干旱胁迫下过表达和沉默Z257 snoRNA基因对水稻耐旱性及表型的影响

研究旨在分析过表达和基因沉默水稻Z257 SnoRNA对水稻耐旱性、农艺性状和品质性状的影响,以转基因品系和野生型对照日本晴为研究材料,通过苗期干旱和抽穗期干旱处理的方法,分析Z257SnoRNA的作用方式。结果表明:过表达Z257 SnoRNA的转基因水稻品系GB日本晴的耐旱性要高于野生型对照日本晴和Z257 SnoRNA沉默的转基因水稻品系CM日本晴,因此Z257 SnoRNA基因应与水稻耐旱性相关;幼苗期干旱胁迫后GB日本晴的根系较野生型日本晴更为强壮,CM日本晴根系最弱;抽穗期干旱胁迫后GB日本晴的农艺性状要好于野生型对照日本晴,CM日本晴农艺性状最劣;GB日本晴较野生型对照日本晴和基因沉默品系CM日本晴有更好的品质,而沉默该基因的品系品质指标受影响最大,品质最劣。Z257 snoRNA与水稻耐旱性高度相关,可以减少干旱胁迫对水稻根系、农艺性状和品质性状的影响,因此该基因可以作为耐旱候选基因使用。     

拟南芥swn突变体耐盐性的初步分析

SWN (Swinger)蛋白是多梳抑制复合体2 (polycomb repressive complex2, PRC2)结构的核心成分之一,为了研究SWN在拟南芥中耐盐胁迫方面的作用,我们分析了拟南芥突变体swn与野生型之间转录组水平的基因表达差异,高盐胁迫下的萌发实验,以及与盐胁迫响应基因RD20 (Responsive to desiccation 20)、SOS1 (Salt overly sensitive)和MAPK6 (Mitogen-activated protein kinase)的表达。结果显示,GO富集分析表达上调的基因,共富集到20个GO通路,其中响应盐胁迫通路(Respond to salt stress)富集程度较高;在高盐胁迫下,swn表现出比野生型更高的萌发率,幼苗生长情况也优于野生型;盐胁迫响应基因RD20、SOS1和MAPK6表达量也更高。本研究表明,swn突变体对盐的耐受性强于野生型,SWN基因在拟南芥抗盐过程中发挥负调控作用。     

利用CRISPR/Cas9技术敲除OsEIL1和OsEIL2基因改良水稻耐盐性

为了培育耐盐水稻品种,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,在水稻品种东农427的耐盐负调控基因OsEIL1和OsEIL2设计1个敲除靶点对其进行同时敲除。通过PCR和测序的方法,在T_0共检测出了5个突变单株,其中有1株为双基因同时突变的植株。在该植株的T_1株系中,获得了4株双基因纯合突变且不含T-DNA元件插入的植株。在T_2进行苗期耐盐性鉴定,成熟期考察农艺性状指标。结果表明,在苗期200 mmol/L NaCl溶液处理5 d后,突变体植株的鲜质量和干质量显著高于野生型植株,地上部及地下部钠离子含量均显著低于野生型植株,钾离子含量与野生型植株无明显差异。恢复7 d后,突变体植株幼苗存活率(75.0%)显著高于野生型植株(8.3%)。在成熟期,突变体的主要农艺性状未发生明显变化。综上,利用CRISPR/Cas9技术对水稻品种东农427进行了耐盐改良,为耐盐水稻品种的培育提供了理论和材料基础。     

含异位表达花生AhNCED1基因的拟南芥提高耐渗透胁迫能力

AhNCED1是干旱胁迫下调控花生ABA生物合成的关键基因。以pCAMBIA1301为基本双元表达载体,分别构建CaMV35S启动子和拟南芥AtNCED3基因启动子(AtNCED3p)驱动花生AhNCED1基因的2个植物双元表达载体p35S::ORF和pAtNCED3p::ORF,通过根癌农杆菌介导法将上述两个表达载体分别转化野生型和129B08/nced3突变体拟南芥,经潮霉素筛选和PCR鉴定分别获得35S::ORF-WT和A3p::ORF-B08转基因植株,RT-PCR证实花生AhNCED1基因已在转基因植株中稳定表达,并对野生型、129B08/nced3突变体和转基因拟南芥进行外源ABA敏感性和耐渗透胁迫能力分析。结果表明,129B08/nced3突变体对外源ABA的敏感性下降,而花生AhNCED1基因在拟南芥中的异位表达提高了对外源ABA的敏感性。在山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体种子的相对萌发率明显低于野生型的,而A3p::ORF-B08转基因拟南芥种子的相对萌发率与野生型的相当,显著高于129B08/nced3突变体的,且300mmolL–1山梨醇胁迫下,35S::ORF-WT转基因拟南芥种子的相对萌发率明显高于野生型的。在300mmolL–1山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体幼苗叶片高度黄化,根的形成和幼苗生长受到严重抑制,而A3p::ORF-B08转基因突变体与野生型相似,叶片仅轻度黄化,幼苗生长势良好;35S::ORF-WT转基因植株幼苗生长未受明显影响。这些结果说明,拟南芥129B08/nced3突变体对山梨醇诱导的非离子渗透胁迫有超敏性,异位表达花生AhNCED1基因能恢复该突变体对山梨醇的超敏性,提高拟南芥的耐渗透胁迫能力。     

水稻ABA生物合成基因OsNCED3响应干旱胁迫

9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物内源脱落酸(ABA)生物合成的限速酶,由NCED基因家族编码,水稻中响应干旱胁迫并以此调节ABA水平的OsNCED基因尚见未报道。本研究发现在水稻已报道的5个OsNCED基因中,OsNCED3的表达受干旱胁迫诱导,复水处理后其表达快速下调,其表达模式与此过程中内源ABA含量变化趋势一致。OsNCED3的RNAi转基因植株表现为干旱敏感,且生物量下降;而过量表达OsNCED3基因增加了水稻的抗旱性。干旱胁迫下过量表达OsNCED3的转基因株系有较高的ABA水平,同时其抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及逆境响应基因脱水素蛋白(Dehydrin)和胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)转录表达均高于野生型。下调表达OsNCED3的转基因株系则呈现相反的变化趋势。因此,OsNCED3是水稻干旱胁迫响应基因,调节了干旱环境下ABA水平和抗逆性。     

烟草转录因子NtNAC080在非生物胁迫下的表达分析及功能鉴定

NAC作为植物特有的转录因子,广泛参与植物生长发育、衰老及胁迫响应等生物学过程。为探究烟草NtNAC080在非生物胁迫响应中的功能,利用qRT-PCR技术分析了不同胁迫处理下NtNAC080的表达模式,结果表明,NtNAC080的表达受干旱、高盐胁迫以及ABA、MeJA和SA激素的诱导;以NtNAC080基因的敲除突变体及野生型(K326)烟株为材料,分析敲除株系在高盐和干旱胁迫下抗逆表型。试验表明,与野生型相比,2个敲除株系的耐盐抗旱能力均明显增强;干旱和盐胁迫下敲除株系的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性以及可溶性蛋白、脯氨酸含量显著高于野生型,而丙二醛含量显著低于野生型。相反地,异源表达NtNAC080的转基因拟南芥与野生型(Col-0)相比对盐和干旱的耐受性明显减弱。qRT-PCR分析发现在干旱和盐处理后胁迫相关基因(NtDREB1A、NtKAT2、NtNHX1等)在NtNAC080基因敲除株系中表达水平显著高于野生型。以上结果表明,NtNAC080在烟草的非生物胁迫响应中起负调控作用,这可能是通过调控抗氧化酶活性及胁迫相关基因的表达来实现的。     

水稻(Oryza sativa)OsSPR1突变体及过表达株系对锰胁迫的响应

为了系统分析水稻OsSPR1基因突变体Osspr1及过表达株系对锰胁迫的响应情况。本研究以水稻短侧根突变体Osspr1及过表达株系为试验材料,研究不同锰胁迫条件下水稻生长,锰吸收和累积量及其抗氧化酶活性的差异。研究结果表明,水稻OsSPR1的过表达株系(OV1)的根系发育和植物生长已完全恢复至野生型水平。在锰胁迫条件下,spr1突变体的地上部和根系的锰含量、锰累积量均显著低于野生型。在高锰(4 mmol/L Mn2+)处理下过表达株系OV1的锰含量和锰累积量显著低于野生型,OV1锰转移系数显著低于野生型。锰胁迫条件下,突变体spr1和过表达材料OV1叶片的抗氧化酶过氧化物酶(peroxidase, POD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的活性均高于或者显著高于野生型。综合以上研究表明Os SPR1基因突变和过表达均可以提高水稻对锰胁迫的耐受能力。本研究为水稻耐锰新品种的选育提供材料和基因资源。     

一个 T-DNA 插入突变体的分子鉴定及表达分析

突变体在水稻功能基因组研究中具有重要的作用。对水稻OsFCA位点的插入突变体进行了分子鉴定,证实此突变体为纯合突变体,并且发现突变体与野生型植株相比,抽穗期明显延迟。通过RT-PCR结果分析表明, T-DNA插入的突变体植株中OsFCA基因完全不表达。另外,在短日照条件下,对水稻成花相关的2个重要基因Hd1和Hd3a的RT-PCR分析表明,在野生型植株中,2个基因的表达量都明显高于突变体植株,尤其是在夜间的表达量相差较为明显。说明OsFCA在短日照条件下通过正向调控Hd1和Hd3a的表达促进水稻的开花。     

拟南芥AT2G14260基因功能及其表达特异性分析

拟南芥AT2G14260基因编码脯氨酸亚氨基肽酶，基因芯片表达谱数据显示该基因响应高盐、低温等非生物胁迫。为研究其功能和表达特性，本研究采用野生型和突变体植株pip-1进行低温、干旱和盐胁迫处理，结果显示在正常培养基中野生型与pip-1植株表型没有区别。而在逆境处理下pip-1植株的根比野生型明显短，且在干旱胁迫下，突变体的叶子比野生型植株明显变黄萎蔫。在正常环境、冷、干旱、盐胁迫下，野生型植株脯氨酸含量的平均值分别是突变体的1.11、1.23、1.10和1.34倍，这说明AT2G14260基因对提高非生物胁迫的耐性具有一定的作用。同时分离了该基因的启动子，构建了表达GUS基因的载体并转化拟南芥，结果表明该启动子在正常环境中不表达。胁迫处理时从两叶期开始在根、叶、茎中表达，到达花期后，干旱处理下的花瓣、花枝和冷处理下的花柱头中也有表达。GUS相对活性试验也证明对胁迫的响应能力。可见AT2G14260基因启动子是逆境胁迫诱导表达启动子，同时具有组织表达特异性，因此，AT2G14260基因及其启动子在转基因工程育种中具有潜在的应用价值。     

OsSP1基因编辑和过表达对水稻生长和干旱抗性的影响

OsSP1基因是水稻叶绿体定位基因,并且具有明显的干旱响应性。为确定OsSP1基因对水稻生长和干旱胁迫抗性的影响,分别采用CRISPR/Cas9基因编辑技术和基因过表达技术创建了水稻品种中花11 OsSP1基因编辑株系和过表达株系,并通过对靶序列进行片段扩增和测序确定基因编辑植株中OsSP1基因的突变方式,通过hpt序列扩增和潮霉素筛选获得单拷贝插入的纯合过表达植株。表型对比、叶绿素含量测定、过氧化氢测定和干旱抗性分析的结果表明,过表达OsSP1基因对水稻的生长和干旱胁迫抗性均无明显影响,但通过基因编辑引起OsSP1基因突变后,水稻的生长和结实受到了严重影响,在正常生长条件下,T_0和T_1双等位杂合突变和纯合突变的基因编辑植株均出现矮小、黄化、早衰、不分蘖等生长抑制表型。T_0植株结实数很低,T_1植株均未抽穗结实,叶片的叶绿素含量也显著或极显著低于野生型和过表达植株,上述结果显示了OsSP1基因在维持水稻正常生长和产量中的关键性作用,为进一步揭示OsSP1基因的作用机制提供了理论和材料基础。     

拟南芥CPK10/CPK30双突变体的构建及表型分析

CDPKs是植物细胞内一类重要的钙感受器,拟南芥CPK10属于CDPK家族成员。为研究CPK10及与其同源性较高的CPK30是否共同参与逆境响应。首先构建了cpk10×cpk30双突变体,然后进行多种逆境下的生理表现检测,并利用RT-PCR方法分析2个基因的表达情况。结果显示,模拟干旱、盐、ABA处理拟南芥幼苗后,双突变体与野生型无差异;成苗期双突变体与单突变体对干旱敏感程度类似。转录水平检测到,在干旱胁迫时双突变体中RD29A的表达与野生型及单突变体趋势相反,呈下降趋势;响应ABA的OST1在双突变体中受干旱诱导后0.5 h明显表达上调。成功获得了cpk10×cpk30双突变体,由生理表型和表达分析结果推测CPK10与CPK30可能共同参与了依赖ABA的干旱逆境信号转导过程,且二者之间存在功能冗余。     

过表达OsMPK17激酶蛋白质增强了水稻的耐旱性

促分裂原活化蛋白质激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)在真核生物中高度保守,在水稻逆境应答反应中也发挥着重要作用。本研究表达纯化了水稻OsMPK17蛋白质,制备了特异性抗体,对多种非生物逆境胁迫下的蛋白质样品进行免疫印迹分析,发现OsMPK17蛋白质在干旱胁迫下诱导表达,提示该蛋白质在干旱胁迫应答中发挥作用。对脱落酸和茉莉酸甲酯处理的离体叶片蛋白质分析发现,OsMPK17蛋白质表达丰度下降,提示该蛋白质的功能发挥可能受激素调控。为此,构建了过表达OsMPK17蛋白质的载体,转化水稻后筛选获得了OsMPK17蛋白质过表达的纯合株系。田间种植鉴定结果表明,转基因株系的株高变矮、穗长变短、结实率降低。种子萌发期拟旱(PEG-6000)处理条件下,过表达OsMPK17株系的种子长势明显比野生型好,根长与芽长均显著大于野生型。幼苗期失水试验表明,转基因植株的失水率低于野生型。在土培干旱胁迫后恢复浇水的试验中,过表达OsMPK17蛋白质的转基因水稻生长也好于野生型。综上,过表达OsMPK17蛋白质提高了水稻的耐旱性。本研究增进了对水稻OsMPK17基因功能的了解。     

不同氮素水平下无侧根突变体RM109主要农艺性状分析

RM109是水稻原品种日本大力(Oryza sativa L.cv.Oochikara)经过化学诱变剂叠氮化钠(Na3N)处理获得的稳定无侧根突变体。本研究以RM109为研究对象,以及其野生型水稻品种日本大力为对照品种,研究了不同氮素水平下侧根对突变体及其野生型对照主要农艺性状的影响情况。结果表明:无论是在低氮素水平下还是在高氮素水平下日本大力的最大分蘖数、株高、穗数、穗长、每穗粒数和每穗实粒数均极显著高于无侧根突变体RM109;无侧根突变体RM109的株高、穗长和结实率在高低两种氮素水平下的差值与原品种日本大力差异不显著,而高低两种不同氮素水平下最大分蘖数、穗数和每穗粒数的差值在二者之间差异显著,两种氮素水平下每穗实粒数的差值在二者之间差异极显著。以上研究结果表明:水稻根系尤其是侧根对地上部分产量相关性状影响很大,不同氮素水平下各农艺性状差值在无侧根突变体RM109与原品种日本大力之间差异显著性表现不同,也表明水稻不同的农艺性状受环境(尤其是氮肥)的响应、影响不同。     

水稻几个披垂叶突变体的表型研究及其遗传分析

随着水稻功能基因组学的发展,水稻突变体已成为研究相关基因功能与表达的良好实验材料。同时,水稻突变体还可以为当今水稻常规育种和分子育种提供新的种质资源。本文主要阐述了几个水稻披垂叶突变体在株型、株高、穗粒数、结实率、千粒重等方面的特征特性,并分析了它们在与正常植株杂交后F1、F2群体表现。研究表明,突变体与野生型正常植株杂交的F1代在经济学性状和生物学性状上均表现出超亲优势,而在F2群体中表现出有规则的分离,3个突变体中披垂叶性状均为隐性基因控制。在突变体材料MR304中,控制披垂性状的为2对隐性基因,其中1对为主效基因。在突变体材料MR168和MR312中,控制披垂性状的均为单隐性基因。     

一种水稻全包穗突变体的发现及初步分析

从恢复系T893群体中得到一全包穗突变体,通过鉴定与分析,探讨水稻全包穗性状的遗传基础与生理机制,发掘水稻新的功能基因;对全包穗突变体的农艺特性、遗传基础、幼穗分化Ⅳ-Ⅷ期茎秆激素含量及对赤霉素敏感性进行了初步分析;突变体具有全包穗特性,并表现茎秆节间缩短,植株矮化,每穗颖花数减少,花粉育性部分降低;遗传分析表明突变体包穗性状受1对隐性基因控制;突变体与T893茎秆内源激素含量比较：突变体幼穗分化Ⅵ期、Ⅷ期时的GA4含量较野生型低,ABA含量高,IAA和Z的含量无显著差异;幼穗分化末期突变体对赤霉素反应钝感;初步研究表明,突变体的产生与水稻茎秆内源激素合成及代谢途径变化有关。     

水稻密穗突变体A989突变基因克隆和转基因植株分析

从水稻T-DNA插入突变群体中分离得到一个密穗突变体A989,表现晚开花、穗二级枝梗和小花数增加以及包颈。分子检测证明A989中T-DNA是单拷贝插入,通过inverse PCR的方法分离得到A989中T-DNA的旁邻序列,表明T-DNA插入在RCN2基因polyA加A位点后330bp处;RT-PCR检测发现在A989中,RCN2基因的表达被显著上调。利用2×35S启动子在野生型水稻Zhonghua 11中超表达RCN2基因,转基因植株表现为不抽穗,通过细胞学观察发现转基因植株能完成营养生长向生殖生长的转变,但是生殖生长期的分生组织在分化出二级枝梗原基后停止分化和生长。此外,通过比较部分开花相关基因在野生型Zhonghua 11、突变体A989中的表达,推测了RCN2基因可能的作用途径。     

水稻干旱诱导型启动子的研究进展

目前在水稻转基因技术中使用的启动子多为组成型启动子,其表达不受植物体内外环境变化的影响,逆境诱导型启动子能够响应于逆境变化而灵活调控转录,因此比组成型启动子更适合控制抗逆基因的表达。筛选一定数量有实际应用价值的干旱诱导型启动子,有利于推动植物转基因技术的发展,满足抗性品种培育的实际需求,也有助于深入了解干旱等逆境条件对植物生长、发育的影响及植物对胁迫的响应机制。本综述结合目前的研究现状,对水稻干旱诱导型启动子的来源、上游元件特点和研究方法进行介绍,为水稻诱导型启动子的筛选、应用和胁迫响应研究提供参考。     

准噶尔无叶豆EsDREB2B基因在烟草中的抗逆功能分析

DREB(dehydration responsive element binding protein)转录因子在植物响应非生物胁迫上具有重要作用,是颇具潜力的植物抗逆育种候选基因。本研究旨在通过烟草体系,验证前期从准噶尔无叶豆中克隆的Es DREB2B基因在种子萌发和成苗成长阶段的抗逆功能,并初步探究其调控的下游靶基因。结果表明:转基因株系在干旱、高盐、冷和热胁迫处理下的萌发率都高于野生型烟草,其中盐和热胁迫下萌发率差异尤为显著;两月大转基因烟草与野生型植株进行干旱、高盐、冷和热胁迫处理后,转基因较野生型植株叶片萎蔫,黄化和伤害程度较轻,在热胁迫下差异最为显著;恢复培养后,大多野生型烟草表现为枯死状态,转基因植株则叶片萎蔫减轻并开始生长,并且转基因烟草存活率显著高于野生型,均达到了野生型的3~4倍。ERD10B和Hsp70基因在四种胁迫后的转基因烟草中的表达量均较野生型高,Hsp90在热胁迫下较野生型表达量升高,而Mn SOD,P5CS等基因的表达量变化不显著。以上结果表明,Es DREB2B基因能提高烟草抗干旱、高盐、冷和热胁迫的能力,是具有潜力的抗逆分子育种候选基因。     

水稻转录因子基因SUSIRI的过表达及RNA干扰对水稻分子及表型效应的分析

在克隆到水稻转录因子基因SUSIRI的基础上,构建其过表达及RNA干扰载体进行水稻的遗传转化。由潮霉素筛选及分子检测得到的T0代植株经大田栽植,共有34株过表达及46株RNA干扰植株获得T1代转基因种子。继续种植T1植株收获T2代种子,同时用半定量RT-PCR分析苗期及穗期野生型水稻中SUSIRI基因的时空表达谱并比较过表达及RNA干扰植株的SUSIRI基因在叶片及幼穗中的表达状况,发现过表达植株与野生型对照的基因表达基本相同,但RNA干扰植株的表达受到明显抑制。对过表达及RNA干扰植株稻穗性状考察表明:与野生型对照相比,无论是过表达还是RNA干扰,转基因植株的穗粒数、结实率降低,RNA干扰植株表现得尤为严重(P<0.05),但对水稻谷粒粒重的影响并不显著(P>0.05)。SUSIRI基因的过表达未出现使稻穗性状明显改良的株系,而RNA干扰会导致水稻的结实能力严重降低。     

水稻OsBAK1P基因过表达与RNAi载体构建及其表型鉴定

为了探究水稻油菜素内酯不敏感1相关受体激酶1前体物质OsBAK1P对水稻相关农艺性状的影响。通过以中花11粳稻品种为材料，根据基因所设计的特异性引物从水稻穗部cDNA中扩增得到CDS片段大小为651 bp的目的序列片段；通过酶切酶连的方法成功构建了PTCK303-OsBAK1P过表达载体和PTCK303-OsBAK1P RNA干扰载体；用农杆菌EHA105菌株转化表达正确的载体质粒并利用基因CDS扩增引物检测菌落筛选出阳性农杆菌克隆；再利用农杆菌遗传转化法侵染中花11粳稻品种的愈伤组织从而获得转基因植株；最后，相比较于中花11挑选2个表型相似的过表达、RNA干扰的T₁转基因植株测定并分析株高、穗长、叶夹角等农艺性状的变化和萌发初期的根长、胚芽鞘长度的变化以及对芸苔甾内酯(BL)的响应程度。结果表明，OE-OsBAK1P转基因水稻植株株高矮化，穗长变短，叶片夹角下降，种子萌发后根长增长而幼苗长度缩短，叶片对BL的响应不敏感；而RNAi-OsBAK1P转基因水稻植株株高增加，穗长变长，叶片夹角增加，种子萌发后根长缩短而幼苗长度增长，叶片对BL的响应敏感。综上，这些结果...