玉米热激蛋白ZmHSP70-12基因的克隆及表达分析

热激蛋白70(HSP70)是原核和真核细胞中普遍存在的一种高度保守的分子伴侣。从玉米中克隆1个HSP70家族成员。该基因cDNA序列全长为1 992 bp,开放阅读框为2 352 bp,编码663个氨基酸,蛋白质分子量约75.0 kD。蛋白结构预测及同源比对分析表明,该基因编码蛋白含ATPase位点和HSP70保守结构域,与拟南芥AtHSP70-12序列高度相似,命名为ZmHSP70-12。蛋白亚细胞定位显示,ZmHSP70-12蛋白在内质网中表达。实时荧光定量PCR分析表明,ZmHSP70-12对非生物胁迫高温、干旱均具有明显的应答反应,推测ZmHSP70-12是玉米中与胁迫逆境相关的基因。     

STM和CUC2基因对不同抗寒性白菜型冬油菜生长点的调控研究

为研究抗寒性强的白菜型冬油菜(Brassica rapa)调控生长点(shoot apical meristem,SAM)凹陷生长的SHOOT MERISTEMLESS(STM)和CUP-SHAPED COTYLEDON 2(CUC2)基因,采用RT-PCR技术克隆两基因并进行了表达分析。STM基因CDS序列开放阅读框长度为1 554bp,编码517个氨基酸,该基因在进化上高度保守,其序列属于PLN03226超家族。CUC2基因开放阅读框长度为1 104bp,编码367个氨基酸,该基因保守序列属于NAM超家族,是一个主要由不规则卷曲与延伸链组成的亲水性蛋白。荧光定量分析表明,相同温度处理下,STM基因在抗寒性较强、生长点凹陷的白菜型冬油菜陇油6号和陇油7号中相对表达量均低于抗寒性较弱、生长点凸起的天油4号和Lenox,而CUC2基因相对表达量的变化趋势与STM基因相反;低温(0℃、4℃和-4℃)处理72h后,白菜型冬油菜生长点中STM、CUC2基因均上调表达,表明STM和CUC2基因可能参与抗寒应答及白菜型冬油菜生长点对低温胁迫的响应。     

柱花草SgSPX1基因的克隆与表达分析

磷是植物生长和发育所必需的大量元素,参与重要的代谢活动,有效磷含量低已经成为酸性土壤上限制作物生长的重要因素之一。以磷高效的柱花草基因型TPRC2001-1为材料,通过同源克隆的方法,首次克隆到柱花草编码只含有SPX结构域蛋白的基因,SgSPX1。该基因cDNA全长1 324 bp,编码292个氨基酸残基,蛋白分子量为33 ku。定量PCR分析结果表明,低磷胁迫显著促进SgSPX1在柱花草根部的表达,表明该基因的表达受到低磷胁迫的调控,该研究的结果为进一步解析柱花草适应低磷胁迫的信号网络提供候选基因。     

西藏青稞品种喜玛拉雅10号干旱胁迫的SSH文库构建及干旱诱导表达基因分析

为了研究西藏青稞抗旱的分子机制,以西藏耐旱青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum HK.f.)品种喜玛拉雅10号为材料,利用抑制性差减杂交技术(SSH)构建青稞苗期叶片干旱胁迫诱导基因表达的正向差减文库。挑取600个阳性克隆进行PCR验证,并对验证后的单克隆进行测序分析,共获得420个有效序列。去除冗余序列和嵌合序列后,获得220条高质量EST序列,其中183条singlets,37条contigs。BlastN分析表明,其中189个EST序列可以在GenBank的unigene中找到同源序列,31个未能找到unigene同源序列;BlastX分析表明,62个EST序列unigene与未知功能蛋白或假定蛋白有较高的相似性;158条EST序列与已知功能蛋白有较高的同源性。获得的EST序列多数不仅与植物的非生物胁迫相关,也与植物的生物胁迫反应相关,说明植物在胁迫反应中有明显的共同机制。其中与大麦表达序列高度同源的EST占58%;这些基因涉及参与信号转导和转录调节的基因(11.96%),编码保护、防御和胁迫耐受蛋白的基因(9.78%),跨膜转运相关基因(5.43%),光合作用基因(6.52%),参与结构和功能代谢合成途径中的一些酶(30.43%)等代谢过程。实验结果表明,青稞在干旱复水条件下可诱导一系列特异基因的表达,如参与抗旱反应相关酶和蛋白基因锌指蛋白、衰老相关蛋白、CAS、细胞色素P450、热激蛋白、胁迫诱导蛋白,以及LEA蛋白、脱水蛋白、P5CS等保护蛋白基因。用KOBAS系统将56个EST定位到32个Pathways中,初步分析发现,谷氨酸盐代谢途径(Glutamate metabolism)、精氨酸和脯氨酸代谢途径(Arginine and proline metabolism)、泛素蛋白介导的蛋白质水解代谢(Ubiquitin mediated proteolysis)途径可能与青稞抗旱相关性较大。     

茶树P5CS基因克隆及其在渗透和高盐胁迫下的表达分析

△1-吡咯琳-5-羧酸合成酶是植物脯氨酸合成过程中的关键酶。应用同源克隆方法获得茶树P5CS,序列长为1 316 bp,编码323个氨基酸;其编码蛋白分子量为34.7 ku,p I为7.62;N端有1个氨基酸激酶超家族[Amino Acid Kinases(AAK)superfamily]功能区,C端有1个醛脱氢酶超家族[Aldehyde Dehydrogenas(ALDH)superfamily]功能区,预测为亲水性跨膜蛋白;对18个物种的P5CS进行聚类分析,结果生物学分类及进化关系吻合。并与美味猕猴桃高度同源,相似度达89%。应用实时荧光定量PCR分析表明,该基因转录本在水分胁迫24 h内升至对照组水平的2.6倍,而高盐胁迫48 h后才升至9.9倍的最高值;水分胁迫应答速度快,但相对表达量较高盐胁迫低。由此推测该基因被诱导参与了渗透胁迫应答响应,并且对渗透胁迫中的旱害脱水更为敏感。     

小麦逆境胁迫基因TaSKIP的克隆、定位及初步表达分析

非生物逆境是小麦生长、发育及产量形成的主要限制因子之一。为揭示小麦抗逆胁迫响应机制,并为培育转基因抗逆种质奠定基础,本研究利用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中国春中克隆出TaSKIP基因并进行序列分析及基因定位,同时对TaSKIP基因在PEG6000胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,共克隆得到3个TaSKIP基因,其中2个基因被定位于6A和6D染色体上。序列分析表明,TaSKIP-6A编码区长为1 827bp,编码608个氨基酸,TaSKIP-B和TaSKIP-6D编码区长均为1 824bp,编码607个氨基酸。氨基酸序列比对分析表明,小麦TaSKIP蛋白与水稻、玉米和大麦等禾本科植物SKIP蛋白的同源性均大于88%,而且含有相同的SKIP/SNW结构域。实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRTPCR)检测结果表明,TaSKIP在模拟干旱胁迫条件下表达量上调,暗示该基因在小麦非生物逆境胁迫响应中起重要作用。     

干旱胁迫下小麦幼苗基因表达谱的cDNA AFLP分析

为了分离和识别小麦抗旱相关基因,给小麦抗旱节水育种提供依据,以既抗旱又具备高水分利用效率的新疆春小麦主栽品种新春6号为材料,采用cDNA-AFLP技术,分析了小麦在两叶一心期干旱胁迫条件下的诱导表达基因。通过253对引物组合的筛选,共得到748个干旱胁迫特异上调表达的转录衍生片段(TDF)。对其中22条片段进行克隆、测序、Blastx比对和功能分类分析的结果表明,有18个TDFs所推导的蛋白质序列与NCBI已有序列同源,功能涉及逆境胁迫反应、发育、信号转导、抗病蛋白、跨膜转运、能量代谢等方面;有4个TDFs在NCBI找到同源序列,但功能未知。     

甘蓝型油菜AnnBn1基因的克隆和表达分析

利用电子克隆和RT-PCR技术从甘蓝型油菜抗旱品系Q2中克隆了膜联蛋白(annexin)基因,命名为AnnBn1（GenBank登录号HM244482）,并对其进行了表达分析。AnnBn1的开放阅读框长度为954bp,编码317个氨基酸。序列分析显示,推测AnnBn1基因编码的氨基酸序列含有4个重复的结构域及钙离子结合位点,与拟南芥、番茄、棉花和玉米等物种的膜联蛋白具有较高的同源性。荧光定量PCR结果发现AnnBn1基因在Q2的根、茎、叶、芽等组织中均有表达,而且表达量基本相同。对3叶期幼苗进行10%PEG（聚乙二醇）溶液模拟干旱时发现,干旱胁迫后30h内,AnnBn1基因在茎、芽中的表达量升高了2～4倍,而在叶、根中显著升高了10倍以上。AnnBn1基因表达峰值也具有时空特点,干旱胁迫后20h茎和芽中表达量高,而在30h之后叶和根中表达量高。     

生长素反应因子ZmARF1的表达分析及互作网络探究

以抗旱型玉米自交系郑36和弱抗旱型玉米自交系B73为试验材料,利用克隆、qRT-PCR、亚细胞定位、互作蛋白预测等手段验证ZmARF1(GRMZM2G702026)对干旱胁迫的响应模式及初步探究ZmARF1基因的互作网络。克隆及测序分析表明,该基因含有1个2 034 bp的开放阅读框,翻译677个氨基酸。蛋白分析表明,该蛋白无跨膜域,属于高亲水性蛋白,亚细胞定位于细胞核。潜在磷酸化位点分析显示,ZmARF1蛋白含有潜在的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点数目分别为39、16、6个。复合进化树、功能域和保守motif分析表明,该基因蛋白与其他物种同源性较高,说明不同物种该基因在功能上较保守。ZmARF1属于组成型表达基因,受干旱胁迫的正向诱导,且郑36基因表达量上升幅度大于B73。预测的互作功能蛋白主要通过调节激素应答基因的表达、参与激素介导的信号等途径,来调控植物对逆境的胁迫应答和生长发育等过程。     

割手密过氧化物酶基因（SsPOD-1）cDNA克隆与功能分析

割手密（Saccharum spontaneum）属于甘蔗属细茎野生种,具有较强的抗逆性,是甘蔗育种的优良材料。过氧化物酶（POD）是活性氧系统（ROS）中的一个关键酶,是植物应对干旱胁迫的关键调控酶之一。利用同源克隆的方法,以割手密为材料,成功克隆2个POD等位基因序列（SsPOD-1a和SsPOD-1b,GenBank登录号为KJ002565和KJ002566）。经测序鉴定,这2个基因长度均为1 083 bp,其中包括27 bp的5′非编码区、60 bp的3′非编码区及一个996 bp的开放阅读框,共编码331个氨基酸,这2个等位基因的序列相似性为98.8％。蛋白质保守结构域分析结果表明,此2个基因均具有POD基因典型保守结构域,属于依赖于亚铁血红素Ⅲ型POD亚类。原核表达结果表明,这2个基因编码区能正常表达出目的蛋白,说明得到的这2个基因为功能基因,而不是假基因。POD基因分子系统分生分析结果表明,割手密POD基因与高粱、玉米、水稻等禾本科植物亲缘关系较近,与一些双子叶植物及裸子植物也有一定的亲缘关系,这也证实了POD基因起源较为古老且存在高度保守区。     

Physiological and anatomical changes in two rapeseed (Brassica napus L.) genotypes under drought stress conditions

Understanding the mechanisms of drought resistance in crop species is crucial for the selection and breeding of tolerant rapeseed (Brassica napus L.) varieties. The present study aimed to assess the physiological and anatomical responses of two rapeseed genotypes, P287 (drought-tolerant) and T88 (drought-sensitive) under three intensities of drought stress. All physiological and anatomical parameters related to drought acclimation were significantly altered in both genotypes under stress conditions. At the fourth-leaf stage, the relative water content, chlorophyll content, protein content, malondialdehyde content, and the activities of peroxidase and catalase in P287 were significantly higher than those in T88, particularly under severe drought conditions. After rehydration, all physiological indexes recovered rapidly, especially in P287. In addition, under drought stress, compared with T88, P287 had thicker palisade tissue, thinner spongy tissue, higher ratio of chloroplast length to chloroplast width, higher stomatal density and stomatal closure rate. Overall, the interaction between physiological and anatomical features improved the drought tolerance of P287 under drought stress conditions.     

小麦类成束阿拉伯半乳糖蛋白编码基因TaFLA的克隆与表达分析

为研究类成束阿拉伯半乳糖蛋白编码基因Fasciclin-Like Arabinogalactan-protein(FLA)在小麦抗逆境胁迫和花药发育中的作用,利用同源克隆法从小麦中获得1个FLA基因,命名为TaFLA,并对其组织表达特性和逆境胁迫表达特性分别进行了分析。序列分析结果表明,TaFLA基因含有1个1 530 bp的完整开放阅读框,编码509个氨基酸;TaFLA蛋白含有预测的N-末端信号肽,两个Fasciclin结构域(氨基酸205-300、371-474)和两个N-糖基化位点(氨基酸369和487)。系统演化分析结果表明,TaFLA基因与二粒小麦处于同一分支,其亲缘关系最近。荧光定量表达分析结果表明,TaFLA基因在小麦根、小穗(除去雄蕊)、减数分裂前和分裂时期的雄蕊中均有表达,其中,小穗(除去雄蕊)中表达量最高;在低温胁迫处理下,TaFLA基因表达上调,而在干旱、高盐和ABA处理下,表达量均有所下降;温敏雄性不育系BS366在不育环境(低温)下,TaFLA基因在雄蕊发育关键时期(二分体时期)大量表达,约为可育环境(高温)下表达量的29倍。     

野生一粒小麦根干旱响应蛋白的筛选与鉴定

为解析野生一粒小麦根响应干旱胁迫的调控网络,用20%(w/v)PEG6000处理两叶一心期野生一粒小麦,通过对小麦根蛋白质的分离和鉴定,分析了干旱胁迫下野生一粒小麦根中的蛋白质变化。结果共分离、鉴定得到85个表达差异倍数在1.5以上的蛋白质。这些差异蛋白主要涉及碳代谢(27%)、氨基酸代谢(15%)、解毒与防御(11%)、分子伴侣(8%)、能量代谢(8%)、信号传导(6%)、蛋白质代谢(5%)、脂代谢(4%)、转录与翻译(4%)、核苷酸代谢(2%)以及骨架蛋白(1%)。对这些表达差异蛋白进行进一步的功能分析,发现大部分信号传导相关蛋白上调表达;碳代谢途径中的糖酵解相关蛋白下调表达,而磷酸戊糖途径相关蛋白上调表达。同时下调表达的还包括蛋白质代谢相关蛋白。大部分氨基酸代谢相关蛋白质下调表达,但是谷氨酸脱羧酶及甲硫氨酸合酶含量上升。结果表明,干旱胁迫增强了野生一粒小麦根中信号传导与磷酸戊糖途径代谢,促进了谷氨酸与甲硫氨酸的生物合成,降低了糖酵解与蛋白质代谢等过程。研究结果丰富了野生一粒小麦根响应干旱胁迫机制信息。     

小麦品种东农冬麦2号根中TaEXPA7部分同源基因的克隆及表达特性分析

膨胀素(expansin)是植物生长发育过程中诱导细胞壁松弛和伸展的蛋白,包括EXPA、EXPB、EXLA、EXLB四个基因家族,对植物根系的形成及快速发育具有重要作用。本试验以寒地冬小麦品种东农冬麦2号两叶一心期的根为材料,克隆了TaEXPA7基因的3个CDS全长,其氨基酸序列同源性较高,仅信号肽处有两个氨基酸不同,其核酸序列长度均为777bp,编码258个氨基酸,分别命名为TaEXPA7-A、TaEXPA7-B、TaEXPA7-D,且分别定位于2AL、2BL、2DL染色体。蛋白均含有DPBB-1和Pollen-allerg-1两个保守结构域,分子量为27 670.74Da,等电点为8.09,均为疏水性蛋白;与节节麦、二穗短柄草的相似性分别为99%和92%。采用两叶一心期的根进行qRT-PCR分析发现,TaEXPA7-A/B/D三个基因在根尖中的表达量均较高,伸长区和成熟区次之;对冬小麦根进行低温、干旱和激素处理后,这三个基因均下调表达,并且TaEXPA7-B基因的相对表达量较高,TaEXPA7-D的相对表达量较低。由此可见,多倍体小麦不同染色体上的基因在应对不同环境胁迫时,表达以及应答模式存在差异,并且在不同的环境胁迫下,发挥主导作用的染色体也存在差异;此外,该基因在根中的表达可能与低温、干旱以及外源激素的胁迫有一定的关系,可能是促进根系生长的重要基因。     

油菜和甘芥杂交后代薹花期耐旱性鉴定

为筛选远缘杂交后代中的抗旱材料,连续4年于生殖生长关键时期（薹花期）,设正常灌水及干旱胁迫处理,考察包括甘蓝型油菜、芥菜型油菜及甘芥杂交后代共计43份材料成熟期产量及12个产量相关性状,采用经典抗旱指数法结合连锁聚类分析,筛选优异抗旱资源,并分析干旱对产量相关因子,尤其是产量组成因子的影响,筛选关键的抗旱性鉴定指标。结果表明,3个产量构成因子中,角果数对薹花期干旱最敏感,千粒重及每角粒数变化不大,干旱使得一次分枝数、侧枝角果数显著减少,导致总角果数下降,成为影响产量下降的主要原因,相关分析表明,干旱条件下相对总角果数、相对侧枝角果数、相对株高与抗旱指数呈显著正相关,相对侧枝角果数、相对总角果数可作为油菜薹花期抗旱性筛选指标,相对一次分枝数、相对株高也可作为初筛指标;同一材料在不同程度干旱胁迫下,其抗旱性表现有差别,4年共筛选出17份抗旱材料,抗旱性比较稳定的有3份,其中1份甘芥杂交后代材料抗旱性稳定且干旱条件下产量较高。     

大豆胞囊线虫热激蛋白基因Hsp70的克隆与原核表达

采用RT-PCR技术结合基因组步移技术,从大豆胞囊线虫(Heterodera glycines)中克隆了热激蛋白70基因(Hsp70)的全长cDNA序列(Hg-Hsp-70),全长1 953 bp,GenBank登录号为FJ816100.1。碱基序列分析结果表明,该序列含有9个外显子与8个内含子,与其它线虫具有较高的同源性。氨基酸序列分析表明,该基因编码650个氨基酸,相对分子量为70.7 kD,具有2个Hsp70基因家族的签名序列,与其它线虫的该基因氨基酸序列具有很高的同源性。构建了原核表达载体Hsp70pEASY-E1,采用IPTG诱导蛋白表达,SDS-PAGE电泳结果表明,当IPTG终浓度为0.2～1.2 mmol.L-1时均能显著诱导表达;以终浓度0.8 mmol.L-1的IPTG诱导5 h蛋白表达量达到最大值。     

一个水稻NADPH氧化还原酶相似基因的克隆及表达分析

采用荧光差显(fluorescent differential display,FDD)技术,比较分析了干旱处理与未处理水稻叶片及根中的mRNA表达,并利用H. A. Yellow PAGE(含0.1% H. A. Yellow)再分离与大矩阵(macroarray)筛选相结合的方法,发现1个与拟南芥NADPH氧化还原酶高度相似(96%)的差异片段。该基因的cDNA全长为1423 bp,编码一个具有345个氨基酸残基的多肽。在正常情况下该基因表达量很低,而在干旱处理中高表达。讨论了干旱胁迫下NADPH氧化还原酶基因的可能功能。     

初花期干旱对甘蓝型油菜生理和农艺性状的影响

初花期是油菜生殖生长的关键时期。为研究干旱对这一时期油菜的影响,在人工控水条件下(当土壤含水量为田间持水量的45%~50%时计为干旱胁迫开始,处理持续10d,然后复水;CK正常灌水,保持田间持水量在80%~85%),利用4个具有不同耐旱性的甘蓝型油菜品种浔油8号、阳光2009、浙油50和华油杂13号,研究生理特性、农艺性状和产量的变化。结果表明,在干旱胁迫10d后,耐旱性品种(浔油8号和阳光2009)的叶片SPAD值、可溶性蛋白质、MDA含量变幅不大,可溶性糖含量小幅下降,CAT酶活性小幅增加,游离脯氨酸含量显著增加(其中浔油8号和阳光2009分别比对照增加了4.1倍和2.9倍)。相比之下,敏感性品种(浙油50和华油杂13号)的叶片SPAD值、可溶性蛋白质和可溶性糖含量均显著减少,MDA含量显著增加,CAT酶活性变幅不大,游离脯氨酸含量显著增加,但增幅小于耐旱品种。初花期干旱影响油菜的主要农艺性状和产量,表现为敏感性品种的株高、一次分枝数、相对分枝高、主花序长、主花序角果数、角果长、单株角果数、角果粒数和单株产量均显著下降,而且降幅明显大于耐旱性品种。     

水分胁迫下不同抗旱性小麦品种根中蛋白质代谢的差异

研究了不同抗旱性小麦品种73－11和晋2148的根系在水分胁迫下的蛋白质代谢差异。结果表明，小麦幼苗在渗透势为－0．025和－0．05MPa的PEG溶液中胁迫3d，抗旱品种73－11根中的蛋白质含量上升，而敏感品种晋2148的根中蛋白质含量下降，将胁迫时间延长至5d，二个品种的蛋白质含量均下降，但抗旱品种下降的幅度大于敏感品种，游离氨基酸分析表明，二个品种在水分胁迫下游离氨基酸的水平均升高，且抗旱品种73－11累积氨基酸的速度小于敏感品种晋2148。