大豆OPR基因家族全基因组鉴定与表达分析

为了揭示大豆12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxo-phytodienoic acid reductase, OPR)家族成员GmOPRs在大豆生长发育中和非生物胁迫下发挥的作用,本研究运用生物信息学方法进行大豆OPR基因家族全基因组鉴定及表达分析。结果显示：大豆基因组中共有12个OPR家族基因成员,分布在8条不同染色体上。系统发育进化分析、基因结构分析和保守基序分析结果显示,GmOPRs可分为两个亚组,含有外显子4～5个,内含子3～5个,GmOPR蛋白之间保守基序分布相似。共线性分析鉴定表明共有4对基因存在共线关系,均为片段复制。GmOPRs启动子区域含有响应厌氧、干旱和低温等非生物胁迫以及JA、ABA等多种激素的顺式作用元件。不同的大豆品种及不同的组织中,GmOPRs的表达模式有差异。GmOPR1、GmOPR4和GmOPR9受干旱胁迫影响后表达量下降,GmOPR7、GmOPR8、GmOPR11和GmOPR12随着盐胁迫影响时间的增长表达量增加,表明GmOPRs基因通过多种表达模式响应干旱和盐胁迫。GmOPRs在系统发育进化和基因结构上比较保守,基因家族数量的扩增主要归因于片段重复...     

大豆叶片蛋白响应干旱胁迫的双向电泳分析

大豆是我国重要的农作物之一,蛋白质组学技术是解析植物响应逆境胁迫的重要工具之一。为进一步推进对响应干旱胁迫的大豆叶片蛋白的鉴定工作,以大豆幼苗的叶片为研究对象,用甘露醇溶液模拟干旱胁迫,处理24 h后提取叶片蛋白粉进行双向电泳分离和图谱差异分析。结果表明:采取三氯醋酸(TCA)-丙酮沉淀法提取的叶片蛋白进行双向电泳分离能够得到稳定清晰的双向电泳蛋白图谱。采取PD-Quest软件对干旱胁迫下的大豆叶片蛋白表达图谱进行差异分析,共检测和匹配425个大豆叶片蛋白点,其中差异表达的蛋白点有101个,60个表达量上调,41个表达量下调。本研究结果表明有一部分大豆叶片蛋白响应了干旱胁迫。     

外源硅对逆境胁迫下大豆抗逆相关转录因子表达的影响

为探究外源硅对逆境胁迫下大豆转录因子的表达模式,分析大豆晋豆37号幼苗在盐、干旱胁迫和外源硅作用下NAC家族GmNAC2、GmNAC3、GmNAC4、GmNAC5以及WRKY家族GmWRKY1、GmWRKY25、GmWRKY38、GmWRKY54转录因子的表达情况。结果表明:在盐、干旱逆境胁迫下,大豆植株生长受抑制,与对照相比,逆境胁迫下的植株鲜重、干重、株高、叶片数、叶片相对含水量均不同程度下降,而加入外源硅后这些指标较单独胁迫明显升高。NAC家族和WRKY家族的8个转录因子在大豆叶、茎和根系均有表达,在盐、干旱胁迫下,GmNAC2、GmNAC3、GmNAC4、GmNAC5以及GmWRKY1、GmWRKY25、GmWRKY38、GmWRKY54的表达量明显低于对照,而在胁迫下加入外源硅后其表达量明显比单独胁迫高,且随逆境胁迫时间延长,转录因子的表达量变化趋势基本一致,不同处理时间单独施加硅处理和对照无显著差异。说明外源硅能够在盐、干旱逆境胁迫下影响大豆相关转录因子的表达。     

大豆GmFDL06基因抗干旱及耐盐性研究

bZIP转录因子在植物防卫反应和逆境胁迫应答过程中起着十分重要的作用,大豆GmFDL06是bZIP转录因子家族A组成员,其表达水平受PEG和高盐胁迫影响。本研究分析了GmFDL06转基因大豆苗期的抗干旱和耐盐性。PEG和盐处理后GmFDL06转基因植株的相对植株高度(RPH)和相对植株干重(RSDW)显著高于非转基因大豆东农50。在盐胁迫下,GmFDL06转基因植株比东农50伤害程度低,并且GmFDL06过表达减少了Na~+离子积累,降低了盐胁迫带来的伤害,且过表达GmFDL06促进了下游逆境胁迫基因的表达。这些研究结果表明GmFDL06参与大豆非生物胁迫反应,并有潜力改善大豆的干旱和盐胁迫耐受性,为大豆抗逆基因的研究及抗逆大豆材料的筛选提供了依据。     

大豆GAPDH家族基因生物信息学及其逆境组织表达分析

为探究大豆GAPDH家族基因应答非生物胁迫的机制,本研究采用同源分析、保守结构分析等方法对大豆GAPDH基因家族进行全基因组搜索,并对筛选出基因的系统发育关系、基因结构和保守基序、染色体分布、启动子区域的顺式作用元件进行分析,并研究了大豆GAPDH家族基因在不同组织中和非生物胁迫诱导后的表达模式.结果 显示:在全基因组水平共搜索出19个大豆GAPDH家族成员,不均匀地分布在10条染色体上;亚细胞定位预测表明16个大豆GAPDH家族成员分布在叶绿体、细胞质和线粒体中;系统发育进化树将其分为4个亚家族Sub Ⅰ、SubⅡ、SubⅢ、SubⅣ,且各个亚家族内基因的结构及保守基序具有高度保守性;基因启动子区域存在不同的与非生物胁迫响应和激素反应相关的顺式作用元件,推测其可能参与大豆非生物胁迫应答过程;大部分GAPDH基因在大豆不同组织中都有表达,并表现出明显的组织特异性;转录组分析发现分别有5和9个大豆GAPDH家族基因在干旱胁迫、盐胁迫下显著上调或者下调,其中GmGAPDH8和GmGAPDH9在干旱胁迫和盐胁迫下均显著上调表达.本研究对大豆GAPDH家族基因进行了系统分析,为进一步研究大豆的GAPDH家族基因在非生物胁迫应答过程中的调控作用提供理论基础.     

8个大豆Dof转录因子的生物信息学分析及干旱诱导表达

为探究大豆Dof转录因子的功能,本研究对大豆中8个Dof转录因子的基因序列进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR检测编码基因在干旱胁迫下的表达,并分析主要应答基因的启动子序列中的顺式作用元件。研究结果显示:8个Dof转录因子编码基因分别位于大豆5、8、11、13、15和16号染色体上,编码蛋白序列的氨基酸残基为213～403个,等电点为6.61～9.36,主要定位于细胞核中。GmDof2与番茄SlDof5.4具有较近的亲缘关系,GmDof1、GmDof8、GmDof3和GmDof5之间具有较近的亲缘关系,GmDof7与黄瓜CsDof1.4具有较近的亲缘关系,而GmDof4和GmDof6具有较近的亲缘关系。GmDof1和GmDof3的表达量在干旱胁迫下上升幅度最明显,启动子序列中均含有多种逆境相关的顺式作用元件。研究结果证明大豆Dof转录因子具有在植物抗旱基因工程中的应用前景。     

过表达GmHSFA1大豆在干旱条件下对高温的响应

揭示干旱条件下植物耐高温的能力,可提高品种抗干旱的潜力。在土壤水分为8%~9%干旱条件下,分别在28和48℃处理耐旱的T7代过表达Gm HSFA1大豆株系,观察其形态基因表达和生理及光合指标的变化,并运用关联分析方法,筛选和确定抗干旱耐高温的大豆品系,为大豆分子遗传改良和基因聚合育种的种质材料利用奠定技术基础。结果表明:在干旱、高温条件下,过表达Gm HSFA1大豆株系目的基因表达量明显增高,其中T7-27大豆的表达量增加了22倍;植株中热激蛋白的靶基因HSP70、HSP22、HSP17.9的表达量明显上调,分别增加了46,7和59倍;脯氨酸含量明显增加;丙二醛含量受高温影响,株系间增幅不同;可溶性糖含量受高温影响均明显增加,增幅最高的为T7-27株系,增幅为91%;植株净光合速率降低,但低于非转基因大豆。多种指标的灰色关联性分析表明,过表达Gm HSFA1的大豆株系T7-18和T7-27的抗干旱耐热性较好。     

干旱对大豆质体末端氧化酶基因表达及光合特性的影响

为研究质体末端氧化酶(PTOX)在大豆干旱胁迫中的作用,采用盆栽土培法考察干旱对大豆幼苗叶片中PTOX及环式光合电子传递(CET)的关键传递体([NAD(P)H]脱氢酶复合体NDH的H亚基NDH-H,质子梯度调节蛋白PGR5)基因表达的影响。结果表明,在干旱胁迫下PTOX表达水平明显升高,PGR5表达水平也有所升高,而NDH-H表达水平基本不变。同时,叶片蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、净光合速率、叶绿素含量均明显降低,而类胡萝卜素的含量有所增加,表明干旱对大豆的光合作用产生了明显的影响。可推测,大豆叶片可能通过PTOX和PGR5转录水平的升高来响应干旱胁迫,通过依赖PGR5的CET及质体醌末端氧化能力的提高,避免光合链的过度还原;并且通过类胡萝卜素含量的升高,增强抗氧化的能力,对大豆起到一定的保护作用。     

转BADH基因大豆耐旱性分析

为分析干旱胁迫下转基因大豆和非转基因大豆抗旱能力的差异,选用8个转BADH基因大豆株系作为实验材料,在干旱胁迫处理下,研究转基因大豆叶片中BADH基因表达量变化,鉴定萌发期和苗期抗旱能力的差异。最后采用随机区组设计,对大豆的产量性状进行鉴定。结果表明,在干旱条件下,转基因大豆叶片中BADH基因表达量较高。萌发期转基因大豆发芽指数比非转基因大豆提高了2.5%~16%,活力指数提高了0.5%~6%,与非转基因大豆的差异达到了显著水平。苗期转基因大豆中的脯氨酸含量比非转基因大豆增加9.9%~16.5%,POD活性比非转基因大豆增加了1.2%~10.5%,干物质重增加14%~49%,而丙二醛含量比非转基因大豆减少0.4%~12%。产量性状鉴定表明,8份转基因大豆材料中有7份增产,增产幅度为1.23%~8.02%;1份减产,减产幅度为0.02%。干旱条件下,转BADH基因大豆具有较强的耐旱性。     

大豆对干旱胁迫生理生化的响应

我国北方地区水资源严重匮乏,干旱胁迫已成为限制大豆产量及品质的主要因素.阐明了大豆对干旱胁迫的生理生化反应,以及干旱对大豆产量和品质的影响,以其为大豆抗旱节水机理和调控以及生理遗传育种改良提供理论依据.     

过表达GmXTH1基因大豆对干旱胁迫的生理生化响应

为研究GmXTH基因对干旱胁迫大豆苗期表型和生理生化特征的影响,以转基因受体大豆品种M18、GmXTH1过表达转基因株系OEA1和OEA2、GmXTH1干扰表达转基因株系IEA1和IEA2为试验材料,采用盆栽法,设置3种不同水分处理,对苗期不同转化株系的表型、RWC、SOD活性、POD活性和MDA含量进行测定.结果 表明:随干旱胁迫程度增加,不同转化株系的RWC相对降低,SOD和POD活性先增加后减少,MDA含量增加.相同干旱胁迫条件下,与对照品种M18相比,转GmXTH1基因过表达材料OEA1和OEA2的RWC较高,SOD和POD活性相对较高,响应速度较快,MDA含量较低,增长率相对较低,叶色浓绿、茎秆粗壮和株型整体表现较好,胁迫后复水恢复快.GmXTH1基因干扰表达材料IEA1和IEA2的表现则相反,植株受干旱胁迫后,整体表现为叶片萎蔫,茎秆枯细,株型整体表现较差,RWC、SOD和POD活性相对较低,响应速度较慢.说明GmXTH1基因的过量表达对与大豆植株抗旱相关的生理生化指标有积极影响,GmXTH1基因可能参与大豆的抗旱应答反应过程.     

干旱胁迫对不同生育阶段大豆产量形态建成的影响

在盆栽条件下,以12个大豆品种(系)为材料,分别在V1～V5,R1～R4,R5～R8期进行干旱胁迫处理,并测定了根系形态指标、于物质积累、光合生理指标,农艺性状及产量的变化.结果表明:苗期干旱胁迫对大豆根系形态影响较大,根体积、根径、根系伸长、根系总表面积都有增大的趋势,而其它时期的干旱胁迫均使根形态发育减缓;干旱胁迫...     

大豆干旱响应GRAS基因筛选及GmGRAS27的生物信息学和逆境表达分析

GRAS转录因子在植物抵抗非生物胁迫过程中发挥了重要作用,为了研究大豆GRAS基因在干旱胁迫中的响应,以挖掘大豆GRAS转录因子在干旱等非生物胁迫响应中的功能和分子机制提供分子基础,本研究利用基因表达综合数据库(Gene Expression Omnibus,GEO)筛选响应干旱胁迫的大豆GRAS基因,利用PlantC...     

干旱胁迫对滞绿大豆种子萌发的影响及芽期抗旱性评价

为研究干旱胁迫对滞绿大豆种子萌发性状的影响,以滞绿和非滞绿常规大豆品种(系)为供试材料,通过PEG模拟干旱胁迫,对不同基因型大豆种子萌发性状进行了对比分析,并对其抗旱性进行了综合评价.结果表明:滞绿大豆品种在干旱胁迫中后期能维持较高的吸水率,失水时间较常规品种晋大74延迟6～12 h.PEG胁迫显著降低了大豆种子的发芽...     

外源ABA、SA及JA对干旱胁迫及复水下大豆生长的影响

以干旱敏感型品种黑农65和抗旱品种抗线9号为供试材料,采用沙培方式结合15%PEG-6000模拟干旱胁迫,研究了叶面喷施ABA、SA、JA对干旱及复水下的大豆生长的影响。结果表明:3种外源激素均可以显著降低干旱胁迫及复水下大豆叶片有害物质MDA和过氧化氢含量,同时还能提高干旱胁迫过程中保护性物质可溶性糖和可溶性蛋白含量,大体上表现为ABA的作用效果高于SA和JA,从而降低干旱胁迫对大豆机体的损害程度。3种外源激素均减轻了干旱胁迫对大豆株高、叶、茎、根鲜重和干重的抑制作用,其中JA对干旱敏感型品种黑农65株高、器官鲜、干重的促进效果较好,而SA对抗旱品种抗线9号的促进效果好于ABA和JA。3种外源激素均可降低干旱胁迫导致的大豆落花率,其中SA的作用效果好于ABA和SA。总体来看,外源ABA、SA、JA对干旱胁迫下干旱敏感型品种的促进效果较抗旱品种更明显。     

大豆SbPRP1和SbPRP2基因在非生物胁迫下的表达及载体构建

为研究大豆细胞壁脯氨酸富集蛋白基因在非生物胁迫下发挥的作用,利用实时荧光定量PCR,对大豆中的两个脯氨酸富集蛋白基因SbPRP1和SbPRP2在非生物胁迫下的表达情况进行检测。结果显示:SbPRP1在高盐和低温处理下表达量下降,分别在处理后1和24 h达到最低值;在模拟干旱处理下表达量先下降后升高,处理后24 h达到最大值。SbPRP2在高盐、模拟干旱和低温处理下表达量均有所升高,分别在处理后24,1和5 h达到最大值。表明SbPRP1和SbPRP2可能参与了大豆对不利环境的适应性调控。通过RT-PCR从大豆叶片中扩增SbPRP1和SbPRP2的基因全序列并构建到植物表达载体pRI101-AN上。     

大豆E3连接酶基因GmPLR-2 的克隆及抗旱功能鉴定

PEG模拟干旱胁迫条件下E3连接酶GmPLR-2 基因在大豆根茎叶中呈上调表达，推测其可能参与大豆抗 旱调节。本研究克隆GmPLR-2 基因，构建植物过表达载体pCAMBIA3301-GmPLR-2、RNA干扰表达载体pCAM⁃ BIA3301-GmPLR-2-RNAi并转化到吉农38中，对T2转基因植株进行分子检测，连续7 d不浇水后测定转基因叶片 中相关生理生化指标。结果表明：共获得T2过表达阳性植株12株，RNA干扰阳性植株11株。干旱胁迫7 d后过表 达植株中相对含水率、POD活性、SOD活性、Pro含量均高于未转化植株，而RNA干扰植株中则低于未转化植株；另 一方面过表达植株中相对电导率、MDA含量均低于未转化植株而RNA干扰植株中含量则高于未转化植株，且差异 极显著，说明GmPLR-2 基因的表达与大豆中相关抗旱指标的变化有关。     

大豆转录因子GmbZIP60对非生物胁迫的表达模式分析

bZIP基因在植物响应非生物胁迫过程中发挥重要的调控作用。前期试验已经从大豆中克隆到一个bZIP基因GmbZIO60(Genebank Accession No:DQ787038),并成功转化到拟南芥中。本研究在此基础上,利用qRT-PCR和GUS组织化学染色法研究了高温(37℃)、低温(4℃)、干旱(PEG6000)、NaCl(200 mmol·L~(-1))和ABA(100 mg·L~(-1))处理对GmbZIP60卻表达的影响。结果表明:髙温、低温、干旱和NaCl胁迫处理下,CznbZIP60表达量显著降低,分别变为对照组的0.07,0.25,0.36和0.13倍,而ABA处理对GmbZIP60表达量影响不显著,GUS染色结果与荧光定量PCR结果一致。研究认为,GmbZIP60可能以负调控的方式参与大豆抗高盐、干旱、高温、低温等非生物胁迫的应答反应。本研究为进一步鉴定和克隆大豆逆境应答关键基因、揭示大豆抗逆分子机制和大豆抗逆性基因工程改良提供了有益借鉴。     

不同降雨条件对不同耐旱型大豆根系的影响

为了明确耐旱型大豆根构型的特异性,田间条件下,以不同耐旱型大豆为研究对象,探讨不同降雨条件对大豆根系特性的影响。结果表明:干旱胁迫降低了各时期大豆植株的根和地上部生物量;同一地点,R2和R4期取样,辽豆14的根和地上部生物量高于辽豆21。随着生育进程的推进,根冠比值逐渐增大;一般而言,V4~R4期,干旱胁迫提高了植株的根冠比。苗期干旱胁迫显著提高了大豆根长,但结荚期和鼓粒期干旱胁迫均降低了大豆根长、根表面积。大豆根长占比以细根为主,平均根直径≤2.5 mm的根长比例均在90%以上。根表面积占比也主要以细根为主,但大豆根体积分配比例较高的却主要是根系直径2.5 mm的粗根。研究结果进一步丰富了耐旱基因型大豆根器官应答干旱胁迫的理论知识,对大豆抗旱生产栽培具有重要的理论价值和实践意义。     

8个玉米ZmDOFs基因对非生物胁迫响应的表达分析

转录因子家族是由含有锌指结构的DOF结构域组成,构成植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育进程中诸如信号转导、形态建成、抵御环境胁迫等方面都发挥着重要的作用。本研究利用定量PCR技术,探测了8个ZmDOFs基因在玉米6个不同组织的表达模式,结果表明,8个ZmDOFs基因具有不同的组织特异性表达模式,4个主要在幼穗中表达,2个主要在雄花中表达,ZmDOF28主要在苞叶中表达,而ZmDOF38在多种组织中表达,表明在玉米进化的进程中8个ZmDOFs基因表达模式的保守性和特异性。盐胁迫和干旱胁迫时,分别有7个和6个ZmDOFs基因受到明显的诱导,表明ZmDOFs基因广泛参与玉米应答盐胁迫或干旱胁迫响应途径。在铵态氮胁迫和硝态氮胁迫时,分别有7个和8个ZmDOFs基因的表达受到了明显的改变,表明ZmDOFs基因参与玉米应答氮胁迫响应途径,体现了在其历史进化进程中的表达模式和功能的保守性与独特性。本研究为后续研究ZmDOFs基因的功能提供了参考。