水稻 OsbHLH109 基因的表达分析

【目的】bHLH 转录因子家族是真核生物中重要的转录因子家族,在植物生长发育、次生代谢和逆境应答中发挥重要作用。分析水稻（Oryza sativa L.）bHLH 转录因子基因 OsbHLH109（LOC_Os01g67480）对逆境胁迫和激素的响应模式,为进一步研究 OsbHLH109 在逆境胁迫和激素响应过程中的功能提供理论依据。【方法】对 OsbHLH109 进行生物信息学分析,同时利用定量 PCR（qRT-PCR）技术分析 OsbHLH109 在水稻品种中花 11 不同组织、不同激素和非生物胁迫处理下的表达模式。【结果】OsbHLH109 编码区全长为 1 164 bp,包含 6 个外显子,编码 388 个氨基酸,是一个含有 HLH 保守结构域的 bHLH 转录因子。系统进化分析显示,OsbHLH109 与玉米等单子叶植物中的同源蛋白亲缘关系较近,与双子叶植物中的同源蛋白亲缘关系相对较远。顺式作用元件分析表明,OsbHLH109 的启动子区含有 24 个植物激素响应元件和 25 个环境胁迫响应元件。qRT-PCR 分析表明,OsbHLH109 在水稻根、茎、叶和幼穗等组织中均有表达,但在叶片中的表达量最高;激素和非生物胁迫处理结果表明,叶片中 OsbHLH109 对细胞分裂素（6-Benzylaminopurine, 6-BA）、生长素（Indole acetic acid, IAA）、赤霉素（Gibberellic acid, GA3）、脱落酸（Abscisic acid, ABA）等激素处理的响应表达均达到显著差异水平;且叶片中 OsbHLH109 在低温、干旱、高温、盐胁迫等逆境处理的响应表达均达到显著差异水平,表明 OsbHLH109 的表达受 6-BA、IAA、GA3、ABA、高温、低温、PEG6000 和 NaCl 的诱导,推测其在水稻非生物胁迫响应过程中具有重要作用。【结论】水稻 OsbHLH109 为 bHLH 转录因子家族成员,主要在叶片中高表达,OsbHLH109 基因的表达受高温、低温、盐害等外界因素调控,同时响应 6-BA、IAA、GA3、ABA 等激素信号,推测其可能通过 ABA 等激素信号转导途径参与水稻的非生物胁迫响应。     

水曲柳TCP4转录因子克隆及胁迫和激素下的表达分析

TCP转录因子家族是植物特异的一类调控生长发育和逆境胁迫的重要转录因子。本文揭示了水曲柳FmTCP4在非生物胁迫及激素信号诱导调控的表达特征,为该基因在水曲柳中调控生长发育以及逆境胁迫响应功能的研究奠定基础。通过前期研究克隆获得了水曲柳TCP4基因序列,并命名为FmTCP4,应用生物信息学软件对水曲柳FmTCP4基因的分子结构特征进行了分析,利用4 ℃低温、盐(NaCl)以及干旱(PEG6000)进行非生物胁迫处理,利用脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)进行激素信号诱导,分析FmTCP4基因的表达特征。生物信息学分析表明该基因全长1 251 bp,具有完整的开放阅读框,编码416个氨基酸。FmTCP4具有螺旋-环-螺旋结构,为亲水性的不稳定蛋白,不存在信号肽,具有跨膜能力,亚细胞定位预测存在于细胞核中,并在细胞质到细胞核的调控中起作用。同源序列比对结果表明,FmTCP4与芝麻、烟草等物种的同源蛋白序列相比具有很高的同源性。非生物胁迫处理后,FmTCP4的表达量随处理时间而改变,但其变化趋势不同,表明FmTCP4明显响应了这3种非生物胁迫。激素信号诱导结果表明,外源植物激素调控了FmTCP4基因的表达,基因表达量相对于对照组具有显著性差异。非生物胁迫和激素信号诱导下的基因表达分析表明,FmTCP4响应了寒冷、盐、干旱等非生物胁迫以及激素信号,说明其参与了植物的生长发育和逆境胁迫的平衡。      

大豆防御应答相关WRKY转录因子的克隆与表达分析

WRKY转录因子与植物的生物和非生物胁迫应答密切相关.通过RT-PCR方法获得了与拟南芥转录因子WRKY14的相似性高达92%的大豆WRKY转录因子GmWRKY的cDNA序列,并利用半定量RT-PCR分析了GmWRKY在大豆不同组织中及不同非生物胁迫下的表达情况.结果表明:GmWRKY在大豆根、茎、叶中均有表达.在铝、低磷、盐等胁迫下,GmWRKY表达均有不同程度的增加,说明非生物胁迫下GmWRKY在大豆抗逆中可能发挥重要作用.     

大豆GmTIP1-1基因克隆及功能研究

[目的]本研究通过对大豆水通道蛋白基因GmTIP1-1的克隆及其在不同胁迫处理下的差异表达分析,探究水通道蛋白在大豆耐受非生物胁迫中的作用机制。[方法]从大豆品种‘天隆1号’中克隆出GmTIP1-1的CDS序列,采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白进行分析。采用实时荧光定量PCR检测在不同逆境处理下GmTIP1-1在大豆根、茎、叶等组织的表达情况。利用基因枪轰击法对GmTIP1-1蛋白全长及不同跨膜结构域进行亚细胞定位分析。通过酵母双杂试验确定GmTIP1-1蛋白的互作蛋白,并利用实时荧光定量PCR检测在干旱处理下与GmTIP1-1互作蛋白基因的表达情况。[结果]GmTIP1-1的CDS序列全长为753 bp,编码250个氨基酸,等电点为6.51。系统进化分析发现,GmTIP1-1与苜蓿(Medicago truncatula)和黄瓜(Cucumis sativus)的亲缘关系十分相近。亚细胞定位结果显示,GmTIP1-1定位在细胞膜上。实时荧光定量PCR结果显示:GmTIP1-1在根中的表达量最高,在茎中次之,叶中最低;在干旱、ABA处理下均能诱导GmTIP1-1基因在大豆根、茎、叶中的表达;在干旱和ABA处理下,GmTIP1-1基因在根中的表达水平均高于在茎和叶中的表达水平。酵母双杂试验表明,GmTIP1-1与参与非生物胁迫调节的Gm SNARE蛋白以及响应逆境胁迫相关蛋白Gm F-box均存在互作。在干旱处理下,大豆根和茎中Gm SNARE和Gm F-box基因都会受到干旱诱导表达。[结论]GmTIP1-1蛋白定位于细胞膜,通过与参与非生物胁迫调节的Gm SNARE蛋白以及响应逆境胁迫相关蛋白Gm F-box互作来增强大豆对非生物胁迫的抗性。     

杨树MYB基因应答非生物胁迫的表达特性

MYB转录因子以其含有的保守MYB结构域为特征,是植物转录因子中数量最多的家族之一,广泛参与植物生长发育和代谢的调节。利用生物信息学分析获得222条杨树MYB基因,用实时定量PCR筛选出8条对盐胁迫有强烈应答的基因,研究其在盐、干旱、ABA等非生物胁迫下的表达模式;结果表明:这8条MYB基因虽然在杨树根、茎、叶组织中均有表达,但是在不同胁迫条件和不同组织中的表达水平明显不同。在盐和干旱胁迫条件下,8个基因在根、茎、叶中均被诱导表达,表现为相似的表达模式。在ABA处理条件下,而多数基因无明显应答。说明杨树MYB基因在应答环境变化与激素调节中具有不同的作用,并且在不同组织中的作用有所差异。     

烟草转录因子NtMYC2对激素及 非生物因素胁迫的响应

为探究烟草转录因子NtMYC2对逆境胁迫的响应,以烟草幼苗为试验材料,用50μmol·L~(-1) MeJA,100μmol·L~(-1) ABA,200 mmol·L~(-1) NaCl,20%PEG6000,4℃和黑暗条件下分别进行激素诱导、高盐、模拟干旱、低温和暗胁迫处理,并取处理1,3,6,12,24和48 h时的烟草叶片提取RNA,反转录为cDNA后利用qRT-PCR技术分析NtMYC2的表达情况。结果表明,NtMYC2的表达受MeJA、ABA、干旱、高盐、低温和黑暗胁迫的诱导,且表达模式随激素和胁迫处理的不同而不同。NtMYC2的表达量随MeJA处理时间的延长呈先下降后上升的趋势,随ABA和黑暗处理时间的延长呈逐渐上升的趋势,都在48 h时达最高表达水平,但ABA诱导的表达水平最高,是对照的17.31倍。盐胁迫1h时,NtMYC2的表达量是对照的3.95倍,随后下降,6 h后与对照相当。低温诱导NtMYC2表达上调,在处理6h时表达量最高,48h时最低(与对照无明显差异);模拟干旱胁迫48 h可显著提高NtMYC2的表达水平。此外,利用PlantCARE软件分析NtMYC2启动子区域,结果显示启动子区域包含有脱落酸、生长素、低温、干旱、光等多种非生物胁迫相关顺式作用元件。     

植物非生物胁迫应答相关转录因子研究进展

非生物逆境胁迫严重危害农作物的生产,并且转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫方面起重要作用,而利用基因工程手段过量表达植物中与抗逆相关的转录因子,可提高下游多个植物抗逆基因的表达,从而提高植物的抗逆能力,因而转录因子受到广泛的关注,由此综述乙烯应答元件结合因子(AP2/EREBP)、MYB、WRKY、碱性亮氨酸拉链家族(bZIP)和HSFs五种植物应答非生物胁迫相关转录因子的结构特点、功能,以及它们在植物应答非生物胁迫方面的研究成果。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

甘蓝型油菜BnMYB1基因克隆及其对非生物胁迫的响应

MYB转录因子是含有MYB结构域的一类转录因子,该转录因子在植物非生物胁迫响应中起着重要作用。以甘蓝型油菜晋油4号为试验材料,从其叶片组织中克隆获得Bn MYB1转录因子基因。生物信息学分析表明,Bn MYB1属于R2R3-MYB亚家族,为小分子亲水性蛋白,定位于细胞核内。利用实时荧光定量PCR方法对BnMYB1基因在生长28 d的晋油4号幼苗的不同组织部位及其在不同非生物胁迫下的表达量进行了分析。结果表明,Bn MYB1基因主要在叶片中表达,对高盐、低温、干旱、水杨酸等非生物胁迫有响应。     

二穗短柄草DREB1G基因表达模式分析和在拟南芥中的异源过量表达

CBF/DREB基因是一类植物特异性转录因子,通过调控下游抗逆相关基因的表达,在植物逆境胁迫应答过程中发挥重要作用。为了研究新型的禾本科模式植物二穗短柄草DREB基因的功能,克隆BdDREB1G的cDNA序列,分析该基因在各种非生物胁迫条件下的表达,构建过表达载体,获得转基因拟南芥。结果表明:高温、低温和水杨酸胁迫处理显著诱导BdDREB1G的表达,暗示该基因响应高温和低温胁迫。初步观察结果说明,该与野生型拟南芥相比,转基因植株生长发育迟缓。这些为研究该基因响应非生物胁迫的功能奠定基础。     

大豆LIM转录因子家族鉴定及盐胁迫响应分析

为探究大豆LIM转录因子家族基因在应答盐胁迫中的功能,利用生物信息学方法,根据大豆全基因组数据,共鉴定出21个LIM基因,命名为GmLIM01～GmLIM21,分析大豆LIM基因家族的染色体位置、蛋白质的理化性质、进化关系、保守基序以及对非生物逆境胁迫的响应。结果表明,这些GmLIM基因在大豆20条染色体中的14条染色体上分布不均,片段重复是大豆LIM家族扩大的主要原因。根据系统发育进化分析,大豆21个LIM基因可分为5个亚家族,与其他9个物种的LIM基因一起构建进化树,也可分为5个亚家族。大豆的21个GmLIM基因共包含10个基序,大部分LIM蛋白含有motif 1、motif 2和motif 4这3个保守基序。此外,顺式调控元件的分析表明,在GmLIM基因的启动子序列中,与光响应、生长发育、植物激素和非生物逆境胁迫应答相关的调控元件非常丰富。定量PCR结果表明,在盐胁迫处理后大豆叶和根中GmLIM07、GmLIM17基因的表达量分别在3和6 h达到峰值,后随着处理时间的加长表达量下降。综上GmLIM基因在大豆的盐胁迫应答过程中具有重要的调控作用。     

华山新麦草蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶基因Ph-1-SST的克隆及序列分析

蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶基因1-SST在植物逆境胁迫反应中起重要作用。为了挖掘华山新麦草(Psathyrostachys huashanica Keng)抗非生物胁迫关键功能基因,以华山新麦草叶片为材料,利用RT-PCR结合RACE技术克隆1-SST基因的全长cDNA,命名为Ph-1-SST,登录号为KX761897。通过PCR法扩增其gDNA序列,测序结果表明该基因的gDNA和cDNA序列长度分别为3 344bp和2 001bp,编码666个氨基酸残基,序列结构分析结果表明该基因含4个外显子3个内含子,预测该蛋白相对分子质量为72.9ku,理论等电点为4.87。序列比对显示,该基因与大麦1-SST基因编码蛋白的相似性最高(90%),为糖基水解酶32家族成员。对1-SST氨基酸序列的系统进化树分析显示,Ph-1-SST及其同源蛋白位于不同分支,初步推断此全长cDNA是华山新麦草中编码蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶的一个新基因。结果为作物非生物胁迫改良提供重要基因资源。     

玉米赤霉素受体基因ZmGID1a的克隆及功能研究

为研究赤霉素(GA)受体GID (gibberellin insensitive dwarf),克隆编码玉米GID的同源基因ZmGID1a,分析其在物种间的保守性和系统进化关系。通过实时定量PCR分析该基因在玉米中的表达特性以及不同激素对该基因表达水平的影响。亚细胞定位确定蛋白在细胞核和膜上,利用酵母双杂技术分析Zm GID1a与GA负调控因子玉米DELLA-8和DELLA-9的互作。还分析了表达Zm GID1a转基因烟草的生理指标。这些结果表明Zm GID1a和其他已报道的同源蛋白功能相似。     

陆地棉盐胁迫应答基因GhWRKY41的克隆与分析

为研究转录因子GhWRKY41在陆地棉盐胁迫应答过程中的作用,基于差减文库分析结果,利用RT-PCR和RACE技术,克隆了GhWRKY41基因(GenBank登录号为HM002635)。该基因cDNA长度为1 630bp,含有ORF(Open reading frame)为1 068bp,编码355个氨基酸的多肽,包含2个内含子。通过瞬时表达分析亚细胞定位,结果表明,转录因子GhWRKY41定位于细胞核,符合转录因子特性。转基因株系发芽试验结果表明,过量表达GhWRKY41基因,可显著提高转基因棉花在干旱、盐和低温胁迫下的发芽率;利用Real-time PCR技术,证明在盐和干旱胁迫条件下,转基因株系中GhWRKY41基因的表达量显著上升。GhWRKY41基因在根、茎和叶片中表达存在差异,根系中胁迫6h上调达到最高,茎中则胁迫48h达到最高,而叶片中仅6和24h上调表达。进一步比较转基因棉花与野生型棉花的纤维品质性状,结果表明GhWRKY41的过表达可以提高转基因棉花的衣分。因此,GhWRKY41参与了棉花响应盐和干旱胁迫应答过程,且过表达可提高转基因棉花耐盐性和耐旱性。     

梭梭 HaNAC20基因克隆及特性分析

为深入分析 HaNAC20转录因子在梭梭抗逆机制中的作用,以梭梭［Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.) Bunge］ HaNAC20转录因子为对象,克隆其编码基因,对其基本理化性质、所属亚族及同源基因进行生物信息学分析,使用qRT-PCR方法对 HaNAC20在模拟干旱、高盐、模拟地表高温、IAA、ABA处理下的表达量进行分析,构建表达载体,进行亚细胞定位及转录激活活性分析。结果表明：克隆得到1个编码区全长为822 bp的梭梭NAC转录因子家族基因,命名为 HaNAC20(登录号：KU845314),编码273个氨基酸。系统发育树显示 HaNAC20属于NAC家族中与非生物胁迫相关的SNAC亚族。核定位信号预测及亚细胞定位结果表明 HaNAC20定位于细胞核内。表达量分析结果显示：在模拟干旱、高盐、模拟地表高温、IAA、ABA处理下, HaNAC20表达量均显著上调。转录激活分析结果显示该转录因子C端具有转录激活活性。表明 HaNAC20基因在梭梭响应非生物逆境胁迫、提高梭梭抗逆性中发挥重要作用。     

枸杞苯丙氨酸解氨酶基因的克隆与表达分析

为研究枸杞苯丙氨酸解氨酶基因LcPAL在干旱和盐逆境中的作用,采用RT-PCR和RACE方法克隆了LcPAL基因(Genbank No.KX781247)。该基因cDNA长度为2 544bp,含有2 163bp的完整开放阅读框,编码720个氨基酸。蛋白序列分析表明,其包含典型的PAL酶活性中心序列(GTITASGDLVPLSYIA),与其他植物的PAL蛋白有很高的同源性。系统进化树表明,枸杞LcPAL与茄科植物的PAL蛋白聚为一类,说明两者的亲缘关系较近。利用实时荧光定量PCR方法检测发现,LcPAL基因在枸杞的叶中表达量最高,果实中表达量最少。其在聚乙二醇(PEG)、氯化钠(NaCl)胁迫下诱导表达,但表达模式不同。研究结果推测从枸杞中克隆获得苯丙氨酸解氨酶(LcPAL),是典型的PAL家族成员,在枸杞各组织发育过程中具有重要功能,且在枸杞抗干旱和抗盐逆境过程也起一定作用。     

辣椒单株结果数性状的主基因+多基因遗传分析

为探究辣椒单株结果数的遗传机制,以单株结果数差异较大的辣椒材料XHB(P₁)和B14-01(P₂)为亲本,构建四世代遗传家系即P₁、P₂、F₁、F₂。运用主基因+多基因多世代联合分析法,研究辣椒单株结果数的遗传规律。结果表明：辣椒单株结果数符合2对加性-显性-上位性主基因模型(2MG-ADI)。2对主基因的加性效应值d_a、d_b分别为-16.33、-13.05,2对主基因的显性效应值h_a、h_b分别为-10.02、-2.51。 2对主基因间的加性×显性（j_ab)互作效应和显性×加性(j_ba)互作效应的效应值分别为8.69和12.93,加 性×加性上位性(i)互作效应值为6.86,显性×显性(l)的互作效应值为7.23,主基因间的效应以加性效应为主,其次是加性×显性上位性互作效应。主基因遗传率为68.10%,环境引起的变异占比31.9%,表明环境对辣椒结果数的影响相对较小。相关研究结果为不同单株结果数辣椒新品种的选育及相关基因的定位等研究奠定了基础。     

枸杞抗坏血酸过氧化物酶基因的克隆与表达分析

为探索青海枸杞抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因信息,并对枸杞APX基因进行生物信息学分析以及基因表达研究,通过RT-PCR和RACE方法克隆枸杞APX基因,利用生物信息学软件预测基因结构,采用实时荧光定量PCR方法分析基因表达的变化。结果显示:枸杞APX基因的全长cDNA序列为1 047bp(Genbank No.KX981601),命名为LcAPX基因。该基因含有1个753bp的完整开放阅读框(ORF),编码250个氨基酸,包含亚铁血红素结合位点、底物结合位点和K~+结合位点。枸杞LcAPX与茄科植物的APX蛋白聚为一类,说明两者的亲缘关系较近。LcAPX基因在枸杞的成熟叶中表达量最高,花中表达量最少。其在聚乙二醇(PEG)、氯化钠(NaCl)胁迫下诱导表达,显示LcAPX在枸杞抗干旱和抗盐逆境过程起一定作用。     

异源表达玉米ZmWRKY114基因增强拟南芥对盐胁迫的敏感性

WRKY转录因子参与调控植物对各种非生物胁迫的应答反应。从玉米中分离得到一个响应高盐胁迫的WRKY基因,将其命名为ZmWRKY114。亚细胞定位实验表明ZmWRKY114定位于细胞核内且和ZmCaM2可以发生相互作用。为进一步研究ZmWRKY114基因的生物学功能,将ZmWRKY114基因构建到植物表达载体pCAMBIA1301上,并采用农杆菌转化法转化拟南芥,扩繁后对T3代转基因拟南芥进行了耐盐性试验。结果表明,转基因株系的绿苗率在高盐胁迫条件下显著低于野生型拟南芥,并且高盐胁迫对转基因拟南芥的主根抑制程度更大。同时,ZmWRKY114在拟南芥中的异源过表达还可以导致丙二醛的积累和相对电解质渗透率的增加,从而使转基因植物对盐胁迫的耐受性显著降低。上述结果表明ZmWRKY 114基因可能是盐胁迫反应的负调控因子。