杜梨NHX基因家族的鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

【目的】NHX基因亚家族为钠氢逆转运体,具有Na+/H+exchange(PF00999)蛋白结构域,广泛存在于多种物种中,主要参与植物响应盐胁迫过程离子平衡的重建。分析鉴定杜梨中NHX基因及其耐盐机制有助于实际生产中更为有效地利用这一砧木资源。【方法】结合已公布的梨基因组数据以及拟南芥相关数据,通过生物信息学手段,鉴定杜梨NHX基因家族成员;通过MEGA7.0软件进行序列比对以及进化分析;通过在线工具Pfam、SMART以及GSDS进行基因结构分析;通过定量PCR技术分析非生物胁迫下基因在不同组织中的表达特征;应用火焰石墨炉原子吸收光谱仪测定NaCl胁迫下杜梨不同组织中Na+与K+含量。【结果】成功鉴定出16个候选基因,其中有4个基因属于NHX亚家族,4个基因属于CHX亚家族,8个基因属于KEA亚家族。预测的候选基因均含有Na+/H+exchange功能域;NaCl胁迫下,预测的16个基因在叶片中的表达差异大,但在8 h以后均为负调控;在茎中,PEG6000处理下,PbNHX1的表达量显著增高,且高于同一时期NaCl胁迫下的表达水平,仅在48 h时低于同一时期NaCl胁迫下的表达水平;在根中,基因PbNHX12、PbNHX13、PbNHX14和PbNHX15在NaCl胁迫和PEG6000处理下在任何时间段均为负调控。【结论】在盐胁迫过程中,与拟南芥NHX基因进化关系最近的PbNHX1和PbNHX11呈现出负调控模式,与拟南芥KEA基因进化关系相近的PbNHX10和PbNHX7可能参与K+的运输。     

NaCl胁迫对甜瓜生理指标及相关基因表达的影响

以薄皮甜瓜(IVF05、IVF89)和厚皮甜瓜(IVF117、IVF303)为试材,研究Na Cl(150 mmol·L~(-1))处理对4个甜瓜品种发芽、幼苗生长及相关基因表达的影响。结果表明,在Na Cl胁迫下,薄皮甜瓜IVF89的生长指标受到的抑制作用最大,其发芽率、发芽指数、胚根长度和胚轴长度分别下降23百分点、76.24%、46.71%和39.27%;厚皮甜瓜IVF303的生长指标受到的抑制作用最小,其发芽率下降不明显,发芽指数、胚根长度和胚轴长度分别下降46.52%、34.86%和23.08%;Na Cl胁迫提高了甜瓜幼苗叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,增加了游离脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白的含量;4个甜瓜品种幼苗的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和SPAD值均显著降低,IVF05、IVF89、IVF117和IVF303的Pn分别下降了64.44%、69.62%、61.23%、60.00%;4个甜瓜品种的卡尔文循环(Calvin)关键酶基因1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶基因(CmRubisco)、3-磷酸甘油酸激酶基因(CmPGK)和叶绿体型果糖-1,6-二磷酸酶基因(Cm FBPase)表达均显著下调,核酮糖-5-磷酸激酶基因(Cm PRK)表达大多上调;甜瓜耐盐相关基因质膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(Cm SOS1)、液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(CmNHX1)、高亲和力K~+转运体基因(CmHKT1)和N-乙酰氨基葡萄糖基转移酶基因(CmGnT)的表达均上调,其中IVF303的基因表达上调幅度最大。通过主成分分析、相关分析和聚类分析等综合分析方法,将4个甜瓜品种分为3类,IVF05和IVF89为盐敏感类型,IVF117为中耐盐类型,IVF303为强耐盐类型。     

杜梨类钙调磷酸酶B亚基蛋白PbCBL10基因的克隆和表达特性研究

【目的】为了探明杜梨类钙调磷酸酶B亚基蛋白(Calcineurin B-like protein,CBL)基因的序列特征和表达特点,【方法】以杜梨幼苗为试材,运用同源克隆和半定量RT-PCR对PbCBL10基因进行克隆和表达分析。【结果】结果表明,PbCBL10基因编码区cDNA长度为801 bp,编码的多肽由266个氨基酸组成。该多肽预测的等电点为4.56,估计的相对分子质量为30.45 ku。其对应基因组DNA序列长1 983 bp,包括9个外显子和8个内含子。通过PSORT进行亚细胞定位分析发现PbCBL10蛋白位于质膜上的几率最大。PbCBL10基因编码的多肽具有4个钙离子结合域EF手形结构和1个钙调磷酸酶A亚基结合位点。PbCBL10与番茄SlCBL10(NP_001239045)和拟南芥AtCBL10(NP_195026)蛋白间的同源性较高,分别为82%和77%,并与AtCBL10亲缘关系最近。PbCBL10基因在杜梨幼苗根、茎和叶片中均为诱导型表达,50~200 mmol.L-1CaCl2、20μmol.L-1ABA、100 mmol.L-1NaCl、10%(w/v)PEG6000或180 mmol.L-1甘露醇处理后其表达量明显上调。【结论】PbCBL10基因具备植物CBL基因家族的固有特征,能够响应胞内钙浓度变化,对ABA、盐碱、干旱和渗透胁迫均存在转录响应。     

杜梨类钙调磷酸酶B亚基蛋白基因PbCBL2的克隆和功能初探

 类钙调磷酸酶B亚基蛋白（Calcineurin B-like protein,CBLs）是植物中一类重要的钙离子传感器,参与调控植物生长发育及逆境胁迫响应过程。为了探明杜梨CBLs家族成员PbCBL2的序列特征和表达模式,以杜梨（Pyrus betulaefolia Bunge）幼苗为试材,运用EST搜索结合RACE技术、染色体步移法对PbCBL2的cDNA、DNA和启动子进行克隆,采用半定量RT-PCR和原核表达研究该基因在非生物胁迫下的表达模式。结果表明,PbCBL2基因cDNA序列长681 bp,编码一个含有226个氨基酸残基的蛋白。基因组DNA序列长1 927 bp,包括8个外显子和7个内含子,启动子序列包含光反应元件、厌氧诱导必需顺式作用元件、赤霉素反应元件和水杨酸响应顺式作用元件。PbCBL2编码的多肽具有植物类钙调磷酸酶B亚基蛋白结合Ca²⁺所必需的4个EF手型结构和1个典型的植物钙调磷酸酶A亚基结合位点。未经处理的杜梨幼苗（对照）根和叶中未检测到PbCBL2的表达,PbCBL2的表达受NaCl、PEG6000、甘露醇和ABA诱导上调。PbCBL2转入大肠杆菌BL21（DE3）后,能够明显减轻NaCl、甘露醇和PEG6000对该菌株的生长抑制。PbCBL2基因具备植物CBLs基因家族的固有特征,对盐碱、干旱、渗透胁迫和ABA处理均存在转录响应,大肠杆菌转入该基因后能够提高对盐胁迫和渗透胁迫的耐受能力。     

干旱胁迫下葡萄AQP基因家族的鉴定及转录调控网络预测

【目的】探究干旱胁迫下葡萄AQP的转录调控网络,为后续研究葡萄抗旱基因功能和转录调控机制提供理论依据。【方法】通过生物信息学方法分析葡萄AQP基因家族成员的理化性质、系统进化和染色体定位,进行共线性分析和转录因子调控预测,通过转录组数据分析该基因家族在干旱胁迫和脱落酸(abscisic acid,ABA)处理下的表达情况。【结果】37个VvAQP基因主要分为PIP、TIP、NIP、SIP四类,分别分布在17条染色体上,复制分析结果表明,共有5对节段复制和2对串联复制。蛋白序列分析表明,每个VvAQP蛋白序列中均有1个植物AQP主要内在蛋白(major intrinsic proteins,MIP)的保守结构域特征。通过转录调控网络预测发现,靶向VvAQP基因的转录调控因子主要分为16类。干旱胁迫下,根和叶中大部分VvAQP基因表达持续下调,VvPIP2-3、VvPIP2-6在根中持续上调,7个VvAQP基因受ABA显著诱导。干旱胁迫下15个差异表达的转录因子可能与13个VvAQP基因存在调控关系。【结论】鉴定并提供了葡萄AQP基因家族成员的基本信息,通过转录组数据发现可能参与干旱胁迫的VvAQP基因,并预测了这些基因的转录调控网络。     

扁桃AcCBF1转录因子的克隆及表达分析

【目的】分离和克隆新疆栽培扁桃CBF1转录因子基因,了解其在扁桃响应环境胁迫和逆境相关激素诱导的表达情况。【方法】以新疆扁桃幼苗为试验材料,对其进行低温、干旱、盐及ABA处理,使用PCR技术从新疆扁桃‘双果’克隆得到CBF1转录因子基因,通过农杆菌将35S-Ac CBF1-GFP融合质粒转化洋葱表皮细胞后在激光共聚焦显微镜下观察结果,并通过实时荧光定量PCR技术分析了SG-Ac CBF1转录因子基因在不同非生物逆境胁迫下的表达情况。【结果】序列分析表明,该基因编码框为729 bp,编码242个氨基酸,蛋白质分子量为27.405 ku,命名为SG-Ac CBF1,GenBank登录号为KM245571。氨基酸序列同源比对分析证实,SG-Ac CBF1属于CBF转录因子家族基因。系统发育树分析表明,SG-Ac CBF1与甜樱桃Pa DREB1的亲缘关系最近。亚细胞定位分析显示,SG-Ac CBF1蛋白定位于细胞核中。实时荧光定量PCR分析结果表明,低温、干旱、盐及ABA均能诱导SG-Ac CBF1基因表达。【结论】SG-Ac CBF1转录因子具有核定位功能,并参与了植物对逆境胁迫的调控。由于该转录因子属于家族基因,因此其对环境胁迫响应的强弱还有待探讨。     

3个葡萄株系在盐胁迫下的离子运输与分配

【目的】探究100 mmol·L~(-1)NaCl胁迫下,耐盐性不同的葡萄株系矿质离子运输和分配的特征,揭示盐胁迫下耐盐性不同的葡萄株系的耐盐机制。【方法】以‘左山一’×SO4杂种砧木F1代的2个株系(A17、A38)以及砧木1103P的1 a(年)生盆栽扦插苗为试材,进行100 mmol·L~(-1)NaCl胁迫处理,处理20 d后测定各株系根、茎和叶中的离子含量;以A17、A38和1103P继代30 d的组培苗为试材,用100 mmol·L~(-1)NaCl胁迫处理24 h后,利用多通道植物离子检测系统(Younger USA)进行根系Na~+流变化的检测。【结果】(1)盐胁迫处理下,砧木株系A17叶片及整株中Na~+积累较少,胁迫后的Na~+总量分别是对照的4倍和2.24倍,其根系Na~+平均净流量为1 513 pmol·cm-2·s-1;而1103P胁迫后的叶片和整株的Na~+总量较高,是对照的14.65倍和2.86倍,其根系外排Na~+的平均净流量较低,为863 pmol·cm-2·s-1。(2)A17和A38株系叶片中能够保持较高的K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)和Fe~(2+)总量以及K~+/Na~+、Ca~(2+)/Na~+和Mg~(2+)/Na~+比值,维持相对较高的SK,Na、SCa,Na和SMg,Na值。【结论】耐盐性强的砧木株系吸收钠离子含量少,外排Na~+的能力较强,且根系具有较强的Na~+截留作用,并且保持叶片内K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)和Fe~(2+)等离子含量较高,维持植株内部的离子平衡。     

K+/H+逆向转运体基因PpeKEA在桃开花期的表达及对钾肥施用的响应

从‘霞晖8号’桃花中克隆并鉴定了6个K+/H+逆向转运体基因PpeKEA,在转录水平分析其在桃花发育不同时期的表达模式及对钾肥施用的响应,明确关键基因并验证其功能。结果表明,钾肥施用显著增强盛花期桃花的鲜样质量,提高花朵钾素富集水平。PpeKEA1 ~ PpeKEA6在桃花开放不同时期的表达水平存在差异,均在盛花期达到最高,其转录水平对施用钾肥的响应不同;PpeKEA1在整个桃花开放不同时期的表达量较高,钾肥处理显著增强其在花蕾膨胀期和初开期的表达并抑制其在败落期的表达量;表达载体pDR196-shortKEA1能赋予酵母菌感受态细胞AXT3突变体适应高钾环境而正常生长,说明PpeKEA1的C端区域具有调节桃花组织内K+转运和平衡的功能。本研究表明PpeKEA1是一个桃花开放过程中调节K+平衡的K+/H+逆向转运体,并可能在桃树钾素营养的动态平衡中起着重要作用。     

湖北海棠植物络合素合酶MhPCS基因克隆及表达分析

【目的】为了探明植物络合素酶参与植物解毒重金属的作用,【方法】以湖北海棠(Malus hupehensis)为试材,克隆其植物络合素合酶基因(MhPCS)编码区序列,并研究该基因的表达特点。【结果】结果表明MhPCS基因编码区全长为1 494 bp,编码497个氨基酸。序列分析表明,MhPCS编码的氨基酸序列由2个典型的植物络合素合酶亚家族结构域组成,具有3个相邻的Cys-Cys元件(331-332、351-352和369-370位氨基酸)和植物络合素合酶蛋白的特征位点(Cys-56、Cys-90/91和Cys-109)。【结论】湖北海棠MhPCS与杜梨PbPCS蛋白同源性最高(94%),属于系统发生树的同一分支。MhPCS基因为组成型表达,各器官表达水平存在差异,其中根的表达量最高;100μmol.L-1CdSO4处理48 h内,MhPCS基因的表达量迅速上升;不同金属离子对其上调表达的诱导能力为:Cd2+>Cu2+>Pb2+。这为揭示重金属胁迫下湖北海棠环境适应的分子机制奠定了基础。     

甜橙CsKT1的钾转运功能鉴定及其互作蛋白分析

植物K~+的跨膜运输过程是由细胞膜上的钾转运蛋白介导的。分析甜橙基因组序列信息发现,甜橙CsKT1与拟南芥Shaker家族成员中的AKT1同源性最高,具有典型的Shaker钾通道特征。互补钾吸收缺陷酵母的试验结果显示,表达CsKT1的钾吸收缺陷酵母能在K~+浓度为10、1和0.1 mmol·L~(-1)的培养条件下生长。以‘冰糖橙’(Citrus sinensis L. Osbeck‘Bingtangcheng’)为试验材料,利用qRT-PCR方法检测到CsKT1在植株根部的表达量比冠部高,并且低钾(0.1mmol·L~(-1)K~+)胁迫处理24h时植株中CsKT1的转录水平无明显变化。亚细胞定位检测结果显示,CsKT1能定位到细胞质膜上。利用酵母双杂交试验发现,CsKT1蛋白C端能与拟南芥CIPK23互作,还能与甜橙CsCIPK7蛋白(与拟南芥CIPK23同源性最高)互作,同时甜橙CsCIPK7蛋白能与拟南芥CBL1蛋白互作;进一步的蛋白序列相似性分析结果显示,柑橘CBL家族有8个成员,其中CsCBL1与拟南芥CBL1、CBL9的同源性最高。这些结果说明,CsKT1是柑橘中的类AKT1钾转运蛋白。