外源MeJA对低温胁迫下冬小麦冷响应基因表达的影响

为了探讨外源MeJA(茉莉酸甲酯)处理对低温胁迫下东农冬麦1号(Dn1)叶片和分蘖节中 TaICE41(CBF表达诱导因子)及4个冷响应基因( Wcor14、 Wcor15、 Wcor18、 Wcor413)表达量的影响,了解Dn1强抗寒性是否与JA(茉莉酸)对CBF途径冷响应基因的调节有关,以Dn1为试验材料,叶面喷施1mmol·L~(-1)MeJA,采用荧光定量PCR法检测低温(5℃、0℃、-10℃和-25℃)胁迫下Dn1叶片及分蘖节中 TaICE41及下游4个冷响应基因的表达量。结果表明,外源MeJA处理提高了低温胁迫下Dn1叶片及分蘖节中上述基因的表达量;-10℃下,Dn1分蘖节中 TaICE41、 Wcor14、 Wcor15、 Wcor18、 Wcor413表达量均达到最高值,处理组依次约为对照组的3.3倍、38.0倍、12.7倍、9.4倍、3.5倍,表明JA对CBF途径冷响应基因的调节与低温胁迫下Dn1的强抗寒性有关;-10℃是Dn1抗寒的重要温度节点,分蘖节是影响其越冬性的主要部位。生物信息学分析及预测表明, TaICE41位于3A染色体上,定位于细胞核内,表达产物为无规则卷曲型蛋白,属于HLH蛋白家族成员,与节节麦的ICE1蛋白亲缘关系最近。本研究可为解析激素JA调控植物抗寒性的分子机制提供理论依据。     

MeJA对低温胁迫下冬小麦抗寒生理及关键基因表达量的影响

植物激素作为一种信号分子,在植物响应低温胁迫中起重要作用。本研究以东农冬麦1号为材料,在田间三叶期用0.5、1.0和2.0 mmol·L~(-1) MeJA喷施小麦叶片,在大田自然降温条件下,探讨外源MeJA对其抗寒生理及 TaPDF1.2、 TaCOI1、 TaMYC2基因表达量的影响。结果表明,MeJA处理降低了低温胁迫下东农冬麦1号叶片及分蘖节的相对电导率和MDA含量,提高了脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的积累,提高了抗氧化酶SOD、POD和CAT活性;在不同处理浓度中,1.0 mmol·L~(-1) MeJA效果最好,处理后小麦返青率达91.5%;-10℃时,叶片和分蘖节内积累的保护性物质最多,保护性酶活性最强。东农冬麦1号分蘖节比叶片具有更强的抗寒性。此外,1.0 mmol·L~(-1)外源MeJA处理显著提高了东农冬麦1号叶片及分蘖节中 TaPDF1.2、 TaCOI1、 TaMYC2基因的表达量。     

MeJA和ET对巴西橡胶树胶乳HbGSK1基因表达的影响

GSK3蛋白与进化过程中的激素信号网络和生物、非生物胁迫响应密切关联。GSK3是否在橡胶树JA和ET信号途径起作用尚不清楚。qPCR分析结果表明，机械伤害、MeJA和ET处理上调胶乳中HbGSK1基因的表达，并且“机械伤害+MeJA”处理的表达水平显著高于机械伤害处理，推测机械伤害通过上调胶乳内源JA含量上调HbGSK1基因的表达；机械伤害上调胶乳中HbGSK1基因的表达，表明HbGSK1蛋白可能参与橡胶树非生物胁迫响应；MeJA和ET处理上调胶乳中HbGSK1基因的表达，表明HbGSK1蛋白可能参与橡胶树JA和ET植物激素信号途径的调节。MeJA和ET处理均上调胶乳中HbGSK1基因的表达，表明JA和ET对HbGSK1基因的表达的调节具有协同作用。     

TaJAZ7D蛋白在冬小麦JA抗寒途径中的作用

转录抑制因子JAZ（Jasmonate ZIM-domain）蛋白是茉莉酸（Jasmonate,JA）信号转导途径的核心元件,前人研究发现,拟南芥中AtJAZ1、AtJAZ4与AtICE1蛋白互作可抑制 AtICE1基因的转录,负调控拟南芥的抗寒性,然而小麦中TaJAZ与TaICE蛋白的互作调控机制尚不清楚。本研究以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号（Dn1）为试验材料,以与拟南芥AtJAZ1、AtJAZ4蛋白高度同源的TaJAZ7、TaJAZ12蛋白为对象,检测外源茉莉酸甲酯（MeJA）对低温胁迫下 TaJAZ7、 TaJAZ12基因表达量的影响。结果发现, TaJAZ7基因的表达量与温度变化呈明显负相关,故对TaJAZ7(以TaJAZ7D为研究对象进行后续研究)蛋白进行生物信息学分析和亚细胞定位,并利用酵母双杂交技术验证TaJAZ7D蛋白与TaMYC2和TaICE41蛋白的互作。生物信息学分析表明, TaJAZ7D基因编码区序列全长为633 bp,为不稳定的亲水性混合型蛋白;TaJAZ7D蛋白有典型的TIFY和Jas结构域,属于TIFY家族。亚细胞定位发现,TaJAZ7D蛋白位于细胞核中。酵母双杂交验证试验发现,TaJAZ7D蛋白与TaMYC2和TaICE41蛋白分别存在互作关系。     

东农冬麦1号TaPRK基因的生物信息学分析及低温和ABA、SA、MeJA对其表达模式的影响

磷酸核糖激酶(PRK)是卡尔文循环的关键酶,在调节糖代谢过程中起着关键作用。为探索TaPRK在小麦抗逆过程中的功能,以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号(Dn1)和弱抗寒冬小麦品种济麦22(J22)为材料,对TaPRK进行生物信息学分析和表达模式研究。结果表明,TaPRK基因含有一个1 215bp开放阅读框,编码404个氨基酸,表达产物为稳定的亲水蛋白,属于尿苷激酶家族,带有叶绿体转运肽,定位于叶绿体。越冬期间,Dn1分蘖节中TaPRK的相对表达量显著高于J22,Dn1叶片中TaPRK的相对表达量在-10℃和-25℃时高于J22,而在0℃时低于J22;外源ABA、SA和MeJA处理下,Dn1分蘖节中TaPRK的相对表达量均随着温度的降低表现为先升后降的趋势,且均在-10℃时达到表达量的峰值;外源ABA和SA处理下Dn1叶片中TaPRK的相对表达量呈现"降-升-降"的变化规律,在-10℃时显著高于对照;外源MeJA处理下,Dn1叶片中TaPRK的相对表达量在0℃和-25℃高于对照,且在0℃达到峰值。总体来说,TaPRK在小麦抗寒方面发挥正向调节作用。外源ABA、SA和MeJA增加了冬小麦TaPRK的表达量,有助于提高冬小麦的抗寒性。     

油菜素内酯对低温胁迫下冬小麦wcor413-like基因表达的影响

为探索低温胁迫下油菜素内酯(BR)对冬小麦分蘖节及叶片 wcor413-like基因表达的影响,以寒地冬小麦东农冬麦1号为试验材料,利用RT-PCR法克隆 wcor413-like基因的cDNA序列,用生物信息学法分析该序列的特征,用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测5℃、0℃、-10℃和-25℃四个温度处理下分蘖节和叶片中 wcor413-like基因的表达量。结果表明, wcor413-like基因含有一个629 bp的开放阅读框,可编码209个氨基酸,编码的wcor413-like蛋白为稳定蛋白质,主要分布在细胞质中。qRT-PCR分析表明,在叶片中, wcor413-like基因的表达量随着温度的降低呈现先上升后下降的变化趋势,-10℃时表达量最高;在分蘖节中, wcor413-like基因的表达量随着温度的降低呈持续上升的趋势,-25℃时表达量最高。BR处理后的叶片和分蘖节中, wcor413-like基因的表达量均在-25℃时达到最高,叶片中该基因的表达量显著高于对照组,而分蘖节中该基因的表达量显著低于对照组。推测BR可通过调控叶片和分蘖节中 wcor413-li...     

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。     

油菜素内酯对低温胁迫下冬小麦 wrab17基因表达的影响

为了探索油菜素内酯（BR）对低温胁迫下 wrab17基因表达模式的影响,以寒地冬小麦品种东农冬麦1号（Dn1）为试验材料,利用qRT-PCR技术克隆得到 wrab17基因的cDNA序列,利用生物信息学方法分析该序列的特征,采用qRT-PCR技术检测低温（5 ℃、0 ℃、-10 ℃、-25 ℃）胁迫下该基因在冬小麦叶片和分蘖节中的表达情况以及BR对 wrab17基因表达量的影响。结果表明, wrab17基因的编码区序列长度为735 bp,包含500 bp的完整开放阅读框,可编码167个氨基酸,属于稳定蛋白质,该蛋白质无跨膜区和信号肽。qRT-PCR分析表明,低温胁迫下对照组和BR处理组的Dn1叶片和分蘖节中, wrab17基因的相对表达量分别在-10 ℃和-25 ℃时最高,且BR处理组 wrab17基因的相对表达量均高于对照组,推测BR可通过提高 wrab17基因的表达量来增强冬小麦的抗寒能力。     

番茄泛素活化酶基因家族进化及表达模式分析

泛素活化酶是蛋白泛素化所需的第一个酶,在泛素蛋白酶体途径中发挥重要作用。本文利用生物信息学方法从番茄基因组中鉴定出2个泛素活化酶(ubiquitin activating enzyme,UBA)基因,命名为Sl UBA1和Sl UBA2。序列分析表明Sl UBA1和Sl UBA2基因的CDS序列长分别为3 060和3 255 bp,分别编码1 019和1 084个氨基酸,编码蛋白分子量为114.15和120.46 ku,分别位于第6和9染色体。2个基因均含有5个内含子,编码蛋白均为酸性、疏水性蛋白;对蛋白二级结构分析发现2个UBA蛋白均以α-螺旋和无规则卷曲为主;亚细胞定位预测均定位于细胞核。序列比对和进化树分析表明番茄UBA基因与其他物种UBA基因相似性高,进化过程非常保守。番茄不同组织表达分析结果表明2个UBA基因在根系和花的表达量较高,果实成熟过程中的表达量相对较低。非生物胁迫试验结果表明:Sl UBA1基因在低温、干旱和盐胁迫下均上调表达;而Sl UBA2基因对非生物胁迫没有明显响应,这些结果表明Sl UBA1基因可能参与番茄对低温、干旱和盐胁迫的响应。     

东农冬麦1号TabZIP1基因的生物信息学分析及低温和ABA对其表达模式的影响

为探讨小麦中TabZIP1应答低温胁迫及ABA调控信号的响应机制,以强抗寒性冬小麦品种东农冬麦1号(DN1)和弱抗寒性品种济麦22(JM22)为材料,在大田自然降温条件下,分别于5℃、0℃、-10℃、-25℃取样叶片和分蘖节,通过RT-PCR分析TabZIP1的表达模式,于不同温度下探究ABA对DN1分蘖节TabZIP1表达模式的调控,并对其生物信息学进行分析。结果表明,TabZIP1全长1 167bp,编码388个氨基酸,其表达产物为疏水蛋白,定位于线粒体,无信号肽或跨膜结构域;TabZIP1蛋白二级结构为mixed型。DN1叶片和分蘖节中的TabZIP1表达量均在-10℃时达到最高,且分蘖节中的表达量高于叶片;而JM22分蘖节中的TabZIP1表达量在0℃时达到峰值,叶片中的表达量却在-10℃达到最高。综合分析,DN1分蘖节中的TabZIP1表达量明显高于JM22。ABA处理后,DN1分蘖节中TabZIP1的表达量随温度的降低呈明显升高趋势,在-25℃时达到峰值。可见,ABA正调控TabZIP1的表达,有助于提高冬小麦的抗寒性。     

Molecular analysis of lipoxygenase (LOX) genes in common wheat and phylogenetic investigation of LOX proteins from model and crop plants

Lipoxygenase (LOX) proteins constitute an important class of lipid-hydrolyzing enzymes in cellular organisms. Here, we report a molecular analysis of LOX genes in common wheat (Triticum aestivum L.) and a more comprehensive phylogenetic investigation of the LOX proteins from higher plants. The full-length nucleotide sequences of two LOX genes (TaLOX1 and TaLOX2) from common wheat were isolated. TaLOX1 and TaLOX2 were assigned to the short arm of chromosome 4D and the long arm of chromosome 5D, respectively. TaLOX1 and TaLOX2 were both expressed in the developing grains of two common wheat varieties, indicating that they may contribute to the total LOX activity in common wheat seeds. A more extensive phylogenetic analysis conducted with 143 unique LOXs from model and crop plants revealed that plant LOXs could be classified into two subfamilies, which correlated with the absence (subfamily I) or presence (subfamily II) of a predicted chloroplast targeting peptide in the deduced LOX proteins. Our work provides new information on the LOX genes in common wheat and the phylogenetic relationships of higher plant LOXs, which may aid further functional and evolutionary studies of plant LOXs.     

小麦生理型雄性不育系花药内源JA与ABA含量动态变化及其代谢通路差异基因表达研究

为了进一步阐明化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育的分子机制,以西农1376为材料,采用RNA-seq技术,对PHYMS-1376及其对照可育系CK-1376四分体、单核早期、单核晚期、二核期、三核期花药进行转录组测序,筛选出差异表达基因,进行GO富集、KEGG富集和GSEA富集分析,并利用高效液相法分别检测了PHYMS-1376及CK-1376上述五个时期花药中ABA和JA含量,通过qRT-PCR技术分析了ABA和JA通路关键差异基因的表达模式。结果发现,与CK-1376相比,在PHYMS-1376花药中共筛选出了 36 058个差异表达基因,主要富集到植物激素信号传导、苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸的生物合成4个通路;JA含量在PHYMS-1376四分体花药中显著降低（P<0.05）,至单核早期显著升高,单核晚期又显著降低,二核期显著升高,三核期显著降低;ABA含量在PHYMS-1376四分体至三核期花药中含量均高于CK-1376,其中在单核早期、单核晚期和二核期差异显著,可能与不育系各时期花药中PP2C关键基因TraesCS1D02G271000表达量过低相关,致使PP2C蛋白含量减少,进一步激活BIN2/BILs激酶,使SnRK2s磷酸化,促进ABA含量增加。上述结果表明：PHYMS-1376各发育时期花药中JA含量的异常波动与ABA含量的显著增加及上述2个通路关键基因的差异表达可能与SQ-1诱导小麦花粉败育密切相关。本研究为深入揭示SQ-1诱导小麦生理型雄性不育机理提供了一定的理论基础。     

冬小麦miR172响应抗寒的特征分析

东农冬麦1号（Dn1）是我国首个能在黑龙江省高寒地区安全越冬的强抗寒冬小麦品种。为了解tae-miR172在Dn1抗寒中的调控机制，本研究克隆了Dn1中tae-miR172的前体pre-tae-miR172，根据生物信息学分析预测其靶基因为AP2dn1(TraesCS5D02G486600)。通过农杆菌介导的烟草瞬时表达试验，进一步证明tae-miR172靶向AP2dn1；利用qRT-PCR技术对大田越冬期Dn1分蘖节中pre-tae-miR172和Ap2dn1的相对表达量进行分析。结果表明，pre-tae-miR172的表达量随温度降低呈先升后降的变化趋势，而靶基因Ap2dn1的表达量变化趋势则相反，说明tae-miR172负调控Ap2dn1的表达。     

玉米根部萜类合酶基因对干旱与激素处理的表达差异分析

选用两个具有抗性差异的玉米自交系B73与Mo17,分别对其根部进行干旱、脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)以及茉莉酸甲酯与乙烯利联合(MeJA/EP)处理,定量检测4个与防御相关的萜类合酶基因An2、ZmTPS6、ZmTPS8以及ZmTPS26的表达情况。结果表明,4个基因在B73与Mo17应对干旱和ABA处理时基因表达差异明显。在Mo17中,干旱胁迫以及ABA处理显著诱导4个基因的表达;在B73中,干旱处理导致An2、ZmTPS6和ZmTPS8基因表达下调,在ABA处理下时,只有ZmTPS6被显著上调;MeJA与MeJA/EP处理在B73与Mo17中都能上调4个基因的表达,但在Mo17中的诱导程度更剧烈。B73与Mo17的根部在响应胁迫时存在显著的萜类代谢差异,可能为其抗性差异原因之一。     

逆境信号下木薯MeMYC2转录因子表达及功能分析

MYC2是茉莉酸信号途径中的关键节点基因,在植物生长发育及逆境信号响应过程中发挥重要作用。本研究基于木薯基因组数据库序列,以木薯‘cv. 60444’品种为材料,采用RT-PCR方法同源克隆得到MYC2基因（数据库No. Manes.17G016000）,命名为MeMYC2.1。MeMYC2.1基因开放阅读框（ORF）全长2055 bp,无内含子,氨基酸序列中包含典型的bHLH保守结构域;序列比对分析发现MeMYC2与蓖麻MYC2具有较高同源性。外源施加植物激素水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、过氧化氢（H₂O₂）以及低温胁迫下,木薯叶片中MeMYC2.1的表达被显著诱导。进一步克隆获得MeMYC2.1基因上游1500 bp启动子序列,利用在线数据库PlantCare分析发现,MeMYC2.1启动子序列中不仅含有响应茉莉酸的顺式元件CGTCA/TGACG,还含有低温响应元件LTR及ABA响应元件ABRE。以上研究结果表明,MeMYC2.1可能是植物激素茉莉酸（JA）、脱落酸（ABA）响应低温物胁迫分子网络中的一个节点基因,对其功能的深入研究将有助于探讨JAs在植物低温胁迫应答中的作用机制。     

冬小麦lncRNA1808调控PPP限速酶（Ta6PGDH）抗寒应答研究

为探索lncRNA1808调控Ta6PGDH应答寒胁迫的机制,以冬小麦品种东农冬麦1号（Dn1）为材料,应用生物信息学分析了lncRNA1808和Ta6PGDH的生物学特性和功能,预测了lncRNA1808-Ta6PGDH互作关系和共表达趋势;应用real-time PCR鉴定小麦分蘖节和叶片的lncRNA1808和Ta6PGDH寒胁迫下表达谱变化。结果显示,lncRNA1808为lncRNA,不具备编码能力,富含稳定的茎环结构;lncRNA1808与Ta6PGDH的启动子序列含多种响应环境因子的顺式作用元件;预测lncRNA1808-Ta6PGDH互作并协同共表达;Dn1分蘖节和叶片的lncRNA1808和Ta6PGDH的表达谱与协同共表达分析一致,表达趋势上调。本研究初步揭示了冬小麦lncRNA1808调控PPP限速酶Ta6PGDH的抗寒应答机制。     

低温胁迫下不同浓度ABA对4个油棕新品种幼苗生理特性的影响

探讨低温胁迫下不同品种油棕幼苗ABA合成酶基因NCED3表达特性及不同浓度ABA对其幼苗生长和生理的影响,为提高不同品种油棕幼苗抗寒能力提供理论依据。以油棕新品种Ni、C×N、B×E、D×N为材料,对其进行低温胁迫处理（15、10、5 ℃,5 d）,利用实时荧光定量PCR（qPCR）检测4种油棕幼苗的NCED3基因表达特性;然后,10 ℃低温胁迫下对4种油棕幼苗外施不同浓度ABA（50~300 μmol/L ABA）,测定其可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶（SOD）及过氧化物酶（POD）活性等生理指标。结果表明,低温胁迫可触发4种油棕幼苗ABA合成酶基因NCED3的过量表达,外施50~300 μmol/L ABA均降低幼苗质膜透性和SOD酶活性,抑制MDA和H₂O₂含量上升,缓解低温胁迫引起的膜脂过氧化,提高可溶性蛋白、可溶性糖含量和POD活性,进而提高油棕幼苗抗寒性。4个品种中,B×E材料的耐寒能力较强。     

小麦SnRK2家族基因鉴定及进化分析

SnRK2是一种植物特异性的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在植物生长发育和胁迫耐受信号传递过程中发挥着至关重要的作用。为探索SnRK2在小麦抗逆中的作用，基于最新的小麦基因组信息，采用blastp和hmmer两种方法在普通小麦中共鉴定到30个SnRK2基因家族成员。系统发育分析表明，SnRK2基因在普通小麦及其祖先物种的进化过程中高度保守。利用RNA seq数据分析小麦SnRK2基因在不同组织以及不同胁迫条件下的表达模式，结果表明，小麦SnRK2基因家族成员在不同组织以及不同胁迫条件下表达量均存在差异，且具有显著的组织特异性。通过qRT PCR进一步验证6个小麦SnRK2基因的表达模式，发现不同基因之间的表达量存在明显差异，推测小麦SnRK2基因家族的部分成员出现功能分化。随后，利用已发表的六倍体小麦重测序数据，分析不同小麦群体中SnRK2基因的核苷酸多样性(P_i)和分化指数(F_st)，并解析单倍型，推测Ta 5B SnRK2.28基因的AA单倍型为优异等位变异。通过同源建模预测小麦SnRK2蛋白的三维结构，发现小麦SnRK2蛋白结构在进化上高度保守。