降雨量对‘云烟87’叶片基因表达影响的分析

降雨量作为植物生长过程中的水分补给条件,影响着植物的生长和发育。为了研究烟草在降雨量降低的逆境胁迫下的基因表达情况,本研究对室内模拟条件下和室外大田环境下的不同发育期的烟草叶片进行了转录组分析。根据初步的分析和通过趋势分析(STEM)研究发现,随着降雨量的减少,干旱胁迫的产生,烟草叶片内部的生命活动受到影响,与水分运输和物质转运相关的基因下调表达,信号转导的能力减弱,但是钙信号传导途径上调表达。同时发现一些与抗旱、离子运输以及次生代谢产物合成相关的基因上调表达。研究中还发现ABC转运体蛋白、CIPK基因、转录因子以及次生代谢相关基因,随着水分的减少,烟草植株的生命活动受到影响,但是研究为进一步选育抗旱品种提供了科学支持,从而能够深入了解降雨量与叶片基因调控的关联。     

拟南芥G蛋白α亚基GPA1互作蛋白铜离子结合蛋白AtBCB的鉴定及功能分析

拟南芥G蛋白复合体(异源三聚体包括α、β、γ亚基)参与植物多个信号转导途径,G蛋白复合体通过膜上的G蛋白偶联受体(GPCR)接受胞外信号后通过3个亚基将信号传递给下游效应器。目前,有关植物G蛋白复合体的效应器及其信号传递途径的报道较少,寻找新的G蛋白的效应器有助于阐明G蛋白复合体相关的信号传导途径。本研究以拟南芥G蛋白α亚基GPA1为诱饵蛋白,利用泛素分离系统筛选拟南芥cDNA文库,获得一个与GPA1互作的铜离子结合蛋白AtBCB。荧光双分子杂交(BiFC)试验证明,GPA1与AtBCB的互作发生在细胞膜上。基因表达特性分析结果显示,GPA1和AtBCB受金属铝胁迫的诱导表达。进一步以野生型拟南芥(WT)、GPA1拟南芥突变体gpa1-4和AtBCB拟南芥突变体bcb为材料,研究该基因对植物耐金属铝胁迫的功能,结果显示,在无胁迫情况下,2个突变体和WT根部的丙二醛含量无显著差异;在100 µmol L^–1 Al³⁺处理下,gpa1-4突变体根部丙二醛含量显著(P<0.05)低于WT低;bcb根部丙二醛含量极显著(P<0.01)高于WT。对3个铝胁迫响应基因(苹果酸转运体基因AtALMT1、半类型ABC转运蛋白基因ALS1和ABC转运蛋白基因ALS3)的表达进行Real-time PCR分析,比较它们在突变体和野生型之间的表达差异,发现在有铝和无铝处理情况下,ALS1和ALS3的表达水平在突变体和WT间均无显著差异;在铝处理下,gpa1-4中AtALMT1的表达量极显著高于WT;在bcb中的表达量显著低于WT。以上结果表明,植物通过细胞膜上的G蛋白α亚基GPA1和铜离子结合蛋白AtBCB的相互作用调控下游基因AtALMT1的表达,参与植物对铝胁迫的响应,其中GPA1对铝胁迫耐受起负向作用,AtBCB对铝胁迫耐受起正向作用。     

干旱胁迫下植物的信号转导及基因表达研究进展

干旱是影响植物生长的主要因素之一,研究植物在干旱胁迫下的反应机制具有重要的现实意义。ABA、H2O2和NO在植物响应干旱胁迫反应中可能作为信号分子的作用。在干旱胁迫下,植物由“渗透感受器”感受外界胁迫信号。通过第二信使及其下游蛋白激酶级联传导反应,调控了一系列基因的表达。根据干旱信号转导过程中胁迫相关基因的表达是否依赖ABA,存在依赖ABA和非依赖ABA两途径。综述了植物干旱胁迫信号的感知、传递及其诱导的基因表达调控等方面的研究进展,对植物抗旱性的分子机理进行了展望。     

茶树WRKY基因家族特征及生物胁迫相关成员的生信分析

WRKY作为重要的植物转录因子,参与植物发育、代谢以及对生物和非生物胁迫的响应。然而,目前对生物胁迫下茶树中大多数WRKY成员的作用仍知之甚少。本研究利用生物信息学方法分别在茶树中国种和阿萨姆种的基因组中确定77和61个WRKY成员。根据结构域序列,中国种CssWRKY和阿萨姆种CsaWRKY家族成员均分为三组,第一组各有14和12个成员,第二组各有49和45个成员,第三组分别是14和4个成员。对基因结构、基序和表达特征的分析表明,两个茶树种的WRKY成员在内含子分布和基序组成上有极大的相似性,且在不同生物胁迫下的表达特征均表现较大差别。进一步预测WRKY的互作蛋白和靶标基因,结果表明生物胁迫下WRKY的互作蛋白参与“植物型过敏反应”和“茉莉酸介导的信号途径调控”等生物过程,靶标基因是防御反应或特定代谢途径中的重要分子。这些结果将为研究茶树WRKY在生物胁迫适应中的功能提供线索。     

干旱胁迫对植物体内钙离子含量和分布的影响研究进展

Ca~(2+)是植物体内的第二信使,它广泛参与植物响应各种非生物和生物胁迫的信号传导,在植物生长发育过程中起着非常重要的作用。当植物受到干旱胁迫时,产生的胁迫信号会激活位于细胞质膜上的Ca~(2+)通道,在细胞质中产生特异性的Ca信号,传递到Ca信号的感受蛋白上,从而引起细胞内的一系列生理生化反应,最后对干旱胁迫做出响应。干旱胁迫下,植物体内Ca~(2+)的分布会发生改变,还会影响植物对Ca~(2+)的吸收。综述了Ca~(2+)在植物体内的含量、分布、功能及干旱胁迫对植物体内Ca~(2+)含量和分布的影响,以及Ca~(2+)变化的原因,为国内外研究Ca信号作参考,也为今后研究离子组学奠定基础。     

盐碱胁迫下植物生理和钙信号通路分子机制的研究进展

土壤的盐化和碱化往往伴随发生,在盐碱胁迫下,植物会遭受许多类型的非生物胁迫,严重影响植物的正常生长发育。本综述首先介绍了盐碱土的分类;其次从四个方面对植物在盐碱胁迫下体内产生相应生理机制进行详细介绍;接下来以植物在盐碱胁迫下产生的钙信号为重点进行阐述,包括植物首个非离子通道型盐胁迫下离子感受器GIPCs的发现、盐碱胁迫诱导的钙信号相关通道和转运蛋白、钙信号的感受与传递、以及其他与钙离子信号产生交叉的信号通路的研究进展。在碱胁迫中与钙信号的相关研究鲜有报道,本综述也介绍了此方面的最新研究。最后,对该研究领域目前需要解决的科学问题进行展望。     

玉米葡萄糖转运蛋白基因ZmGLUT-1表达特征分析及互作预测

葡萄糖转运蛋白（GLUT1）通过维持细胞膜两侧的葡萄糖浓度来维护细胞的稳定,在植物抗逆境方面起重要作用。从郑36自选系中克隆了1个GLUT1基因,暂时命名为ZmGLUT-1,该基因含有1 263bp的开放阅读框,编码420个氨基酸;对启动子顺式元件分析,发现该基因含有响应逆境胁迫、激素信号传导、光刺激应答等多种结合位点;蛋白序列分析表明,该蛋白属于疏水性蛋白,含有12个跨膜结构域,主要以α螺旋结构存在,亚细胞定位于质膜上;qRT-PCR结果表明该基因属于组成型表达基因,且在叶尖和胚中高表达,同时发现该基因受脱落酸（ABA）和PEG胁迫下调表达,而复水后表达虽有上升但无法达到正常水平;互作蛋白分析发现,或许ZmGLUT-1与互作蛋白构成调控网络,通过催化和跨膜转运糖类、脂质、激素等物质,来参与细胞代谢物的合成与降解,维护细胞的稳定性,以此来维护植物的生长发育。以上研究表明ZmGLUT-1基因与干旱胁迫和ABA诱导相关。     

盐胁迫下棉属野生种旱地棉（Gossypium aridum）差异表达基因的cDNA-AFLP分析

 以一个耐盐的二倍体野生种旱地棉和对盐敏感的陆地棉栽培种苏棉12号为材料,运用cDNA-AFLP技术,比较两个材料分别在盐胁迫前后的表达情况,获得了25个仅在旱地棉盐胁迫下特异表达的转录片段（TDF）。将这些片段进行电子克隆,延伸后的序列进行BLAST分析,结果显示23个转录片段推断的氨基酸序列与已知的蛋白同源,这些盐诱导表达的基因主要涉及离子转运、活性氧清除、细胞信号传导、细胞分裂、转录调节、膜保护、渗透调节等功能蛋白。从23个差异表达的转录片段中选择9个进行实时定量PCR（qRT-PCR）分析,结果表明这些基因在盐胁迫后表达显著增强,而且多数在12~24 h达到高峰。这些cDNA克隆是开展棉花耐盐性分子基础研究的重要资源。     

玉米ZmMGT0基因过表达载体的构建及拟南芥遗传转化研究

CorA/MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白在维持植物镁离子平衡中具有重要作用。为探讨一个表达受缺镁胁迫诱导的玉米MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白基因ZmMGT10在缺镁胁迫中的功能,构建了ZmMGT10的过表达载体并遗传转化拟南芥,获得了转基因拟南芥株系。同野生型拟南芥植株相比,过表达ZmMGT10增加了低镁胁迫生长下转基因植株的生物量、根长和叶绿素浓度。进一步研究表明,在低镁生长条件下,转基因植株的根和叶中积累的镁离子含量均明显高于野生型植株。此外,在低镁生长条件下,转基因植株根对镁离子的吸收能力明显强于野生型植株。结果表明,过表达ZmMGT10基因可以增强转基因拟南芥植株对低镁胁迫的抵抗。     

玉米水孔蛋白基因ZmPIP4c作为C4特征性基因的确定

水孔蛋白作为跨膜运输的一种通道蛋白,不仅可以对植物体内的水分进行运输,同时也对CO_2、H_2O_2等小分子进行运输,影响光合作用等生理代谢过程。尽管光合作用对植物的生长发育至关重要,C_3植物与C_4植物的光合作用机制却不尽相同,原因之一是C_3植物与C_4植物在叶片解剖结构上的差异,C_4植物拥有更膨大、更发达的维管束鞘细胞,有利于水分的储存。因此,我们对C_4模式植物玉米的水孔蛋白进行了一系列生物信息学分析,其中一个命名为ZmPIP4c的基因,该基因呈现叶片维管束鞘细胞特异性高表达,有利于水分通过该蛋白进入鞘细胞储存,并平衡叶肉细胞的水分供应。而且该基因从叶基部到叶尖的表达趋势不但与用来筛选C_4光合作用有关转录本的标志基因——NAD-苹果酸酶基因(NAD-ME)表达趋势一致,并与C_4循环其他关键基因磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)以及碳酸酐酶(CA)表达趋势一致,均为从叶基部到叶尖表达逐渐上调,表明ZmPIP4c基因参与C_4叶片的细胞特异性特征的构成,为C_4特征的组成部分。此外,ZmPIP4c基因与C_4光合作用关键基因PEPC、CA、NAD-ME在时间节律中的表达趋势一致,表明在光照情况下,该基因为束鞘细胞中所进行的C_4光合作用提供了充足的水环境,并避免束鞘细胞在黑暗条件下积累过多的水分,而造成水分和能量的浪费。另外,在盐胁迫下束鞘细胞特异性表达基因ZmPIP4c和叶肉细胞特异性表达的PEPC以及CA均呈现下调趋势。由于叶片束鞘细胞和叶肉细胞间存在水力传导信号,该水孔蛋白基因表达下调,可能改变了叶肉细胞内的水溶液环境,进而对PEPC和CA的表达产生影响。总之,对玉米水孔蛋白ZmPIP4c基因的研究,为我们深入研究C_4植物中尚未确定的C_4新特征提供了候选基因,并有助于我们深入了解细胞特异性水孔蛋白基因介入C_4循环过程的分子机制。     

茉莉酸诱导的拟南芥叶片蛋白质组分析

植物在长期进化过程中形成了自我防御机制,能够产生特异的抗性蛋白来应对各种生物因子的胁迫,其中茉莉酸信号途径是植物必需的防御机制。本研究对拟南芥施用茉莉酸处理和对照叶片蛋白质的差异表达变化,并试图通过蛋白质组学技术来检测茉莉酸诱导的蛋白质,通过蛋白质双向电泳发现有28个蛋白点发生了显著的变化,其中19个蛋白点上调表达,9个蛋白点下调表达。选择10个差异蛋白点进行了质谱鉴定,它们分别是苏氨酸蛋白激酶、热激蛋白、不依赖于维生素B12的蛋氨酸合酶、腺嘌呤琥珀酸合酶、碳酸酐酶等,这些蛋白质可能在拟南芥叶片应答茉莉酸反应的过程中起到重要作用,进一步进行差异蛋白的功能分析对揭示茉莉酸信号通路和植物防御机制的关系具有重要的作用。     

ERF转录因子对生物胁迫的反应及对棉花抗性改良的意义

大量研究表明植物中ERF(ethylene responsive factor)类转录因子广泛参与外界环境胁迫应答基因表达的调控.它编码的蛋白能够特异结合GCC-box元件,从而调控启动子含有GCC-box的病程相关蛋白基因的表达,在植物抗病反应中发挥重要的调控作用.棉花中ERF基因表达受生物和非生物胁迫诱导,并在乙烯、茉莉酸和水杨酸信号传导途径中发挥一定的作用.一些ERF基因在转基因植物中的超表达表现出了一定的广谱抗性,因而在棉花分子育种中具有较为广阔的应用前景.本文主要论述了棉花等植物中ERF的结构与功能特征,当前相关研究进展,及其对棉花抗病性分子遗传改良的意义.     

植物耐盐相关基因及其耐盐机制研究进展

植物的耐盐性是一个复杂的数量性状,涉及诸多基因和多种耐盐机制的协调作用。本文综述了近年来国内外在植物耐盐分子方面的研究成果与最新进展。Na /H 反向转运蛋白、K 转运体HAK和K 转运的调控基因AtHAL3a、高亲和性K 转运体HKT等通过调控植物体内离子跨膜转运,重建体内离子平衡来抵御盐渍伤害;Δ'-二氢吡咯-5-羧酸合成酶(P5CS)和Δ'-二氢吡咯-5-羧酸还原酶(P5CR)基因、胆碱单加氧酶(CMO)和甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因、1-磷酸甘露醇脱氢酶(mtlD)和6-磷酸山梨醇脱氢酶(gutD)基因以及海藻糖合成酶基因等通过合成渗透保护物质维持细胞的渗透势、清除体内活性氧和稳定蛋白质的高级结构来保护植物免受盐渍胁迫伤害;植物细胞中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶、抗坏血酸-谷光苷肽循环中的酶等在清除细胞内过多的活性氧方面起重要作用;水通道蛋白基因与晚期胚胎发生丰富蛋白(LEA蛋白)基因参与多种胁迫的应答,它们与保持细胞水分平衡相关;另外,与离子或渗透胁迫信号转导相关受体蛋白、顺式作用元件、转录因子、蛋白激酶及其它调控序列可以启动或关闭某些胁迫相关基因,使这些基因在不同的时间、空间协调表达,以维持植物正常的生长和发育。本文还在小结中从整体水平上阐述了植物感受盐渍胁迫和其应答的基本分子机理。为植物耐盐机理的进一步研究及培育耐盐植物奠定了理论基础。     

植物耐盐机理研究进展

高盐是限制农作物生长和生产最主要的非生物逆境之一。土壤中过多的盐离子对植物细胞造成渗透、离子和氧化胁迫。植物感知胁迫信号后,激活脱落酸、盐过敏感通路维持体内渗透平衡和离子稳态,运行抗氧化系统以应对过量的活性氧。本文通过信号转导、渗透保护剂及溶质的生物合成、离子稳态及区域化、抗氧化系统和植物激素调控等方面综述了植物盐胁迫反应的组成、途径及其调控机制的研究进展,有助于研究人员在逆境条件下培育高产优质的农作物。     

假禾谷镰孢侵染小麦后3种植物激素相关基因的差异表达分析

假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)是我国近年新发现的小麦病原真菌,本研究目的是揭示植物激素信号传导途径中相关基因表达对假禾谷镰孢侵染的响应。利用假禾谷镰孢野生菌株WZ2-8A侵染小麦品种周麦24,对接种后5 d和15 d样品进行转录组测序,分析差异表达基因,并对候选基因进行q RT-PCR验证。假禾谷镰孢侵染后,小麦幼苗生长受到明显抑制,根长、株高、根重和地上部分鲜重均显著降低。转录组分析结果表明,植物激素信号传导途径中有29个基因差异表达,涉及到生长素、细胞分裂素和脱落酸3种植物激素。在接种后5 d有11个差异表达基因,其中2个上调,9个下调;在接种后15 d共有25个差异表达基因,其中8个上调,17个下调。在生长素信号传导途径中,生长素输入载体AUX1差异表达,影响生长素的极性运输,从而影响小麦根部的细胞伸长。在细胞分裂素信号传导途径中,起正调控作用的B-ARR上调表达,推测其促进细胞分裂素的信号传导,从而抑制细胞分裂,与生长素协同作用,造成小麦的长势减弱。在脱落酸途径中,脱落酸受体PYR/PYL下调表达;起到负调控作用的PP2C相关基因均上调表达。脱落酸使植物对真菌和细菌的抗性起到负调控作用,其信号传导途径与茉莉酸/乙烯途径相互拮抗,脱落酸信号传导途径的阻遏可能会使茉莉酸/乙烯途径信号通路打开。q RT-PCR结果基本能够和转录组测序结果相拟合,说明在假禾谷镰孢侵染胁迫下,脱落酸的信号传导被抑制可能是中抗品种周麦24对假禾谷镰孢产生一定的抗性的生理基础。     

马铃薯PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

作为关键信号分子,脱落酸(ABA)通过其核心信号通路PYLs-PP2Cs-SnRK2s广泛调控植物的生长发育和逆境响应过程,PYLs蛋白作为ABA信号传导的核心组件,在ABA信号传导中发挥着不可替代的作用。为探究PYLs (PYR/PYL/RCARs)基因在马铃薯中的进化以及表达模式,本研究从马铃薯全基因组‘DM-v 6.1’共鉴定到17个StPYLs基因,并对其分布、蛋白理化性质、系统进化、基因结构特征以及基因表达模式进行了分析。结果表明,17个StPYLs基因不均匀分布在8条染色体上,其氨基酸大小在163～231aa之间,等电点在4.5～8.6之间,相对分子量在18.71～25.29 kD之间。根据基因结构和蛋白的系统发育特征, StPYL家族成员共分为3个亚组, motif 1存在于本家族所有基因中,说明它在StPYLs的进化过程中较为保守。基因表达模式分析表明,StPYL家族成员具有明显的组织表达特异性,且除StPYL1在外源激素(BAP、ABA和IAA)和非生物胁迫(高温、盐和干旱)下均上调表达外,其余基因存在功能分化,不同胁迫下的表达模式各异。本研究结果为进一步阐明StPY...     

水稻Dof基因家族的组织表达谱及胁迫诱导表达特征分析

基因的表达与调控是一个复杂的分子网络,受许多转录因子的时空表达调节。Dof蛋白是一类植物特有的转录因子,在多种植物特有生物学过程中起着关键的调控作用。水稻全基因组中发现含30个Dof基因,但对其绝大部分基因的功能尚缺少了解。本研究对30个水稻Dof基因及启动子区进行生物信息学分析,发现OsDof基因上游1.5kb启动子区含有大量的光反应、组织器官表达、植物激素反应及逆境反应等重要的顺式作用元件。进一步通过荧光定量RT-PCR技术分析,结果表明了大部分OsDof基因呈多器官较低丰度表达,少部分为器官优势或高丰度表达。另外,与未胁迫处理的水稻幼苗相比较,28个OsDof基因的表达受光、ABA、NaCl或PEG等胁迫处理的调节,其中27个OsDof基因可以对2种或2种以上的胁迫条件产生响应,表明这些成员可能在生理水平上参与不同胁迫相关信号途径之间的交互作用。     

马铃薯StSnRK2.4基因的序列分析及其在非生物胁迫下的表达分析

SnRK2是植物特有的一种丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶,在ABA信号转导和植物抵御逆境中起着重要作用.为探究马铃薯SnRK2在非生物胁迫下的调控作用,本研究以'青薯9号'为试验材料,克隆得到一个SnRK2家族基因StSnRK2.4,利用PlantCARE、ExPASy、 Cell-PLoc 2.0等软件对其进行序列分析,并通过RT-qPCR技术分析该基因在低温胁迫(4℃)、干旱胁迫(10％ PEG-8000)以及NaC1胁迫(NaC1浓度为300 mmol/L)下的表达模式.结果 表明:StSnRK2.4基因的开放阅读框(ORF)为1083 bp,编码360个氨基酸.StSnRK2.4蛋白的相对分子质量为41.49103 kD,理论等电点(pI)为5.52,脂肪系数为80.69,为不稳定亲水蛋白;亚细胞主要定位于细胞核;与AMP活化蛋白激酶-γ调节亚基、非特异性蛋白-BZIP转录因子、蛋白酪氨酸及PP2C ABI2同源物等互作,可能参与植物MAPK信号通路和植物激素信号转导;与野生番茄、番茄亲缘关系最近.RT-qPCR分析表明,StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫(4℃)、干旱胁迫(10％ PEG-8000)以及NaC1胁迫(NaC1浓度为300 mmol/L)下均极显著上调,说明该基因受低温、干旱和盐胁迫诱导.StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫、干旱胁迫和NaCl胁迫0、3、6h以及在干旱胁迫和NaC1胁迫0、1、2d均呈上调-下调模式;StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫0、1、2d呈上调-上调模式,研究认为StSnRK2.4基因可能参与非生物胁迫及相关信号分子应答.     

稻瘟病菌NAD(H)激酶Mopos5互作蛋白的筛选

为了探索Mopos5可能参与的信号网络,了解其作用的分子机制,利用酵母双杂交系统筛选了稻瘟病菌cDNA文库,获得了6个与Mopos5互作的蛋白;结合生物信息学预测分析和相关文献报道,发现这些候选互作蛋白很可能参与调控了细胞骨架建成、细胞运动、细胞分裂、细胞老化与死亡、线粒体功能维持、胁迫防御反应、物质与能量代谢和信号传导等多种多样的生物学进程。进一步分析这些互作蛋白的生物学功能及与Mopos5的互作机制,对于了解Mopos5可能参与的信号网络及其调控稻瘟病菌在寄主组织内定殖和扩展的分子机制具有重要的意义。