野生二粒小麦根中干旱响应蛋白的分离与鉴定

为了解野生二粒小麦响应干旱胁迫的调控机制,分析了干旱胁迫下小麦根的相对含水量、丙二醛、脯氨酸和过氧化氢含量,采用双向电泳(2-DE)结合MALDI-TOF-TOF-MS方法分离和鉴定了野生二粒小麦根中干旱响应蛋白的变化。结果表明,随着干旱处理时间的延长,野生二粒小麦根的相对含水量下降,脯氨酸含量先上升后降低,过氧化氢含量和丙二醛含量上升;复水后的野生二粒小麦根的相对含水量、脯氨酸含量有所升高,但未达到对照的水平。通过对干旱处理6d后根系的总蛋白进行双向电泳分离和MALDI-TOFTOF生物质谱鉴定,成功鉴定出26个差异表达蛋白,13个上调表达,13个下调表达。26个差异表达蛋白的功能主要涉及信号传导、氧化解毒、碳代谢、能量代谢、蛋白质生物合成及细胞骨架稳定。推测野生二粒小麦为适应干旱胁迫,通过根部感应胁迫信号,并传导至细胞内,影响小麦根中蛋白质的生物合成、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、细胞骨架形成;通过抗氧化酶系统和抗氧化物质的作用,将过多活性氧加以清除;通过增加胞内脯氨酸含量,降低根中水分损失。     

小麦籽粒清蛋白和球蛋白表达对干旱胁迫的响应

为了解干旱胁迫对小麦籽粒灌浆期蛋白表达的影响,以强筋优质小麦品种藁城8901为材料,采用双向电泳以及质谱鉴定分析了干旱胁迫和正常生长条件下成熟籽粒清蛋白和球蛋白表达谱的差异。结果表明,与正常生长条件相比,干旱胁迫后,小麦籽粒出现130个差异蛋白质点。通过MALDI TOF-TOF质谱鉴定和数据库搜索,最终成功鉴定出57个差异蛋白,其中上调表达29个,下调表达19个,特异表达7个,沉默表达2个;涉及ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、α-淀粉酶抑制剂、过氧化还原酶、β-淀粉酶、二硫键异构酶、丝氨酸蛋白酶抑制剂、超氧化物歧化酶等13种蛋白质,其中代谢类10个,能量类2个,蛋白质加工和储藏6个,病害防御相关17个,转录1个,功能未知和假定蛋白21个。说明干旱胁迫影响小麦籽粒灌浆期的多个代谢途径,进而影响小麦产量和品质。     

干旱胁迫诱导下玉米幼苗线粒体活性的迟滞作用

呼吸作用是主要在线粒体内进行的代谢之重要内容。曾观察到,在严重干旱条件下小麦的糖酵解比例下降。此时以戊糖磷酸途径为主,并发现这与缺磷有关(Gordon等,1970)。Lawlor等(1977)曾报导,在水分胁迫条件     

低温-干旱交叉胁迫对东农冬麦1号地下茎蛋白表达的影响

为给寒地冬小麦抗逆性的分子育种提供依据,采用蛋白质双向电泳及质谱技术,对不同低温-干旱交叉胁迫下抗寒品种东农冬麦1号地下茎的蛋白质表达进行了比较分析。结果表明,在pH 4~7范围内,在东农冬麦1号地下茎蛋白表达图谱中发现25个蛋白点在低温-干旱交叉作用下的表达量与单独低温胁迫下有明显差异,其中9个蛋白点在干旱-低温交叉作用下表达量上调,16个下调。对差异蛋白点进行质谱分析,并通过数据库检索进行蛋白质鉴定,得到完整的肽指纹图谱,其中逆境诱导蛋白占26%,代谢相关蛋白占38%。     

低温胁迫下小麦幼穗中差异表达蛋白质的鉴定

为探究低温胁迫下小麦幼穗中胁迫响应差异表达蛋白,采用IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳及质谱技术,以低温敏感品种SW601和低温不敏感品种陇麦157为材料,对常温生长、0℃低温胁迫12h和72h的幼穗全蛋白进行了分析。结果表明,在pH 4~7时,SW601和陇麦157各处理幼穗蛋白图谱中均可重复检测到800~900个有效蛋白质点;低温胁迫12h、72h后,SW601和陇麦157中上调表达的蛋白点分别有120个和101个,下调表达的蛋白点分别有92个和60个。对2种胁迫处理下均差异表达且Ratio2的54个蛋白点进行质谱分析,成功鉴定出43个差异蛋白。经数据库搜索匹配和蛋白质鉴定,这43个差异蛋白分别属于胁迫应激/防御相关蛋白、光合作用蛋白、蛋白代谢相关蛋白、碳水化合物代谢相关蛋白、信号传导相关蛋白、能量产生和运输相关蛋白和未知功能蛋白等7类蛋白。其中,抗坏血酸过氧化物酶、Cu/Zn超氧化物歧化酶和胚胎后期发育富集(LEA)同源蛋白14-A等蛋白的表达量在低温不敏感材料陇麦157中变化显著,而在低温敏感材料SW601中没有表达,这可能与小麦幼穗在低温逆境下的代谢调控和低温敏感特性有一定关系。     

玉米ZmSAMS1基因在盐、干旱等逆境胁迫下的表达分析

采用Northern杂交对玉米S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因ZmSAMS1在玉米幼苗期根、茎、叶中的表达及盐胁迫下外施不同甲基供体试剂处理下的表达进行分析。结果表明,ZmSAMS1在根、茎中均有表达,叶中信号较弱;盐胁迫外施甜菜碱、氯化胆碱、叶酸条件下该基因表达量不同,推测ZmSAMS1可能参与盐胁迫下玉米根茎木质化和栓质化过程。荧光实时定量PCR分析表明,ZmSAMS1在干旱和高温胁迫下表达量上调幅度较大,在盐、低温和ABA胁迫下表达量上调或下调幅度较小,揭示ZmSAMS1可能参与干旱、高温等逆境胁迫应答。     

基于iTRAQ技术的干旱胁迫下玉米苗期蛋白质组学研究

采用同位素标记相对定量(iTRAQ)技术,对干旱胁迫条件下苗期玉米的蛋白质组学变化进行分析。结果表明,共检测到玉米幼苗中的207个蛋白在干旱胁迫后发生了显著的丰度变化。根据蛋白注释情况可将这些蛋白归入信号传导、渗透调节、蛋白合成与折叠、ROS清除、膜运输、转录相关、细胞结构与细胞周期、脂肪酸代谢、碳水化合物与能量代谢、光合作用与光呼吸等代谢途径。干旱胁迫后,涉及光反应和呼气作用的差异蛋白多表现为丰度上升;涉及碳水化合物及蛋白质合成差异蛋白多表现为丰度下降;与渗透调节相关的脱水蛋白、脯氨酸代谢和渗透胁迫相关的蛋白酶则显示为丰度上升。干旱胁迫还能导致植物体内活性氧大量产生,活性氧清除相关的酶类也会发生明显的丰度上升。根据研究结果推测,玉米苗期主要通过降低植株生长速率、减少水分散失、清除自由基等多种方式维持其在干旱胁迫条件下的生长发育过程。     

PEG 6000胁迫对小麦三叶期蛋白表达的影响

为了探索干旱胁迫下小麦蛋白质表达的变化,选取旱地品种烟D27、 陕优225和水地品种新麦18、小偃22、1031为材料,在小麦三叶期,用18%和35%两种浓度的聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫,处理待试小麦24 h后,用TCA丙酮法提取叶片全蛋白,通过SDSPAGE电泳分析小麦在干旱胁迫后的蛋白质带谱,并运用高效液相色谱质谱联用技术鉴定了新麦18的35.0 kD干旱敏感蛋白条带。结果表明,PEG6000胁迫后分子量28.0 kD蛋白在水地品种中消失,在旱地品种中正常表达或诱导表达。此外,干旱胁迫使抗旱品种烟D27诱导产生33.0和23.0 kD干旱应答蛋白条带,导致抗旱性弱的水地品种新麦18的35.0 kD蛋白条带消失。对新麦18的 35.0 kD蛋白条带进行液相色谱分离结合质谱分析后发现其含有17种与基本生命活动有关的蛋白,这些蛋白与小麦对干旱胁迫的适应性代谢调节有关。     

PEG-6000干旱胁迫对小麦三叶期蛋白表达的影响

为了探索小麦在正常情况和干旱胁迫下的蛋白质表达变化,选取旱地品种烟D27、 陕优225和水地品种新麦18、小偃22、10-31为材料,在小麦三叶期,用18%和35%两种浓度的聚乙二醇(PEG-6000)干旱胁迫,处理待试小麦24 h后,收获处理的叶片。TCA丙酮法提取叶片全蛋白,通过SDS-PAGE分析小麦在干旱胁迫后蛋白质的表达变化。并运用高效液相色谱－质谱联用技术鉴定了新麦18的35.0kD水分敏感诱导蛋白条带。结果表明,PEG-6000胁迫后分子量28.0 kD蛋白在水地品种中消失,在抗旱品种中正常表达或诱导表达。此外,抗旱品种烟D27诱导出33.0kD和23.0 kD干旱应答蛋白条带;水地品种新麦18的35.0kD蛋白条带消失。对新麦18的 35.0kD蛋白条带进行液相色谱分离结合质谱分析后发现其含有17种与基本生命活动有关的蛋白,这些蛋白与小麦对干旱胁迫的适应性代谢调节有关。     

小麦L699叶片受白粉菌胁迫后蛋白质的差异表达

为从蛋白组学角度认识小麦抗白粉病机制,以含有抗白粉病新基因Pm40的小麦品系L699为材料,采用蛋白质双向电泳和质谱技术(MALDI-TOF-MS)检测小麦叶片接种白粉菌24h后的差异蛋白。结果表明,经PDQuest软件分析,接种白粉菌后小麦叶片中有18个蛋白质斑点表达量上调,38个蛋白质斑点表达量下调。对表达量上调的蛋白质斑点进行质谱分析和数据库检索,共鉴定出15种蛋白质,其中13种参与防御反应、碳水化合物代谢和蛋白质周转。这些差异蛋白与抗病途径、植株生理过程密切相关,在小麦抗白粉病过程中起很重要的作用。     

小麦TaWRKY2基因组分析及在进化和育种材料中的检测

小麦WRKY转录因子在抗旱抗逆等方面有重要作用。为小麦抗旱抗逆分子模块组装育种提供参考,本研究在已有小麦TaWRKY2基因cDNA序列（GenBank登录号：EU665425）的基础上,从小麦品种晋麦79号中克隆获得TaWRKY2基因全长序列,并对TaWRKY2的基因结构、基因组信息进行研究,同时检测其在部分小麦亲缘种、黄淮麦区水旱地代表品种、本课题组选育的高代品系及部分水旱地杂交组合F₁代中的分布。结果表明,克隆所得到的TaWRKY2基因全长DNA序列包含4个外显子和3个内含子,其中,3个内含子长度变化范围为111~172 bp;外显子和内含子的交接处序列符合GT-AG原则;与乌拉尔图小麦（Triticum urartu,AA）和粗山羊草（Aegilops tauschii,DD）中的片段序列同源性分别为93%和99%,与中国春小麦（AABBDD）1AS、1BS和1DS染色体的片段序列同源性分别为93%、88%和99%。除野生一粒小麦外,在小麦进化祖先种、黄淮海水旱地推广的代表品种、课题组选育的高代品系及F₁代共78份材料中,都能够检测出该基因的普遍存在,说明该基因可应用于小麦抗旱抗逆分子设计育种中。     

青稞法尼基转移酶β亚基编码基因HbERA1的克隆及表达分析

ERA1(Enhanced response to ABA)基因编码法尼基转移酶(Farnesyl transferase)β亚基,该酶在干旱胁迫下对ABA信号负向调控因子的修饰起着关键作用。本研究以青稞(Hordeum vulgare subsp.vulgare)抗旱品种喜马拉雅10号为材料,利用RT-PCR技术克隆获得了ERA1基因全长cDNA序列,命名为HbERA1(登录号:KJ699392)。生物信息学分析表明,该基因全长1 401bp,可编码466个氨基酸序列,蛋白分子量为51.14kD,等电点为5.00。Prosite Scan分析结果表明,HbERA1含有多个干旱胁迫响应蛋白的作用位点,如酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点、N-糖基化位点、蛋白激酶C磷酸化位点及N-豆蔻酰化位点。利用实时定量PCR方法研究了HbERA1在干旱胁迫条件下及复水后不同时间点的表达情况,发现在水分过剩处理下(土壤绝对含水量15.5%),HbERA1在土壤绝对含水量为33.4%时表达量最高,并随着土壤绝对含水量的下降而下调表达;进行干旱胁迫后(15.5%)基因表达量也明显下调表达;复水后表达逐渐恢复,复水8h时超过正常表达水平,表明HbERA1基因可能参与调控水涝和干旱胁迫双重信号传导。     

小麦品种东农冬麦2号根中TaEXPA7部分同源基因的克隆及表达特性分析

膨胀素(expansin)是植物生长发育过程中诱导细胞壁松弛和伸展的蛋白,包括EXPA、EXPB、EXLA、EXLB四个基因家族,对植物根系的形成及快速发育具有重要作用。本试验以寒地冬小麦品种东农冬麦2号两叶一心期的根为材料,克隆了TaEXPA7基因的3个CDS全长,其氨基酸序列同源性较高,仅信号肽处有两个氨基酸不同,其核酸序列长度均为777bp,编码258个氨基酸,分别命名为TaEXPA7-A、TaEXPA7-B、TaEXPA7-D,且分别定位于2AL、2BL、2DL染色体。蛋白均含有DPBB-1和Pollen-allerg-1两个保守结构域,分子量为27 670.74Da,等电点为8.09,均为疏水性蛋白;与节节麦、二穗短柄草的相似性分别为99%和92%。采用两叶一心期的根进行qRT-PCR分析发现,TaEXPA7-A/B/D三个基因在根尖中的表达量均较高,伸长区和成熟区次之;对冬小麦根进行低温、干旱和激素处理后,这三个基因均下调表达,并且TaEXPA7-B基因的相对表达量较高,TaEXPA7-D的相对表达量较低。由此可见,多倍体小麦不同染色体上的基因在应对不同环境胁迫时,表达以及应答模式存在差异,并且在不同的环境胁迫下,发挥主导作用的染色体也存在差异;此外,该基因在根中的表达可能与低温、干旱以及外源激素的胁迫有一定的关系,可能是促进根系生长的重要基因。     

欧山羊草6Ub染色体附加对小麦萌发期抗旱性的改良作用

为探究欧山羊草U~b染色体附加对普通小麦抗旱性的遗传改良作用,选取2个普通小麦-欧山羊草异附加系(Ae9041和Ae9061,均附加了一对6U~b染色体)和3个普通小麦品种为材料,以聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫,研究了不同小麦材料干旱胁迫后种子发芽势、发芽率、胚芽鞘长度、种子根数、胚根长度、幼苗高度以及贮藏物质利用率等抗旱相关指标的变化。结果表明,干旱胁迫抑制了各供试材料的种子萌发,且胁迫程度越大,抑制越明显。在相同浓度PEG6000处理下,两个异附加系的种子发芽势、发芽率和贮藏物质利用率的表现较为一致,且差异不显著。与耐旱品种晋麦47和节水品种石4185相比,Ae9041和Ae9061的幼苗胚芽鞘长、种子发芽率和贮藏物质利用率在干旱胁迫下均较高。在30%PEG6000胁迫下,Ae9041和Ae9061的种子发芽势、发芽率、幼苗胚芽鞘长、胚根长、幼苗高度均显著高于亲本中国春。由此可见,普通小麦-欧山羊草异附加系种子在干旱胁迫下能迅速吸水并整齐萌发,以发达的根系和较长的胚芽鞘促进幼苗地上部生长,并将胚乳营养快速转运至幼苗中,从而促进其较快地进行形态建成,也说明欧山羊草U~b染色体的附加能够改良小麦萌发期的抗旱性。     

转小麦 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D基因拟南芥植株的主要抗旱性研究

核氧还蛋白（nucleoredoxin,NRX）可通过还原目标蛋白的二硫键来调控其生物活性,在植物的生长发育和抗逆境胁迫中发挥着重要作用。蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）、h型硫氧还蛋白（h-type thioredoxin,TRXh）和蛋白磷酸酶2A催化亚基（protein phosphatase 2A catalytic subunit,PP2Ac）是小麦核氧还蛋白TaNRX1的互作蛋白。为了明确TaNRX1互作蛋白的抗旱性功能,本研究在拟南芥中过表达了小麦 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D基因,对野生型和转基因拟南芥的表型和抗旱相关生理指标进行了鉴定。结果表明,干旱胁迫处理后,转 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D基因拟南芥的根长、存活率、脯氨酸含量均大于野生型,离体叶片失水率、丙二醛（MAD）含量均小于野生型。二氨基联苯胺（diaminobenzidine,DAB）对H₂O₂组织定位染色结果表明,干旱胁迫处理后,转 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D基因拟南芥的H₂O₂含量均低于野生型。上述结果说明,TaNRX1的互作蛋白基因 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D增强了拟南芥对于干旱胁迫的抵抗能力。本研究可为小麦抗旱育种提供候选基因和理论基础。     

白菜型冬油菜响应干旱胁迫差异蛋白质组学和ＨＳＣ７０－１基因克隆及表达分析

为探索白菜型冬油菜抗旱机理,本研究采用双向电泳结合液相色谱-质谱技术分析抗旱冬油菜品系DR-5差异蛋白质组变化,克隆其差异蛋白热激同源蛋白70（heat shock cognate protein 70）基因HSC70-1,研究干旱胁迫对白菜型冬油菜该基因表达的影响。质谱鉴定出23个差异蛋白质,分别参与刺激响应（5）、糖/能量代谢（6）、脂代谢（2）、信号转导（1）、氨基酸/蛋白质代谢（2）、核酸代谢（1）、细胞骨架（1）、光合作用（2）、伴侣蛋白（3）。同源克隆得到1 911bp的HSC70-1基因完整开放阅读框,编码637个氨基酸残基。所编码的蛋白HSC70是稳定的疏水性蛋白质,含有HSP蛋白家族特有的核酸结合功能区及底物结合功能区,有4个活性口袋,氨基酸序列与白菜型油菜（Brassica rapa）HSC70氨基酸序列相似度达98%。实时荧光定量和半定量分析HSC70-1基因干旱胁迫下表达,发现HSC70-1在叶片中上调表达。本研究结果为冬油菜抗旱育种提供了理论基础。     

小麦木瓜类半胱氨酸蛋白酶基因TaRD21的克隆及赤霉病菌诱导下的表达分析

木瓜类半胱氨酸蛋白酶（PLCPs）作为一类重要的蛋白水解酶,在植物生长发育以及胁迫应答过程中都发挥着重要作用。本研究从抗、感赤霉病小麦品种差异表达基因谱中获得1个注释为RD21 Cysteine proteases的EST（表达序列标签）,以此序列检索小麦最新基因组数据库并设计引物,从小麦中克隆到3个基因,分别命名为TaRD21-2A、TaRD21-2B和TaRD21-2D,属于PLCPs RD21家族。序列分析表明,3个基因的开放阅读框长度分别为1 410、1 428和1 419 bp,分别编码469、475和472个氨基酸。序列比对发现,3个基因的序列相似性为89.3％,所编码蛋白的氨基酸序列相似性为95.6％。系统进化分析表明,TaRD21-2A、TaRD21-2B和TaRD21-2D蛋白的同源性较高,且与乌拉尔图小麦TuRD21A蛋白聚为一类。qRT-PCR分析表明,3个TaRD21基因均受水杨酸(SA)、乙烯利(ETH)以及赤霉病菌诱导表达;感病品种中,TaRD21-2A对SA和赤霉病菌的响应更迅速,且表达量较高;抗病品种中,TaRD21-2B和TaRD21-2D基因对ETH的响应更迅速。     

小麦 TaGF14m基因的克隆及其盐胁迫响应分析

14-3-3蛋白家族在真核生物中广泛存在且高度保守,可结合多种靶蛋白参与植物代谢、发育以及胁迫响应等多种生理过程和信号途径。 TaGF14m基因是14-3-3基因家族成员之一。本研究以中国春为材料,对其进行了克隆和分析,并通过在拟南芥中过表达,分析该基因在盐胁迫下的功能。结果表明, TaGF14m基因含有5个外显子和4个内含子,开放阅读框为789 bp,编码262个氨基酸;小麦幼苗叶片中 TaGF14m基因在盐胁迫下上调表达;与野生型拟南芥相比,过表达 TaGF14m的转基因拟南芥在盐胁迫下生长受到明显抑制,根长也显著变短;SOS途径相关基因表达分析显示, TaGF14m基因可能通过SOS途径负调控盐胁迫耐受性。     

小麦TaPYL8基因的克隆与抗旱功能分析

脱落酸(ABA)信号通路在植物对干旱胁迫的响应中扮演着至关重要的角色;作为ABA受体,PYL家族蛋白在ABA信号转导中发挥核心作用。小麦TaPYL8是PYL家族的成员。为了明确TaPYL8是否参与小麦干旱胁迫响应,本研究分析了TaPYL8的表达模式,创建过表达TaPYL8拟南芥,并探讨了干旱对拟南芥生理生化及胁迫相关基因表达的影响。结果表明,TaPYL8表达量在干旱胁迫、外源ABA及PEG6000处理后上调。干旱胁迫下,过表达TaPYL8增强了拟南芥的存活率,降低了叶片失水率和MDA含量,提高了SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性及AtSOD、AtP5CS1、AtABF3等胁迫相关基因的表达量。推测TaPYL8通过促进胁迫相关基因表达增强植物抗旱能力。