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Plant cell南京农业大学研究人员揭示水稻生物钟通过独角金内酯信号和糖敏感调节分蘖生长和穗部发育

生物钟调节动植物的生长发育,但人们对昼夜节律在作物生产中的作用知之甚少。水稻籽粒产量在很大程度上取决于分蘖,分蘖是由生理和遗传因素介导的。近日,南京农业大学的研究人员在 Plant Cell(IF:9.618)上发表了一篇名为“Rice Circadian Clock Regulates Tiller Growth and Panicle Development Through Strigolactone Signaling and Sugar Sensing”的文章,该文章报道了一个调节机制,包括生物钟,糖和独角金内酯途径来调节水稻分蘖芽和穗的发育。

文章来源

 

OsCCA1作用于OsTB1或D14的上游,调节独角金内酯途径

为了探讨OsCCA1在独角金内酯生物合成中的作用,研究人员测量了epi-5DS,一种内源性的甾体内酯,在水稻根系分泌物中发现,OsCCA1突变体植株的epi-5DS含量降低。CHIP-qPCR分析显示OsCCA1与D14或D53的启动子结合。D14和OsCCA1的表达节律相似,在对照植物分蘖芽中的峰值出现在前期,而D14在OsCCA1-OE系中上调,但在OsCCA1-AS8系和OsCCA1突变体中受到抑制。然而,对照组中D53的表达没有明显的节律性,在OsCCA1-OE系中D53表达略有增加,在OsCCA1-AS8系和OsCCA1突变体中下降。这可能表明D53由OsCCA1间接调节或由OsCCA1和D14共同调节。遗传数据表明D14作用于OsCCA1下游。这些数据表明,OsCCA1通过调控OsTB1和D14的表达来抑制分蘖芽的生长。

图1:OsCCA1影响司他内酯途径,并作用于OsTB1和D14的上游

图1:OsCCA1影响司他内酯途径,并作用于OsTB1和D14的上游

 

糖通过OsCCA1的表达调控水稻分蘖

研究人员假设糖调节OsCCA1影响分蘖芽生长的表达,为了验证这个假设,用糖诱导实验检测了糖是否调节OsCCA1的表达。结果表明,蔗糖是OsCCA1在根中表达的负调控因子。然而,在幼苗芽中,蔗糖对OsCCA1表达的影响是积极的,这与拟南芥芽中的发现一致。

图:2糖抑制OsCCA1在根中的表达

图:2糖抑制OsCCA1在根中的表达

 

结果表明,尽管观察到拟南芥(真双子叶植物)和水稻(单子叶植物)在1.3亿至2亿年前发生了分化,但生物钟在调节分枝中的作用是保守的。此外,植物昼夜节律时钟可以有效地感知白天的长度和光照的强度,并整合糖信号来调节分枝/分蘖和植物结构。分蘖数和穗大小直接影响谷物作物产量。因此,了解生物钟如何将外部信号与遗传途径结合起来,以平衡分蘖芽和穗的发育,将有助于我们设计改善水稻和其他谷类作物结构和产量的策略。

 

参考文献:

【1】Bass,J.,and Takahashi,J.S.(2010).Circadian integration of metabolism and energetics.Science 330,1349-1354.

【2】Clough,S.J.,and Bent,A.F.(1998).Floral dip: a simplified method for  Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J 16, 735-743.

【3】Greenham,K.,and McClung,C.R.(2015).Integrating circadian dynamics with physiological processes in plants. Nat Rev Genet 16, 598-610.

文献链接:https://doi.org/10.1105/tpc.20.00289

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实验

服务简介
一、酵母单杂交

酵母单杂交技术是在酵母双杂基础上发展而来的一种研究核酸-蛋白相互作用的工具,被广泛用于研究真核细胞内基因的表达调控,如鉴别DNA结合位点发现潜在的结合蛋白基因、分析DNA结合结构域信息等。

 

 二、酵母双杂交

酵母双杂交及系统是一种鉴定和检测活细胞内蛋白质相互作用的研究方法,是在真核模式生物酵母中进行的,因其具有灵敏性高、功能强大、适用范围广等特点,现已被应用于多个研究领域。分为膜蛋白和核蛋白双杂交。


应用领域
植物:自交不亲和机理研究

病毒:朊蛋白、病毒蛋白相互作用蛋白筛选

信号通路:转录因子、雌激素α受体相互作用蛋白筛选

癌症医学:癌症相关蛋白、凋亡相关蛋白相互作用蛋白筛选

寄生虫医学:毒力因子致病机制研究、半乳糖凝集素互作蛋白筛选

基础原理研究:肌球蛋白、蛋白酶体调节因子相互作用蛋白筛选、受精卵发育

   

项目名称

内容

交付标准

服务周期

酵母双杂文库构建

RNA提取、反转录、 cDNA处理、基因与载体的连接、文库质粒提取、文库产品指标

酵母双杂交文库甘油菌、酵母双杂交文库质粒、文库构建报告、文库构建图片

25个工作日,如需转化酵母延长15个工作日

酵母双杂文库筛选

诱饵质粒构建与活测、与双杂库共转感受态酵母、文库筛选、阳性克隆鉴定、回转验证

完整的筛库流程实验报告、鉴定出的阳性克隆测序

2个月左右

 

订购信息

 

文库构建流程

总RNA提取——mRNA分离——cDNA合成——基因与载体的连接——文库质粒提取——文库产品指标

单/双杂筛选流程

诱饵质粒构建与活测——与单/双杂库共转感受态酵母——文库筛选——阳性克隆鉴定——回转验证——报告整理

 

样品要求
细胞样本:细胞数量大于1×10^7;动物样本:大于1 g;植物样本:大于2 g;总RNA:大于200 µg
筛选服务:客户提供诱饵基因或构建好的诱饵质粒

 案例分析

1载体构建
根据客户提供序列构建 BD 重组载体,进行引物设计和测序验证。
2自激活检测结果

  

                                     pGADT7-LargeT/pGBKT7-p53 为阳性对照

                               pGADT7-LargeT/pGBKT7-LaminC 为阴性对照

实验现象结论

对照菌株在 SD-TL 缺陷平板上都能正常生长,而仅有阳性对照可在 SD-TLHA缺陷平板生长。pGADT7+pGBKT7-ABC 转化子中随机挑选的 6 个菌落在 SD-TLHA 缺陷平板上不能生长,生长状态同阴性对照,因此不存在自激活。

结果:ABC 诱饵克隆没有自激活作用。

3文库筛选

4阳性克隆鉴定

 

      筛库阳性克隆 ADE2 和 HIS3 报告基因检测

编号 1-34 分别是筛到的 34 个初始阳性克隆,编号“+”为阳性对照,编号“-”为阴性对照。

 

在 ADE2 和 HIS3 报告基因的检测结果中,可以看到,阳性对照在SD-TL和SD-TLHA 都能正常生长,而阴性对照由于不会激活 ADE2 和 HIS3 报告基因,在 SD-TL 可以正常生长,但在缺少 Histidine 和 Adenine 这两种成分的 SD-TLHA 平板上不能生长。因此,在34个初始阳性克隆中,除 4、8、26、28、30、32、33、34 号之外均能在SD-TLHA 生长,表明激活了HIS3和ADE2 报告基因。

 

5)回转验证

 

阳性克隆回转验证 His Ade 报告基因检测

 

15 种阳性克隆在SD-TLSD-TLHA 缺陷平板的生长情况。标注“+”为阳性对照,标注“-”为阴性对照。

 

结果显示,15 个阳性克隆中 22 号不能激活 HIS3 ADE2 报告基因;其余均能激活 HIS3 ADE2 报告基因。

 

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