谷子转录因子基因SiNAC45在拟南芥中对低钾及ABA的响应

NAC(nascent polypeptide-associated complex)转录因子在植物生长发育和非生物胁迫响应等过程中发挥重要的调控作用,目前,关于NAC转录因子参与耐低钾胁迫的研究报道很少。本研究在前期工作对低钾胁迫的转录组测序基础上,对筛选出的一个低钾胁迫下表达量上调的NAC类转录因子基因SiNAC45进行了深入研究。结果表明,SiNAC45基因全长1383 bp,编码461个氨基酸,分子量为50.7 k D,等电点为6.92。SiNAC45在20~100个氨基酸之间有一段NAM保守结构域。系统进化树结果显示,SiNAC45位于NAC基因家族的第1亚族。基因表达谱分析显示,SiNAC45主要在谷子根部表达,并且能够被低钾和ABA诱导表达。亚细胞定位结果显示SiNAC45定位于细胞核。基因功能分析结果显示,在不同浓度低钾处理下,和野生型拟南芥相比,SiNAC45转基因拟南芥的根长和植株鲜重显著增加,说明过表达SiNAC45可以提高转基因植物对低钾胁迫的抗性。下游基因表达分析结果显示,在SiNAC45转基因植物中两种重要的钾离子转运体基因AKT1和HAK1的表达显著提高,证明SiNAC45通过调控植物钾离子转运体基因的表达影响植物对低钾胁迫的耐性。种子萌发试验结果显示,SiNAC45转基因拟南芥与野生型拟南芥相比对ABA的敏感性降低,说明SiNAC45可能负调ABA信号。     

小麦TaWRKY44基因的克隆、表达分析及功能鉴定

WRKY是植物特有的转录因子基因, 在植物对外界胁迫响应及生长发育的过程中发挥重要作用。本研究克隆了一个新的小麦WRKY转录因子基因TaWRKY44, 获得其全长cDNA, 其中开放阅读框长度为897 bp, 编码298个氨基酸。半定量RT-PCR的结果表明, TaWRKY44在叶片中表达水平较高, 并且受干旱和低温胁迫诱导表达。转基因功能分析结果表明, TaWRKY44的拟南芥超表达株系叶片变小, 叶柄缩短, 并且叶片细胞也明显小于野生型。另外, 转基因系对ABA、干旱和盐等胁迫处理的敏感性也高于野生型, 说明该基因可能作为一个转录抑制子参与逆境胁迫信号转导过程。     

香蕉MaASR1基因通过ABA途径提高拟南芥抗旱性的作用机制

香蕉MaASR1基因在植物响应逆境胁迫时发挥着重要作用,为了进一步研究MaASR1基因转入拟南芥后增强其抗旱性的分子机制,运用DNA芯片技术来筛选野生型的拟南芥和转MaASR1基因的拟南芥在不做任何处理和干旱胁迫处理条件下的差异基因。对基因芯片中与ABA途径相关的上调和下调大于2倍的差异基因进行了荧光定量PCR的验证,实验结果发现在以上两种处理条件下,转MaASR1基因的拟南芥体内ABA的生物合成量比野生型拟南芥低,而ABA的降解量却升高。当受到干旱胁迫时,转基因拟南芥体内ABI5和ABF1基因的表达量会得到提高,而ABI5基因可以赋予转基因拟南芥株系耐旱性和抗旱性的功能是因为LEA类的蛋白被其调控表达和提高了ABA诱导基因的表达水平。ABF1基因发挥其提高转基因株系抗旱性的功能则可以通过参与ABA信号途径以及与其它的ABI类基因共同作用来实现。除此之外转基因拟南芥株系抗旱性的提高,与CBL/CIPK复合物参与的胁迫应答途径无关。以上结果为解析MaASR1基因作为转录因子通过ABA途径提高植物抗旱能力的分子机制奠定基础。     

茶树CsbZIP4转录因子正调控拟南芥对盐胁迫响应

bZIP转录因子是真核生物中一类多功能蛋白家族,参与种子成熟、光信号调节、胁迫响应等多种生物学过程,拟南芥中根据序列相似性和保守域主要分为10个亚家族(A-I和S)。本文以茶树的C亚家族转录因子CsbZIP4为研究对象,调查非生物胁迫下的表达模式,及转化拟南芥后CsbZIP4过表达对耐盐性的影响。结果显示,在4℃低温、外源ABA、盐和干旱胁迫处理后,CsbZIP4的表达在茶树叶片中呈上调模式,特别是在盐和干旱胁迫下其表达分别上调2.9倍和2.2倍;而在根中,低温、盐和干旱胁迫均能显著抑制CsbZIP4的表达,其中盐胁迫能将其表达抑制2倍;荧光显微镜下观察CsbZIP4-GFP融合蛋白,将CsbZIP4定位于细胞核中;CsbZIP4的过表达能够降低转基因株系种子萌发时对外源ABA、盐胁迫的敏感性,在300mmolL~(-1)NaCl盐胁迫下,转化拟南芥植株过表达CsbZIP4增强抗性,其叶片的SPAD值较高,同时过表达株系中盐胁迫响应基因AtSOS1的表达显著增强。根据CsbZIP4正调控拟南芥的盐胁迫响应,推断CsbZIP4与茶树抵御盐胁迫密切相关。     

大豆转录因子基因GmNF-YCa可提高转基因拟南芥渗透胁迫的耐性

植物的核因子Y(NF-Y)是由3个亚基A、B和C组成,在响应非生物胁迫过程中起着重要的作用。本研究以大豆铁丰8号为材料,建立大豆c DNA文库,以p GBKT7-Gm Di19-5为诱饵,通过酵母双杂交技术筛选大豆c DNA文库,获得了大豆NF-Y转录因子家族亚基C的一个成员,命名为GmNF-YCa。该基因全长为864 bp,编码287个氨基酸,属于NF-YC亚家族。GmNF-YCa分子量为31.6 k D,等电点为5.07亲水性蛋白,具有一个跨膜结构域,无信号肽。序列分析表明,NF-YC亚家族具有很高的保守性。GmNF-YCa基因启动子含有ARE、Box4、GATA-motif、Box I、ACE、ABRE和CAT-Box等胁迫和光响应元件。组织特异性分析表明,GmNF-YCa基因在种子萌发期表达量最高。实时定量结果表明,GmNF-YCa受蔗糖和甘露醇的诱导上调表达。使用农杆菌介导法,将大豆GmNF-YCa基因导入拟南芥,并进行了功能分析。发芽率试验分析表明,GmNF-YCa的转基因提高了转基因拟南芥萌发期对渗透胁迫的耐性;改良了在蔗糖和甘露醇处理下转基因拟南芥的根系生长和侧根发育。     

转GmAREB基因提高拟南芥的干旱、氧化胁迫耐性

以耐盐性较强的大豆(Glycine max L.)品种铁丰8号为试验材料,克隆到1个A亚族bZIP类转录因子基因,命名为GmAREB (Glycine max ABA responsive element binding protein)。该基因由1 317个核苷酸组成,编码439个氨基酸残基,包括4个保守的磷酸化位点区域(C1、C2、C3和C4)、1个核定位信号区(KVVE)和1个bZIP转录因子保守域。聚类分析显示GmAREB蛋白与拟南芥ABF2、水稻OsTRAB1具有较高的同源性,并存在较近的亲缘关系。采用凝胶阻滞实验方法证明GmAREB蛋白与ABRE顺式元件具有体外结合特异性。功能分析结果表明, 在干旱胁迫条件下, GmAREB转基因拟南芥的存活率(50%)显著高于野生型(5%);气孔统计分析显示转基因植株的气孔开度(0.8 μm)明显比对照开度小(2.6 μm)。氧化胁迫结果显示GmAREB转基因拟南芥在甲基紫精溶液中叶绿素含量比野生型高(7.3 mg g^–1 FW)。转基因拟南芥RT-PCR分析表明,GmAREB基因过表达能够增强下游胁迫相关基因ABI1、ABI2的表达,抑制气孔开闭相关基因KAT1、KAT2的表达。综上所述,GmAREB基因过表达有效调控了转基因拟南芥下游靶基因表达,加速了气孔关闭,减少了水分蒸发和叶绿素降解,从而提高了转基因拟南芥对干旱、氧化胁迫耐性。     

沙打旺DEAD-box RNA解螺旋酶基因的克隆与功能分析

植物体内解螺旋酶对干旱、低温、高盐等非生物胁迫会产生应答。然而,很多具体的机制并不清楚。研究利用RACE实验方法从豆科牧草沙打旺(Astragalus adsurgens)中分离到一个DEAD-box解螺旋酶基因AH1,它与豌豆解螺旋酶基因PDH45及苜蓿解螺旋酶基因MH1具有高度同源性。外源基因洋葱(Allium cepa)表皮细胞瞬时表达实验证明AH1蛋白定位在细胞核内。Real-time PCR实验证明AH1基因表达对干旱及盐胁迫具有明显响应,对低温不敏感。Northern杂交试验表明AH1转基因拟南芥体内DREB转录因子基因At DREB 2A表达升高,生理实验表明AH1转基因拟南芥可溶糖等渗透调节物质含量显著累积且对干旱及盐胁迫耐受力增加。     

红麻非生物逆境胁迫响应基因HCWRKY71表达分析及转化拟南芥

WRKY转录因子在植物响应非生物逆境胁迫过程中具有重要的调控作用。本研究根据红麻转录组unigene序列(CL3883.Contig4),设计引物进行PCR扩增,经sanger测序获得全长为957 bp的HcWRKY71基因cDNA序列。该基因开放读码框为957 bp,编码1个含有318个氨基酸的蛋白,具有1个WRKY功能保守结构域,属于II类WRKY转录因子。在盐胁迫下,HcWRKY71基因表达量随NaCl溶液浓度升高而增加;在干旱胁迫下,HcWRKY71基因表达量随干旱胁迫时间的增加呈现先下降再上升然后再下降的趋势;在重金属镉胁迫下,HcWRKY71基因表达量随CdCl2溶液浓度的增加而降低。表明该基因表达受盐、干旱和重金属镉胁迫的诱导。利用农杆菌介导花序浸染法将该基因转化拟南芥发现,HcWRKY71基因提高了转基因拟南芥幼苗的耐盐性,这为进一步研究HcWRKY71基因的耐逆机制奠定了坚实的基础。     

玉米小分子热激蛋白ZmHSP17.7基因的克隆与功能分析

植物热激蛋白是一类代表性高温响应蛋白。以玉米种质POB21为材料,克隆了一个CDS序列长度为477 bp的小分子热激蛋白基因。该基因编码的蛋白含158个氨基酸,具有HSP20蛋白典型的ACD结构域,预测的等电点为5.36,分子量为17.746 k D,被命名为Zm HSP17.7。在水稻、拟南芥等植物基因组中都有其同源基因,进化和亚细胞定位分析表明,此基因属CI类小分子热激蛋白家族成员。Northern杂交分析表明,高温快速诱导Zm HSP17.7基因表达,15%PEG模拟干旱胁迫不诱导该基因表达,但在复合胁迫下干旱增强了高温的诱导效果。外源ABA也不影响该基因的表达。与野生型拟南芥相比,超表达Zm HSP17.7的转基因拟南芥在种子萌发和植株生长过程中表现出更强的高温和干旱耐受性,说明该基因可以在植物防御高温、干旱及复合胁迫中发挥一定作用。     

过表达ZmCIPKHT基因增强植物耐热性

高温胁迫对植物正常生长发育及产量的影响越来越显著。为了适应外界环境的变化,植物进化出了一系列应对高温胁迫的分子遗传机制。类钙调磷酸酶B蛋白(CBL)互作蛋白激酶(CIPK),在ABA信号转导途径上积极参与植物对高温胁迫的响应。在前期全基因组关联分析的基础上,本实验克隆了一个与玉米耐高温性状相关的候选基因ZmCIPKHT, qRT-PCR结果表明ZmCIPKHT基因受高温胁迫的显著诱导。室内表型鉴定的实验发现过表达ZmCIPKHT的转基因拟南芥植株在高温胁迫下,比野生型的存活率显著提高,生长状态更好。玉米原生质体瞬时转化实验证明ZmCIPKHT蛋白定位于细胞核中。酵母双杂交实验验证了ZmCIPKHT蛋白与玉米CBLs家族中的ZmCBL4蛋白存在互作关系。同时, ZmCIPKHT转基因拟南芥在高温胁迫条件下,脱落酸(ABA)通路相关基因的表达水平有其相应的变化,揭示了ZmCIPKHT可能依赖于ABA信号转导通路来增强植物的耐热性。这些结果为解析玉米CBL-CIPK信号通路依赖于ABA途径对植物非生物胁迫响应的分子机制提供了新的实验根据。     

种子沙引发对转基因抗虫棉耐盐性的影响

 以转基因抗虫棉花品种中棉所41和浙905为材料,以其遗传背景品种中棉所23为对照,研究了种子沙引发处理对转基因抗虫棉品种在0%、1.0%和1.5% NaCl浓度下的萌发率、出土率和幼苗生长特性的影响。结果表明,沙引发处理对转基因抗虫棉品种在盐胁迫下的种子萌发和幼苗生长具有明显的效果,但对于非转基因棉品种的效果不明显。幼苗子叶、茎秆和根的超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量测定结果表明,沙引发处理使棉花幼苗的子叶和根部维持了较高的SOD与POD活性,但显著减少幼苗体内MDA的积累,说明沙引发有助于促进棉花在逆境下幼苗生长发育和抗逆性的提高。     

Improved salt tolerance and seed cotton yield in cotton (<Emphasis Type="Italic">Gossypium hirsutum</Emphasis> L.) by transformation with <Emphasis Type="Italic">betA</Emphasis> gene for glycinebetaine synthesis

Homozygous transgenic cotton (Gossypium hirsutum L.) plants that accumulated glycinebetaine (GB) in larger quantities were more tolerant to salt than wild-type (WT) plants. Four transgenic lines, namely 1, 3, 4, and 5, accumulated significantly higher levels of GB than WT plants did both before and after salt stress. At 175 and 275 mM NaCl, seeds of all the transgenic lines germinated earlier and recorded a higher final germination percentage, and the seedlings grew better, than those of the WT. Under salt stress, all the lines showed some characteristic features of salt tolerance, such as higher leaf relative water content (RWC), higher photosynthesis, better osmotic adjustment (OA), lower percentage of ion leakage, and lower peroxidation of the lipid membrane. Levels of endogenous GB in the transgenic plants were positively correlated with RWC and OA. The results indicate that GB in transgenic cotton plants not only maintains the integrity of cell membranes but also alleviates osmotic stress caused by high salinity. Lastly, the seed cotton yield of transgenic lines 4 and 5 was significantly higher than that of WT plants in saline soil. This research indicates that betA gene has the potential to improve crop’s salt tolerance in areas where salinity is limiting factors for agricultural productivity.     

油菜转录因子BnZFP基因的分离及其功能初步分析

为克隆油菜ZFP类转录因子基因,初步阐明其功能。采用RT-PCR的方法克隆基因和体内检测;花沾法转化拟南芥,Northern blotting检测转基因后的表达。从甘蓝型油菜中分离了一个新的ZFP类转录因子,它编码377个氨基酸,与拟南芥AtZFP基因(At2g29660)的碱基序列相似性最高,为76.2%,命名为BnZFP。该基因在父本、母本和F1代不同发育时期中均能较稳定的表达;该基因转化拟南芥,对获得的转BnZFP基因拟南芥进行了Northern Blotting分析,表明该基因在拟南芥中得到过表达;与野生型拟南芥相比较,过表达BnZFP的转基因拟南芥在萌发、营养生长及生殖生长过程中没有表现出明显的表型变化,该基因的功能有待进一步研究。     

蛋白激发子Hrip1基因在拟南芥中表达可提高植株的耐盐耐旱能力

Hrip1是从极细链格孢(Alternaria tenuissima)代谢物中分离的一种蛋白激发子。将蛋白激发子基因Hrip1转化到拟南芥,对5个T₁代转基因拟南芥株系进行分子检测, 证明Hrip1基因能够在拟南芥中转录和表达。转基因植株对盐和干旱胁迫的抗性显著增强, 75 mmol L⁻¹ NaCl和50 mmol L⁻¹甘露醇渗透胁迫2 d, 转基因植株种子平均相对发芽率为32.1%和77.9%, 分别比野生型的增加3.72倍和5.61倍; 150 mmol L⁻¹ NaCl和50 mmol L⁻¹甘露醇处理拟南芥幼苗7 d后, 转基因植株平均相对根长为81.79%和93.25%, 分别是野生型的1.53倍和1.34倍。3周龄的转基因植株在250 mmol L⁻¹ NaCl条件下胁迫20 d, 平均存活率为67%, 显著高于野生型(42%)(P<0.05); 干旱胁迫25 d后, 复水5 d转基因植株平均存活率为72%, 而野生型仅为44%。检测结果显示转基因植株叶片的抗氧化酶活性明显高于野生型, 用200 mmol L⁻¹ NaCl和200 mmol L⁻¹甘露醇处理24 h后, POD活性分别比野生型植株提高1.56倍和1.85倍, CAT活性分别比野生型植株提高1.64和1.86倍。说明蛋白激发子Hrip1基因在拟南芥中的表达能够改善和提高植株的耐盐抗旱能力。     

水稻质膜H+-ATPase基因对拟南芥遗传转化及其抗盐性分析

RT-PCR扩增得水稻质膜H -ATPase全长cDNA(PM-H -ATPase),构建了植物表达载体获得质粒pBI121-PM-H -ATPase,农杆菌介导、真空渗入法转化PM-H -ATPase基因入拟南芥,得35株T1代卡那抗性植株.抗性植株PCR分析表明,抗性植株整合了目的基因.Northern杂交分析进一步表明T3代转基因拟南芥表达了目的基因.抗盐(NaHCO3和NaC1)性分析表明:转基因植株的耐盐能力明显高于野生型;盐碱胁迫下转基因植株开花优先于野生型植株.     

棉属野生种旱地棉苏氨酸醛缩酶基因GarTHA的克隆及功能验证

盐胁迫是影响作物生长和发育的重要因素之一。一些棉属野生种具有较好的耐盐性, 是开展棉花耐盐性机制研究以及改良陆地棉耐盐性的重要资源。本研究基于cDNA-AFLP技术分离获得的旱地棉(Gossypium aridum)盐胁迫下差异表达片段序列信息, 经电子克隆技术和RT-PCR方法克隆了旱地棉苏氨酸醛缩酶基因cDNA全长, 命名为GarTHA (GenBank登录号为KC167360)。该cDNA全长为1 018 bp, 包含一个822 bp的完整ORF, 编码273个氨基酸残基, 蛋白质分子量为82.57 kD, 等电点为4.89。GarTHA基因与杨树PtTHA基因同源性最高, 为84.6%。为进一步验证其功能, 利用拟南芥逆境胁迫启动子rd29A构建植物表达载体, 将GarTHA基因的完整ORF转入拟南芥中, 获得转基因植株并进行了耐盐性鉴定。结果表明, 在盐胁迫下转基因拟南芥种子的发芽率明显高于野生型, 且转基因植株的根长显著高于野生型。说明GarTHA基因可能参与植物的盐胁迫反应, 从而提高植物抗逆性。     

转PvP5CS1基因拟南芥植株对干旱和盐胁迫的反应

为探索普通菜豆脯氨酸合成酶基因P5CS1在植物渗透胁迫中的作用,本研究应用农杆菌介导法,将PvP5CS1基因转入拟南芥,获得6株阳性转基因株系;通过检测转基因植株与野生型植株在干旱和盐胁迫下种子发芽率,幼苗脯氨酸含量、株系电导率、相对根长和成株死亡率,分析了PvP5CS1基因的表达对改善拟南芥抗渗透胁迫的效应。结果表明,在150 mmol L^-1 NaCl和150 mmol L^-1甘露醇渗透胁迫下,转基因植株平均相对发芽率分别是野生型的1.6倍和1.62倍;150、250 mmol L^-1甘露醇和150 mmol L^-1 NaCl处理下,转基因拟南芥植株平均脯氨酸含量分别是野生型的2.68、1.30和1.30倍;平均相对电导率分别是野生型植株的85%、77%和85%;平均相对根长分别是野生型植株的1.2、1.3和1.2倍;300 mmol L^-1 NaCl处理下,转基因植株的平均死亡率为42%,显著低于野生型(90%)(P<0.05);干旱胁迫下,转基因植株的平均死亡率为56%,显著低于野生型(70%)(P<0.05),说明PvP5CS1基因在拟南芥中的表达明显改善了转基因植株的抗旱性和耐盐性。     

盐胁迫对苜蓿种子发芽性状的影响及其耐盐性评价

为了阐明盐胁迫条件下紫花苜蓿种子的发芽性状表现和种子萌发期耐盐性能强弱,同时为改良盐碱化土壤提供更加耐盐碱的植物品种,提高盐碱化土地资源利用率,本试验以5个苜蓿(Medicago sativa)品种为材料,采用不同浓度NaCl处理(0、0.4%、0.8%、1.2%),研究了不同盐浓度对苜蓿种子发芽率、发芽势、苗高、根长的影响。结果表明,盐胁迫对苜蓿种子发芽性状均有较大影响,随着NaCl浓度的提高,苜蓿种子发芽率和发芽势降低,苗长和根长明显缩短,而且,高质量浓度盐胁迫对苜蓿种子发芽性状的影响尤为显著。不同苜蓿品种在不同盐浓度间的差异显著;品种间各指标的表现不尽相同,发芽势与发芽率指标在品种间的差异显著,苗高和幼根长指标在品种间的差异不显著。综合单项指标耐盐系数和品种综合耐盐指数来看,5个苜蓿品种的耐盐性能强弱顺序为‘Magnum salt’>‘中苜1号’>‘维多利亚’>‘巨人201T’>‘皇冠’。