受体ApisOr23的功能进行了研究。序列分析的结果显示,豌豆蚜、大豆蚜和棉蚜的同源受体Or23序列相似性为94.28%。此外,我们对8种蚜虫同源受体Or23序列进行保守基序 (motif) 分析,进一步验证了Or23分支的高度保守性。组织特异性表达分析结果显示,豌豆蚜ApisOr23主要在触角高表达。随后,我们利用非洲爪蟾卵母细胞表达系统对ApisOr23进行体外功能研究,结果显示在所有测试的化合物中,ApisOr23对反-2-己烯醛、顺-2-己烯醇、庚醇、4’-乙基苯乙酮和乙酸乙酯这5种植物挥发物有明显的电生理活性。其中,反-2-己烯醛作为豆科植物的一种主要挥发物,能够最大程度地激活ApisOr23。本研究揭示了蚜虫中保守的气味受体Or23的功能,推测该受体在蚜虫寄主识别过程中起到重要作用。
在植物中,胞质果糖-1,6-二磷酸酶(cyFBPase)和景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)酶活性的提高与植物增产密切相关。在本研究中,通过在烟草(Nicotiana tabacum)中过表达油菜cDNA,cyFBPase和SBPase基因表达水平显著提高。在转双基因cyFBPase/SBPase (TpFS)植株中, cyFBPase 和 SBPase酶活分别是野生型的1.77和1.45倍,在转cyFBPase单基因(TpF)和SBPase单基因 (TpS)植株中,cyFBPase 和 SBPase酶活分别是野生型的1.55和1.12倍,1.23和1.36倍。TpF, TpS 和 TpFS转基因植株的光合效率分别比野生型提高了4%,20%和25%。SBPase和cyFBPase在转基因烟草中相互正向调控,协同增效。 此外,三种转基因植株的蔗糖含量均高于WT植株。 淀粉含量在TpFS和TpS植株中分别提高了53%和37%,但在TpF植株中略有下降。 此外,含有SBPase和/或cyFBPase基因的转基因烟草植株生长加快,生物量提高。 在TpFS、TpS和TpF植株中,干重、株高、茎粗、叶大小、花数和果荚重均比WT植株大幅增高。 因此,共表达SBPase和cyFBPase可能为作物高产开辟新的途径。