非生物胁迫条件下10个玉米ZmDOF基因表达模式分析

为了研究玉米转录因子Dof(DNA-binding with one zinc finger)锌指蛋白在玉米生长发育及非生物逆境胁迫响应途径中的作用与生物学功能。利用qRT-PCR技术系统研究了10个ZmDOF基因在玉米不同组织中以及应答不同非生物逆境胁迫下响应表达模式。进化树以及基因结构分析结果表明,这10个ZmDOF基因分布在3个不同的亚家族。qRT-PCR分析结果显示,这10个基因具有组织表达特异性。7个基因主要在雄花中表达,2个基因主要在授粉15 d后的小穗中表达,1个基因主要在根中表达,表明这10个基因可能参与这些组织的生长发育进程。在盐或干旱胁迫处理下,大部分基因的表达模式都发生了明显的改变,预示着这些基因参与玉米幼苗应答盐或干旱胁迫响应信号途径。在铵态氮缺乏胁迫下,ZmDOF3的表达上调了5倍以上。在硝态氮缺乏胁迫下,ZmDOF23和ZmDOF46的表达量下降了90%以上,表明这些基因可能参与调控玉米幼苗氮代谢平衡或者信号转导途径。     

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。     

大豆中3个Dof转录因子的生物信息学及表达分析

植物Dof转录因子在植物应对非生物胁迫过程中发挥重要作用。为探明Dof转录因子参与大豆对非生物胁迫的响应,对大豆中3个Dof转录因子(GmDof2.1、GmDof3.1和GmDof4.6)的基因序列进行生物信息学分析。3个Dof基因分别位于不同染色体上,它们所编码的蛋白序列长度为212～305个氨基酸残基,均具有1个保守的Dof结构域。3个Dof蛋白主要定位于细胞核中且含有不同数量的磷酸化位点。启动子序列分析表明,GmDof2.1启动子序列中含有3种与逆境和激素响应相关的元件(ARE、DRE1和MBS),GmDof3.1启动子序列中含有6种与逆境和激素响应相关的元件(ABRE、ARE、CGTCA-motif、TGACG-motif、W-box和WUN-motif),GmDof4.6启动子序列中含有7种与逆境和激素响应相关的元件(ABRE、ARE、CGTCA-motif、GARE-motif、MBS、TGACG-motif和WUN-motif)。实时荧光定量PCR结果显示,3个Dof基因均可不同程度的响应高盐、干旱、低温和高温胁迫。GmDof2.1和GmDof3.1在大豆根中的表达量最高,GmDof4.6在大豆茎中的表达量最高。由此推测3个Dof转录因子可能在大豆应对非生物胁迫过程中发挥转录调控作用。     

谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(PEPC)对逆境胁迫的响应

为解析谷子磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC,Phosphoenolpyruvate carboxylase)在非生物逆境胁迫下的响应特征。从谷子基因组中鉴定出一个Si PEPC(Seita. 1G020700)基因,利用相关软件对其氨基酸序列、蛋白特征、功能、信号途径、顺势应答元件等参数特征进行分析和预测,随后分析了该基因在幼苗期逆境胁迫下的动态表达模式及在拔节期、抽穗期、灌浆期不同光照处理和干旱胁迫下的表达。结果表明,该基因位于谷子1号染色体,基因组序列长6 652 bp,编码965个氨基酸,基因无可变剪切、不含内含子;功能域分析显示,该基因含PEPC基因的特征结构域;多序列比对发现,该PEPC蛋白与其他植物PEPC蛋白非常相似,具有非常保守的序列结构。实时荧光定量PCR分析表明,Si PEPC(Seita. 1G020700)在ABA、低温、PEG、高盐胁迫下表达量均有所上调,其中,在ABA处理时,表达量呈现波动,在12 h被诱导达到峰值。在低温处理时,表达量持续上升,在24 h达到峰值;在PEG和Na Cl处理时表达量整体呈上升趋势,均在12 h达到峰值,在24 h其表达量均急剧下降。进一步研究表明,Si PEPC基因在拔节期和抽穗期正常光照强度下参与了对干旱胁迫的响应,推测Si PEPC(Seita. 1G020700)基因参与了谷子对非生物逆境的应答,可能在干旱和其他逆境胁迫信号途径中起关键作用。     

非生物逆境胁迫下普通小麦烟农19幼苗FeSOD基因表达分析

非生物逆境(高温、低温、干旱、盐胁迫等)严重影响作物生长,研究参与逆境胁迫应答基因具有重要的理论意义和应用价值。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是一种广泛存在于真核生物中的金属酶类,在植物的抗逆性中起到重要作用。采用q RT-PCR技术,分析普通小麦烟农19幼苗叶中Fe SOD基因在盐、脱落酸(ABA)、干旱、高温、低温胁迫过程中的的表达模式。结果表明:在逆境胁迫下,普通小麦烟农19幼苗Fe SOD基因的表达量大体呈现先上升后下降的趋势。在37℃高温、-4℃低温、300mmol/L Na Cl、30%的PEG-6000和100μmol/L ABA胁迫下,Fe SOD基因的表达量分别在3、3、6、48和24h时最高,分别为对照的34.0、4.6、4.3、5.8、13.5和3.3倍,差异均达到显著水平,说明Fe SOD基因在普通小麦烟农19幼苗逆境胁迫中发挥着重要的调控功能,为进一步了解小麦抗逆分子机制和改良小麦品种提供理论依据。     

3个水稻WAX2同源基因表达的组织特异性及逆境响应特征

利用拟南芥的WAX2基因序列BLAST检索出3个水稻同源基因,命名为OsWAX2-1、OsWAX2-2和OsWAX2-3,与拟南芥WAX2基因的同源性分别为56.0%、55.2%和52.0%;其预测的编码蛋白与WAX2蛋白的同源性分别为61.5%、60.5%和64.7%。这3个蛋白都分别存在4个跨膜结构区和1个甾醇去饱和酶的保守区,说明它们都属于跨膜蛋白并可能与角质层的蜡质合成有关。采用半定量RT-PCR方法检测3个OsWAX2基因在水稻不同部位的表达情况,及高温、低温、NaCl、PEG和ABA5种处理对3个OsWAX2基因在转录水平表达的影响。结果表明,3个OsWAX2基因在水稻中的表达存在时空差异,3个基因在水稻萌动的胚中表达量都很高,OsWAX2-3基因在叶中的表达量最高;3个OsWAX2基因对高温、低温、盐、干旱及ABA胁迫响应也存在差别,OsWAX2-1只在ABA处理时增强表达;OsWAX2-2受高温、低温、盐、干旱胁迫及ABA诱导并且响应迅速。这一结果为进一步研究OsWAX2基因在水稻生长发育过程及逆境胁迫下的功能与作用机制提供了参考。     

烟草磷酸酶基因NtPP2C16的克隆、表达载体构建及表达分析

2C型丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(PP2C-type protein phosphatases,PP2C)是ABA信号转导途径中的关键组分,在植物生长发育、细胞周期调节及应对逆境胁迫的过程中发挥重要的作用。为探究PP2C基因在烟草适应非生物胁迫中的功能,从烟草栽培品种K326中克隆到了一个PP2C同源基因,该基因开放阅读框为1 617 bp,编码538个氨基酸残基。同源性分析结果显示,该基因所编码的蛋白与绒毛状烟草PP2C16的亲缘关系最近,故命名为NtPP2C16。生物信息学分析表明,NtPP2C16催化区域上具有PP2C家族进化中相对保守的11个结构亚区。qRT-PCR研究分析结果表明:该基因的表达显著受ABA和H_2O_2 2种信号分子诱导,并且响应干旱、高盐、低温和低钾胁迫。成功构建NtPP2C16-pBI121过表达载体,为解析NtPP2C16参与烟草非生物逆境胁迫响应提供一定的理论依据。     

甜菜ERF转录因子基因克隆及非生物胁迫响应分析

ERF(Ethylene-responsive element binding factors)是调控植物生长发育和响应胁迫的重要转录因子，在植物应对生物及非生物胁迫反应、调控胁迫相关功能基因的表达、提高植物的抗逆性中起着重要的作用。分析甜菜ERF转录因子基因在非生物胁迫下的表达规律，旨在为深入研究ERF转录因子在甜菜逆境胁迫应答中的作用机制提供理论依据。本研究以高糖型甜菜品系‘BS02’为试材，利用RT-PCR方法克隆得到Bv＿ammr基因，并对其进行生物信息学分析。该基因CDS区长906 bp，编码301个氨基酸。蛋白质分子量为33.19 kD，理论等电点为8.61，其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主，具有一个AP2保守结构域；氨基酸序列的同源性和进化树分析显示其编码蛋白与马兜铃菌毛所编码的蛋白亲缘关系较近。采用实时荧光定量PCR方法观测非生物胁迫下该基因表达模式，结果表明，Bv＿ammr基因对低温、高温、干旱、盐、ABA等非生物胁迫有不同程度响应。     

低温胁迫下组蛋白H3K18cr在水稻全基因组上的动态变化特征解析

组蛋白修饰在水稻响应非生物胁迫的过程中发挥着重要作用。巴豆酰化是一种新型的组蛋白修饰方式,其在水稻受到低温逆境时如何变化目前很少有见报道。本研究对正常生长和低温处理的水稻日品种本晴幼苗进行RNA-seq和ChIP-seq高通量测序,然后联合分析组蛋白H3赖氨酸18特异位点上巴豆酰化修饰(H3K18cr)在低温胁迫下对基因表达的调控特征。研究表明,在基因组中H3K18cr主要富集在第1外显子和基因间区,且与基因表达和基因长度呈现正相关。低温胁迫下,H3K18cr在水稻基因组上的分布区域没有变化,但是蛋白免疫印记和ChIP-seq结果均表明整体修饰水平下降;差异修饰分析发现低温胁迫后有899个和409个基因分别表现出修饰显著增加和减少。通过与RNA-seq关联分析显示共有199个基因H3K18cr修饰水平增高且表达水平上调,GO富集分析发现这些基因主要参与转录活性的调控等过程。进一步验证表明组蛋白H3K18cr通过调控OsDREB1A、OsEATB、OsAP2-39、OsNAC9等转录因子的表达来参与水稻低温胁迫的响应过程。相关研究结果为解析组蛋白巴豆酰化调控植物响应低温胁迫的表观遗传机制...     

油菜B-box型锌指蛋白基因BnSTO的克隆和表达

B-box型锌指蛋白参与植物多种生长发育和非生物逆境胁迫响应过程。笔者通过RT-PCR克隆得到甘蓝型油菜2个B-box型锌指蛋白基因Bn STO-1和Bn STO-2。Bn STO-1的ORF长度为723 bp,推测编码240个氨基酸,定位于A8染色体。Bn STO-2的ORF长度为726 bp,推测编码241个氨基酸,定位于C8染色体。2个基因均由3个外显子和2个内含子构成,在氨基酸水平上的相似性达到了96.68%。系统进化分析表明Bn STO与拟南芥At STO的亲缘关系较近,同源性较高。荧光实时定量PCR结果表明Bn STO在检测的各个组织中均有表达,其中叶和蕾中的表达量最高;高盐、干旱和高温能显著诱导Bn STO-1和Bn STO-2的表达,但出现峰值的时间不同,推测2个基因均可能参与了油菜的非生物逆境胁迫响应。     

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。     

水稻OsTPP3基因的克隆及生物信息学分析

海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)是海藻糖合成的关键酶,通过合成具有渗透能力的海藻糖增加植物在逆境中的存活能力。本研究通过克隆得到水稻OsTPP3基因并构建原核表达载体进行体外表达,对基因启动子顺式作用元件组成、表达模式和模拟蛋白三维结构等生物信息学分析,揭示OsTPP3基因在水稻抵抗逆境胁迫中的作用。结果显示,OsTPP3基因编码366个氨基酸,预测分子量39.99 kD,成功构建原核表达载体并体外表达。OsTPP3蛋白具有三个保守的基序构成酶活性位点,蛋白两个结构域之间是底物结合位点。OsTPP3基因的基因芯片结果显示在正常生长条件下各器官均检测到表达信号,是组成型表达基因。但在花和种子各器官中表达量明显较高;7 d幼苗经干旱和盐胁迫处理后,OsTPP3基因在根和芽中表现出表达量明显增加的特点。OsTPP3基因启动子组成元件预测基因表达模式与基因芯片表达情况一致。通过对OsTPP3基因表达模式的研究,发现其在生长发育和渗透性胁迫中发挥重要功能,可作为转基因遗传育种的备选基因。     

棉花GhCYSTM9基因的克隆及在非生物胁迫下的表达分析

CYSTM是真核生物中广泛存在的一类小分子蛋白,其在细胞信号转导、逆境防御反应中发挥着非常重要的作用。为了研究CYSTM基因在棉花非生物胁迫响应中的功能,本研究利用RT-PCR方法从陆地棉中克隆了GhCYSTM9基因。该基因c DNA全长237 bp,编码78个氨基酸,所编码蛋白具有一个C端保守的富含半胱氨酸的TM螺旋和特异的N端胞质元件。多重比对发现,GhCYSTM9与拟南芥CYSTMs具有较高的相似度,其中与AtCYSTM9 (NP566703.4, AT3G22240.1)序列一致性最高,达68.33%。荧光定量PCR分析其组织表达特性发现,GhCYSTM9基因在雄蕊、花瓣、根和花萼中显著高表达,在叶片、茎和雌蕊中表达量较低。进一步研究发现,GhCYSTM9基因的表达受到低温、干旱和盐胁迫的诱导,在胁迫处理下,其表达水平均呈现显著的上调表达。非生物胁迫下的基因表达分析结果显示,该基因在棉花非生物胁迫响应中有重要作用。本研究为进一步开展GhCYSTM9基因功能研究奠定了理论基础。     

蛋白质组学在水稻作物非生物胁迫研究中的应用

水稻在生长发育过程中会受到各种各样非生物胁迫的影响。因此对水稻非生物逆境响应的机理研究,已经从基因组学研究转变为功能基因组学研究。差异蛋白组学技术通过鉴定非生物逆境胁迫条件下的差异表达的蛋白质,在水稻非生物抗逆机制研究方面发挥重要作用。本研究简述了差异蛋白组学的概况与相关研究方法的进展,并详细总结了差异蛋白组学在水稻非生物胁迫响应研究中的应用,如干旱、温度以及盐胁迫研究。最后讨论了差异蛋白组学在水稻耐逆品种尤其是耐旱品种的分子育种和改良上的应用前景。     

水稻NAL11基因对苗期非生物逆境的响应分析

为了探究NAL11基因在水稻苗期对非生物逆境的响应机制及功能,对含NAL11基因的粳稻品种02428及其近等基因系NIL-8进行高温、低温、盐胁迫和模拟干旱胁迫处理,以正常处理的植株作为对照,观察植株表型、测定各处理下叶片的多种生理指标,并比较NAL11基因在不同逆境处理下的表达量情况。研究结果发现,高温、低温、盐胁迫处理导致02428与NIL-8均表现出一定程度的萎蔫、干枯症状,但两者差异并不明显;15%PEG-6000模拟干旱处理均导致二者叶片萎蔫、叶尖枯黄卷曲,但NIL-8植株的症状相对较轻,且与02428相比NIL-8的相对电导率降低、SPAD值增高;其次,与02428相比,NIL-8的SOD含量差异不显著;然而在低温和干旱胁迫下,NIL-8的CAT含量显著高于02428。表明NIL-8比02428具有更好的抗旱能力。实时定量PCR结果表明,高温、低温、盐害及模拟干旱胁迫下,NAL11表达量均迅速升高,随着处理时间的延长,其表达量表现出不同的动态变化。NAL11基因的表达受高温、低温、盐及模拟干旱胁迫的诱导,但表达模式各异;推测NAL11基因对水稻幼苗的抗旱能力起到一定的调节作用。     

香蕉胚胎发育晚期丰富蛋白(MaLEA)家族生物信息学分析

晚期胚胎发育丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein, LEA)普遍存在于植物中,该家族蛋白在非生物胁迫下大量积累以保护植物正常生长发育。为了探索MaLEA家族蛋白在调控香蕉非生物胁迫中的功能,本研究利用生物信息学方法对23个香蕉LEA家族的基因结构、理化性质、亚细胞定位、系统进化、表达特性及启动子进行初步研究。结果显示:Ma LEA家族属于高度亲水蛋白,等电点在4.6～9.96之间,大多数定位于细胞质,同时在细胞核、叶绿体和线粒体也有分布。聚类分析发现MaLEA家族共分为7组,不同组间Motif存在一定差异;在启动子序列中,内含子数目为0～3。转录组数据显示,大多数MaLEA家族成员在香蕉果实发育的前期表达量较高;同时,MaLEA3、MaLEA5、MaLEA14和MaLEA23响应了干旱、盐和冷胁迫。进一步分析MaLEA家族基因启动子区响应元件,发现大量响应盐、干旱、高温、低温胁迫、机械损伤和茉莉酸甲酯、脱落酸激素等的顺式作用元件,推测Ma LEA家族在非生物胁迫中发挥着重要作用,为深入研究香蕉MaLEA家族基因的功能提供了基础数据。     

MicroRNA在高等植物逆境响应中的作用机制研究进展

microRNA（miRNA）是一类20~24bp的内源性小分子非编码RNA,广泛存在于真核生物中。成熟的miRNA通过与靶基因较保守的互补位点配对结合,在转录后水平负调控靶基因的表达,参与植物的生长发育、信号转导和逆境响应等过程。本文综述了植物在生物胁迫和非生物胁迫（重金属、干旱、低温、盐、热）响应中miRNA的作用及其调节机理研究进展,指出存在问题并进行展望。     

玉米中低温应答ERF基因鉴定及表达分析

ERF转录因子在植物的多种发育过程和非生物胁迫反应中发挥重要作用。在玉米中,虽然ERF家族基因对盐胁迫和干旱胁迫的响应研究已经有报道,但尚没有研究从全基因组水平鉴定ERF家族基因对低温胁迫的响应。本研究采用高通量测序技术Illumina HiSeq,分别在5℃和22℃处理下构建玉米叶组织转录组,从中筛选出57条低温响应ZmERFs,包括53条上调表达的Zm ERFs,4条下调表达的Zm ERFs。不同的Zm ERFs在不同组织部位和发育阶段的表达模式有很大变化。蛋白保守结构域分析表明ZmERFs蛋白中共有20个保守基序,EAR基序出现在组B1成员中,LWSY基序出现在A1,A5和B2成员中。启动子分析显示,多种逆境相关元件ABRE、ARE、LTR和MBS在低温响应ZmERFs的启动子中高度富集。RT-qPCR结果进一步显示GRMZM2G544539和GRMZM2G040664基因可以同时受低温、盐和干旱胁迫诱导表达,GRMZM2G434203基因可以同时受低温和干旱胁迫诱导表达,表明ERF转录因子可以参与包括低温在内的多重非生物胁迫反应。此外,启动子中含有7个ABRE元件的GRMZM2...     

水稻CNGCs家族的鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

为了解水稻CNGCs家族成员的基因结构、进化特征、亚细胞定位、启动子顺式作用元件和生物学功能,本研究利用生物信息学的手段对水稻CNGCs家族进行鉴定,运用RT-qPCR的方法分析OsCNGCs在非生物胁迫下的诱导表达模式。结果表明,水稻共有16个CNGCs,分布在1、2、3、4、5、6、9和12号染色体上。进化树分析显示OsCNGCs可分为4个大组(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ),而Ⅳ组可以细分为Ⅳ-A和Ⅳ-B 2个亚组。OsCNGCs启动子区域存在多种顺式调控元件,包括各种类型的光响应元件、厌氧诱导响应元件、逆境相关转录因子结合元件、防御和逆境响应元件、低温响应元件以及各种植物激素响应元件等,暗示OsCNGCs在响应多种激素和非生物胁迫中可能存在重要调控作用。多种非生物胁迫诱导表达分析表明,大多数OsCNGCs基因表现出明显的差异表达。本研究为解析CNGCs家族基因在水稻应对非生物胁迫中的功能提供了参考。     

结缕草Zjlea3基因逆境响应模式及抗逆功能鉴定

为揭示结缕草LEA蛋白在植物逆境胁迫应答过程中的作用与功能,利用RT-PCR方法从日本结缕草Meyer中克隆得到一个lea基因,命名为Zjlea3,对其进行生物信息学分析。蛋白质理化性质分析结果表明:该基因编码产物包含177个氨基酸,预测分子质量为18.3 ku,理论等电点(pI)为5.63,为亲水性蛋白,含有9个特征性的11氨基酸基序,属于LEA蛋白中的第3组成员。聚类分析结果表明:Zjlea3蛋白与高粱、石茅等耐高温物种的同源蛋白亲缘关系最近。荧光定量PCR分析显示:在低温、干旱和高盐胁迫下,Zjlea3基因表达量均有上调,表达量峰值分别出现在72,24,72 h,其中受低温诱导上调幅度最大。转基因酵母抗逆性分析显示:转化Zjlea3基因的酵母细胞对冷冻、高盐和高渗胁迫的耐受能力显著提升。由此推测Zjlea3蛋白参与结缕草抵御低温、干旱和高盐等非生物胁迫的调控。