拟南芥长链脂肪醇氧化酶(AtFAO3)在抗病防卫反应中的作用分析

长链脂肪醇氧化物酶(FAO)基因编码一个与膜结合,包含黄素,产生H_2O_2的长链脂肪醇氧化酶.在拟南芥基因组中包含4个FAO同源基因.然而,拟南芥FAO在响应非生物和生物环境胁迫中起何种作用还不得而知.本研究中,我们分析了拟南芥AtFAO3在植物防卫病原细菌Pseudomonas syringae pathovar(pv.)tomato strain DC3000(Pst DC3000)中的作用.拟南芥原生质体细胞瞬时表达AtFAO3偶联GFP融合蛋白表明,AtFAO3定位于细胞膜.与野生型植株相比,拟南芥AtFAO3基因T-DNA插入突变体Atfao3在正常条件叶片中H_2O_2含量下降,在氧胁迫或生物胁迫下积累活性氧含量减少.接种病原细菌Pst DC3000后,与野生型植株相比,Atfao3突变体体内细菌繁殖数量增加,叶片病害症状加重,防卫相关基因PR1、PR2和PAL表达减弱.我们基于以上T-DNA突变体分析结果表明,AtFAO3在植物对病原细菌防卫中起重要作用.     

漾濞大泡核桃JsWRKY1过表达增强转基因烟草对胶孢炭疽菌的抗性

为进一步研究JsWRKY1的生物学功能,构建JsWRKY1的植物超表达载体并转入烟草中过表达。再生的JsWRKY1转基因烟草与野生型烟草在表型上无明显差异。JsWRKY1过表达上调了转基因烟草体内几个防卫相关基因MnSOD、Cu/Zn SOD、CN、NADPH oxidase和PR1的转录水平。与野生型烟草相比,JsWRKY1转基因烟草体内的超氧化物歧化酶、过氧化物酶和抗坏血酸过氧化物酶活性在正常生长以及胶孢炭疽菌接种后均显著增强。平板抑菌试验结果显示,JsWRKY1转基因烟草叶片总蛋白对病原真菌葡萄座腔菌、串珠状赤霉菌、胶孢炭疽菌和尖孢镰刀菌的菌丝生长具有不同程度的抑制作用。此外,用胶孢炭疽菌接种烟草叶片,转基因烟草对胶孢炭疽菌的抗性明显增强。显然,JsWRKY1是漾濞大泡核桃中正调控病害防卫反应的转录因子。     

含异位表达花生AhNCED1基因的拟南芥提高耐渗透胁迫能力

AhNCED1是干旱胁迫下调控花生ABA生物合成的关键基因。以pCAMBIA1301为基本双元表达载体,分别构建CaMV35S启动子和拟南芥AtNCED3基因启动子(AtNCED3p)驱动花生AhNCED1基因的2个植物双元表达载体p35S::ORF和pAtNCED3p::ORF,通过根癌农杆菌介导法将上述两个表达载体分别转化野生型和129B08/nced3突变体拟南芥,经潮霉素筛选和PCR鉴定分别获得35S::ORF-WT和A3p::ORF-B08转基因植株,RT-PCR证实花生AhNCED1基因已在转基因植株中稳定表达,并对野生型、129B08/nced3突变体和转基因拟南芥进行外源ABA敏感性和耐渗透胁迫能力分析。结果表明,129B08/nced3突变体对外源ABA的敏感性下降,而花生AhNCED1基因在拟南芥中的异位表达提高了对外源ABA的敏感性。在山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体种子的相对萌发率明显低于野生型的,而A3p::ORF-B08转基因拟南芥种子的相对萌发率与野生型的相当,显著高于129B08/nced3突变体的,且300mmolL–1山梨醇胁迫下,35S::ORF-WT转基因拟南芥种子的相对萌发率明显高于野生型的。在300mmolL–1山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体幼苗叶片高度黄化,根的形成和幼苗生长受到严重抑制,而A3p::ORF-B08转基因突变体与野生型相似,叶片仅轻度黄化,幼苗生长势良好;35S::ORF-WT转基因植株幼苗生长未受明显影响。这些结果说明,拟南芥129B08/nced3突变体对山梨醇诱导的非离子渗透胁迫有超敏性,异位表达花生AhNCED1基因能恢复该突变体对山梨醇的超敏性,提高拟南芥的耐渗透胁迫能力。     

灰葡萄孢致病基因BcKMO与病菌MAPK信号途径的关系

为明确灰葡萄孢致病基因BcKMO与病菌MAPK信号途径之间的关系,利用MAPK信号途径特异性的抑制剂U0126处理灰葡萄孢野生型菌株BC22、BcKMO基因的T-DNA插入突变体BCG183和回复突变体BCG183/BcKMO。结果发现,突变体BCG183对抑制剂U0126不敏感,受抑制的程度显著低于野生型和回复突变体。对BcKMO基因与MAPK信号途径关键基因bmp1和bmp3的表达规律进行分析,结果发现,BcKMO与bmp3均是在7 d的菌丝和菌核中表达水平较高,BcKMO与bmp1、bmp3基因均是在含蔗糖和果糖培养基上培养的病菌中表达水平较高。利用Real-time PCR技术,检测BcKMO基因突变对bmp1、bmp3基因表达的影响以及bmp1、bmp3基因突变对BcKMO基因表达的影响,结果发现,突变体BCG183中bmp1的表达水平均显著高于野生型和回复突变体,bmp3的表达水平显著低于野生型和回复突变体; bmp1的RNAi突变体中BcKMO基因表达水平显著高于野生型,而bmp3基因的RNAi突变体中BcKMO基因表达水平显著低于野生型。结果表明,BcKMO基因负调控bmp1的表达,正调控bmp3的表达;而bmp1负调控BcKMO基因的表达,bmp3正调控BcKMO基因的表达。研究结果可为阐明灰葡萄孢BcKMO基因调控病菌生长、发育和致病力的机制奠定基础。     

拟南芥突变体L1.3的表型分析及遗传定位

本研究在转橡胶树Hb CBF1基因的拟南芥后代中,发现了一株矮小突变体。对其进行表型观察,发现突变体叶片颜色为深绿色、叶片椭圆、根系不发达、植株极度矮化、营养生长和生殖生长周期延长。通过基因组重测序技术对该突变体的遗传位点进行了定位,发现Hb CBF1基因的插入破坏了BRI1基因的编码,进而引起突变。通过实时荧光定量PCR对突变体中细胞周期相关基因CDKA、CDKB、CYCB1-1、CYCD3-1的表达量进行分析,发现这些基因的表达量显著低于野生型,推测BRI1基因的突变阻碍了细胞有丝分裂,从而造成矮化等表型。     

新疆小拟南芥NPR1基因对植物系统获得性抗性的影响

旨在研究小拟南芥NPR1基因的第三内含子对基因表达的影响。克隆出带有第三内含子的小拟南芥NPR1基因,构建诱导型植物表达载体并对拟南芥进行农杆菌遗传转化,经5 mmol/L外源水杨酸12 h诱导,利用Real-time PCR技术检测拟南芥病程相关蛋白的表达量。结果显示野生型拟南芥的NPR1、PR-1、PR-2、PR-5表达量高于转基因拟南芥;相对于野生型拟南芥,转基因拟南芥中SOD、POD酶活显著降低,而CAT酶活增加未达到显著水平。结果表明转入含有第三内含子的Ap.NPR1基因,转基因植株系统获得性抗性途径受到抑制,植株抗病性降低,说明第三内含子使得系统获得性抗性途径的基因表达受到抑制。     

棉花黄萎病菌VdSge1基因的敲除与功能分析

为了明确棉花黄萎病菌大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb.)的VdSge1基因功能,本研究利用基因同源重组原理,通过构建敲除载体,对棉花黄萎病菌落叶型强致病力菌株V592的VdSge1基因进行了敲除,获得了4个目标基因敲除的突变体;以野生型菌株V592为对照,通过对敲除突变体生物学性状和致病性测定,结果表明,突变体的菌落生长速度、产孢量明显高于野生型,并且丧失对棉花的致病性。利用q RT-PCR对其他基因在突变体中的表达情况进行分析,结果表明,VdSge1基因敲除后,VMK1、VGB和VdGARP1的表达量随之下降,而VDH1和PevD1的表达却明显上升。由此说明,VdSge1基因与大丽轮枝菌的菌落生长速度、产孢量及致病性密切相关,并且可以影响其他一些基因的表达。     

水稻质膜H+-ATPase基因对拟南芥遗传转化及其抗盐性分析

RT-PCR扩增得水稻质膜H -ATPase全长cDNA(PM-H -ATPase),构建了植物表达载体获得质粒pBI121-PM-H -ATPase,农杆菌介导、真空渗入法转化PM-H -ATPase基因入拟南芥,得35株T1代卡那抗性植株.抗性植株PCR分析表明,抗性植株整合了目的基因.Northern杂交分析进一步表明T3代转基因拟南芥表达了目的基因.抗盐(NaHCO3和NaC1)性分析表明:转基因植株的耐盐能力明显高于野生型;盐碱胁迫下转基因植株开花优先于野生型植株.     

蛋白激发子Hrip1基因在拟南芥中表达可提高植株的耐盐耐旱能力

Hrip1是从极细链格孢(Alternaria tenuissima)代谢物中分离的一种蛋白激发子。将蛋白激发子基因Hrip1转化到拟南芥,对5个T₁代转基因拟南芥株系进行分子检测, 证明Hrip1基因能够在拟南芥中转录和表达。转基因植株对盐和干旱胁迫的抗性显著增强, 75 mmol L⁻¹ NaCl和50 mmol L⁻¹甘露醇渗透胁迫2 d, 转基因植株种子平均相对发芽率为32.1%和77.9%, 分别比野生型的增加3.72倍和5.61倍; 150 mmol L⁻¹ NaCl和50 mmol L⁻¹甘露醇处理拟南芥幼苗7 d后, 转基因植株平均相对根长为81.79%和93.25%, 分别是野生型的1.53倍和1.34倍。3周龄的转基因植株在250 mmol L⁻¹ NaCl条件下胁迫20 d, 平均存活率为67%, 显著高于野生型(42%)(P<0.05); 干旱胁迫25 d后, 复水5 d转基因植株平均存活率为72%, 而野生型仅为44%。检测结果显示转基因植株叶片的抗氧化酶活性明显高于野生型, 用200 mmol L⁻¹ NaCl和200 mmol L⁻¹甘露醇处理24 h后, POD活性分别比野生型植株提高1.56倍和1.85倍, CAT活性分别比野生型植株提高1.64和1.86倍。说明蛋白激发子Hrip1基因在拟南芥中的表达能够改善和提高植株的耐盐抗旱能力。     

禾谷镰孢菌FGSG＿09482基因功能初探

为研究禾谷镰孢菌FGSG09482基因的生物学功能,以禾谷镰孢菌为试材,采用Split-Marker基因敲除技术构建基因敲除盒,PEG (聚乙二醇)介导转化法转化禾谷镰孢菌原生质体,在含有潮霉素的培养基上培养筛选,获得FGSG09482基因敲除突变株。通过观察比较其敲除突变体表型,从而分析鉴定该基因的生物学功能。结果表明:以野生型PH-1作为对照,敲除突变体的菌落形态没有明显变化,分生孢子形态没有明显差异,培养滤液颜色没有明显区别。分生孢子侵染番茄果实实验表明,以番茄果实为侵染宿主,对比野生型PH-1,突变体致病力没有减弱。但突变体菌落的生长速率滞后于野生型PH-1;敲除突变体的产孢量低于野生型PH-1;有性杂交实验表明,敲除突变体几乎不产生子囊壳,野生型PH-1可以。本研究初步表明,FGSG09482基因对禾谷镰孢菌菌落的生长速率有一定的调控作用;对禾谷镰孢菌的分生孢子的产量、子囊壳的产生也有影响,推测FGSG09482基因可能与禾谷镰孢菌有性生殖、无性生殖过程相关。     

金鱼草AmPIN1a基因过表达载体的构建及转基因分析

本研究以金鱼草的AmPIN1a为目的基因,AmPIN1a基因全长CDS为1 836 bp,通过热激法(电击发)将构建过表达载体pCAMBIA1302 (1301)-AmPIN1a导入根癌农杆菌GV3101中,采用叶盘法转化拟南芥,观察其表型并用外源IAA对其进行处理。结果表明,转化AmPIN1a基因的拟南芥突变体在0～12 d内主根长度略短于野生型主根长度,而且侧根发育明显增多。移栽后,AmPIN1a拟南芥突变体的前期叶片大小也小于野生型,24 d后叶片逐步超过野生型,花序轴萌发晚,但发育较快。过表达AmPIN1a基因的拟南芥在外缘IAA处理下表现出比野生型拟南芥更敏感的性状,由此推测AmPIN1a基因可能在生长素运输过程中起作用。     

灰葡萄孢致病力增强突变体BCt98的突变基因分析

为获得灰葡萄孢的致病相关基因并研究其基因功能,筛选灰葡萄孢的T-DNA插入突变体库,获得了一株致病力增强的突变体BCt98。利用PCR和Southern Blotting技术,对突变体BCt98进行鉴定。利用TAIL-PCR技术结合生物信息学方法,确定了突变体BCt98中T-DNA插入位点位于BC1G_07014.1基因的第3个外显子上。利用RT-PCR技术,确定了突变体BCt98的突变基因为BC1G_07014.1。突变体BCt98生长速度较快,菌落颜色较浅,菌丝较为致密,不产生分生孢子和菌核,且胞壁降解酶(PMG、PG和Cx)及毒素活性较野生型明显增强。表明BC1G_07014.1基因在灰葡萄孢生长、发育和致病力调控方面发挥重要作用,且参与调控病菌的胞壁降解酶活性和毒素活性。     

StEFR1正调控马铃薯对晚疫病的抗性

马铃薯晚疫病是毁灭性卵菌病害,对我国乃至全球的农业生产造成巨大的经济损失。本试验结合生物信息学分析、表达模式和功能验证,分析了LRR-RLK家族成员StEFR1调控晚疫病抗性的作用和潜在的调控机制。进化分析表明, StEFR1与拟南芥中功能已知的AtEFR序列相似度为53.9%。接种晚疫病菌3 d和elf18处理3 h,‘大西洋’离体叶片中StEFR1的表达分别上调至对照的1.87倍和2.31倍。瞬时过表达StEFR1的叶片受到晚疫病菌侵染时抗性增强,表现在叶片病斑面积较对照减小,而叶片细胞活性较对照增强。此外,与野生型相比,过表达StEFR1的叶片中3个PTI标记基因、SA和JA信号通路相关基因差异表达,且呈不同程度的显著上调,而ET信号通路相关基因的表达量无明显变化。综上所述, StEFR1参与晚疫病菌诱导的PTI抗性,且调控SA和JA激素信号相关基因的表达,对晚疫病起正调控作用。本文为深入研究StEFR1调控晚疫病免疫反应的分子机制奠定了基础,并为晚疫病分子育种研究提供重要参考。     

棉花GbSTK基因调控开花和黄萎病抗性的功能研究

棉花是重要的经济作物,实现既抗病又早熟是棉花重要的育种目标,但棉花抗病与早熟基因之间的关联性研究报道甚少。本课题组前期鉴定到一个响应黄萎病菌诱导的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因GbSTK,可以提高转基因拟南芥的黄萎病抗性。本研究发现多个抗病棉花品种中STK基因的表达量显著高于感病对照品种H208。在抗病品种农大601中沉默STK基因,沉默植株在接菌后20d,其黄萎病抗性显著降低,病情指数由27.5(耐病)升高到63.2(感病),表明该基因正向调控棉花黄萎病抗性。对转GbSTK基因拟南芥表型鉴定发现,其开花时莲座叶片数平均为7.5个,显著低于空载体对照植株(11.9个),转基因植株开花时间较对照平均提早5~7 d。进一步对拟南芥开花途径标志基因FT、SOC1和LFY的转录水平检测发现,转基因不同株系中FT和SOC1的表达水平显著高于对照植株,而LFY基因的表达受影响较小,表明STK基因可以影响开花关键基因FT和SOC1的表达,进而调控植株提早开花。基于酵母双杂交互作蛋白筛选试验,初步获得30个与GbSTK具有互作关系的候选蛋白,为进一步揭示GbSTK的分子调控网络奠定了基础。本研究首次鉴定出可同时提高黄萎病抗性和提早开花的一个功能基因,为棉花抗病早熟遗传改良提供了参考依据。     

一个 T-DNA 插入突变体的分子鉴定及表达分析

突变体在水稻功能基因组研究中具有重要的作用。对水稻OsFCA位点的插入突变体进行了分子鉴定,证实此突变体为纯合突变体,并且发现突变体与野生型植株相比,抽穗期明显延迟。通过RT-PCR结果分析表明, T-DNA插入的突变体植株中OsFCA基因完全不表达。另外,在短日照条件下,对水稻成花相关的2个重要基因Hd1和Hd3a的RT-PCR分析表明,在野生型植株中,2个基因的表达量都明显高于突变体植株,尤其是在夜间的表达量相差较为明显。说明OsFCA在短日照条件下通过正向调控Hd1和Hd3a的表达促进水稻的开花。     

大丽轮枝菌致病缺陷型T-DNA插入突变体的筛选与鉴定

【目的】从大丽轮枝菌T-DNA突变体库中筛选鉴定致病缺陷型突变体并分析致病相关基因。【方法】将落叶型大丽轮枝菌菌株Vd991的294个T-DNA插入突变体在寄主棉花上进行致病力测定。利用Southern杂交和hiTAIL-PCR(High-efficiency thermal asymmetric interlaced PCR)技术分别对筛选获得的9个致病力显著降低的突变体进行拷贝数和侧翼序列分析。【结果】与接种野生型Vd991的棉花相比,接种突变体的棉花的病情指数极显著降低。Southern杂交表明其中1个突变体中T-DNA为双拷贝插入,其余8个突变体均为单拷贝插入。生物学特性分析发现T-DNA的插入导致这些突变体在生长速率和产孢量等方面与野生型Vd991相比均有不同程度的降低。Blast比对分析明确了这些突变体中T-DNA的插入位置和在基因组上的分布,并从野生型菌株Vd991中成功克隆得到了这些可能影响大丽轮枝菌致病力的相关基因。【结论】筛选和鉴定T-DNA插入突变是在全基因组范围内快速获得致病相关基因信息的1种有效方法,极大的促进了大丽轮枝菌的致病分子机制等研究,为进一步培育抗病棉花品种奠定了基础。     

拟南芥AT2G14260基因功能及其表达特异性分析

拟南芥AT2G14260基因编码脯氨酸亚氨基肽酶，基因芯片表达谱数据显示该基因响应高盐、低温等非生物胁迫。为研究其功能和表达特性，本研究采用野生型和突变体植株pip-1进行低温、干旱和盐胁迫处理，结果显示在正常培养基中野生型与pip-1植株表型没有区别。而在逆境处理下pip-1植株的根比野生型明显短，且在干旱胁迫下，突变体的叶子比野生型植株明显变黄萎蔫。在正常环境、冷、干旱、盐胁迫下，野生型植株脯氨酸含量的平均值分别是突变体的1.11、1.23、1.10和1.34倍，这说明AT2G14260基因对提高非生物胁迫的耐性具有一定的作用。同时分离了该基因的启动子，构建了表达GUS基因的载体并转化拟南芥，结果表明该启动子在正常环境中不表达。胁迫处理时从两叶期开始在根、叶、茎中表达，到达花期后，干旱处理下的花瓣、花枝和冷处理下的花柱头中也有表达。GUS相对活性试验也证明对胁迫的响应能力。可见AT2G14260基因启动子是逆境胁迫诱导表达启动子，同时具有组织表达特异性，因此，AT2G14260基因及其启动子在转基因工程育种中具有潜在的应用价值。     

ABA和NO在印度梨形孢提高玉米苗期抗旱性的作用

为明确脱落酸(ABA)和一氧化氮(NO)在印度梨形孢调控玉米耐旱性中的作用,本研究采用15%的聚乙二醇(PEG)对接种及未接种印度梨形孢的玉米幼苗进行模拟干旱胁迫,比较分析两者在受干旱胁迫后ABA含量、NO含量以及NO处理后程序性细胞死亡(PCD)相关基因表达水平的差异。分析表明:接种印度梨形孢能明显缓解PEG模拟干旱胁迫对玉米生长的抑制作用。在干旱条件下,印度梨形孢接种处理的玉米叶片中的ABA含量高于未接种处理玉米叶片。接种印度梨形孢能显著诱导玉米叶片中ABA合成关键基因ZEP的表达,与叶片中ABA含量的积累情况类似。在干旱胁迫条件下,接种印度梨形孢的玉米叶片中NO含量高于未接种处理的玉米叶片。在NO供体硝普钠(SNP)处理5 d后,ZEP基因的表达量在根和叶片中显著增加。在SNP处理3 d和5 d后,玉米叶片中抗病相关基因Rp1-D21上调表达,而在根中Rp1-D21基因的表达被抑制。接种印度梨形孢能诱导Rp1-D21基因在玉米根和叶中的表达。Bax-I基因在接种印度梨形孢的玉米叶片和根系中相较于未接种的植株更早且更剧烈地被诱导表达。研究表明,印度梨形孢通过调节ABA、NO以及程序性细胞死亡相关基因的表达来提高玉米的抗旱能力。     

野生大豆碳酸盐胁迫应答基因GsMIPS2的克隆及功能分析

为挖掘野生大豆(Glycine soja L.G07256)耐碳酸盐关键功能基因,利用前期高通量转录组测序数据,从构建的碳酸盐胁迫基因表达谱中,选取了一个碳酸盐胁迫下显著上调表达的肌醇-1-磷酸合酶类基因。采用同源克隆的方法,获得该基因的全长cDNA,命名为GsMIPS2。实时荧光定量PCR结果显示该基因受碳酸盐胁迫诱导表达,并且其表达量具有组织特异性。将GsMIPS2基因转化拟南芥,并结合拟南芥中T-DNA插入突变体atmips2来验证其耐碳酸盐功能。结果表明,碳酸盐胁迫条件下,GsMIPS2超量表达拟南芥种子萌发率显著高于野生型,而拟南芥突变体atmips2种子萌发率显著低于野生型。上述结果表明,GsMIPS2基因在植物应答碳酸盐胁迫过程中起重要作用。     

超量表达AtBAS1基因影响烟草叶片腺毛发育

烟叶腺毛是烟草(Nicotiana tabacum)香气物质合成的主要场所,对烟叶的香气品质有重要影响。为探索拟南芥(Arabidopsis thaliana)光敏色素B激活标签的抑制蛋白1(phyB activation-tagged suppressor1,BAS1)基因对烟草叶片腺毛发育的影响,构建pSH-35S-BAS1超量表达载体遗传转化烟草,对烟草叶片腺毛发育进行研究。结果表明转基因烟草腺毛数量比野生型烟草腺毛提高了32.5%,推测BAS1基因的表达可能引起了腺毛发育相关基因表达的改变。根据研究报道烟草萜类化合物环化酶基因(nicotiana tabacum cultivar T.I.1068 cyclase gene,NtCTTC)、细胞色素P450加氧酶基因(nicotiana tabacum cytochrome P450 gene,CYP71D16)和烟草表面抗性蛋白基因(nicotiana tabacum phylloplanin,NtPhP)均在腺毛上特异性表达。通过q-PCR分析烟草腺毛发育的相关基因在转基因烟草和野生型烟草中的表达情况,得到结果,NtCTTC、CYP71D16和NtPhP基因在转基因植株中的相对表达量分别是野生型植株中的34.16、1.26和8.95倍。综上可知,BAS1基因在烟草中超量表达引起了腺毛发育相关基因表达的上调,从而增加了烟草腺毛的数量。本研究为外源基因对烟草腺毛密度以及调控烟草腺毛发育研究提供了借鉴。