2个不同耐旱性甘薯品种的苗期根系蛋白组差异分析

为从蛋白水平明确不同耐旱性甘薯品种苗期根系对干旱的应答机制,促进甘薯耐旱相关基因发掘,以耐旱性强的济薯21(JS)和耐旱性弱的济紫薯1(JZ)为材料,采用PEG-6000模拟田间梯度干旱胁迫过程,进行苗期根系蛋白的双向电泳和质谱分析。结果表明,基于60个不同耐旱性甘薯苗期根系的差异蛋白点分析,共鉴定出32个蛋白,其中有明确生理功能的有12个。在JZ中,下调表达的有3个肌动蛋白,上调表达的有2个60S核糖体蛋白,受体类蛋白激酶和真核翻译起始因子各1个;在JS中,下调表达的有1个类甜蛋白,上调表达的有2个过氧化物酶蛋白、1个磷酸果糖激酶家族蛋白和1个赤霉素调控蛋白。基因本体(GO)分析发现,干旱对甘薯苗期根系细胞质中糖和能量代谢过程影响较大,耐旱性强的品种苗期根系在抗氧化防御、能量代谢和信号转导方面占据优势。综上,不同耐旱性甘薯苗期根系在蛋白组学水平上响应干旱的生理调控途径存在明显差异,本研究结果为甘薯耐旱性品种选育提供了理论依据。     

不同耐旱性甘薯柴根和块根的差异蛋白组分析

为从蛋白水平揭示不同耐旱性甘薯柴根和块根的差异,明确甘薯根系分化和耐旱性生理机制,以耐旱性强的济薯21(JS21)和耐旱性弱的济紫薯1(JZS1)为试验材料,在旱棚内人工控水模拟田间干旱,采用iTRAQ技术开展不同耐旱性甘薯柴根和块根的全蛋白组差异蛋白分析。结果表明,共鉴定到甘薯根系差异蛋白2 003个,其中可信蛋白1 716个、动态表达蛋白819个。GO分析表明,干旱胁迫条件下,与柴根相比,JS21和JZS1块根差异蛋白分别集中于细胞质内碳水化合物合成、能量代谢等生物过程;与JZS1块根相比,JS21块根差异蛋白分子功能主要涉及过氧化物酶活性、氧化还原酶活性等。KEGG分析表明,木质素代谢在甘薯根系分化和响应干旱胁迫的过程中起到重要的调控作用。从淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷代谢途径富集的差异蛋白分析中探明,正常条件下,JS21主要通过ADPGase积累淀粉,JZS1不仅通过ADPGase还通过UDPGase积累淀粉;干旱胁迫条件下,JS21块根中淀粉的合成仍大于分解,而JZS1块根中蔗糖的分解大于合成。正常条件下,2个品种柴根中均含有丰富的抗氧化酶;但干旱诱导JS21块根产生过氧化物酶,导致JZS1块根中木质素合成关键酶上调表达。蔗糖合酶是干旱胁迫条件下耐旱性弱的JZS1根系中能量代谢重要蛋白。综上,干旱胁迫条件下,耐旱性强的JS21可通过柴根中已有的和块根中诱导产生的过氧化物酶协同抵御干旱胁迫,而耐旱性弱的JZS1则通过蔗糖合酶维持能量代谢,其块根木质化程度加剧。本研究为甘薯耐旱性品种生理鉴定和耐旱基因发掘提供了一定的理论依据。     

氮肥缓解苗期干旱对小麦根系形态建成及生理特性的影响

为揭示氮肥缓解苗期干旱对小麦根系生长的影响,以高产高蛋白品种Spitfire(S)和抗旱品种Drysdale(D)为材料,采用沙培方式研究了不同氮素处理(180和22.5 kg·hm^-2)和水分处理(干旱和正常浇水)对苗期小麦根系形态建成和生理生长的影响。结果表明,苗期干旱下增施氮肥减小了2个品种小麦根系总根长、根系表面积、总根体积、根尖数和分枝数,显著增加了根系直径和根系活力,S品种根系干重减小7.0%,而D品种根系干重增加12.0%。施高氮还降低了干旱下2个品种小麦根系可溶性糖含量,并提高了游离氨基酸含量,且耐旱性品种D变化幅度较大,2个品种根系可溶性蛋白含量的变化均不明显。此外,增施氮肥能促进根系对氮素的吸收,提高根系硝酸还原酶(NR)活性和含氮量。综上,在苗期干旱下增施氮肥能够促进小麦根系生长,提高根系活力和NR活性,以增强根系对氮素的吸收同化能力,促进氮代谢水平,从而提高小麦的抗旱性,但不同耐旱品种对干旱下增施氮肥的响应程度存在差异。本研究结果为通过增施氮肥有效缓解干旱进而提高小麦产量提供了理论依据。     

小麦苗期抗旱类型研究

为探索小麦苗期对水分胁迫的适应性,利用反复干旱法研究了942份小麦材料的苗期抗旱类型。结果表明,小麦苗期抗旱性存在显著差异,3次反复干旱后,小麦品种间成活率变异系数为4.6%～43.51%。根据品种反复干旱后成活率,供试品种对水分胁迫响应划分为抗旱型、耐旱型和敏感型。苗期抗旱性强的小麦品种具有较少种子根、较多次生根和较强分蘖量。小麦苗期抗旱性与后期抗旱性缺乏一致性,与品种的千粒重和冬春性无明显关系。     

紫苏叶片响应镉胁迫的蛋白质差异表达分析

为阐明紫苏[Perilla frutescens(L.)Britt.]响应镉胁迫的分子机制,应用营养液加镉法,采用蛋白质组学技术分析了紫苏叶片响应镉胁迫3周的蛋白质表达差异。结果表明,镉胁迫下紫苏叶片有25个蛋白发生差异表达,其中20个蛋白质得到LC-MS/MS鉴定:光合作用相关蛋白3个,能量代谢相关蛋白11个,胁迫相关蛋白1个,蛋白质代谢相关蛋白2个,基因表达相关蛋白1个,结构蛋白1个,生物合成与解毒相关蛋白1个。在浓度为2.0 mg·kg-1、5.0 mg·kg-1、10.0mg·kg-1镉胁迫下,紫苏叶片中ATP合成酶、丝氨酸羧肽酶、植物细胞色素P450均上调表达,Rubisco大亚基、核糖体蛋白S3和肌动蛋白表达均下调。光合系统Ⅱ稳定/装配因子HCF136及胁迫反应蛋白乙酰辅酶A硫酯酶在低浓度镉(2 mg·kg-1)处理下表达上调,在高浓度镉(5 mg·kg-1,10 mg·kg-1)处理下表达下调;磷酸核酮糖激酶/尿苷激酶家族蛋白在2 mg·kg-1和5 mg·kg-1镉处理时表达上调,10 mg·kg-1镉处理时不变;逆转录转座子蛋白在10 mg·kg-1镉处理时表达下调。可见,紫苏叶片通过增强能量代谢、降低光合作用、改变蛋白代谢与基因表达和提高解毒能力,增强了镉耐性。     

全基因组表达分析不同强度干旱胁迫下常规籼稻根系转录因子表达变化北大核心CSCD

水稻转录因子对水稻逆境胁迫有着重要的调节作用。本文通过利用不同浓度PEG胁迫模拟不同强度干旱胁迫,通过基因芯片研究不同耐旱性水稻根系转录因子家族和转录因子变化,结果表明:干旱敏感品种转录因子分析显示,共有43个转录因子家族的296个转录因子表达活性在至少一个干旱胁迫处理下发生了变化,在3个不同强度干旱处理之间都表达的23个转录因子家族中重叠转录因子共有20个;耐旱品种转录因子分析表明,29个转录因子家族的243个转录因子表达活性在至少一个干旱胁迫处理下发生了变化,在3个不同强度干旱处理之间都表达的24个转录因子家族中重叠转录因子共有36个;在干旱胁迫下不同耐旱性品种间表达的转录因子有较强的品种特异性,同一品种不同强度干旱处理下,在每个干旱处理下转录因子表达有较强的处理特异性;耐旱品种和敏感品种在3个干旱处理强度下,有18个转录家族的26个转录因子表达发生变化,其中上调的有14个转录因子,下调的有12个转录因子。     

茭白冷藏期间蛋白质表达谱的变化

为探讨茭白冷藏期间衰老的分子机理,应用蛋白质组学技术,研究了茭白冷藏期间蛋白质表达谱的变化。结果显示,双向电泳胶上共检测到大约650个蛋白点,其中35个蛋白表达量存在2.0倍以上显著(p0.05)差异,经过串联飞行时间质谱分析,成功鉴定出29个蛋白,根据其功能可分为6类,即代谢(20.7%)、细胞结构(27.6%)、抗胁迫(20.7%)、衰老(6.9%)、蛋白质合成(13.8%)和功能未知蛋白(10.3%);其中:代谢相关蛋白3个上调表达、3个下调表达,细胞结构相关蛋白6个上调表达、2个下调表达,抗胁迫相关蛋白4个上调表达、2个下调表达,衰老相关蛋白2个上调表达,蛋白质合成相关蛋白4个及功能未知蛋白3个均下调表达。这些差异表达蛋白的功能分析表明,茭白采后衰老机理可能涉及物质代谢过程的调整、能量代谢途径的改变、活性氧清除能力的减弱以及细胞结构的解体。     

利用转录组测序技术鉴定紫花苜蓿根系盐胁迫应答基因

盐害是影响紫花苜蓿生产力的主要非生物因素之一,鉴定控制这一复杂性状的基因将为苜蓿育种计划提供关键信息。为揭示紫花苜蓿在盐胁迫下基因表达谱的变化,以紫花苜蓿Millennium为材料,对正常培养(WT_CK1)和盐胁迫(WT_N1)条件下的2个样品根系进行转录组分析,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对部分关键基因的表达特点进行验证。结果表明,紫花苜蓿根系在250 m M Na Cl胁迫72 h时,共检测到31 907个基因表达量发生了改变,2 758个基因的表达量差异达到2倍以上,包括199个转录因子,其中1 338个表达量上调,1 420个表达量下调,这些差异表达基因功能主要涉及次生代谢、代谢途径、激素代谢及信号转导和植物病原菌互作等。qRT-PCR分析表明,6个随机选择的基因在胁迫前后的表达特点与表达谱测序结果一致。综上,紫花苜蓿根系对盐胁迫响应是一个多基因参与、多个生物代谢过程反应协同调控的过程,基因表达量的变化可能是调控的主要方式。此外,本研究候选了一系列胆汁酸:Na+共转运蛋白、晚期胚胎发生富集蛋白、谷胱甘肽-s-转移酶基因和转录因子等与紫花苜蓿盐胁迫相关的应答关键基因,为揭示紫花苜蓿耐盐分子机制奠定了基础。     

基于iTRAQ技术的不同耐热性水稻花药差异蛋白分析

为从蛋白质水平揭示耐热与热敏感水稻花药响应高温胁迫的分子机制,本研究以耐热水稻品系996和热敏感水稻品系4628为材料,采用iTRAQ技术对高温和适温条件下水稻花药进行差异蛋白质组学分析。结果表明,在996高温-996适温、4628高温-4628适温、996高温-4628高温和996适温-4628适温4个比较组中,共筛选到957个差异表达蛋白,其中上调表达蛋白398个,覆盖率达20%以上的蛋白占鉴定总蛋白的50.96%。GO分析显示,抽穗开花期花药差异蛋白主要集中于代谢过程和细胞过程,在细胞组成方面主要分布于胞内部分、细胞器和细胞,分子功能主要涉及催化活性、绑定等。花药差异蛋白通路分析显示,来源于bZIP和DOF家族的2个转录因子差异表达,DOF家族基因上调,bZIP家族基因下调;18个HSPs基因中大部分表达上调;与植物激素和信号传导相关基因大部分表达下调;10个活性氧(ROS)相关基因中5个表现为上调;与次生代谢相关基因大部分下调。本研究结果为揭示水稻花药高温胁迫的应答分子调控机制提供了一定的理论基础。     

硅介导番茄青枯病抗性的土壤定量蛋白质组学研究

番茄(Solanum lycopersicum)是一种重要的经济作物。由青枯菌(Ralstonia solanacearum)侵染所产生的青枯病是一种严重影响茄科类作物的细菌性土传病害。传统的防治方法,如培育抗性品种、轮作、药剂防治等均存在一定的局限。而硅作为一种作物生长的有益元素,在提高植物适应生物胁迫和非生物胁迫中均起重要作用。本研究以易感青枯病的番茄品种"台湾红圣女"作为试验材料,利用i TRAQ(isobaric tags for relative and absolute quantitation)定量蛋白质组学技术,研究硅和/或青枯菌接种对番茄青枯病抗性及土壤蛋白质组的影响。结果表明,2.0 mmol L-1硅处理能显著降低番茄青枯病的病情指数,增强抗病性。基于i TRAQ定量蛋白质组学技术,硅和/或青枯菌处理对土壤蛋白质组的研究表明,在鉴定的30个土壤蛋白质中,有29个蛋白差异表达显著(上调≥1.2倍,下调≤0.8倍差异)。青枯菌侵染诱发22个土壤蛋白下调表达,5个上调表达。在不接菌的条件下,硅处理有5个土壤蛋白上调,19个蛋白下调;而接菌条件下则有8个蛋白上调,14个蛋白下调。将这29个差异蛋白进行GO基因功能分类结果显示,硅和/或青枯菌处理主要影响生理代谢过程以及核酸结合蛋白。硅对番茄青枯病的作用机理主要体现在:改变微生物的代谢能力,调控与抗性代谢、蛋白质的合成与翻译、信号转导以及免疫系统过程和胁迫响应有关蛋白的表达,影响钙离子信号转导等。     

小麦重组自交系群体苗期抗旱性综合评价

[目的]探讨干旱对小麦萌发期幼苗生长的影响,筛选抗旱的优良小麦种质材料,为小麦抗旱新品种的选育提供依据。[方法]以洛旱2号与潍麦8号杂交产生的重组自交系(RIL)群体(F9)为材料,基于小麦萌发期幼苗在不同水分条件下的多个农艺性状指标数据,通过主成分分析和K均值聚类的方法,对重组自交系的291个株系及其亲本进行了苗期抗旱性综合评价,并对各株系的苗期抗旱性度量值和其产量的相关性进行了分析。[结果](1)用10%的PEG-6000处理萌动的种子,可促进胚芽鞘长和根数的增加,而对其它农艺性状有明显的抑制作用。(2)从该重组自交系的291个株系中筛选出了44个抗旱优良株系,为小麦抗旱育种提供了宝贵的种质材料。(3)小麦各株系的苗期抗旱性和其产量之间呈显著的正相关。[结论]根系性状对干旱胁迫的反应最为敏感,干旱胁迫下能否形成相对强大的根系系统是衡量幼苗抗旱性的重要条件。     

亚洲棉NCED3基因克隆及其抗旱功能分析

9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是脱落酸(ABA)合成过程中的关键限速酶,被证实广泛参与植物的生长发育进程及对非生物胁迫的应答。为了挖掘、鉴定棉花抗旱相关的NCEDs基因,本研究克隆了亚洲棉(Gossypium arboreum)GaNCED3基因,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析了干旱胁迫下该基因的表达特性;并遗传转化拟南芥(Arabidopsis thaliana),研究了该基因在干旱应答中的功能。结果显示,GaNCED3基因开放阅读框(ORF)全长为1 794 bp,其编码的蛋白质包含597个氨基酸。该基因在干旱胁迫处理后上调表达,在处理3 h的根中表达量最高,是对照的27.6倍。在萌发期进行甘露醇模拟的干旱处理,超表达GaNCED3的转基因拟南芥种子萌发率和绿苗率均高于野生型。在幼苗期进行自然干旱处理后,转基因拟南芥植株叶片丙二醛含量显著低于对照(P<0.05),游离脯氨酸积累量显著高于对照(P<0.05)。本研究初步证明了外源超表达GaNCED3基因使植株抗旱能力增强,为进一步研究GaNCED3干旱应答的分子机制提供了理论依据,为抗旱育种提供了候选基因资源。     

PEG胁迫下旱地油菜绿肥苗期抗旱性筛选和评价

[目的]研究苗期抗旱能力突出的油菜绿肥种子萌发特性和生理特征,为筛选适宜于黄土高原旱作区种植的油菜绿肥品种提供可靠的方法及建议.[方法]采集了30份油菜绿肥品种进行室内发芽试验,设正常水分对照和以10％聚乙二醇(polyethylene?glycol?6000,PEG-6000)高渗溶液人工模拟的干旱胁迫处理.分析苗期...     

乙酸胁迫下东方伊萨酵母的蛋白组学分析

为了探究果酒酵母菌混合发酵下东方伊萨酵母(Issatchenkio orientalis 166,Io 166) 耐受乙酸的分子机制,采用串联质谱标签(TMT)技术分析差异表达蛋白,进行乙酸胁迫条件下蛋白质组学的研究。结果表明,在对数生长期中期乙酸胁迫下Io 166生长会受到抑制,但Io 166会逐渐适应乙酸胁迫并产生抗性,胁迫4 h后共有461个蛋白差异表达,其中327个上调,134个下调。这些蛋白经注释和统计分析表明,在乙酸胁迫下,谷胱甘肽的合成增加,几种具有抗氧化特性的蛋白质(如PXP9、HYR1、CCP1)上调,对细胞耐受乙酸起到关键作用。此外,与氨基酸(如精氨酸)生物合成和代谢过程相关的蛋白差异表达,热激蛋白(HSP)高度表达以降解聚集和错误折叠的蛋白。本研究结果为Ⅰ. orientalis耐受乙酸提供了理论依据,并对提高果酒耐受乙酸发酵具有潜在的应用价值。     

干旱程度及时期对复水后大豆生长和代谢补偿效应的影响

为探讨大豆干旱胁迫及复水生长补偿效应和代谢补偿效应机制,建立最佳节水灌溉模式,采用盆栽称质量控水法,研究了干旱胁迫及复水对大豆生长发育、渗透调节、内源激素调节和抗氧化系统的影响。结果表明:干旱胁迫抑制株高和叶面积增长,在苗期和开花期复水天数为0时降幅分别达12.50%~39.74%、21.71%~52.87%和16.93%~36.27%、27.99%~47.80%;导致脯氨酸含量、可溶性糖含量和丙二醛含量升高,在苗期和开花期复水后天数为0的增幅分别达46.97%~131.57%、99.56%~139.37%、6.64%~22.82%和31.68%~136.30%、32.63%~184.51%、15.82%~100.75%;超氧化物歧化酶活性升高,但重度胁迫10 d处理呈降低趋势;脱落酸含量升高,赤霉素和玉米素核苷含量降低,而吲哚乙酸含量苗期呈降低趋势,开花期呈升高趋势。复水后,株高和叶面积日增长量表现出短暂快速增长,产生生长超补偿效应;中度胁迫和胁迫5 d处理各代谢指标产生等量或近等量代谢补偿效应,而重度胁迫和胁迫10 d处理产生近等量或部分代谢补偿效应。因此,干旱胁迫后复水产生补偿效应是有条件的,重度胁迫尤其是长时间重度胁迫会降低补偿效应甚至产生伤害效应。同时苗期适度干旱处理可提高开花期再次受旱的适应能力和补偿效应。     

黑果枸杞种子萌发对PEG模拟干旱胁迫的响应

[目的]研究干旱胁迫对黑果枸杞种子萌发及幼苗生长的影响,为黑果枸杞人工栽培提供理论依据。[方法]通过聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)模拟干旱胁迫,测定不同干旱胁迫强度下黑果枸杞种子的萌发进程、发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、幼苗的生长、幼苗渗透调节物质、叶绿素含量等指标,研究干旱胁迫对黑果枸杞种子萌发及幼苗生长的影响。[结果]干旱胁迫不利于黑果枸杞种子的萌发,重度干旱胁迫推迟其萌发的高峰期;干旱胁迫下黑果枸杞种子的发芽率、发芽势均呈下降趋势,-0.6 MPa处理下,黑果枸杞种子发芽率、发芽势相对对照分别降低72.06%和74.07%;干旱胁迫对黑果枸杞种子发芽指数和活力指数有抑制作用,其抑制程度随干旱胁迫强度的增加而增加;适度干旱胁迫有利于黑果枸杞幼苗胚根和胚芽的生长,而中度、重度干旱胁迫不利于幼苗胚芽的生长;干旱胁迫下黑果枸杞幼苗根、芽脯氨酸含量和可溶性糖含量均随着胁迫程度的增加逐渐增加,而幼苗叶绿素含量(Chl a+b)随干旱胁迫强度的增加逐渐降低。[结论]干旱胁迫对黑果枸杞种子萌发及幼苗生长有重要影响,适度的干旱胁迫有利于黑果枸杞幼苗的生长。     

分蘖期干旱胁迫对寒地粳稻光合特性及产量形成的影响

为了探讨分蘖期干旱胁迫对寒地粳稻产量形成的影响机理及其耐旱机制,以东农425(耐旱型)和松粳6号(干旱敏感型)为试验材料,通过盆栽方式于分蘖期控制土壤水势至0 k Pa(对照)、-10 k Pa(轻度干旱)、-25 k Pa(中度干旱)、-40 k Pa(重度干旱),依次记为A0、A1、A2、A3。处理21 d后复水,研究分蘖期不同程度干旱胁迫对寒地粳稻叶面积、光合特性、叶绿素总含量、产量及产量构成因素的影响。结果表明,分蘖期干旱胁迫导致叶面积减小、功能叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)均随土壤水势降低而下降。同时,干旱处理期间寒地粳稻功能叶片叶绿素总含量、叶绿素a/b值均随干旱胁迫程度增加而下降,但类胡萝卜素含量的变化却与其相反。干旱胁迫下寒地粳稻产量显著下降,且下降幅度随土壤水势降低而逐渐增大。有效穗数和穗粒数大量降低造成产量显著下降,说明分蘖期干旱胁迫造成减产的主要原因是低土壤水势造成了寒地粳稻库容量或单位面积颖花量的大量降低。与A0(对照)相比,A1、A2和A3下松粳6号产量降幅分别为13.87%、20.87%和32.51%;而东农425分别为10.58%、15.21%和25.52%,均显著低于松粳6号,且耐旱型品种东农425始终保持较高光合生长能力。本研究结果为寒地粳稻抗旱节水栽培技术措施的制定提供了理论依据。     

甘薯交替氧化酶基因家族生物信息学与表达分析

为分离甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam.]交替氧化酶(AOX)基因家族成员,分析其在甘薯应答生物和非生物胁迫中的响应模式,本试验在筛选甘薯基因组的基础上,进行基因克隆和测序,最终从心香甘薯中获得3个AOX基因家族成员.基因结构分析结果表明,3个甘薯AOX基因的cDNA全长依次为963、1 080和1 ...