两个水稻硝酸还原酶基因的克隆及其在不同环境刺激下的表达分析

克隆并分析了水稻中两个可能的硝酸还原酶基因在多种非生物胁迫和重力刺激下的表达变化。AK102363(OsNR1)和AK102178(OsNR2)是水稻中两个可能的硝酸还原酶基因。在盐胁迫处理下,两基因均下调表达。OsNR1在100 mmol/L NaCl处理24 h时表达下调最显著,而OsNR2也是在100 mmol/L NaCl处理24 h时表达下调最显著。用15%PEG模拟干旱处理,两基因表达下调,24 h时差异最显著。低温处理24 h后,基因OsNR1同样下调表达。不同浓度的NO供体SNP处理,两基因均受诱导而上调表达,在0.1 mmol/L的SNP处理12 h时表达量最高。向重性刺激处理0.5 h后基因OsNR1在地上部基部下部分表达高于在地上部基部上部分的表达。在处理6 h时地上部基部上下两侧表达量的差异达到最大。     

葡萄TPS基因家族的鉴定与表达分析

为了明确TPS基因家族在葡萄非生物胁迫下的表达特性,在生物信息分析的基础上,以‘鄞红’葡萄(Vitis vinifera ‘Yinhong’)扦插苗为试验材料,利用RT-qPCR技术检测了盐胁迫和光胁迫处理对葡萄TPS家族基因成员表达的影响。结果显示,葡萄TPS基因家族有9个成员,可分为3个亚族,分布在8条染色体上。通过氨基酸多重序列比对,发现葡萄(Vitis vinifera)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa) TPS家族基因都存在G-X-FLH-X-PFPS-X-E-X5-P-X-R和X-F-X-T-X-D-X-ARHF-X2的特征序列。motif分析发现,VvTPS06和VvTPS07两个基因含有相同的氨基酸保守序列。亚细胞定位预测显示葡萄TPS基因主要分布在细胞质、叶绿体和细胞核中,其中VvTPS06、VvTPS07、VvTPS09定位于叶绿体中可能与植物光合作用相关。蛋白质二级结构表明,葡萄TPS蛋白主要以α-螺旋和无规则卷曲为主。基因芯片表达显示,VvTPS02、VvTPS03、VvTPS05、VvTPS07在葡萄不同时期...     

葡萄ARP/DRM基因家族克隆及其在休眠解除过程中的表达

生长素抑制蛋白(auxin-repressed protein, ARP)和休眠相关基因(dormancy-related proteins, DRM)是植物中常见的生长素抑制类基因,与植物休眠进程相关。为了鉴定葡萄ARP/DRM基因参与休眠的功能特点,本研究基于欧洲葡萄基因组数据库挖掘,采用同源克隆法获得了3条葡萄ARP/DRM基因家族成员序列,分别命名为VvARP/DRM1、VvARP/DRM2和VvARP/DRM3。序列分析的结果表明,所克隆的3条序列与其他植物的相应序列具有很高的一致性。实时荧光定量表达的检测结果表明,在单氰胺打破葡萄冬芽休眠的过程中,3个基因都是在处理前期表达较高,然后随着处理时间的延长表达水平不断下降。在整个单氰胺处理的过程中,对照组中的VvARP/DRM1、VvARP/DRM2和VvARP/DRM3的表达水平一直高于处理组。研究结果为深入分析ARP/DRM基因家族在葡萄冬芽休眠解除过程中的功能和作用机理提供了参考依据。     

棉花多胺氧化酶基因(GhPAO_2)的克隆及非生物胁迫下的表达分析

本研究以拟南芥多氨氧化酶(AtPAO2)为探针,在雷蒙德氏棉基因组数据库中获得同源基因并设计引物,利用RT-PCR技术克隆PAO基因,分离一个新的陆地棉PAO基因命名为GhPAO2。该基因cDNA全长为2 237 bp,具有一个1473 bp的开放阅读框,编码490个氨基酸残基,预测该基因蛋白质分子量为54.41 kD,等电点为5.69。利用Real-time PCR对该基因在不同组织和多种非生物胁迫处理进行表达分析,结果表明:GhPAO2基因主要在棉花花瓣和叶中表达;不同胁迫处理下GhPAO2基因表达量均发生显著变化,其中低温处理和20%PEG处理后基因表达量迅速上升并在1 h时表达量达到最高,200 mmol/L NaCl和1 mmol/L ABA处理则在24 h时表达量达到最高,表明GhPAO2基因受低温、PEG、Na Cl和ABA诱导表达,可能在棉花抵御非生物胁迫过程中发挥重要作用。     

转入反义ScP5CS基因烟草植株对PEG和NaCl处理的反应

以转入甘蔗脯氨酸合成酶基因ScP5CS反义片段的转基因烟草与野生型烟草为材料,研究PEG6000与NaCl处理对转基因与野生型烟草植株生长及其T0代种子萌发的影响。结果表明,在17mmol/L NaCl与1%PEG6000胁迫下转入ScP5CS反义基因片段的烟草植株矮小,叶片容易发黄,根系发育迟缓,根长缩短;转基因烟草T0代种子在200mmol/L NaCl胁迫时其发芽率明显受到抑制,并随着盐胁迫处理时间达到第55天时,在50mmol/L NaCl胁迫下其叶片严重黄化,而野生型与转入空载体株系则相反。PEG6000处理对转基因烟草T0代种子萌发影响不大。可见,甘蔗ScP5CS基因在烟草中的反义表达,部分抑制了烟草P5CS基因的活力。     

黄瓜CsCAT3基因逆境胁迫表达及转拟南芥耐盐性分析

过氧化氢酶(catalase,CAT)是生物防御体系的关键酶之一,可促进体内的H_2O_2分解为H_2O和O_2。过氧化氢酶由CAT基因编码,目前已在一系列物种中得到克隆。黄瓜是葫芦科重要蔬菜作物,对CAT酶的功能还知之甚少。为了探讨黄瓜过氧化氢酶的功能,本实验以华北型黄瓜9930为实验材料,应用荧光定量PCR方法分析了黄瓜CsCAT3基因在NaCl、高温和低温等逆境胁迫下表达量的变化;并构建该基因的过量表达载体,用农杆菌介导将CsCAT3基因转化拟南芥,对转基因拟南芥植株进行了耐盐能力分析。结果表明:(1)在NaCl、高温和低温胁迫下CsCAT3基因被诱导增强表达,在NaCl和高温处理6 h后,表达量分别为对照的11.72倍和10.84倍;在冷处理6 h后,其表达量为对照的6.8倍;其中以200 Na Cl增强表达最为明显。(2)过量表达CsCAT3基因的拟南芥转基因植株在200 mmol/L NaCl处理条件下,其耐盐能力明显增强。     

不同盐浓度胁迫下小麦苗期苗高和主根长的QTL分析

小麦苗期苗高和主根长是鉴定小麦苗期耐盐性的重要指标。利用小麦品种花培3号×豫麦57获得的DH群体168个株系,在去离子水(对照)以及50,100,200 mmol/L NaCl溶液处理下,进行苗高和主根长的数量性状基因(QTL)定位分析。利用完备区间作图法,共检测到影响苗高和主根长的25个QTL,单个QTL对表型的贡献率为4.19%～23.72%。位于3D染色体区间Xgdm72-Xbarc1119上影响主根长的QTL位点具有最大的遗传效应,贡献率为23.72%;在100 mmol/L和50 mmol/L NaCl处理下,在2D染色体Xwmc170.2-Xgwm539区段,同时检测到影响苗高的2个QTL位点,其贡献率分别为12.59%和8.40%;在100 mmol/L和200 mmol/L NaCl处理下,在4D染色体Xc-fa2173-Xcfe188区段,同时检测到影响主根长的2个QTL位点,其贡献率分别为8.77%和5.70%;在对照和100mmol/L NaCl溶液处理下,在5BL染色体Xgwm213-Xswes861.2区段,同时检测到影响苗高的QTL位点,其贡献率分别为17.49%和6.28%。另外,在50 mmol/L NaCl溶液处理下,4B染色体Xwmc657-Xwmc48区段还定位了1个影响苗高的QTL位点,其贡献率为12.59%;在染色体3A和染色体7D上各检测出与主根长有关的1个不同的QTL;在5A染色体Xbarc358.2-Xgwm186和Xcwem40-Xbarc358.2区间分别检测到1个影响苗高的QTL。这些主效QTL可用于苗高和主根长的分子标记辅助选择。     

盐胁迫下黄秋葵查尔酮合成酶基因AeCHS的表达模式分析

本研究利用实时荧光定量PCR技术检测了不同盐胁迫条件下(30 mmol/L NaCl,60 mmol/L NaCl,90 mmol/L NaCl)5份黄秋葵幼苗中查尔酮合成酶基因(AeCHS)的表达模式。结果表明随着盐浓度的增加,不同耐盐性的黄秋葵幼苗中AeCHS基因的相对表达量均呈增加的趋势。同时,各处理间AeCHS基因表达水平的差异也随着盐浓度的增加逐渐增大,耐盐性强品种中(江苏杨贵妃)AeCHS基因的表达量明显高于耐性弱品种(卡里巴)。这说明黄秋葵幼苗的耐盐性可能与AeCHS基因的表达水平有关,AeCHS基因可能受盐胁迫而诱导表达。     

转录因子BvM14-GAI耐盐功能研究

转录因子在植物应答逆境胁迫过程中发挥着重要作用,GAI蛋白是植物转录因子家族的重要一员,对其研究主要集中在光响应机制领域,而该蛋白响应耐盐机制研究报道较少。实验室前期已经获得甜菜 M14品系盐胁迫转录组中上调表达基因BvM14-GAI的cDNA全长,本研究试图阐明该基因参与盐胁迫的功能。通过构建该基因植物表达载体,利用农杆菌介导花序浸染法转化拟南芥野生型和GAI基因突变株,检测150 mmol/L NaCl胁迫下异源表达和异源互补拟南芥植株的表型和生理生化指标。0 mmol/L NaCl处理时,以拟南芥野生型和GAI基因突变株为对照,异源表达和异源互补植株的根长、鲜重和干重均显著低于对照,说明BvM14-GAI基因为生长负调控因子;150 mmol/L NaCl胁迫处理后的根长、鲜重、干重及K⁺/Na⁺差异不显著,但甜菜碱、SOD和POD酶活性的含量显著增加,表明转录因子BvM14-GAI通过增强渗透调节和抗氧化酶系统提高异源表达和异源互补拟南芥植株的耐盐功能。研究结果不仅拓展了植物GAI基因响应非生物胁迫的功能,而且对阐明甜菜M14品系耐盐分子机制和培育耐盐作物品系具有一定研究价值。     

高糖甜菜BvNHX1基因的克隆及表达特性分析

本研究以高糖甜菜品种‘BS02’为材料,采用同源克隆技术分离其液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因,命名为BvNHX1。该基因包含有1 659 bp的开放阅读框,编码552个氨基酸,蛋白分子量为61.31 kD,理论等电点为6.31。预测该基因编码的蛋白具有12个跨膜结构域,同时具有Nhap、Na_H_Exchanger和b_cpa1超家族的保守结构域,而且与盐角草、犁苞滨藜、盐地碱蓬等多种藜科植物NHXs聚为一类,属于液泡膜NHX家族中的ClassⅠ成员。实时荧光定量PCR结果显示:在400 mmol/L NaCl、200 mmol/L KCl和15 mmol/L ABA处理下,该基因表达量分别在叶和根中达到峰值,且叶中的表达量均显著高于根中,表明该基因在响应NaCl、KCl和ABA时,可能在叶中发挥的作用远大于根中。本研究结果将为甜菜耐盐分子机理的研究奠定基础,同时为高糖甜菜耐盐性遗传改良提供坚实可靠的依据。     

盐胁迫对桉树(Eucalyptus)活性氧代谢和CAT基因表达的影响

桉树耐贫瘠,盐胁迫影响桉树的生长速率,严重时造成桉树枯萎死亡。本研究以‘广林9’三月龄组培苗为材料,分别用不同浓度NaCl溶液(0, 30 mmol/L, 60 mmol/L, 90 mmol/L, 120 mmol/L, 150 mmol/L)处理20天后,检测超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性、过氧化物酶(peroxidase, POD)活性、过氧化氢酶(catalase, CAT)活性、过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2)含量、丙二醛(malonaldehyde, MDA)质量摩尔浓度等生理指标以及CAT基因的转录变化。NaCl处理后,MDA质量摩尔浓度、H2O2含量显著升高,在90 mmol/L或120 mmol/L处达到最大值;盐胁迫下POD、SOD和CAT活性均表现为先升高后降低的趋势,并且在90 mmol/L NaCl时达到最大值。设无NaCl处理下CAT基因的表达水平为1,用qPCR (real-time quantitative PCR)方法分析不同盐胁迫下6个CAT基因的相对表达水平。随着NaCl浓度增大,CAT1、CAT2和CAT3的相对表达水平呈逐渐降低的趋势,NaCl浓度为30 mmol/L相对表达水平最高,分别为1.54、6.38和1.27;CAT5和CAT6的相对表达水平在120 mmol/L NaCl时达到最大值,分别为2.65和2.21;CAT4的相对表达水平随NaCl浓度增大而增大,并在NaCl浓度为150 mmol/L时显著升高,相对表达水平达3.31。结果表明:90~120 mmol/L NaCl浓度为桉树的耐盐胁迫的极限;盐胁迫会引起桉树ROS (Reactive oxygen species)代谢失衡,积累H2O2导致膜脂过氧化;6个CAT基因在不同盐胁迫强度下的转录变化差异显著,响应机制不尽相同。本研究可为桉树应答盐胁迫机理研究和桉树栽培管理提供参考。     

水盐浸种对NaCl胁迫下向日葵幼苗渗透调节物质的影响

以向日葵为材料,分别以水、400mmol/L NaCl浸种,评估二者对NaCl胁迫条件下(150mmol/L NaCl)向日葵幼苗中渗透调节物质积累的影响。结果表明:与对照相比,NaCl胁迫导致向日葵叶片、茎部脯氨酸(Pro)含量分别增加了3.36倍、2.40倍;经水、盐浸种后,向日葵叶片中Pro含量分别增加了6.19倍、4.72倍,茎部Pro含量差异不显著。与对照相比,NaCl胁迫处理不同程度地减少了向日葵叶片、茎、根中K⁺含量,增加Na⁺的吸收,K⁺:Na⁺明显降低;在NaCl胁迫条件下,水浸种、盐浸种不同程度地影响了幼苗中K⁺、Na⁺的含量、分配,但是经LSD比较,三种处理中离子含量没有明显差异。由此可见,在150mmol/LNaCl胁迫条件下,水、盐浸种更有效地诱导向日葵中Pro的积累来参与渗透调节。     

大豆PLMT基因的克隆及在盐、碱胁迫下的表达分析

为了探明GmPLMT在大豆盐、碱胁迫中的作用及变化趋势,本研究从吉育72号大豆中克隆了GmPLMT基因的cDNA,设置3种不同NaCl、NaOH条件对大豆进行胁迫,分别处理24 h、48 h、72 h、96 h,复水处理24 h,以未处理的大豆材料为对照,测定大豆叶片GmPLMT的相对表达。实验结果表明:成功克隆GmPLMT全长627 bp c DNA序列,包含完整504 bp ORF阅读框;经NaCl、NaOH胁迫处理后,GmPLMT的表达水平均明显增加,经50 mmol/L NaOH胁迫处理96 h并复水处理24 h后,GmPLMT相对表达水平达到最大值0.223 1,是对照的1.13倍。磷脂酰胆碱是植物生长发育的重要代谢物,也是植物细胞膜主要脂质组分。大豆磷脂酰甲基转移酶(GmPLMT)是卵磷脂合成的关键酶,有研究表明PLMT与植物的盐、碱胁迫有关,为大豆GmPLMT功能的深入研究提供理论帮助。     

海岛棉GbMFT2基因能提高烟草的耐盐能力

MOTHER OF FT AND TFL1(MFT)属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding protein,PEBP)家族,该家族在被子植物中主要起着促进或抑制开花和控制株型的作用。本课题组前期从海岛棉(Gossypium barbadense)中克隆了一个MFT-like同源基因GbMFT2,发现其在种子中表达量较高,并且受ABA诱导。为了进一步探究该基因的功能,本研究首先检测了200 mmol/L Na Cl胁迫海岛棉0、1 h、3 h、6 h、12 h后基因的表达量,表明在盐诱导1 h GbMFT2基因的表达量最高。然后构建了过量表达载体p35S:GbMFT2,并通过农杆菌介导的叶盘法将其转化到普通烟草(Nicotiana tabacum cv.NC89)中,半定量RT-PCR表明GbMFT2基因在烟草中异位表达成功。利用0、100 mmol/L、200 mmol/L、300 mmol/L、400 mmol/L和500 mmol/L Na Cl胁迫不同的转基因株系,表明转基因烟草比野生型烟草更耐盐。再分别测量300 mmol/L Na Cl处理前后的野生型烟草和转基因烟草的脯氨酸含量、POD活性,发现处理后的野生型烟草的脯氨酸含量、POD活性均明显降低,而转基因烟草株系中的脯氨酸含量、POD活性均有明显的提升。研究结果表明,GbMFT2基因能够响应盐胁迫,并增加烟草的耐盐性。本研究可为研究植物MFT-like基因的功能提供了新思路,也为进一步解析棉花发育基因的功能提供了研究基础。     

转录因子BvM14-Dof3.4响应盐胁迫的功能研究

Dof(DNA binding with one finger)家族转录因子是植物特异的转录因子,在胁迫响应、种子发芽、氮同化、光合作用等多种生物学过程中发挥着重要作用。为了探究转录因子BvM14-Dof3.4在响应盐胁迫过程中的生物学功能,本研究以具有强耐盐特性的甜菜M14品系为试验材料,用花序浸染法将BvM14-Dof3.4基因在野生型拟南芥植株中异源表达,经150 mmol/L NaCl处理后发现,BvM14-Dof3.4基因的异源表达促进了盐胁迫下转基因拟南芥植株根的生长,提高了异源表达植株的鲜重和干重,与野生型拟南芥相比异源表达植株中K⁺/Na⁺比值增加1.3倍、甜菜碱含量增加1.1倍以及SOD和POD的酶活性分别上调1.3和1.2倍,从而减少了盐胁迫对异源表达拟南芥植株的损伤。这些结果表明了BvM14-Dof3.4基因响应盐胁迫,并且BvM14-Dof3.4基因的异源表达能够提高拟南芥植株的耐盐能力,该结果对甜菜M14品系优质基因资源的挖掘以及开展栽培甜菜抗逆性的遗传改良工作具有重要意义。     

玉米bZIP基因应答逆境胁迫的表达模式分析

为了探讨玉米bZIP基因家族成员在玉米抗逆中的作用,以玉米骨干自交系郑58为试验材料,设置200 mmol/L的NaCl溶液、20％PEG6000(Polyethylene Glycol 6000)、4℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏胁迫试验,利用qPCR技术,对9个ZmbZIP基因应答各类逆境胁迫的响应表达模式进行了分析....     

甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析

NBS-LRR类基因家族是植物抗病R基因(Resistance gene)数量最多的一类,具有NBS (Nucleotide-binding site)和LRR (Leucine-leucine-repeat)结构域。甘薯(Ipomoea batatas)栽培种基因组已完成测序,但尚未注释,本研究对甘薯基因组序列进行外显子预测,得到甘薯染色体组全基因组蛋白序列,在此基础上进一步对NBS-LRR家族基因鉴定和分析表明,甘薯基因组中含有379个NBS-LRR家族基因,占全基因组基因总数的0.212%,其中N型亚家族120个,NL型103个, CNL型133个, TNL型22个, PN型1个。所有染色体上均有NBS-LRR家族基因分布,但数量明显不同,其中有60.9%的NBS-LRR基因序列呈簇状分布。NBS-LRR基因序列有15个保守结构域,在N端较为保守。研究结果为甘薯进一步开展NBS-LRR家族基因的功能研究和抗性育种提供了参考。     

小麦TaPOD家族的全基因组鉴定及表达分析

过氧化物酶(Peroxidase, POD)家族成员在调节植物生长发育和响应逆境胁迫中起重要作用。为系统探究小麦(TriticumaestivumL.)TaPOD基因家族的功能及其表达模式,本研究利用生物信息学的方法鉴定了小麦TaPOD基因家族成员,对其理化性质、启动子顺式作用元件、进化特征做了预测分析,并通过小麦转录组和实时荧光定量PCR(Real Time Quantitative, RT-qPCR)分析了其在不同组织、外源激素及逆境胁迫下的表达模式。结果表明,目前基因组测序小麦中包含659个TaPOD基因家族成员,蛋白质序列长度在206～518个氨基酸之间;系统发育分析表明,小麦TaPOD家族成员分为I～VII组且每组成员数量不等;序列比对显示小麦TaPOD家族成员具有5个保守基序,且基因结构等方面存在很大差异,预示着功能存在多样性;染色体定位发现其数量在小麦的21条染色体上分布不均匀,其中2B染色体上数量最多;通过种内共线性分析发现,小麦TaPOD基因共有396个重复事件,同源性较高且进化过程非常保守,主要通过片段复制和串联复制进行扩增,且Ka/Ks比率显示仅有4对家族成员受到...     

拟南芥硫氧还蛋白M1型基因(AtTRX m1)与环境逆境之间的关系

硫氧还蛋白家族是约12 kD的小分子蛋白质,含有高度保守的活性反应位点WCG/PPC,催化硫醇一二硫键相互交换,调节细胞内的氧化还原作用.在本研究中,通过RT-PCR法获得目的基因拟南芥硫氧还蛋白M1型基因(AtTRX m1,GenBank Accession No.At1g03680).通过Northern杂交分析拟南芥悬浮细胞系在100 mmol/L NaCl、10 mmol/L NaHCO3、50 μmol/L ABA、10 mmol/L H2O2等逆境处理下mRNA表达水平的变化和硫氧还蛋白M1型转基因植株对NaCl、NaHCO3盐及ABA逆境的抗性分析,表明硫氧还蛋白M1型基因与生物环境胁迫有一定的相关性,尤其是氧化胁迫,能够增强植物对逆境的耐受力.从而为进一步研究硫氧还蛋白基因家族与逆境之间的相关作用奠定了基础.     

三浅裂野牵牛NBS-LRR类抗病基因的鉴定和分析

植物抗病R基因在植物抵抗细菌、病毒、真菌等病原体过程中发挥重要作用,NBS-LRR类基因是R基因中最大的一类。三浅裂野牵牛作为甘薯的近缘野生种,是甘薯育种重要的抗病基因资源。本研究对三浅裂野牵牛基因组序列使用Snap软件预测全基因组蛋白质序列,应用生物信息学方法在蛋白质序列中鉴定和分析NBS-LRR家族基因,得到三浅裂野牵牛NBS-LRR家族基因的数量、染色体上的分布图、结构域特点和进化树。从三浅裂野牵牛的110 626个基因中,筛选到361个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型50个,NL型128个,TNL型46个,CNL型136个,RNL型1个。三浅裂野牵牛的15条染色体上均分布有NBS-LRR家族基因,基因最多的染色体有51个,最少的有2个,共有58个基因簇,包含了53.7%的NBS-LRR家族基因。CNL亚家族在NB-ARC结构域有7个保守结构域,TNL亚家族有10个保守结构域。本研究对三浅裂野牵牛的NBS-LRR家族基因的鉴定与分析,为后续研究抗病基因功能与甘薯抗病的分子育种提供重要参考。