大豆GmNF-YC2基因的克隆与功能分析

NF-Y (nuclear factor-y)是真核生物中普遍存在的一种转录因子复合物, 是由3个不同的亚基(A, B, C)组成, 并通过作用于其他调控因子的启动子来调节目的基因的表达。本文从大豆KN18中克隆大豆NF-YC基因GmNF-YC2, 并且利用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析其表达模式, 发现GmNF-YC2的表达受光调控, 并在开花期第3复叶中表达量最高。结果表明, GmNF-YC2在大豆光周期开花调节中起重要作用。拟南芥原生质体瞬时表达实验证实, GmNF-YC2蛋白定位在细胞核中。这为大豆NF-YC家族基因的功能研究提供重要依据。     

植物中NF-Y转录因子的结构和功能研究进展

核因子Y(nuclear factor-Y,NF-Y),是一类普遍存在于高等真核生物中的转录因子,通常由NF-YA、NF-YB、NF-YC 3个亚基组成。近年来的研究表明,植物中的单个NF-Y亚基已经广泛参与到胚胎和种子发育、胁迫响应、ABA信号传导、叶绿素合成、氮固定、根伸长、开花、光合作用、植物-微生物互作中等进程中;但完整的NF-Y复合体的功能还未见报道。本综述总结了已经报道出完整NF-Y家族成员的物种,并分别对3种亚基以及NF-Y复合体的蛋白结构和生物学功能进行了阐述。     

棉花磷胁迫响应基因GhWRKY6克隆及功能分析

【目的】提高棉花在低磷胁迫下的抗性,挖掘棉花磷胁迫相关功能基因。【方法】用生物信息学方法分析Gh WRKY6基因的结构特征和进化关系;构建基因超表达载体转化拟南芥,分析转基因拟南芥在低磷胁迫下的抗性;利用荧光定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析拟南芥中磷信号途径Marker基因表达量的变化。【结果】以陆地棉cDNA为模板克隆得到Gh WRKY6基因,生物信息学分析表明该基因序列含有一个WRKY保守结构域,是WRKY家族转录因子。在低磷胁迫下,转基因拟南芥与野生型相比,种子萌发速度、主根长度、侧根数目、生物量均低于野生型,而在正常生长条件下两者并无差别。qRT-PCR分析表明GhWRKY6能够影响关键的磷转运蛋白基因的表达。【结论】GhWRKY6作为一个负调控因子参与到植物低磷胁迫响应信号途径中。     

转GmAREB基因提高拟南芥的干旱、氧化胁迫耐性

以耐盐性较强的大豆(Glycine max L.)品种铁丰8号为试验材料,克隆到1个A亚族bZIP类转录因子基因,命名为GmAREB (Glycine max ABA responsive element binding protein)。该基因由1 317个核苷酸组成,编码439个氨基酸残基,包括4个保守的磷酸化位点区域(C1、C2、C3和C4)、1个核定位信号区(KVVE)和1个bZIP转录因子保守域。聚类分析显示GmAREB蛋白与拟南芥ABF2、水稻OsTRAB1具有较高的同源性,并存在较近的亲缘关系。采用凝胶阻滞实验方法证明GmAREB蛋白与ABRE顺式元件具有体外结合特异性。功能分析结果表明, 在干旱胁迫条件下, GmAREB转基因拟南芥的存活率(50%)显著高于野生型(5%);气孔统计分析显示转基因植株的气孔开度(0.8 μm)明显比对照开度小(2.6 μm)。氧化胁迫结果显示GmAREB转基因拟南芥在甲基紫精溶液中叶绿素含量比野生型高(7.3 mg g^–1 FW)。转基因拟南芥RT-PCR分析表明,GmAREB基因过表达能够增强下游胁迫相关基因ABI1、ABI2的表达,抑制气孔开闭相关基因KAT1、KAT2的表达。综上所述,GmAREB基因过表达有效调控了转基因拟南芥下游靶基因表达,加速了气孔关闭,减少了水分蒸发和叶绿素降解,从而提高了转基因拟南芥对干旱、氧化胁迫耐性。     

茶树CsbZIP4转录因子正调控拟南芥对盐胁迫响应

bZIP转录因子是真核生物中一类多功能蛋白家族,参与种子成熟、光信号调节、胁迫响应等多种生物学过程,拟南芥中根据序列相似性和保守域主要分为10个亚家族(A-I和S)。本文以茶树的C亚家族转录因子CsbZIP4为研究对象,调查非生物胁迫下的表达模式,及转化拟南芥后CsbZIP4过表达对耐盐性的影响。结果显示,在4℃低温、外源ABA、盐和干旱胁迫处理后,CsbZIP4的表达在茶树叶片中呈上调模式,特别是在盐和干旱胁迫下其表达分别上调2.9倍和2.2倍;而在根中,低温、盐和干旱胁迫均能显著抑制CsbZIP4的表达,其中盐胁迫能将其表达抑制2倍;荧光显微镜下观察CsbZIP4-GFP融合蛋白,将CsbZIP4定位于细胞核中;CsbZIP4的过表达能够降低转基因株系种子萌发时对外源ABA、盐胁迫的敏感性,在300mmolL~(-1)NaCl盐胁迫下,转化拟南芥植株过表达CsbZIP4增强抗性,其叶片的SPAD值较高,同时过表达株系中盐胁迫响应基因AtSOS1的表达显著增强。根据CsbZIP4正调控拟南芥的盐胁迫响应,推断CsbZIP4与茶树抵御盐胁迫密切相关。     

科技

正华南植物园在植物种子萌发调控信号研究中取得进展中国科学院华南植物园植物激素调控研究组的助理研究员刘旭在研究员侯兴亮指导下,发现Nuclear Factor Y-C(NF-YC)家族基因在调控植物种子萌发中发挥重要作用。拟南芥NF-YC负调控GA介导种子萌发过程,在GA合成抑制剂(PAC)处理下,NF-YC同源基因多突变体的种子萌发率相比野生型显著提高,表现为PAC不敏感,而过表达NF-YC株系     

玉米小分子热激蛋白ZmHSP17.7基因的克隆与功能分析

植物热激蛋白是一类代表性高温响应蛋白。以玉米种质POB21为材料,克隆了一个CDS序列长度为477 bp的小分子热激蛋白基因。该基因编码的蛋白含158个氨基酸,具有HSP20蛋白典型的ACD结构域,预测的等电点为5.36,分子量为17.746 k D,被命名为Zm HSP17.7。在水稻、拟南芥等植物基因组中都有其同源基因,进化和亚细胞定位分析表明,此基因属CI类小分子热激蛋白家族成员。Northern杂交分析表明,高温快速诱导Zm HSP17.7基因表达,15%PEG模拟干旱胁迫不诱导该基因表达,但在复合胁迫下干旱增强了高温的诱导效果。外源ABA也不影响该基因的表达。与野生型拟南芥相比,超表达Zm HSP17.7的转基因拟南芥在种子萌发和植株生长过程中表现出更强的高温和干旱耐受性,说明该基因可以在植物防御高温、干旱及复合胁迫中发挥一定作用。     

谷子转录因子基因SiNAC45在拟南芥中对低钾及ABA的响应

NAC(nascent polypeptide-associated complex)转录因子在植物生长发育和非生物胁迫响应等过程中发挥重要的调控作用,目前,关于NAC转录因子参与耐低钾胁迫的研究报道很少。本研究在前期工作对低钾胁迫的转录组测序基础上,对筛选出的一个低钾胁迫下表达量上调的NAC类转录因子基因SiNAC45进行了深入研究。结果表明,SiNAC45基因全长1383 bp,编码461个氨基酸,分子量为50.7 k D,等电点为6.92。SiNAC45在20~100个氨基酸之间有一段NAM保守结构域。系统进化树结果显示,SiNAC45位于NAC基因家族的第1亚族。基因表达谱分析显示,SiNAC45主要在谷子根部表达,并且能够被低钾和ABA诱导表达。亚细胞定位结果显示SiNAC45定位于细胞核。基因功能分析结果显示,在不同浓度低钾处理下,和野生型拟南芥相比,SiNAC45转基因拟南芥的根长和植株鲜重显著增加,说明过表达SiNAC45可以提高转基因植物对低钾胁迫的抗性。下游基因表达分析结果显示,在SiNAC45转基因植物中两种重要的钾离子转运体基因AKT1和HAK1的表达显著提高,证明SiNAC45通过调控植物钾离子转运体基因的表达影响植物对低钾胁迫的耐性。种子萌发试验结果显示,SiNAC45转基因拟南芥与野生型拟南芥相比对ABA的敏感性降低,说明SiNAC45可能负调ABA信号。     

玉米分子伴侣基因ZmBiP2在逆境下的功能分析

BiP(binding protein)基因编码的蛋白是一类重要的分子伴侣,在动植物的逆境胁迫响应过程中具有重要的作用。从玉米抗旱自交系旱21中分离到分子伴侣基因ZmBiP2,序列分析结果显示,该基因开放阅读框长1989 bp,编码含663个氨基酸的蛋白,包含热激蛋白家族特有的TVIGIDLGTTYSC保守结构域和ATP结合位点。实时荧光定量PCR结果显示,Zm Bi P2基因在玉米的雄穗和子房中表达量最高;在盐、甘露醇胁迫条件下,该基因在植株的地上部分上调表达。过量表达Zm Bi P2基因的拟南芥转基因株系在种子萌发时期对盐和甘露醇胁迫的耐受能力减弱,在苗期对盐胁迫敏感。推测在植物响应非生物胁迫的过程中,过量表达的ZmBiP2蛋白可能发挥负调节蛋白的功能。     

大豆中一个WRKY28-like基因的克隆与功能分析

WRKY转录因子参与调节植物生长发育、生物与非生物胁迫应答等多种过程,AtWRKY28是拟南芥中与抗病和耐逆相关的重要转录因子。为探讨大豆中一个AtWRKY28同源基因GmWRKY28-like(Glyma.14G028900)的生物学功能,本文对该基因进行了克隆、生物信息学分析、亚细胞定位、组织表达等试验,并对其在ABA、PEG、NaCl胁迫下的表达水平进行了分析。结果显示,GmWRKY28-like基因的编码区(CDS)为1008bp,编码335个氨基酸。GmWRKY28-like蛋白具有保守的WRKY结构域,含有22个丝氨酸(Serine)、1个苏氨酸(Threonine)、2个酪氨酸(Tyrosine),不含跨膜结构与信号肽;进化树分析表明大豆GmWRKY28-like与菜豆(Phaseolus vulgaris)WRKY28的相似性最高;亚细胞定位显示GmWRKY28-like定位在细胞核中。该基因在根、种子中表达量很低,在真叶、花、及茎尖分生组织表达量较高。GmWRKY28-like启动子中含有多种与生物和非生物逆境胁迫应答相关的元件,如MBS、W-box、ABRE、Box-W1等,且表达受到ABA、PEG、NaCl的诱导。此外,过表达GmWRKY28-like显著增强了拟南芥的耐盐性。     

海岛棉5个CBF/DREB基因的克隆与表达分析

低温、干旱和盐渍是影响作物生长、产量和全球地理分布的重要非生物胁迫。CBF/DREB转录因子是参与植物非生物胁迫应答反应的重要调控蛋白。为了更好地了解棉花CBF家族基因,通过生物信息学的方法,从海岛棉中克隆了5个具有完整开放阅读框的CBF基因,命名为Gb CBF1―Gb CBF5。这5个基因编码的蛋白与其他植物冷胁迫相关的CBF蛋白具有高度的保守性,含有1个AP2功能结构域和2个特征基序。系统进化树分析表明,这5个基因与拟南芥的3个参与冷胁迫的CBF基因一起聚类在DREB亚家族中的A-1亚组。通过RT-PCR的方法分析了海岛棉基因Gb CBF1―5在高盐(200 mmol·L-1 Na Cl)、干旱、4℃低温等非生物胁迫处理下的表达模式。结果表明其中2个基因在冷胁迫下上调表达,5个基因在干旱和盐处理下均下调表达。这些为进一步探索CBF基因在棉花逆境胁迫应激反应中的作用提供了有价值的信息。     

Transformation of tobacco with an Arabidopsis thaliana gene involved in trehalose biosynthesis increases tolerance to several abiotic stresses

Summary Trehalose (a non-reducing disaccharide) plays an important role in abiotic stress protection. It has been shown that using trehalose synthesis genes of bacterial origin, drought and salt tolerance could be achieved in several plants. A cassette harboring the AtTPS1 gene under the control of the CaMV35S promoter and the Bialaphos resistance gene was inserted in the binary plasmid vector pGreen0229 and used for Agrobacterium-mediated transformation of tobacco (Nicotiana tabacum). T0 plants obtained were analyzed by PCR for the presence of AtTPS1 gene. Thirty lines were positive and seeds were germinated on media with 6 mg/l PPT to obtain T1 plants that were grown in the greenhouse to obtain T2 seeds that were germinated on selective media. Lines which seeds showed a 100 % survival rate were considered homozygous transgenic T1 lines. Three lines were selected and gene expression confirmed by northern and western blots. Transgenic seeds were germinated on media with different concentrations of mannitol (0, 0.25, 0.5 and 0.75 M) and sodium chloride (0, 0.07, 0.14, 0.2, 0.27 and 0.34 M) to score their tolerance to osmotic stress. Assays were conducted to test the tolerance of transgenic plants to drought (measurement of water percentage as a consequence of water withdrawal), desiccation (measurement of water loss as a consequence leaf detaching) and temperature stresses (germination at 15 ^∘C and 35^∘C). Transgenic tobacco plant lines registered higher germination rates under osmotic and temperature stress situations than did wild-type plants. Responses to drought and desiccation stresses were similar for all plant lines. It can hence be suggested that the heterologous expression of TPS1 gene from Arabidopsis can be used successfully to increase abiotic stress tolerance in model plants and probably in other crops.     

Expression analysis of BsAPase14 acid phosphatase,a stress responsive boiling-stable protein from <Emphasis Type="Italic">Triticum aestivum</Emphasis>

Developmental regulation and effect of abiotic stresses (osmotic, salt, heat, and drought) on induction of boiling-stable acid phosphatases (BsAPases) was studied in the growing wheat seedlings. SDS-PAGE revealed the induction of several boiling-stable polypeptides in a spatial and temporal manner in the growing seedlings. Western blot analysis, using polyclonal acid phosphatase antiserum, revealed the induction of a cross-reacting one 14 kDa boiling-stable acid phosphatase band (14 kDa, BsAPase14) in endosperm at 7 and 14 days of germination (DOG). Various abiotic stresses (heat, salt, and osmotic) also elicit accumulation of BsAPase14 in a tissue-dependent manner. Imposition of drought stress also resulted in an induction of boiling-stable protein (BsAPase-14) which disappeared after removing the stress. Based upon these observations, the possible role of BsAPase14 in water-stress tolerance is discussed.     

辣椒金属伴侣蛋白基因CaHPP7提高植物对铜和热胁迫的抗性

金属伴侣蛋白在植物抵抗重金属胁迫和低温、干旱、高盐等非生物胁迫中发挥重要作用,但其应对热胁迫时发挥作用的报道还很少。前期研究从辣椒中分离到一个能够响应热胁迫的金属伴侣蛋白基因CaHPP7,通过生物信息学和定量分析发现该基因的氨基酸序列含有1个HMA结构域,且其表达受高温、Cu²⁺、Cd²⁺等重金属,以及ABA(Abscisic acid)、MeJA(Jasmonic acid methylester)和SA(Salicylic acid)等外源信号物质的诱导。为了进一步明确CaHPP7基因在植物重金属和热胁迫抗性形成中的功能,利用基因沉默和过表达技术改变Ca HPP7的表达水平。结果显示,基因沉默表达后,辣椒对铜和热胁迫的抗性都降低,表现为离体叶圆片叶绿素含量下降程度显著高于未沉默植株;而基因过表达后,拟南芥对铜和热胁迫的抗性都升高,其中热胁迫下表现为幼苗存活率高于对照,叶圆片叶绿素含量减少程度低于对照;铜胁迫下表现为种子发芽率高于对照,幼苗生长的受抑制程度和叶圆片叶绿素含量下降程度均低于对照。故推测CaHPP7基因在植物应对高温和铜胁迫的过程中起正调控作用。本研究结果将为进一步揭示植物抗逆性形成的分子机制提供理论依据,也将为农作物抗逆新品种的选育提供参考。     

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子,在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子,包含4个亚家族(HD-ZIP I^IV),其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员,这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上,与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HDZIP I亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式,具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后,玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。