植物生理学课件：第十三章 植物分子生物学模式植物拟南芥
合集下载
拟南芥简介
*
*
*拟南芥的主要遗传资源
*
染色体结构 通过对细胞周期的中期 （metaphase）染色体观察，可以清晰地 辨认单倍体拟南芥有5条染色单体（2倍体 为10条染色体）。对拟南芥遗传图谱的连 锁关系分析，也证实了单倍体拟南芥包含 5个遗传连锁群。除去着丝粒、端粒等区 域及一些重复序列，目前已经完成测序的 第一条至第五条染色体的DNA序列长度依 次为29.1 Mb、19.6 Mb、23.2 Mb、 17.5 Mb、26.0 Mb（总长为115.4 Mb）， 而包括所有序列在内的拟南芥单倍体基因 组总长约为125 Mb。
*
种子时期
营养生长时 期
生殖生长时 期
*拟南芥的繁殖类型
* 1. 拟南芥属于有性繁殖，既可自交、 又可人工杂交 ，在自然条件下，拟南 芥是典型的自交繁殖植物，这使得拟南 芥在种植繁种过程中得以保持其遗传上 的稳定性。同时在实验过程中，根据研 究目的又可方便地实施人工杂交，使得 遗传分析工作很容易完成。
*
* *
三、拟南芥的分子遗传学特性
1. 基因组小 在目前已知核基因组大小的高等植物中，拟南芥的核基因组最小， 单倍体基因组DNA序列总长仅为约125 Mb。 2. 重复序列少 拟南芥基因组小的主要原因是重复的DNA序列少，大约80%左右的 序列是用来构建单拷贝基因的。由于基因组中大多数编码某一特定功能产物（如 某种酶）的基因拷贝只有一个，当某一基因发生突变（如在人工诱导条件下发生 突变）后由于得不到补偿就会导致与该基因相关的形态、生理生化过程、生长发 育性状方面的变异，这也是为什么拟南芥容易被诱变产生突变体的原因。 3. 容易实施转化 拟南芥的基因转化可以很方便地利用土壤农杆菌转化系统进行。 目前大多数拟南芥的基因转化工作都采用“真空渗入法。大概过程是：将已经抽 薹但尚未开花的拟南芥植株的花序部分浸入经目的基因转化的农杆菌培养液中， 在施加一定强度的真空压力条件下处理一定时间；将被处理后的植株继续培养并 收获种子；利用含抗生素的培养基筛选阳性转化植株供研究使用。利用此法转化 拟南芥的转化率较高，常可以达到1%（即后代中阳性转化植株所占比例）甚至更 高。 正是由于以上一些拟南芥的独特生物学特性，使得拟南芥成为最为广泛采用 的模式植物材料。 4.容易被诱变产生所需突变体 拟南芥在正常条件下通过自交产生后代，在遗传 上表现出较高的稳定性。但拟南芥在特殊条件处理后较易发生突变，如利用物理 的（如辐射处理）、化学的（如EMS处理）、及遗传转化（如T-DNA插入）等方法 进行人工诱变处理，可获得具有各种不同表型性状的突变体。利用这些人工诱变 方法产生的突变是随机的，可进一步通过对突变体库的有目的筛选而获得所需的
植物生理与分子生物学课件-9[1].14
![植物生理与分子生物学课件-9[1].14](https://img.taocdn.com/s3/m/202dc51cfad6195f312ba6d9.png)
植物生理学与分子生物学Plant Physiology and Molecular Biology植物生理与分子生物学课程安排第一篇分子与细胞生物学基础第二篇光合作用第三篇营养与水分第四篇呼吸与代谢第五篇生长发育第六篇植物信号与信号转导第七篇植物与环境第一篇分子与细胞生物学基础内容植物基因组的研究方法： 主要研究目标：基因组学概述基因组（genome）:单倍体全部基因组研究内容：基因组学基因组学(Genomics)(Genomics)(Genomics)：：基因组学的分类：结构基因组学（structural genomics）：意义：功能基因组学（functional genomics）：主要研究内容::主要研究内容基因的识别、鉴定和克隆。
基因结构与功能及其相互关系的研究。
基因表达调控的研究。
目标：：目标静态动态任务：： 任务比较基因组学（comparative genomics）概念的含义：比较基因组学的应用：目前从模式生物基因组研究中得出一些规律：研究意义：药物基因组学(Medical Genomics) ：营养基因组学(Nutritional Genomics)： 次级代谢生物信息学(Bioinformatics)：仅仅从基因的角度来研究是远远不够的。
蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)(proteomics)最终目标：： 最终目标生物基因组大小基因组大小（（bp ）T4噬菌体T4 phage2.0×105大肠杆菌Escherichia coli 4.2×106酵母Sccharomyces cereviside 1.5×107拟南芥Arabidopsis thaliana 1.0×108线虫Caenorhbditis elegans 1.0×108果蝇Drosophila melanogaste r 1.65×108水稻Oryza sativa 4.3×108小鼠Mus musculus3.0×109人类Homo sapiens 3.3×109玉米Zea mays5.4×109小麦Triticum aestivum1.6×1010不同生物基因组大小基因组学的发展1. 人类基因组计划弹计划阿波罗登月计划《癌症研究的转折点：测序人类基因组》基因组计划？四张图四张图——————遗传图遗传图遗传图、、物理图物理图、、转录图转录图、、序列图基因组研究大事年表。
植物生理学PPT课件课件
止吸水），一般为正值，但质壁分离时为0，剧烈蒸腾 时为负。 • 6.膨压：细胞吸水膨胀而对细胞壁产生的压力。 • 7.渗透势：又叫溶质势，由于溶质颗粒的存在而使水势 降低的部分（水的自由能降低），一般为负值。
《植物生理学》PPT课件
（五）细胞间的水分移动
• 水势差异决定水流方向和速度
渗透势=-1.4Mpa 渗透势=-1.2Mpa 压力势=+0.8Mpa 压力势=+0.4Mpa
《植物生理学》PPT课件
二、植物生理学的产生和发展
（一）我国古代关于植物生理学方面的论述
1.水分代谢
2.矿质营养
3.光合作用
4.呼吸储藏
5.植物生长物质
6.生长发育
《植物生理学》PPT课件
（二）植物生理学的产生与发展 1.研究开始时期（16-17世纪） 2.奠基与成长时期（18-19世纪） 3.飞跃发展时期（20世纪） （三）我国植物生理发展情况 • 起步晚，发展慢。 • 我国植物生理学起业人：钱崇澍（shu ） • 我国植物生理学奠基人：李继侗、罗宗洛、汤佩松 • 现在一些有影响的研究人员：
《植物生理学》PPT课件
（四）近年来植物生理学发展的特点 1.研究层次越来越广 2.学科之间相互渗透 3.理论联系实际 4.研究手段现代化
《植物生理学》PPT课件
三、植物生理学发展展望
• 研究重点：能量转变 • 研究焦点：膜的结构和功能 • 我国植生研究的主要任务： • 1.深入基础理论研究（有所为，有所不为） • 2.大力开展应用基础研究和应用研究
《植物生理学》PPT课件
第二节植物细胞对水分的吸收
一、细胞的渗透性吸水
• 植物的吸水方式 （一）自由能和水势 • 自由能 • 化学势 • 水势《植物生理学》PT课件（二）渗透作用
《植物生理学》PPT课件
（五）细胞间的水分移动
• 水势差异决定水流方向和速度
渗透势=-1.4Mpa 渗透势=-1.2Mpa 压力势=+0.8Mpa 压力势=+0.4Mpa
《植物生理学》PPT课件
二、植物生理学的产生和发展
（一）我国古代关于植物生理学方面的论述
1.水分代谢
2.矿质营养
3.光合作用
4.呼吸储藏
5.植物生长物质
6.生长发育
《植物生理学》PPT课件
（二）植物生理学的产生与发展 1.研究开始时期（16-17世纪） 2.奠基与成长时期（18-19世纪） 3.飞跃发展时期（20世纪） （三）我国植物生理发展情况 • 起步晚，发展慢。 • 我国植物生理学起业人：钱崇澍（shu ） • 我国植物生理学奠基人：李继侗、罗宗洛、汤佩松 • 现在一些有影响的研究人员：
《植物生理学》PPT课件
（四）近年来植物生理学发展的特点 1.研究层次越来越广 2.学科之间相互渗透 3.理论联系实际 4.研究手段现代化
《植物生理学》PPT课件
三、植物生理学发展展望
• 研究重点：能量转变 • 研究焦点：膜的结构和功能 • 我国植生研究的主要任务： • 1.深入基础理论研究（有所为，有所不为） • 2.大力开展应用基础研究和应用研究
《植物生理学》PPT课件
第二节植物细胞对水分的吸收
一、细胞的渗透性吸水
• 植物的吸水方式 （一）自由能和水势 • 自由能 • 化学势 • 水势《植物生理学》PT课件（二）渗透作用
植物发育分子生物学ppt课件
FLC 是一个关键的抑制因子 ，FLC 基因编码MADS类型的转录因子，通过抑制 FLOWERING LOCUS T(FT) 和SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANTS(SOC1) 而抑制决定花分生组织特性的基因LEAFY(LFY)和APETALA1(AP1)的表达，从而抑 制开花 。
结合的FY基因蛋白产物的共同作用。
FCA mRNA前体
活性mRNA
无活性mRNA
RNA binding RNA binding
WW-蛋白结合
FY
精选编辑ppt
13
FY 编码一个含WD重复序列、C端含有两个PPLP序列、在真核生物中高度保守的蛋白，
它的酵母同源基因Pfs2p编码参与RNA 3’加工的蛋白质复合体的一个必需组分蛋白,因
精选编辑ppt
5
决定开花的途径被Boss等人（plant cell,16:S18）分为使能够开花（花决定） 和促进开花两类。
促进开花的途径有光周期、激素、光质、环境温度等，这类途径激活开花基因的表 达，被称为综合者（integrator）。
另一类基因通过控制开花抑制基因的表达影响开花，这类基因是enable pathway的基因，它们使开花能够进行。
精选编辑ppt
16
VRN1 、VRN2的功能是抑制FLC的转录，它们提供了对春化的记忆
在对春化作用不反应的突变体vrn1 和 vrn2中，FLC RNA 经过低温处理降低了 含量，但在后续的温暖温度下的生长过程中，FLC RNA的含量增加，而不是正常 的保持低表达。
VRN2 同Suppressor of zeste12 [Su(Z)12] 最为类似，Su(Z)12是 果蝇 (Drosophila )中的polycomb group蛋白,对组蛋白H3上的特定赖氨酸残基进 行甲基化，使该组蛋白覆盖的染色质处于沉默表达状态。这与vrn2突变体中 FLC 基因内含子1部位的染色质对DNAase I超敏感现象一致，这种敏感性通常 与转录活性有关。
结合的FY基因蛋白产物的共同作用。
FCA mRNA前体
活性mRNA
无活性mRNA
RNA binding RNA binding
WW-蛋白结合
FY
精选编辑ppt
13
FY 编码一个含WD重复序列、C端含有两个PPLP序列、在真核生物中高度保守的蛋白，
它的酵母同源基因Pfs2p编码参与RNA 3’加工的蛋白质复合体的一个必需组分蛋白,因
精选编辑ppt
5
决定开花的途径被Boss等人（plant cell,16:S18）分为使能够开花（花决定） 和促进开花两类。
促进开花的途径有光周期、激素、光质、环境温度等，这类途径激活开花基因的表 达，被称为综合者（integrator）。
另一类基因通过控制开花抑制基因的表达影响开花，这类基因是enable pathway的基因，它们使开花能够进行。
精选编辑ppt
16
VRN1 、VRN2的功能是抑制FLC的转录，它们提供了对春化的记忆
在对春化作用不反应的突变体vrn1 和 vrn2中，FLC RNA 经过低温处理降低了 含量，但在后续的温暖温度下的生长过程中，FLC RNA的含量增加，而不是正常 的保持低表达。
VRN2 同Suppressor of zeste12 [Su(Z)12] 最为类似，Su(Z)12是 果蝇 (Drosophila )中的polycomb group蛋白,对组蛋白H3上的特定赖氨酸残基进 行甲基化，使该组蛋白覆盖的染色质处于沉默表达状态。这与vrn2突变体中 FLC 基因内含子1部位的染色质对DNAase I超敏感现象一致，这种敏感性通常 与转录活性有关。
拟南芥与植物生物学
多组学整合分析
结合基因组学、转录组学、蛋白质 组学和代谢组学等多组学技术，对 拟南芥进行全方位、多层次的研究 。
基因编辑技术的应用
利用CRISPR/Cas9等基因编辑技 术，对拟南芥进行精确、高效的基 因编辑，深入研究基因功能。
生态与进化研究
关注拟南芥在自然生态系统中的地 位和作用，以及其在进化过程中的 基因组变异和适应性进化。
拟南芥通过细胞膜上的受体感知逆境信号，如干旱、高盐等，并通过信号转导途径将信 号传递至细胞核，触发相应的基因表达。
抗逆基因的表达调控
拟南芥中存在大量抗逆相关基因，这些基因在逆境条件下被激活或抑制，通过调控代谢 途径、细胞结构等提高植物的抗逆性。
渗透调节物质的合成与积累
拟南芥在逆境条件下合成并积累渗透调节物质，如脯氨酸、甜菜碱等，以维持细胞渗透 平衡，防止细胞脱水。
利用CRISPR-Cas9基因编辑技术在拟南芥中定向敲除或突变特定基因，为研究基因功能 和作物遗传改良提供有力工具。
03
拟南芥的生长发育与调控
拟南芥的生长周期与阶段划分
种子萌发期
从种子吸水膨胀到子叶展开的过 程。
幼苗期
从子叶展开到长出真叶的过程。
营养生长期
幼苗长出真叶后，进行光合作用 和营养物质的积累。
拟南芥突变体的筛选与应用
插入突变体库
利用T-DNA或转座子插入技术构建拟南芥插入突变体库，通过筛选获得特定基因突变的 植株，为研究基因功能提供重要材料。
化学诱变剂处理
利用化学诱变剂如EMS处理拟南芥种子，获得大量随机突变的植株，通过表型筛选和遗传 分析鉴定突变基因。
CRISPR-Cas9基因编辑技术
人工智能与机器学习辅助研究
运用人工智能和机器学习技术对拟 南芥表型数据进行分析和挖掘，揭 示新的生物学规律和机制。
《植物生理学》课件
CHAPTER 02
植物的水分生理
植物对水分的吸收与运
根部吸水
植物通过根部吸收水分，主要依赖于 根压和蒸腾拉力。
水分运输
水分在植物体内通过木质部导管进行 长距离运输，受到压力和扩散作用的 影响。
植物的水分平衡与调节
水分平衡
植物通过叶片蒸腾作用释放水分，保持体内水分平衡，调节 温度和盐分平衡。
水分调节机制
发。
细胞分素
促进细胞分裂和组织分 化，延缓植物衰老。
脱落酸
促进叶和果实的脱落， 调节植物休眠和种子成
熟。
植物生长与发育的过程
01
02
03
04
种子萌发
种子在适宜的条件下吸收水分 和氧气，突破种皮发芽。
营养生长
植物通过光合作用合成有机物 ，同时不断扩展根、茎、叶等
器官。
生殖生长
植物在适宜的条件下形成花芽 ，开花、结果，繁殖后代。
光合作用与呼吸作用的相互关系
• 总结词：阐述光合作用与呼吸作用的相互影响和制约关系。
• 详细描述：光合作用和呼吸作用是植物体内两个重要的代谢过程，它们之间存在相互影响和制约的关系。光合作用过程中产生的氧气和还原态的氢是呼吸作用所需的，而呼吸作用过程 中产生的二氧化碳和能量也是光合作用所需的。此外，光合作用和呼吸作用的酶的活性也受到彼此的影响。在光照充足时，光合作用的速率高于呼吸作用的速率，植物积累有机物；在 光照不足时，光合作用的速率降低，呼吸作用的速率相对较高，植物消耗有机物。因此，了解光合作用和呼吸作用的相互关系对于理解植物的生长和发育具有重要意义。
氮
合成蛋白质和其他重要有机物的主要元素，主要通过 根系吸收铵态氮和硝态氮。
磷
参与能量代谢和遗传信息的传递，主要以磷酸根的形 式被吸收。
《植物分子生物学》课件
CHAPTER
04
植物信号转导与表观遗传学
植物生长素的信号转导
生长素合成
生长素在植物体内通过色氨酸合成，经过一系列酶促反应生成。
信号转导途径
生长素通过与受体结合，激活下游的转导因子，引发一系列的信号 转导反应，调控植物生长和发育。
转导机制
生长素信号转导过程中涉及多种蛋白质的磷酸化、去磷酸化等修饰， 以及基因表达的调控，最终影响植物细胞的生长和分化。
当前发展
目前，植物分子生物学的研究已经深入到基因组学、转录组学、蛋白质组学等多个层面， 研究手段和技术也在不断更新和进步。
未来展望
未来，植物分子生物学将继续发挥重要作用，特别是在农业和园艺等领域的应用将更加广 泛和深入。同时，随着技术的进步和研究的深入，植物分子生物学将会有更多的突破和创 新。
CHAPTER
02
植物基因组与ห้องสมุดไป่ตู้录组学
植物基因组的结构与功能
结构特征
植物基因组通常较大，含有大量的重 复序列和复杂的染色体结构。它们还 包含大量的基因，这些基因编码了参 与各种生命活动的蛋白质。
功能研究
植物基因组的功能研究主要集中在基 因表达、调控和进化等方面。这些研 究有助于理解植物生长、发育和应对 环境压力的机制。
植物转录组的调控机制
转录因子
转录因子是调控基因表达的关键分子，它们可以激活或抑制特定基因的表达。在植物中，转录因子在响应生物和 非生物胁迫、以及在发育过程中发挥重要作用。
miRNA和siRNA
microRNA (miRNA) 和 small interfering RNA (siRNA) 是两种重要的非编码RNA，它们通过与mRNA结合来 调控基因的表达。这些RNA在植物的生长发育和胁迫响应中发挥关键作用。
《植物分子生物学》PPT课件
植物分子生物学
生物信息学基础(10学时)
唐玉荣 tangyurong@
主要内容
1. 绪论
2学时
2. 分子数据库及NCBI序列检索
3. 双序列比对及BLAST比对工具 4学时
4. 多序列比对和分子系统发育
4学时
5. 核酸和蛋白质序列分析工具
主要参考书
1.基础生物信息学及应用，蒋彦等，清华大学 出版社
蛋白数据库
SWISS-PROT(蛋白序列数据库) /swissprot/
BioSino
网址： /
HKBIC
网址： .hk/
MBC
网址： .tw/index.php
TUBIC
网址： /
EMBL
NIH
DDBJ
• GenBank数据库
–基因组DNA数据库 –对应于表达基因的cDNA数据库 –表达序列标签(ESTs) –序列标签位点(STS) –基因组测序序列(GSSs) –高通量基因组序列(HTGS)
• 其它核酸数据库
• HIV Database(HIV序列数据库)
/content/index
数学
计算机
生物信息学
生物
1.3 生物信息学目标任务
• 收集和管理生物分子数据 • 数据分析和挖掘 • 开发分析工具和实用软件
–生物分子序列比较工具 –基因识别工具 –生物分子结构预测工具 –基因表达数据分析工具
1.4 生物信息学研究内容
序列比对 (Sequence Alignment) 蛋白质结构预测 计算机辅助基因识别 非编码区分析和ＤＮＡ语言研究 分子进化和比较基因组学 序列重叠群装配 遗传密码的起源 基于结构的药物设计 基因表达谱分析 ,代谢网络分析 ,基因
生物信息学基础(10学时)
唐玉荣 tangyurong@
主要内容
1. 绪论
2学时
2. 分子数据库及NCBI序列检索
3. 双序列比对及BLAST比对工具 4学时
4. 多序列比对和分子系统发育
4学时
5. 核酸和蛋白质序列分析工具
主要参考书
1.基础生物信息学及应用，蒋彦等，清华大学 出版社
蛋白数据库
SWISS-PROT(蛋白序列数据库) /swissprot/
BioSino
网址： /
HKBIC
网址： .hk/
MBC
网址： .tw/index.php
TUBIC
网址： /
EMBL
NIH
DDBJ
• GenBank数据库
–基因组DNA数据库 –对应于表达基因的cDNA数据库 –表达序列标签(ESTs) –序列标签位点(STS) –基因组测序序列(GSSs) –高通量基因组序列(HTGS)
• 其它核酸数据库
• HIV Database(HIV序列数据库)
/content/index
数学
计算机
生物信息学
生物
1.3 生物信息学目标任务
• 收集和管理生物分子数据 • 数据分析和挖掘 • 开发分析工具和实用软件
–生物分子序列比较工具 –基因识别工具 –生物分子结构预测工具 –基因表达数据分析工具
1.4 生物信息学研究内容
序列比对 (Sequence Alignment) 蛋白质结构预测 计算机辅助基因识别 非编码区分析和ＤＮＡ语言研究 分子进化和比较基因组学 序列重叠群装配 遗传密码的起源 基于结构的药物设计 基因表达谱分析 ,代谢网络分析 ,基因
植物生理ppt课件
植物对盐碱环境的适应
植物对温度变化的适应
通过调节细胞膜流动性、增加热休克 蛋白合成等方式适应温度变化。
通过提高渗透压、积累有机酸、合成 抗盐蛋白等方式适应盐碱环境。
2023
PART 04
植物的光合作用与呼吸作 用
REPORTING
光合作用的过程与机理
总结词
光合作用是植物通过叶绿体将光能转化为化学能的过程，它分为光反应和暗反 应两个阶段。
增加细胞内糖分和脂肪含量
在寒冷条件下，一些植物会增加细胞内的糖分和脂肪含量 ，以提高细胞的抗冻能力。
调节膜脂组成
植物通过调节膜脂的组成来适应低温环境，如增加不饱和 脂肪酸含量、降低膜流动性等。
产生抗冻蛋白
一些植物在低温条件下会产生抗冻蛋白，这些蛋白能够与 冰晶结合，防止细胞内冰晶形成，从而保护细胞结构不受 破坏。
2023
PART 05
植物的生长与发育
REPORTING
植物生长的调控机制
激素调节
植物激素如生长素、赤霉素、细 胞分裂素等对植物生长具有重要 调节作用，影响细胞分裂、伸长
和分化。
营养物质
植物通过吸收土壤中的水分、矿物 质等营养物质，调节自身生长和发 育。
环境因素
光照、温度、湿度等环境因素通过 影响植物激素的合成与代谢，进而 调控植物生长。
植物生理学的重要性
植物生理学是农业、林业、园艺等学 科的基础，对于解决粮食、环境、资 源等问题具有重要意义，同时对于人 类健康和生态平衡也有重要影响。
植物生理学的研究内容和方法
研究内容
植物生长发育与调控、光合作用 与呼吸作用、水分和营养吸收与 运输、植物激素与信号转导等。
研究方法
实验研究、数学建模、计算机模 拟、同位素标记等。
植物对温度变化的适应
通过调节细胞膜流动性、增加热休克 蛋白合成等方式适应温度变化。
通过提高渗透压、积累有机酸、合成 抗盐蛋白等方式适应盐碱环境。
2023
PART 04
植物的光合作用与呼吸作 用
REPORTING
光合作用的过程与机理
总结词
光合作用是植物通过叶绿体将光能转化为化学能的过程，它分为光反应和暗反 应两个阶段。
增加细胞内糖分和脂肪含量
在寒冷条件下，一些植物会增加细胞内的糖分和脂肪含量 ，以提高细胞的抗冻能力。
调节膜脂组成
植物通过调节膜脂的组成来适应低温环境，如增加不饱和 脂肪酸含量、降低膜流动性等。
产生抗冻蛋白
一些植物在低温条件下会产生抗冻蛋白，这些蛋白能够与 冰晶结合，防止细胞内冰晶形成，从而保护细胞结构不受 破坏。
2023
PART 05
植物的生长与发育
REPORTING
植物生长的调控机制
激素调节
植物激素如生长素、赤霉素、细 胞分裂素等对植物生长具有重要 调节作用，影响细胞分裂、伸长
和分化。
营养物质
植物通过吸收土壤中的水分、矿物 质等营养物质，调节自身生长和发 育。
环境因素
光照、温度、湿度等环境因素通过 影响植物激素的合成与代谢，进而 调控植物生长。
植物生理学的重要性
植物生理学是农业、林业、园艺等学 科的基础，对于解决粮食、环境、资 源等问题具有重要意义，同时对于人 类健康和生态平衡也有重要影响。
植物生理学的研究内容和方法
研究内容
植物生长发育与调控、光合作用 与呼吸作用、水分和营养吸收与 运输、植物激素与信号转导等。
研究方法
实验研究、数学建模、计算机模 拟、同位素标记等。
植物营养与分子生物学PPT课件
(C) (D) WT plants grown in the presence of 200 mM NaCl.
(E) Transgenic plants in the presence of 200 mM NaCl.
2001, 19 :765-768 nature biotechnology44
Plant Ionomics
16
17
AMT1 family of NH4+ transporters
18
Model for the feedback regulation of the AtAMT1.1 gene by N metabolites.
19
20
P
A model for secondary Pi transport across the plasma membrane.
2525citrateacetatephosphatefephosphateatpadpcotransportcitrateacetatephosphatefeacetatefecitratefereductasefechannelcitratefecytosolsoil2626firsthighaffinitytransporterhkt1yeasttrk1trk2transportmutantcdnalibrary59kdacontain12membranespanningdomainsexpressionxenopusoocytesgaveriselargeinwardcurrents2727克隆到的编码k转运蛋白的植物基因基因物种定位kat1拟南芥保卫细胞和维管组织kst1马铃薯保卫细胞和花芽akt1拟南芥表皮和皮层根组织akt213拟南芥skt1马铃薯根叶的表皮组织skt2马铃薯skt3马铃薯kco1拟南芥花全株小苗叶skor拟南芥根星型细胞hkt1小麦根内皮层根维管结构atkup1拟南芥atkup2拟南芥hvhak1大麦2828反向转运子主要功能是维持细胞原生质膜保持较低的ca浓度
(E) Transgenic plants in the presence of 200 mM NaCl.
2001, 19 :765-768 nature biotechnology44
Plant Ionomics
16
17
AMT1 family of NH4+ transporters
18
Model for the feedback regulation of the AtAMT1.1 gene by N metabolites.
19
20
P
A model for secondary Pi transport across the plasma membrane.
2525citrateacetatephosphatefephosphateatpadpcotransportcitrateacetatephosphatefeacetatefecitratefereductasefechannelcitratefecytosolsoil2626firsthighaffinitytransporterhkt1yeasttrk1trk2transportmutantcdnalibrary59kdacontain12membranespanningdomainsexpressionxenopusoocytesgaveriselargeinwardcurrents2727克隆到的编码k转运蛋白的植物基因基因物种定位kat1拟南芥保卫细胞和维管组织kst1马铃薯保卫细胞和花芽akt1拟南芥表皮和皮层根组织akt213拟南芥skt1马铃薯根叶的表皮组织skt2马铃薯skt3马铃薯kco1拟南芥花全株小苗叶skor拟南芥根星型细胞hkt1小麦根内皮层根维管结构atkup1拟南芥atkup2拟南芥hvhak1大麦2828反向转运子主要功能是维持细胞原生质膜保持较低的ca浓度
模式植物-拟南芥
Reporters
Gal4 GUS GUS LexA-Gal4-GUS LexA(2×) Gal4(2×)
转录激活子检测： 对照组 GD + Gal4-GUS 检测组 GD-Gene + Gal4-GUS
转录抑制子检测： 对照组 GD + LD-VP16 + LexA-Gal4-GUS 检测组 GD-Gene + LD-VP16 + LexA-Gal4-GUS
JAZ JA bHLH GL3 EGL3 TT8
bHLH/MYB
JAZ
+
bHLH/MYB
？ Downstream Factors Trichome Initiation
MYB
MYB23 GL1
JA
SA
抑制
GA
(三) microRNA
microRNAs (miRNAs)是动植物体内普遍存在的一种长度为 20-22核苷酸的非编码RNA，它们主要参与转录后基因表达调 控。每个miRNA可以有多个靶基因，而几个miRNA也可以调 节同一个基因。
2. bHLH类转录因子：
GLABRA3 (GL3), ENHANCER OF GLABRA3 (EGL3)
3. 含WD40重复序列的转录因子：
TRANSPARENT TESTA GLABRA1 (TTG1)
4. C2H2类转录因子：
GLABROUS INFLORESCENCE STEMS (GIS) ,GIS2, Zinc Finger Protein 5 (ZFP5), ZFP6, ZFP8
三种生态型形态差异：
• 拟南芥的种植和培养
1. 温室生长 2. 无菌培养
• 拟南芥研究常用网站： 1. NCBI /
高等植物生理学植物的光形态建成PPT演示课件
➢ 红光(R)吸收型Pr: (最大吸收峰在红光区的660nm) ，Pr属 于生理钝化型，在黄化苗中仅存在Pr型，照射白光或红光后 Pr型转化Pfr型
➢ 远红光(FR)吸收型Pfr:(最大吸收峰在远红光区的730nm) ， 生理活化型。照射远红光后Pfr型转化为Pr型。
光敏色素的结构及
Pr与Pfr的转变
外光区域的光(320～500nm)。
3）UUVV--BA受：体3，20感～受4紫00外nm光，B区可域穿的过光大气层到达地面 UV-B：280～320nm，臭氧层变薄可使到达地面量增加
UV-C：280nm以下,被臭氧层吸收，不能到达地面
光敏色素的发现是植物光形态建 成发展的里程碑，自二十世纪50 年代末发现光敏色素以后，研究 迅速开展和深入，从分子水平阐 明其作用机理已有很大进展。
影响，以及对此的Biblioteka 理响应已引起人们的关注。而当用几小时的高光处理后，也表现出高幅照度反应(色素反应不可逆)，作用光谱在红光区和蓝光区两个高峰。
通常黄化苗中光敏色素含量比绿色组织中高出20～100倍
光还能以环境信息的形式作用于植物，调节植物的分化、生长和发育，使其更好地适应外界环境。
在细胞中光敏色素主要分布在膜系统上，如存在于质膜、线粒体、质体等膜上，在细胞质中也含有。
一 、光敏素
（一）光敏色素的发现、分布、性质及生理作用
1. 光敏色素的发现
等(1946-1960)研究莴苣种子在黑暗、 红光及远红光下萌发。设想植物中存 在一种在红光和远红光作用下能够可 逆转变的色素系统，并具有两种形式。
Butler等（1959）用 双波长分光光度计成功地检 测到黄化芜菁子叶和黄化玉 米幼苗体内吸收红光或远红 光而相互转化的一种色素， 并成功地分离出这种吸收红 光和远红光可逆转换的光受 体，它是一种色素蛋白， Borthwick等在1960年称之 谓光敏色素。红光吸收形式 为Pr(蓝绿色)；远红光吸收 形式为 Pfr(黄绿色)。
➢ 远红光(FR)吸收型Pfr:(最大吸收峰在远红光区的730nm) ， 生理活化型。照射远红光后Pfr型转化为Pr型。
光敏色素的结构及
Pr与Pfr的转变
外光区域的光(320～500nm)。
3）UUVV--BA受：体3，20感～受4紫00外nm光，B区可域穿的过光大气层到达地面 UV-B：280～320nm，臭氧层变薄可使到达地面量增加
UV-C：280nm以下,被臭氧层吸收，不能到达地面
光敏色素的发现是植物光形态建 成发展的里程碑，自二十世纪50 年代末发现光敏色素以后，研究 迅速开展和深入，从分子水平阐 明其作用机理已有很大进展。
影响，以及对此的Biblioteka 理响应已引起人们的关注。而当用几小时的高光处理后，也表现出高幅照度反应(色素反应不可逆)，作用光谱在红光区和蓝光区两个高峰。
通常黄化苗中光敏色素含量比绿色组织中高出20～100倍
光还能以环境信息的形式作用于植物，调节植物的分化、生长和发育，使其更好地适应外界环境。
在细胞中光敏色素主要分布在膜系统上，如存在于质膜、线粒体、质体等膜上，在细胞质中也含有。
一 、光敏素
（一）光敏色素的发现、分布、性质及生理作用
1. 光敏色素的发现
等(1946-1960)研究莴苣种子在黑暗、 红光及远红光下萌发。设想植物中存 在一种在红光和远红光作用下能够可 逆转变的色素系统，并具有两种形式。
Butler等（1959）用 双波长分光光度计成功地检 测到黄化芜菁子叶和黄化玉 米幼苗体内吸收红光或远红 光而相互转化的一种色素， 并成功地分离出这种吸收红 光和远红光可逆转换的光受 体，它是一种色素蛋白， Borthwick等在1960年称之 谓光敏色素。红光吸收形式 为Pr(蓝绿色)；远红光吸收 形式为 Pfr(黄绿色)。
拟南芥植物野生型的胚胎发育阶段示意图种子成熟生理一
40
5
2
粉，其含量随着种子发育 干
干
而迅速下降，同时种子重
重 30 1 （
重 （
量和脂肪含量开始增加， 因此，脂肪是由碳水化合
％
）
20 1
2
克 1
）
物转化而来的
10
3
4
10 17 22 29
40 45
开花后天数
油菜种子成熟过程中物质的变化 1、可溶性糖；2、淀粉；3、千粒重； 4、含氮物质；5、粗脂肪
萄糖和果糖等。
（二）酸味减少
➢ 果实的酸味出于有机酸的积累。这些有机酸主要贮存在 液泡中。有机酸可来自于碳代谢途径、三羧酸循环、氨 基酸的脱氨等。生果中含酸量高，随着果实的成熟，含 酸量下降。
➢ 维生素C含量的变化在不同的果实中亦不同。 ➢ 糖酸比是决定果实品质的一个重要因素。糖酸比越高，
一、种子休眠的原因和破除
（一）种子休眠原因：
1.种皮(果皮)的限制 2.种子未完成后熟 3.胚未成熟 4.抑制物的存在
(二)种子休眠的调控
生产上有时需要解除种子的休眠，有时则需要延长种子的休 眠。 1.种子休眠的解除 ➢机械破损 适用于有坚硬种皮的种子。可用沙子与种子摩擦 、划伤种皮或者去除种皮等方法来促进萌发。如紫云英种子 加沙和石子各1倍进行摇擦处理,能有效促使萌发。 ➢清水漂洗 西瓜、甜瓜、番茄、辣椒和茄子等种子外壳含有 萌发抑制物，播种前将种子浸泡在水中，反复漂洗，流水更 佳，让抑制物渗透出来，能够提高发芽率。
（五）植物激素
植株在衰老时，通常是：促进生长的植物激素如细胞分裂素、生长素、赤 霉素等含量减少，而诱导衰老和成熟的激素如脱落酸、乙烯等含量增加。
（六）细胞结构变化
植物生理学全课程讲义
植物生理学绪论一植物生理学的定义和内容研究植物生命活动规律和机理及其与环境相互关系的科学。
植物生命活动：从种子开始到形成种子的过程中所进行的一切生理活动。
植物生命活动形式：代谢过程、生长发育过程、植物对环境的反应植物生命活动的实质：物质转化、能量转化、信息转化、形态建成、类型变异1 物质转化体外无机物[H2O、CO2、矿质（根叶）]→体内有机物[蛋白质核酸脂肪、碳水化合物] →体外无机物[CO2 H2O]→植物再利用2 能量转化光能（光子）→电能（高能电子）→不稳定化学能（ATP，NADPH）→稳定化学能（有机物）→热能、渗透能、机械能、电能3 信息转化[1]物理信息：环境因子光、温、水、气[2]化学信息：内源激素、某些特异蛋白（钙调蛋白、光敏色素、膜结合酶）[3]遗传信息：核酸4 形态建成种子→营养体（根茎叶）→开花→结果→种子5 类型变异植物对复杂生态条件和特殊环境变化的综合反应植物生命活动的“三性”v植物的整体性v植物和环境的统一性v植物的变化发展性Ø植物生命活动的特殊性1 有无限生长的特性2 生活的自养性3 植物细胞的全能性和植株的再生能力强4 具有较强的抗性和适应性5 植物对无机物的固定能力强6植物具有发达的维管束植物生理学的内容1、植物细胞结构及功能生理﹕2、代谢生理：水分代谢、矿质营养、光合作用、呼吸作用等3、生长发育生理：种子萌发、营养生长生理、生殖生理、成熟衰老4、环境生理（抗性生理）以上的基本关系光合、呼吸作用→生长、分化水分、矿物质运输发育、成熟(功能代谢生理) (发育生理)↖↗环境因子（抗性生理）(温、光、水、气)二植物生理学的产生与发展（一）萌芽阶段（16以前世纪）*甲骨文：作物、水分与太阳的关系*战国时期：多粪肥田*西汉：施肥方式*西周：土壤分三等九级*齐民要术：植物对矿物质及水分的要求轮作法、“七九闷麦法”（1）科学植物生理学阶段1.科学植物生理学的开端（17~18世纪）1627年，荷兰 Van Helmont ，水与植物的关系1699年，英国Wood Ward，营养来自土壤和水18世纪，Hales,植物从大气获得营养1771年，英国Priestley发现植物绿色部分可放氧2年，瑞士 De Saussure，灰分与生长的关系2.植物生理学的奠基与成长阶段（19世纪）Ø1840年，德国Liebig建立矿质营养说。
植物分子生物学ppt课件
（1）基因工程技术：将异源基因在目标植物体内进行有效的表达。理论上讲， 可作为在超积累植物或具有高生物量的植物体中进行表达并对重金属污染土壤有 修复作用的目的基因主要是参与重金属吸收、转运、转化、隔离、络合及挥发等 过程的基因。
（2）接种菌根强化植物吸收技术：通过给植物接种菌根真菌来缓解重金属对植 物的影响,促进重金属污染土壤植物的栽培、生长，继而达到修复重金属污染土 壤的目的。
Meagher研究表明烟草能使毒性较大的 Hg2+转化为气态的单质汞。
.
8
（4）根际过滤：即通过耐性植物根系特性，改变根际环境使重金属的形态发生改 变，然后通过植物根系的吸收、积累和沉淀保持在根部，减少其在土壤中的移动性， 根系表面积越大效果越好。根际过滤适用于修复水体中的重金属污染，如一些水浮 莲、浮萍等都具有较强的吸附能力。
化学修复：向土壤中投入改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、 拮抗或沉淀作用，以降低重金属的生物有效性。
常用改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作 用的有机物质
.
4
植物修复
1983年，美国科学家 Chaney首次提出了植物修复 的理论，利用植物对重金属化 合物的吸收、富集和转化能力 把土壤、水体和大气中残存的 重金属污染物吸收、富集到植 物体内，然后收获植物，通过 焚烧等方法回收重金属，由此 减少进入土壤或者水体中重金 属的含量，实现环境修复的目 标。
2016年度博士研究生基础专业课课程考核
重金属污染植物修复研究进展
课程名称： 植物分子生物学 开课导师：xxxxxx 研究员
报告人： xxxxx
导师：xxxxx 研究员
.
1
1. 研究背景
重金属是一类重要的环境污染物, 当环境中重金属数量超过某一临界值时, 就会 对植物产生一定的毒害作用。目前土壤中重金属污染物主要有铜(Cu)、镉(Cd)、汞 (Hg)、铅(Pb)和铬(Cr)等。
植物生理学课件：第十三章 植物分子生物学模式植物拟南芥
美国学者Redei(1970)做了详细研究；
1980 年公布了拟南芥的详细遗传图谱；
1987年在美国密歇根洲立大学召开了专 门国际会议；
1990年确立了拟南芥的长期研究目 标。到2000年底完成基因组测序， 并强调要把其研究成果得到应用；
1996年成立的一个拟南芥基因组测 序的国际合作组开始工作。
周期8/16h or 12/12h
拟南芥的突变体类型
形态突变株 生物化学突变株 以生理和激素为特征的突变株
aba mutant
WUS mutant
图片来自：中科院植物研究所种康实验室的徐云远研究员
拟南芥的遗传转化方法
•真空渗入法 •速蘸法
拟南芥的准备
培养室内的拟南芥（Arabidopsis
2000年底公布了5条染色体的测序 结果和分析报告
拟南芥的生物学特性
植株个体小15-20cm，栽培方便，占地 面积小；
生育期短40天，种子小(0.2ug)，结实 多
自花受粉，人工授粉容易 整个植株由下面根 及莲座叶 、茎、茎生
叶和总状花序组成，花由4个花瓣呈十字 对称排列、花萼4片、花药6枚，2个心 皮。
thaliana gl1）苗长至抽薹1cm高时，剪去苔的尖端使次生花
序生长（勿剪去整个苔），剪时刀口应位于最高茎生叶的 上方（使腋生花序的茎位于茎生叶的基部），4天后植株有 侧枝并已经有一些花蕾，就可以进行农杆菌转化。
农杆菌的培养 分别接种含目的质粒的农杆菌GV3101于10mlYEB的 液体培养基（含125mg/l Rif, 100mg/l Kan）中预
制备kan抗性的MS选择平板，T0代种子消 毒后，用无菌水清洗3次后，将种子平铺在MS 选择培养基上（50ug/l Kan），4℃下春化3 天 后 ， 移 入 生 长 箱 中 （ 22℃ 恒 温 ， 光 强 为 130-140 umol.m-2s-1）,7天后挑选T1代阳 性植株。阳性植株特征：真叶健康成深绿色， 根伸长至培养基中，而非抗Kan植株叶发黄， 且苗小。将抗Kan的植株从选择培养基上挑出， 转移到正常MS培养基上，继续生长一周后移
1980 年公布了拟南芥的详细遗传图谱；
1987年在美国密歇根洲立大学召开了专 门国际会议；
1990年确立了拟南芥的长期研究目 标。到2000年底完成基因组测序， 并强调要把其研究成果得到应用；
1996年成立的一个拟南芥基因组测 序的国际合作组开始工作。
周期8/16h or 12/12h
拟南芥的突变体类型
形态突变株 生物化学突变株 以生理和激素为特征的突变株
aba mutant
WUS mutant
图片来自：中科院植物研究所种康实验室的徐云远研究员
拟南芥的遗传转化方法
•真空渗入法 •速蘸法
拟南芥的准备
培养室内的拟南芥（Arabidopsis
2000年底公布了5条染色体的测序 结果和分析报告
拟南芥的生物学特性
植株个体小15-20cm，栽培方便，占地 面积小；
生育期短40天，种子小(0.2ug)，结实 多
自花受粉，人工授粉容易 整个植株由下面根 及莲座叶 、茎、茎生
叶和总状花序组成，花由4个花瓣呈十字 对称排列、花萼4片、花药6枚，2个心 皮。
thaliana gl1）苗长至抽薹1cm高时，剪去苔的尖端使次生花
序生长（勿剪去整个苔），剪时刀口应位于最高茎生叶的 上方（使腋生花序的茎位于茎生叶的基部），4天后植株有 侧枝并已经有一些花蕾，就可以进行农杆菌转化。
农杆菌的培养 分别接种含目的质粒的农杆菌GV3101于10mlYEB的 液体培养基（含125mg/l Rif, 100mg/l Kan）中预
制备kan抗性的MS选择平板，T0代种子消 毒后，用无菌水清洗3次后，将种子平铺在MS 选择培养基上（50ug/l Kan），4℃下春化3 天 后 ， 移 入 生 长 箱 中 （ 22℃ 恒 温 ， 光 强 为 130-140 umol.m-2s-1）,7天后挑选T1代阳 性植株。阳性植株特征：真叶健康成深绿色， 根伸长至培养基中，而非抗Kan植株叶发黄， 且苗小。将抗Kan的植株从选择培养基上挑出， 转移到正常MS培养基上，继续生长一周后移
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国农大王学臣 老师实验室
拟南芥的遗传学特性
单倍体染色体少，只有5条，基因组小 125Mb
80%的基因为单拷贝，基因冗余少，便 于进行基因的功能分析。
容易获得单基因突变体。
拟南芥的突变体获得
物理方法：X-射线；快中子处理
化学方法：EMS（ethyl methane sulfonic acid ester，乙酰甲基磺酸酯) 诱变
第13章
植物生理学及分子生物学 研究的模式植物---拟南芥
Mutant
图片:中国农大王学臣 实验室苏钊博士提供
WT
植物生理学及分子生物学研究的模 式植物---拟南芥 Arabidopsis.thaliana)
1、拟南芥被选为模式植物的历史背景 2、拟南芥的生物学特性 3、拟南芥的遗传学特性 4、拟南芥的突变体获得 5、拟南芥的栽培 6、拟南芥的突变体类型 7、拟南芥的遗传转化方法WT N422
制备kan抗性的MS选择平板，T0代种子消 毒后，用无菌水清洗3次后，将种子平铺在MS 选择培养基上（50ug/l Kan），4℃下春化3 天 后 ， 移 入 生 长 箱 中 （ 22℃ 恒 温 ， 光 强 为 130-140 umol.m-2s-1）,7天后挑选T1代阳 性植株。阳性植株特征：真叶健康成深绿色， 根伸长至培养基中，而非抗Kan植株叶发黄， 且苗小。将抗Kan的植株从选择培养基上挑出， 转移到正常MS培养基上，继续生长一周后移
2000年底公布了5条染色体的测序 结果和分析报告
拟南芥的生物学特性
植株个体小15-20cm，栽培方便，占地 面积小；
生育期短40天，种子小(0.2ห้องสมุดไป่ตู้g)，结实 多
自花受粉，人工授粉容易 整个植株由下面根 及莲座叶 、茎、茎生
叶和总状花序组成，花由4个花瓣呈十字 对称排列、花萼4片、花药6枚，2个心 皮。
拟南芥被选为模式植物的历史背景
传统研究采用的多种植物模式存在的问 题
重复劳动、分散研究资源、个别研究中不具普遍性 的发现等。
理想的模式植物应有的特点
1、适合采用综合的遗传学和分子生物学工具对其
进行详细分析 2、在栽培条件下能有效传代 3、能方便的进行农杆菌介导的细胞转化
1943年欧洲学者Laibach选为模式遗传 有机体；
培养28℃，200rpm震荡过夜），转化前一天接种于200ml 含相
同抗生素的YEB培养基中扩大培养,5000g离 心15min 集菌，重悬于渗入缓冲液，使 OD600为0.8，200ml重悬菌液可重复使用3 次。
渗入缓冲液（Infiltration Medium ）的配制： 0.5×MS大量元素，0.5×MS微量元素， 0.5mg/l VB5，5% 蔗糖，0.044uM 6-BA, 0.03% Silwet l-77
生物方法：T-DNA 插入法
拟南芥的突变体获得
物理方法：X-射线；快中子处理 化学方法：EMS（ethyl methane
sulfonic acid ester) 诱变 生物方法：T-DNA 插入法
N422 突变体 陈惠种植
WT
N422
拟南芥的栽培
直播法 平板培养7天移栽法 溶液培养法 栽培条件：22ºC,100-120um/cm2 光
周期8/16h or 12/12h
拟南芥的突变体类型
形态突变株 生物化学突变株 以生理和激素为特征的突变株
aba mutant
WUS mutant
图片来自：中科院植物研究所种康实验室的徐云远研究员
拟南芥的遗传转化方法
•真空渗入法 •速蘸法
拟南芥的准备
培养室内的拟南芥（Arabidopsis
thaliana gl1）苗长至抽薹1cm高时，剪去苔的尖端使次生花
序生长（勿剪去整个苔），剪时刀口应位于最高茎生叶的 上方（使腋生花序的茎位于茎生叶的基部），4天后植株有 侧枝并已经有一些花蕾，就可以进行农杆菌转化。
农杆菌的培养 分别接种含目的质粒的农杆菌GV3101于10mlYEB的 液体培养基（含125mg/l Rif, 100mg/l Kan）中预
拟南芥的转化：将200ml菌液置于一容器 中，翻转种有拟南芥的花盆，使植株浸 入悬浮有待转农杆菌的渗入缓冲液中410min，取出花盆，侧躺于托盘中，盖上 塑料布，第二天取下塑料布，直立放置 花盆(Clough and Bent, 1998)。两周 后收获T0代种子。
拟南芥T1代阳性植株的Kan抗性筛选
入土壤中。
美国学者Redei(1970)做了详细研究；
1980 年公布了拟南芥的详细遗传图谱；
1987年在美国密歇根洲立大学召开了专 门国际会议；
1990年确立了拟南芥的长期研究目 标。到2000年底完成基因组测序， 并强调要把其研究成果得到应用；
1996年成立的一个拟南芥基因组测 序的国际合作组开始工作。