玉米ZmBRI1基因的克隆、表达及功能分析

油菜素内酯(BRs)是一种重要的甾族类激素,在植物的生长过程中起着重要的作用。本研究利用同源克隆的方法,从玉米B73自交系中获得了一个新的油菜素内酯受体蛋白编码基因ZmBRI1,该基因全长为3369 bp,编码1122个氨基酸。亚细胞定位分析表明,ZmBRI1蛋白定位于细胞膜上,而且ZmBRI1在各个玉米的各个组织器官中都有表达,其中在幼嫩的组织中表达最高。利用转基因技术将ZmBRI1导入BR不敏感突变体bri1-5中,获得的转基因植株修复了其表型,特别是植株高度、叶片形态和果荚大小。与突变体bri1-5比较,油菜素内酯(brassinolide,BL)处理显著抑制转基因株系根系生长;丙环唑(propiconazole,Pcz)处理显著抑制了下胚轴生长;同时转基因株系DWF4和CPD基因的表达量下降。此外,在野生型(Ws)中过表达ZmBRI1,显著提高了拟南芥在ABA抑制条件下的种子萌发率和植株生长,下调了ABA响应基因RD29A、RD29B、ABI5和RAB18的表达。因此,ZmBRI1不仅参与了植物的形态建成和BR的信号传导,而且参与调控了植物对ABA信号的响应。     

陆地棉中赤霉素合成途径关键酶基因的时空表达变化

为揭示赤霉素合成途径关键酶基因在棉花生长发育过程中的调控作用,利用实时荧光定量PCR方法中的相对定量方法,对中棉所49材料植株体内的赤霉素合成途径相关基因表达量进行了检测分析。结果显示,幼苗期茎组织内除GA2ox1基因外,其余各基因表达量相对较高。开花期根中GA2ox1、GA3ox1、GID1B,茎中CPS1、GA20ox1、GA3ox1、GID1B和叶中GA3ox1基因表达量上调;吐絮期根中GA2ox1和GA3ox1基因表达量上调,其余基因下调,茎中KS、GID1B基因表达量下调,其余基因上调,其中以GA2ox1上调幅度最大,叶中GA2ox1基因表达量下调,其余基因上调。结果表明,开花期,茎中GA20ox1基因的高表达为植株茎的伸长及果枝发育提供必要的活性赤霉素水平,GA3ox1基因可能与开花成铃有关;吐絮期,随着根茎组织的木质化,根茎中GA2ox1基因表达量逐渐升高以降低活性GAs合成,而叶组织中GA3ox1和GA20ox1基因表达量上调,则为棉桃生长发育与脱水成熟提供必要的激素水平。棉花通过改变植株体内赤霉素合成代谢途径关键酶基因的表达量来调控植株的生长发育,且随着生长发育的进行,各目的基因的表达量变化趋势存在一定差异。为深入研究赤霉素对陆地棉的调控机理提供了理论基础,有助于加快利用赤霉素进行品种改良与种质创新。     

氧化石墨烯促进玉米根系生长的转录组分析

为了研究氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的生物效应,从转录水平解析低浓度GO促进植物生长的分子机制,本研究以玉米为材料,分析了土壤中施加不同浓度(0, 25, 50, 100, 200 mg/L) GO溶液14 d后的生长表型,筛选到GO对玉米生长的最佳的浓度(50 mg/L),进而利用最佳浓度GO处理48 h后的根系mRNA进行转录组测序分析。转录组测序共获得548个差异表达基因,其中194个上调表达,354个下调表达。Gene Ontology富集分析表明GO处理导致大量胁迫刺激响应基因的表达变化。在预测与根系生长相关的转录因子中,BRN2 (BEARSKIN2)、NAC2 (NAC domain-containing protein 2)、MYB93 (MYB domain protein 93)和PIF3 (Phytochrome-interacting factor 3)可能是GO的响应基因。GO处理使大量乙烯相关转录因子表达下调,说明GO处理可能抑制了体内的乙烯信号通路。在代谢相关基因中,一组木葡聚糖糖基转移酶/水解酶基因(XTHs)可能与根系生长相关。本研究为理解GO调控植物生长的分子机制提供线索,并为GO在农林业领域的应用提供参考。     

转基因枳橙中GA20ox1与rol基因互作关系的研究

为分析转rol ABC基因枳橙GA20ox1基因与rol基因表达的互作关系,进一步阐释其矮化性状形成的分子机制。以转rol基因枳橙实生苗为试验材料,研究其对赤霉素的敏感反应,用荧光定量RT-PCR分析GA20ox1基因和rol基因的表达,并检测幼芽中POD酶活性和植物内源激素含量的变化。结果表明转rol基因枳橙既不属于GA缺陷型,也不属于GA不敏感型,喷施GA3能促进其茎伸长生长,但恢复不到野生型水平,幼芽中IAA（P<0.01）、GA1和GA4（P<0.05）显著降低,POD酶活性显著提高（P<0.01）。转rol基因枳橙幼芽中GA20ox1基因mRNA水平相比对照显著下调（P<0.01）。B、D系与野生型嫩茎中无明显差异,B、D系老叶中明显降低,E系中嫩茎和老叶中均明显增加。B、D和E系嫩叶中GA20ox1基因转录表达均较野生型高。在幼芽、嫩茎中,rol C基因与GA20ox1表达负相关。rol基因通过在幼芽中的高表达下调了GA20ox1基因转录表达,进而抑制了活性GAs在幼芽中的合成,顶端分生组织较低量的活性GAs限制植物茎伸长,在转rol ABC基因枳橙矮化性状建成中发挥重要作用。     

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术定点编辑水稻赤霉素2氧化酶基因OsGA2ox10

通过CRISPR/Cas9基因编辑技术,以粳稻品种‘沈农265’为遗传背景对水稻赤霉素2氧化酶基因OsGA2ox10进行编辑,获得了该基因编码序列翻译提前终止纯合突变体ga2ox10-1、ga2ox10-2和ga2ox10-3。经RT-PCR检测突变体中OsGA2ox10基因表达量相比野生型极显著降低。表达模式分析显示该基因在根、茎、叶、叶鞘、幼穗中均有表达,其中在幼穗中表达量最高。亚细胞定位结果显示OsGA2ox10与GFP融合蛋白定位于细胞质中。本实验的开展为进一步明确GA2ox10基因功能和该基因在赤霉素代谢失活调控网络中的作用提供了依据。     

荔枝GA2ox基因家族的鉴定及表达分析

本研究基于荔枝转录组数据,对GA2ox (Gibberellin 2-oxidase)基因家族进行了鉴定和筛选,利用转录组数据及实时荧光定量PCR方法,分析不同品种和组织间的赤霉素合成途径关键酶LcGA2ox基因的表达情况。结果表明:转录组数据中共鉴定到9个荔枝LcGA2ox基因,均具有2OG-Fell_Oxy结构域;通过基因克隆,得到3条LcGA2ox (Lc GA2ox1, LcGA2ox2和LcGA2ox3),开放阅读框全长分别为999、1 023和1 023 bp。氨基酸进化树比对分析结果显示,除Lc GA2ox6与水稻Os GA2oxs聚在一起外,其余LcGA2oxs与拟南芥AtGA2oxs关系最近。通过基因表达分析发现,LcGA2oxs基因在矮化品种‘紫娘喜’顶芽和叶片中的表达量更高,有5个LcGA2ox基因(Lc GA2ox1, LcGA2ox2, LcGA2ox5, LcGA2ox6, LcGA2ox9)在‘紫娘喜’顶芽样品中上调表达,LcGA2ox3和LcGA2ox4基因在‘紫娘喜’叶片中显著上调表达,LcGA2oxs基因表达具有一定的表达特异性,且在株型差异显著的两个荔枝品种中表达差异显著,推测LcGA2ox基因通过负调控赤霉素的合成从而影响荔枝株型的形成。本研究结果将为进一步分析LcGA2ox调控荔枝生长发育作用机制及生物学功能、荔枝矮化性状的分子鉴定以及矮化资源创新利用深入研究提供参考依据。     

蓖麻赤霉素氧化酶基因的全基因组鉴定和表达分析

赤霉素氧化酶基因(GAox)是赤霉素合成和调控的关键酶,其通过调节植物活性GA水平调控植物株高。为了解析蓖麻赤霉素氧化酶基因(RcGAox),利用生物信息学分析方法对RcGAox进行全基因组鉴定,并分析其理化性质、保守结构域、系统发育、基因上游2 kb启动子区域顺式作用元件预测,通过蓖麻表达数据库以及外源赤霉素和多效唑处理2个蓖麻品种的顶端嫩茎转录组测序分析RcGAox基因表达模式。结果表明：蓖麻共有30个赤霉素氧化酶基因,其中7个RcGA2ox、4个RcGA3ox、19个RcGA20ox,蛋白质分子质量在26.12～44.31 ku,等电点预测值在5.06～7.82,内含子个数为1～2个;蛋白结构域分析保守基序Motif 1、Motif 2、Motif 4存在30条蛋白序列中;系统进化分析将RcGAox基因分为5个不同的亚群：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和C20 GA2ox,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别对应GA2ox、GA3ox、GA20ox;启动子顺式作用元件预测光反应相关的顺式元件数量最多,且在预测区域均匀分布,18个基因含1～2个赤霉素相关元件;蓖麻RcGAox在胚乳、雄花、叶片中特异表达的基因分别有...     

大豆GmGBP1在GA调控开花过程中的功能分析

从大豆中克隆得到一个编码SKIP蛋白的基因,命名为GmGBP1。通过研究外施赤霉素对GmGBP1过表达拟南芥植株表型及相关基因表达量的影响,探讨了该基因在GA3调控开花过程中的功能。结果表明,过表达GmGBP1植株对赤霉素的敏感性加强,植株开花时间显著提早,开花相关基因的相对表达量明显提高,而与野生型相比,GA3生物合成途径关键酶基因GA3ox和GA20ox的相对表达量下降明显。初步证实GmGBP1为GA开花信号途径中的正向调控因子,负调节植物赤霉素的生物合成。     

大豆GmGBPl在GA调控开花过程中的功能分析

从大豆中克隆得到一个编码SKIP蛋白的基因,命名为GmGBPl。通过研究外施赤霉素对GmGBPl过表达拟南芥植株表型及相关基因表达量的影响,探讨了该基因在GA3调控开花过程中的功能。结果表明,过表达GmGBPl植株对赤霉素的敏感性加强,植株开花时间显著提早,开花相关基因的相对表达量明显提高,而与野生型相比,GA3生物合成途径关键酶基因GA3ox和GA20ox的相对表达量下降明显。初步证实GmGBPl为GA开花信号途径中的正向调控因子,负调节植物赤霉素的生物合成。     

参薯赤霉素途径基因的克隆与表达分析

参薯是薯蓣科植物,其块茎有较高的营养价值和经济效益。为探究赤霉素对参薯生长及结块影响,本研究对参薯组培苗进行赤霉素处理,统计与对照组相比结薯时间差异;并检测了赤霉素合成及降解相关基因GA20ox、KO、KAO、GA3ox、GA20ox,赤霉素受体GID1基因(4个)和信号传导的DELLA基因(4个)、SPY、SLY1等24个赤霉素途径基因的表达变化。RT-PCR结果显示赤霉素相关基因在叶、茎中都有表达,仅LSH基因在块茎中特异性表达。统计赤霉素处理参薯的结薯时间表明,赤霉素处理的参薯苗结块时间明显提前。RT-qPCR结果显示赤霉素处理后,4个GID1、GA20ox、DELLA2、SNE等基因表达在所有组织或部分组织显著下降,DELLA1和KAO1表达变化不明显,GRF2在块茎中表达上升。试验结果显示外源赤霉素添加对参薯结薯有诱导作用,且对内源赤霉素合成有一定的抑制,可能通过改变参薯赤霉素含量的平衡而提前进入结薯过程,为将来人工控制结薯时间提供科学数据。     

棉花早衰的分子机理研究进展

早衰是棉花生长发育的一种异常现象,是大量衰老相关基因差异表达的结果。早衰棉花光合作用、碳水化合物和其他生物大分子合成相关基因大多下调表达,而蛋白、核苷酸、脂类降解和氨基酸、糖类、嘌呤、嘧啶和离子转运体等养分循环利用相关基因大多上调表达;脱落酸(ABA)、乙烯、生长素、茉莉酸(JA)和赤霉素(GA)相关基因大多上调表达,而细胞分裂素合成基因IPT下调表达;NAC和WRKY等转录因子基因也大多上调表达。结合作者在该领域的研究,总结评述了光合作用及大分子降解、养分循环利用、激素和转录因子相关基因在早衰棉花中的表达模式及作用机理。     

小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶绿体基因差异表达分析

小麦叶绿素缺失突变体Mt135自交后代稳定表现绿株、条纹株和白化株3种类型, 其中条纹株白色组织和白化株的叶绿体数目和结构发生突变, 完全失去光合能力。为研究该突变体叶绿体基因表达与光合作用的关系, 采用实时荧光定量PCR技术, 分析了白化株和条纹株的叶绿体基因表达。在白化株中共检测到40个差异表达基因, 涉及4类功能(编码光反应相关蛋白、编码叶绿体内能量代谢相关酶、核糖体合成和tRNA合成), 包括18个上调表达和22个下调表达基因;在条纹株中共检测到13个上调表达基因, 其表达变化趋势与在白化株中一致。白化株的差异表达基因中, 编码光系统II、I结构蛋白的psb、psa及ycf等基因家族的基因表达量显著下调;多个编码核糖体蛋白大、小亚基的基因表达量改变, 尤其是核糖体蛋白小亚基编码基因rps14和23S rRNA的编码基因23S rDNA表达量显著下调。推测Mt135突变性状与参与光反应相关蛋白的编码基因、叶绿体内能量代谢相关酶的编码基因、核糖体合成相关基因以及tRNA合成相关基因表达量的改变密切相关。     

LAZY1通过BR途径调控水稻叶夹角的发育

叶夹角的大小直接影响水稻叶面积指数，进而调控群体光合作用，是水稻株型育种中重要的指标，研究其发育机制对水稻株型育种具有重要的意义。利用EMS诱变籼型水稻保持系西大1B，获得一个植株散生且叶夹角变大的突变体s524。田间种植条件下，苗期s524的叶夹角极显著大于野生型；分蘖期s524的分蘖角极显著增大，株型松散；成熟期s524整个植株呈匍匐状生长。而野生型株型在整个生育期均保持相对紧凑，叶夹角较小。石蜡切片分析显示，s524叶夹角增大是由叶枕近轴面细胞变大造成的。s524的主要农艺性状与野生型相比无明显变化。遗传分析表明该性状受1对隐性核基因控制，利用SSR标记进行基因定位，最终将S524定位在第11染色体标记RM4746和RM26742之间324 kb的物理范围内，包含散生基因LAZY1。测序结果显示s524突变体在LAZY1第3外显子上发生了一个T到C的碱基替换，导致第143位氨基酸由野生型的缬氨酸突变为丙氨酸，表明s524是一个新的LAZY1等位突变体。s524对外源油菜素内酯(BR)的敏感性降低，BR信号传导途径关键基因BU1在s524中的表达上调了近10倍，早期研究表明BU1基因的过表达可导致叶夹角变大。推测LAZY1/S524可能通过BR信号传导途径调控水稻叶夹角的发育。     

活性炭促进玉米幼胚离体培养幼苗生长与发育的转录组分析

以玉米自交系昌7-2为试材,比较了14 d龄幼胚在MS和MSA(MS加活性炭)培养基上离体培养9 d的幼苗生长情况,并利用转录组测序技术分析了2种培养基上的玉米幼苗地上部和地下部的基因表达差异。结果表明,活性炭可以显著促进玉米幼苗的生长与发育。活性炭主要影响地下部基因表达。加入活性炭后,幼苗地下部表达上调的基因有1612个,下调的基因有530个;幼苗地上部表达上调的基因有69个,下调的基因有78个。GO功能显著性分析表明,地下部差异表达基因(DEGs)主要涉及DNA包装、DNA包装复合体和水解酶活性,地上部DEGs主要涉及脂类代谢、胞外区和过氧化物酶活性。KEGG富集分析表明,地下部DEGs主要涉及能量、碳水化合物、脂类和氨基酸代谢,以及细胞周期和植物激素转导途径;地上部DEGs主要涉及泛醌和其他萜-醌类物质合成途径。活性炭促进细胞周期途径中的关键基因(CYC、CDH1、MCM3、PCNA2和BUBR1)、生长素信号传导基因(Aux/IAA)以及细胞色素基因(CYP450)显著上调表达。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证了10个DEGs的表达模式与转录组测序结果一致,证实了转录组数据与分析的可靠性。     

作物矮化基因与GA信号转导途径

矮化性状的利用,显著提高了小麦和水稻等作物的产量,从而引发了上世纪发生的响誉全球的“绿色革命”。一些控制矮化性状的基因已相继克隆,这些矮化基因的功能在于干扰植物激素—赤霉素（GA）的作用和合成,从而使植株表现为矮化。小麦Rht基因编码生长阻遏物,其功能可被GA所抑制。水稻sd1基因编码GA生物合成途径中的缺陷型酶,即GA20-氧化酶（GA20ox）。GA 亦可使sd1隐性突变体植株高度恢复正常。     

矿质营养及生长调节剂对玉米耐冷性及产量的影响

NP作种肥以及0.1%Zn~(++),BR(油菜素内酯)浸种均可提高玉米的耐冷性.低温胁迫下,NP、Zn~(++)及BR处理均能降低叶细胞质膜透性,增加叶绿素含量,降低气孔阻力,使光合速率有所提高,单株籽粒产量增加.晚播玉米开花期叶面喷施0.5%PK、20ppmGA_3、0.05%Zn~(++)、1ppmBR皆有缓解低温影响,增加可育粒,减少秕粒和秃尖,以及增加百粒重的作用.     

油菜素内酯合成和信号转导基因在马铃薯块茎贮藏期间的表达变化及对萌芽的影响

为探明油菜素内酯BR在块茎萌芽中的作用,建立更有效的种薯催芽调控体系,选择了休眠期不同的3个品种,利用q RT-PCR分析与BR合成、信号转导、调控有关的9个基因在贮藏期间及抑芽处理下的表达模式;同时检测BR类似物24-表油菜素内酯(24-e BL)及其与赤霉素GA3对块茎萌芽的影响。结果表明,涉及BR合成的4个基因表达量均随贮藏时间延长升高,短休眠品种升高的时间点早于中、长休眠品种;信号转导及调控基因中BRI1和CYCD3的变化与合成基因相似,BSK和TCH4的表达量则在中、长休眠期品种中保持恒定。抑芽处理在贮藏前期能刺激这些基因的表达升高,但之后都迅速下降并保持低水平。转录因子BZR1在各品种中以及抑芽处理下均没有明显变化。24-e BL利于块茎解除休眠,但不促进芽的伸长生长,与GA3互配效果更佳,单株块茎增重37.92%~98.41%。结论表明,BR合成和信号转导是块茎从休眠向萌芽转变的必经生理过程,它与GA3互配用于催芽更利于种薯萌芽的整齐、健壮并促进块茎形成。     

一个水稻黄叶突变体的叶绿素合成关键基因的表达分析

为了研究水稻黄叶突变基因与叶绿素合成途径的关系及突变基因的作用机理,本研究以野生型作对照,结合半定量与实时定量PCR技术,对突变体茎和叶组织中叶绿素合成关键基因的RNA表达水平进行了分析。结果显示,在茎组织中,研究选取的8个基因在突变体和野生型中的表达均没有明显差别。而在叶组织中,突变体的YGL1和CHLI两个基因的表达量约为野生型的1.8倍,表达明显上调;CHLD基因的表达量约为野生型的0.6倍,表达明显下调;其余5个基因的表达没有明显差别。研究表明,突变基因能够调控叶绿素合成关键基因YGL1、CHLD和CHLI的表达,从而影响叶组织中叶绿素的合成,这为进一步研究突变基因对叶绿素合成的调控模式及其作用机理奠定了基础。     

Brassinolide Application Improves the Drought Tolerance in Maize Through Modulation of Enzymatic Antioxidants and Leaf Gas Exchange

Brassinolides (BRs) are naturally occurring substances, which modulate plant growth and development events and have been known to improve the crop tolerance to abiotic stresses. In this study, possible role of exogenously applied brassinolide (BR) in alleviating the detrimental effects of drought in maize was evaluated in a rain‐protected wire‐house. Maize was subjected to drought at the start of tasseling for 6 days by withholding water application followed by foliar spray of BR (0.1 mg l^?1) to assess the changes in growth, gas exchange, chlorophyll contents, protein, relative leaf water contents (RLWC), proline, malonialdehyde (MDA) and enzymatic antioxidants. Drought substantially reduced the maize growth in terms of plant height, leaf area and plant biomass. Moreover, substantial decrease in gas exchange attributes (net photosynthetic rate (A), transpiration rate (E), stomatal conductance (g_s), water use efficiency (WUE), instantaneous water use efficiency (WUEi) and intercellular CO₂ (C_i) was also recorded. However, exogenous application of BR remarkably improved the gas exchange attributes, plant height, leaf area, cobs per plant, seedling dry weight both under drought and well‐watered conditions. BR‐induced promotion in growth and physiological and metabolic activities were mediated through increased protein synthesis enabling maintenance of tissue water potential and activities of antioxidant enzymes lowering the lipid peroxidation under drought.