羊草△1-吡咯琳-5-羧酸合成酶(LcP5CS1)基因的克隆与分析

羊草具有耐寒、耐盐和耐早等特点,是一种兼具经济价值和生态价值的多年生重要牧草.脯氨酸是植物在渗透胁迫下积累的主要渗透调节物质之一.△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是脯氨酸的谷氨酸合成途径中的关键酶.根据前期Solexa测序结果的数据,设计同源引物,从羊草中克隆了一个P5CS基因,该基因cDNA序列全长2 197 bp,推断其编码730个氨基酸,根据序列比对将其蛋白命名为LcP5CS1.同源性分析表明:LcP5CS1与单子叶植物短柄草P5CS的同源性为95％,而与双子叶植物的P5CS同源性较低.表达模式分析表明,在叶鞘、叶和茎中,LcP5CS1均有较高表达;在冷、ABA、盐和干旱胁迫下,该基因明显受胁迫诱导,并随胁迫时间的延长,其表达量总体呈上调趋势.对羊草人工创伤处理后的Solexa测序差异表达数据分析表明:LcP5CS1在处理2和6h后表达量明显提高,推测羊草创伤处理后体内脯氨酸含量升高可能是其耐牧的一种适应性机制.     

DREB/CBF类转录因子研究进展及其在草坪草和牧草抗逆基因工程中的应用

草坪草和牧草是可持续农业的重要组成部分,但它们的生存力、生物量及产量的增长往往受限于各种逆境胁迫因素。作为受多基因控制的数量性状,抗逆性分子基础的研究显得尤为重要。转录因子调控着与逆境相关的多个下游靶基因的表达。其中,DREB/CBF类转录因子能与脱水应答顺式作用元件结合,由DREB1/CBF和DREB2两个亚家族成员组成。前者受低温诱导,后者受干旱诱导。近年来草坪草和牧草的遗传转化技术突飞猛进,通过转化DREB/CBF类转录因子来改良草种的抗逆性是今后草业育种工作的一个重要发展方向。本研究综述了该类转录因子的结构特征及其在植物逆境信号转导中的作用,并对它们在草坪草和牧草抗逆基因工程中的应用作了相关介绍。     

日本结缕草ZjNAC3基因在盐胁迫中的功能

盐胁迫能够加速草坪草的黄化,影响草坪的坪观质量.植物中的NAC转录因子在盐胁迫条件下发挥着重要作用,参与胁迫响应,而在日本结缕草(Zoysia japonica)中还鲜有NAC转录因子的功能研究.本研究对转ZjNAC3基因(GenBank登录号:MT254544)的YPH500酵母菌株进行盐敏感性检测,初步判定ZjNAC3在盐胁迫下具有负调节酵母细胞生长的作用;对过表达ZjNAC3基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)株系进行盐处理,发现150 mmol·L?1 NaCl处理7 d后转基因植株的生长明显弱于野生型(wild type,WT),脯氨酸含量、丙二醛含量、细胞膜透性均显著高于WT(P<0.05),而叶绿素、可溶性糖含量显著低于WT(P<0.05);AtNHX1基因的表达量显著低于WT(P<0.05),表明过表达ZjNAC3基因降低了拟南芥植株的耐盐性.分析认为ZjNAC3通过减弱渗透调节、增加细胞受损和降低将Na+隔离到液泡的作用,从而使得转基因拟南芥植株表现出盐敏感的性状.本研究揭示了ZjNAC3是一个负调控植物耐盐性的重要基因,为之后探究NAC转录因子调控日本结缕草的耐盐性及其机理奠定了基础.     

长叶红砂RtMYB1基因的克隆及表达

MYB转录因子家族在植物抵抗非生物胁迫过程中发挥着重要的调控作用。基于转录组测序数据,从珍稀泌盐盐生植物长叶红砂(Reaumuria trigyna)中克隆一个MYB转录因子基因,命名为RtMYB1。RtMYB1基因具有780bp的ORF(open reading frame)序列,编码236个氨基酸残基组成的蛋白。RtMYB1能够被盐、冷、高温、紫外照射(UV)和干旱(PEG)5种非生物胁迫诱导表达,这表明RtMYB1基因可能参与长叶红砂响应非生物胁迫的调节途径。本研究为深入了解长叶红砂的抗逆机理及发掘优异的抗逆基因奠定了基础。     

羊草种质资源耐盐性评价

羊草[Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.]是禾本科赖草属多年生优质牧草,具有较强的耐盐性,是非盐生植物中耐盐性最高的物种之一。本试验对100份羊草种质萌发和幼苗期耐盐性进行了评价。结果表明:盐胁迫下,羊草不同种质的萌发率为25. 33%～92. 67%,相对盐害率为-6. 31%～95. 54%,分为耐盐性极强、强、中、弱、极弱五种类型,其中耐盐性极强的种质如Z31、Z3、W36、C31等在盐胁迫下相对萌发率为85%左右;在1%Na Cl处理下,对盐敏感羊草种质的抑制作用大于对耐盐种质的抑制,盐胁迫对各器官的抑制强度不同,对根长的抑制大于对叶长的抑制,对胚芽鞘长度的影响差异不显著;不同时期盐处理的抑制效果不同,在一叶期的抑制作用大于萌发期;羊草萌发阶段盐敏感时期在第1～4d,此时进行盐处理对羊草的萌发率影响最大。这些结果对羊草种质资源的耐盐性评价和新品种培育具有重要参考价值,同时为羊草耐盐的分子作用机理和耐盐基因的挖掘提供了可靠的种质。     

日本结缕草ZjNAC3基因在盐胁迫中的功能

盐胁迫能够加速草坪草的黄化,影响草坪的坪观质量。植物中的NAC转录因子在盐胁迫条件下发挥着重要作用,参与胁迫响应,而在日本结缕草(Zoysia japonica)中还鲜有NAC转录因子的功能研究。本研究对转ZjNAC3基因(GenBank登录号:MT254544)的YPH500酵母菌株进行盐敏感性检测,初步判定ZjNAC3在盐胁迫下具有负调节酵母细胞生长的作用;对过表达ZjNAC3基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)株系进行盐处理,发现150 mmol·L-1 NaCl处理7 d后转基因植株的生长明显弱于野生型(wild type, WT),脯氨酸含量、丙二醛含量、细胞膜透性均显著高于WT(P 0.05),而叶绿素、可溶性糖含量显著低于WT (P 0.05);AtNHX1基因的表达量显著低于WT (P 0.05),表明过表达ZjNAC3基因降低了拟南芥植株的耐盐性。分析认为ZjNAC3通过减弱渗透调节、增加细胞受损和降低将Na+隔离到液泡的作用,从而使得转基因拟南芥植株表现出盐敏感的性状。本研究揭示了ZjNAC3是一个负调控植物耐盐性的重要基因,为之后探究NAC转录因子调控日本结缕草的耐盐性及其机理奠定了基础。     

羊草种质资源耐盐性评价

羊草[Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.]是禾本科赖草属多年生优质牧草,具有较强的耐盐性,是非盐生植物中耐盐性最高的物种之一。本试验对100份羊草种质萌发和幼苗期耐盐性进行了评价。结果表明:盐胁迫下,羊草不同种质的萌发率为25. 33%～92. 67%,相对盐害率为-6. 31%～95. 54%,分为耐盐性极强、强、中、弱、极弱五种类型,其中耐盐性极强的种质如Z31、Z3、W36、C31等在盐胁迫下相对萌发率为85%左右;在1%Na Cl处理下,对盐敏感羊草种质的抑制作用大于对耐盐种质的抑制,盐胁迫对各器官的抑制强度不同,对根长的抑制大于对叶长的抑制,对胚芽鞘长度的影响差异不显著;不同时期盐处理的抑制效果不同,在一叶期的抑制作用大于萌发期;羊草萌发阶段盐敏感时期在第1～4d,此时进行盐处理对羊草的萌发率影响最大。这些结果对羊草种质资源的耐盐性评价和新品种培育具有重要参考价值,同时为羊草耐盐的分子作用机理和耐盐基因的挖掘提供了可靠的种质。     

草地早熟禾NAC基因鉴定及非生物胁迫下表达模式分析

草地早熟禾(Poa pratensis)是世界上广泛应用的草坪草种,其抗逆基因的挖掘对抗逆新品种的选育具有重要意义.NAC基因家族是植物特有的转录因子之一,在植物逆境响应中起到重要作用.以二穗短柄草(Brach ypodium distach yon)的NAC蛋白序列为请求序列,从草地早熟禾转录组数据库序列比对分析得到15个草地早熟禾PpNACs基因的cDNA全长序列,具有完整的开放阅读框.运用生物信息学方法预测早熟禾NAC家族成员的理化性质和保守结构域,发现15个PpNACs转录因子都是酸性蛋白,除PpNAC16外都属于不稳定蛋白,疏水性蛋白,具有相似的结构,通过聚类分析可将15个PpNACs成员分为3类.荧光定量PCR结果显示,在重金属胁迫下显著上调表达的基因有Pp-NAC10、PpNAC18、PpNAC19和PpNAC24,在盐胁迫过程下显著上调表达的基因有PpNAC10和PpNAC24,在干旱胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC1、PpNAC6、PpNAC10和PpNAC13,在低温胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC1、PpNAC10和PpNAC18,在高温胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC20.其中,PpNAC10在重金属、盐、干旱和低温胁迫下均被显著诱导上调表达,Pp-NAC18在重金属、干旱和低温胁迫下均被显著诱导上调表达,PpNAC10和PpNAC18可作为草地早熟禾逆境胁迫响应的候选基因.     

黄花苜蓿AP2/ERF家族MfERF028基因的表达特性与耐寒功能分析

基于黄花苜蓿（Medicago falcata L.）转录组测序数据,克隆得到MfERF028基因,蛋白质编码区（Coding sequence,CDS）长度为672 bp,编码223个氨基酸。该基因编码的蛋白质相对分子质量为25.3 kDa,等电点为6.00;亚细胞定位表明该基因所编码的蛋白在细胞核内特异表达,基因表达模式分析表明对-8℃胁迫响应强烈。构建植物表达载体,并转入截形苜蓿（Medicago truncatula Jemalong A17）中进行基因功能验证,结果表明异源表达的转化植株遭受冷冻胁迫时MfERF028可上调MtCAS15A基因的表达。该研究为阐明AP2/ERF家族基因抗逆机制提供了理论依据,并为培育抗逆豆科牧草提供了新的候选基因。     

植物生长调节物质与草坪草及牧草的 非生物逆境应答

非生物胁迫影响了草坪草和牧草体内多种代谢物及通路的变化,抑制植物的生长。外源物质处理可以有效提高草坪草和牧草对逆境的抗性。本文综述了植物激素、生长调节剂、渗透调节物质、气体分子、离子及氨基酸类物质对草坪草和牧草逆境应答的影响。外源物质之间存在协同或拮抗作用,共同调控了草坪草和牧草下游相关基因的表达,改变了生理代谢途径,缓解了活性氧的伤害、减轻了细胞膜的损伤和离子的毒害,从而起到延缓衰老、提高抗逆性和改善草坪品质的效果。针对模式植物上植物激素的研究进展,提出了今后在草坪草抗逆应答方面需要开展的研究工作。