胡杨PePEX11基因参与调节盐胁迫下拟南芥的抗氧化能力

目的长期非生物逆境胁迫下,植物会产生过量活性氧并造成氧化损伤,过氧化物酶体能够通过清除活性氧来调节氧化还原平衡。PEX基因参与过氧化物酶体的生物发生和增殖,PEX11基因的过表达可促进过氧化物酶体增殖,对植物的抗氧化能力的提升具有重要意义。胡杨是研究木本植物中抗逆机制优良材料,本文旨在探究胡杨PEX11基因对非生物胁迫的响应。方法本研究首先以胡杨叶片cDNA为模板克隆获得PEX11基因,命名为PePEX11,并对PePEX11蛋白进行生物信息学分析,其次采用实时荧光定量PCR分析PePEX11在胡杨中的表达模式,同时构建植物表达pCAMBIA1301-35S::PePEX11转化拟南芥,最后检测盐胁迫条件下转PePEX11拟南芥的抗氧化能力。结果PePEX11基因cDNA全长543 bp,编码180个氨基酸,PePEX11蛋白具有多个跨膜结构域,在膜上发挥作用。实时荧光定量PCR分析表明,该基因在胡杨体的成熟叶中表达量最高,幼叶次之,茎中最少;胡杨PePEX11基因受盐胁迫上调表达。功能分析显示,在含有100 mmol/L NaCl的培养基上,转PePEX11基因拟南芥株系的根长均显著长于野生型;对盆土中的移栽后12 d的幼苗150 mmol/L NaCl盐处理2周,转基因株系表现为营养生长良好,耐盐性较强。超表达PePEX11基因能显著提高(P＜0.05)拟南芥多种抗氧化酶的活性。DAB组织染色结果表明,转基因株系叶片中H₂O₂的含量明显少于野生型。结论本研究从胡杨中克隆PePEX11基因,并证明PePEX11能够提高拟南芥在盐胁迫下的抗氧化能力,提升耐盐能力。      

胡杨NAC转录因子PeNAC045基因的克隆及功能分析

NAC(NAM、ATAF1/2和CUC2)域蛋白是植物特有的最大的转录因子家族之一,在调节衰老,细胞分裂,木质形成,生物和非生物胁迫等方面发挥重要作用。本研究从胡杨中成功克隆出与胁迫相关的基因,并命名为PeNAC045。测序结果表明,PeNAC045基因编码区长度为915 bp,编码304个氨基酸,与毛果杨PtrNAC045的氨基酸一致性为96.05%。对PeNAC045基因在NaCl和干旱胁迫下的表达情况进行了分析,PeNAC045基因的表达受高盐和干旱的强烈诱导。利用PeNAC045的cDNA全长构建表达载体pBI121-PeNAC045-GFP,测序确认后,将重组结构和阳性对照(空载体)分别转化野生型拟南芥(Col-0),进行亚细胞定位观察,结果显示PeNAC045-GFP融合蛋白定位于细胞核上,并由DAPI进行核染色标定。利用农杆菌花序侵染法将构建的表达载体pCAMBIA1301-PeNAC045转化野生型拟南芥和突变体(ataf2),通过PCR鉴定,获得过表达植株及ataf2/PeNAC045回补株系。对各株系进行NaCl胁迫处理,分析PeNAC045基因的生物学功能。在150 mmol/L NaCl胁迫下,相比于拟南芥突变体和野生型植株,拟南芥PeNAC045过表达株系的萌发率降低,根长变短。此外,拟南芥PeNAC045过表达株系的株高明显低于其他株系,其在苗期对盐胁迫的敏感性增加。研究结果表明,在盐胁迫下,PeNAC045作为转录调节因子,负调控胁迫相关基因的表达。      

HD-Zip Ⅰ转录因子在植物非生物胁迫中的研究进展

HD-Zip（同源结构域-亮氨酸拉链）蛋白是植物特有的转录因子,分为4个不同的亚家族（HD-Zip Ⅰ～Ⅳ）。HD-Zip Ⅰ转录因子在响应植物非生物胁迫中扮演重要的角色。文章结合国内外研究进展,综述了植物HD-Zip Ⅰ转录因子的结构特点,论述了HD-Zip Ⅰ亚家族响应干旱、脱落酸（ABA）、低温、盐和氧化胁迫的研究进展,为深入阐释植物HD-Zip Ⅰ亚家族调控非生物胁迫应答的分子网络机制提供参考。     

番茄SlWRKY23基因的克隆及其抗病性和耐盐性分析

WRKY转录因子是普遍存在于植物界中的一类转录因子,参与了植物在生物和非生物逆境胁迫中的多种应答。前期研究表明,在PstDC3000侵染及盐胁迫下番茄SlWRKY23基因的表达水平提高。为了研究番茄SlWRKY23转录因子对PstDC3000的抗病性及在盐胁迫逆境中的功能,通过农杆菌介导的遗传转化方法获得转SlWRKY23基因植株,并对3个独立的转基因株系（WRKY23\|1、WRKY23\|5和WRKY23\|7）进行了抗逆性分析。结果表明接种PstDC3000后,转基因植株表现明显的抗病表型,抗病防御相关基因SlPR1和SlPR1a1的表达量显著高于野生型;盐胁迫处理后,转基因植株表现出明显的抗盐表型,逆性相关基因SlRD22和SlDREB2A的表达量显著高于野生型。该结果表明SlWRKY23基因在番茄抗PstDC3000和盐胁迫过程中具有正调控作用,通过上调逆性相关基因的表达量增强抗逆性。     

拟南芥高迁移率族蛋白B族基因At2G34450的表达及功能鉴定

[目的]研究高等真核生物细胞核中的高迁移率族蛋白B（HMGB）在植物胁迫反应的转录调控中的作用方式。[方法]克隆了拟南芥中编码HMGB蛋白的基因At2G33450,将其转化拟南芥并筛选出超表达的转基因植株,检测干旱、高盐等非生物胁迫对转基因拟南芥的影响。[结果]在盐或干旱胁迫下,过度表达At2G33450的转基因拟南芥与野生型相比,出现萌发及生长迟缓现象。[结论]HMGB蛋白家族中的At2G33450蛋白对各种胁迫条件下拟南芥的生长发育具有重要作用。     

人参Defensin基因表达载体构建及对锈病抗性分析

通过人参Defensin基因在拟南芥中的过表达,研究其在人参锈病菌胁迫过程中的抗性作用。采用RT-PCR技术克隆人参Defensin基因,其全长为240 bp,编码80个氨基酸,预测其蛋白分子量为12.091 1 ku。通过农杆菌介导浸花法将人参Defensin基因转到拟南芥中,经过抗性筛选及分子鉴定获得转基因拟南芥。以野生型拟南芥作对照,分析植株对锈病菌的抗性作用。结果表明:经锈病菌胁迫5 d,转基因拟南芥的生长状态明显优于野生型拟南芥,Defensin基因在转基因拟南芥中的表达量极显著高于野生型对照。人参Defensin基因对人参锈病菌具有一定的抗性作用。     

拟南芥高迁移率族蛋白B族基因At2G34450的表达及功能鉴定(摘要)(英文)

[目的]研究高等真核生物细胞核中的高迁移率族蛋白B(HMGB)在植物胁迫反应的转录调控中的作用方式。[方法]克隆了拟南芥中编码HMGB蛋白的基因At2G33450,将其分别转化拟南芥并筛选出超表达的转基因植株,检测干旱、高盐等非生物胁迫对转基因拟南芥的影响。[结果]在盐或干旱胁迫下,过度表达At2G33450的转基因拟南芥与野生型相比,出现萌发及生长迟缓现象。[结论]HMGB蛋白家族中的At2G33450蛋白对各种胁迫条件下拟南芥的生长发育具有重要作用。     

樱桃砧木PcWRKY1基因的克隆与表达分析

WRKY转录调控因子广泛参与植物的生长发育、生物胁迫和非生物胁迫等生理过程。为明确干旱和盐等非生物胁迫对樱桃砧木PcWRKY1基因表达的影响,本研究利用RT-PCR技术克隆了樱桃砧木Gisela 6(Prunus cerasus×Prunus canescens)的WRKY基因c DNA序列,命名为PcWRKY1(Gen Bank登录号为KY399985)。序列分析结果表明,PcWRKY1完整开放阅读框为1 461 bp,编码486个氨基酸,编码的蛋白质含有2个WRKY保守结构域和2个C2H2锌指结构域,属于WRKY家族第Ⅰ类成员。qRT-PCR分析PcWRKY1在200 mmol甘露醇和200 mmol NaCl胁迫下的表达情况,结果显示,甘露醇和Na Cl均能诱导PcWRKY1基因表达,推测PcWRKY1基因在应对干旱和盐2种非生物胁迫方面可能具有重要作用。     

AtMYB73基因正调控拟南芥对盐胁迫的响应

为明确拟南芥R2R3-MYB转录因子家族第22亚族基因AtMYB73在拟南芥抵抗盐胁迫过程中的功能,本研究将拟南芥野生型Col-0、AtMYB73基因的T-DNA插入突变体myb73和超表达突变体OE进行NaCl胁迫处理,检测突变体在NaCl胁迫下的种子萌发率、存活率及抗盐相关基因的表达情况。结果发现,在NaCl胁迫下,myb73突变体的种子萌发率、幼苗的存活率、成株时期的存活率及拟南芥抗盐相关基因MYB44、SOS2和SOS3的表达均明显低于野生型和超表达突变体,表明AtMYB73基因正调控拟南芥对盐胁迫的响应。     

茶树AP2/ERF-B3类转录因子基因的克隆与表达特性分析

植物在受到高温、低温、干旱和盐害等逆境胁迫时,ERF作为信号转导因子被诱导并调控其他抗逆基因的表达。研究茶树AP2/ERF-B3类转录因子在不同茶树品种间的分子特性、组织表达和逆境响应情况,将有助于了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境调控中的作用。以2个茶树品种‘安吉白茶’和‘迎霜’为试验材料,通过RT-PCR方法分别从2种茶树的cDNA中克隆得到CsERF-B3基因。利用实时定量PCR技术检测该基因在茶树根、茎、叶、花各组织和4种非生物逆境胁迫处理(4℃低温、38℃高温、200 g·L-1PEG干旱处理、200 mmol·L-1NaCl)中的表达情况。结果表明:2种茶树中CsERF-B3基因全长均为639 bp,编码212个氨基酸,含有保守的AP2结合域,是植物典型的AP2/ERF家族转录因子;该转录因子属于AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚族B3组;该转录因子是亲水性蛋白,无序化特征明显,并与拟南芥AtERF1具有相似的三级结构;该基因在茶树根中表达量最高,并且均能快速响应高温(38℃)、低温(4℃)和高盐(200 mmol·L-1NaCl)等非生物逆境胁迫。结论:环境中常见非生物胁迫可诱导茶树中CsERF-B3基因的表达,表明该AP2/ERF-B3类转录因子在茶树非生物胁迫中起着重要调节作用。     

拟南芥膜定位蛋白At CP2调控抗冻性的功能分析

COR家族成员在调控植物响应低温胁迫过程中发挥重要作用。从拟南芥中克隆一个新的低温胁迫响应基因At CP2,其属于COR基因家族中的COR413亚家族,编码区612 bp,编码203个氨基酸,分子量22.75k Da,等电点9.44。亚细胞定位和基因表达模式分析结果表明:At CP2定位在叶绿体膜上,对ABA、PEG、Na Cl和低温四种非生物胁迫均有响应。基因功能分析结果显示:功能缺失性突变体cp2冷处理后存活率明显高于野生型拟南芥(WT),相对电导率和MAD均低于WT,证明At CP2基因负向调控植物抗冻性。蛋白质组及qRT-PCR分析结果证明At CP2通过负向调控4个ABA及低温胁迫相关基因(包括ABA2、KIN1、COR47和COR15B)的表达影响植物抗冻性。总之,At CP2基因的功能分析结果对了解COR413基因家族的功能提供了参考。     

茶树AP2/ERF-B3类转录因子基因的克隆与表达特性分析

植物在受到高温、低温、干旱和盐害等逆境胁迫时,ERF作为信号转导因子被诱导并调控其他抗逆基因的表达。研究茶树AP2/ERF-B3类转录因子在不同茶树品种间的分子特性、组织表达和逆境响应情况,将有助于了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境调控中的作用。以2个茶树品种‘安吉白茶’和‘迎霜’为试验材料,通过RT-PCR方法分别从2种茶树的cDNA中克隆得到CsERF-B3基因。利用实时定量PCR技术检测该基因在茶树根、茎、叶、花各组织和4种非生物逆境胁迫处理(4℃低温、38℃高温、200 g·L-1PEG干旱处理、200 mmol·L-1NaCl)中的表达情况。结果表明:2种茶树中CsERF-B3基因全长均为639 bp,编码212个氨基酸,含有保守的AP2结合域,是植物典型的AP2/ERF家族转录因子;该转录因子属于AP2/ERF转录因子家族中的ERF亚族B3组;该转录因子是亲水性蛋白,无序化特征明显,并与拟南芥AtERF1具有相似的三级结构;该基因在茶树根中表达量最高,并且均能快速响应高温(38℃)、低温(4℃)和高盐(200 mmol·L-1NaCl)等非生物逆境胁迫。结论:环境中常见非生物胁迫可诱导茶树中CsERF-B3基因的表达,表明该AP2/ERF-B3类转录因子在茶树非生物胁迫中起着重要调节作用。     

苦荞转录因子FtNAC15基因的克隆及表达分析

为研究NAC转录因子在苦荞中的功能,从苦荞发育种子中克隆了一个NAC家族基因,其开放阅读框全长1 098 bp,编码365个氨基酸,将其命名为FtNAC15。基因结构分析表明:FtNAC15基因由3个外显子和2个内含子组成。氨基酸序列多重比对和进化关系分析表明:FtNAC15蛋白与水稻ONAC003、拟南芥ANAC010和ANAC073亲缘关系较近,属于NAC家族转录因子家族中同一亚组。基因上游启动子序列顺势作用元件分析表明:该基因启动子中的顺式作用元件可以分为5类,即启动子核心元件、节律和光照响应元件、转录因子结合位点、非生物胁迫响应元件和激素响应元件。表达分析表明:FtNAC15基因在种子发育的成熟期和干旱胁迫下上调表达,表明其参与调控荞麦种子发育和响应干旱胁迫。     

核桃JrbHLH转录因子家族鉴定与响应冷胁迫基因表达分析

为了探究核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用，本研究通过转录组数据结合隐马尔可夫模型筛选技术在核桃全基因组挖掘出bHLH转录因子家族成员并进行结构分析，进一步对该家族成员响应冷胁迫的差异表达基因进行冷胁迫不同时间与不同组织中的表转录水平分析。结果表明，核桃bHLH转录因子家族包含72个基因，编码72条蛋白，开放阅读框为393～1 839 bp，编码的蛋白长度为130～612个氨基酸，等电点为4.61～9.51，均为亲水性蛋白；各成员均含有典型的碱性区域和螺旋-环-螺旋结构域；与拟南芥同家族聚类分析发现，核桃bHLH家族成员可分布到15个亚群，且同源性较高。结合转录组数据筛选到16个响应冷胁迫的差异表达基因，在冷胁迫不同时间后出现不同程度响应，并且在不同组织中存在特异性表达。本研究将为核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用研究奠定基础。     

转耐辐射球菌irrE基因提高拟南芥盐胁迫耐受性的表型分析

耐辐射球菌中的irrE基因作为一种全局性调节因子,在抵御极端辐射照射时起着至关重要的作用。利用农杆菌介导的花序浸染法,将irrE基因转化拟南芥,筛选和鉴定出表达irrE的植株,并分析了转基因植株的盐胁迫耐受能力。结果显示,转irrE拟南芥表现出对盐胁迫的耐受性提高;在盐胁迫下,转基因拟南芥体内脯氨酸含量比野生型有明显的提高。RNA半定量分析显示转基因植株中AtNHX1表达水平升高。因此推测irrE基因在转基因拟南芥中调控了AtNHX1的表达,引起了植株的盐胁迫耐受性提高。     

一个响应盐胁迫的梨凝集素受体蛋白激酶PcLRLK066的功能分析

为了探讨梨凝集素受体蛋白激酶(LecRLK)对非生物胁迫(盐、渗透胁迫)的响应情况,以梨PcLRLK066基因为研究对象,研究LRK066在梨和其他物种间的进化关系及其在豆梨不同组织中的表达情况,并观察了其在细胞中的定位情况,此外还研究了转PcLRLK066拟南芥在不同盐浓度和甘露醇浓度处理下的发芽情况。结果显示,豆梨中PcLRLK066与苹果进化距离最近,与野生番茄最远;PcLRLK066在不同组织器官中表达差异显著;通过亚细胞定位发现PcLRLK066可能定位在细胞膜上;转入PcLRLK066基因后的拟南芥在盐和渗透胁迫处理下发芽率均低于野生型拟南芥,表明转基因拟南芥对盐和干旱更加敏感,PcLRLK066可能参与了盐胁迫和渗透胁迫。     

黄瓜肌醇半乳糖苷合成酶基因GolS2克隆与表达调控

肌醇半乳糖苷合成酶(GolS)是合成棉子糖系列寡糖(RFOs)的关键酶，在植物抵抗非生物胁迫过程中发挥重要作用。为探究GolS2基因在黄瓜应答非生物胁迫中的作用，本研究采用RT-PCR法从黄瓜中克隆了GolS2基因，其开放阅读框长度为981 bp,编码326个氨基酸，植物GolS2蛋白氨基酸序列一致性很高。进化树中，黄瓜GolS2蛋白与拟南芥GolS2和GolS3蛋白聚在同一分支，亲缘关系最近。盐胁迫和低温胁迫处理显著诱导GolS2基因在黄瓜幼苗中的表达，但低温处理显著抑制GolS2基因在采后黄瓜果实中的表达。对其启动子顺式作用元件的分析结果显示，GolS2基因启动子中含有多个与逆境胁迫响应有关的顺式作用元件。在采后黄瓜果实中沉默HHO2和GRP3基因的表达，显著下调GolS2基因表达，表明这两个基因调控GolS2基因表达。本研究结果明确了GolS2基因在不同类型黄瓜组织中应答非生物胁迫的功能存在差异，这为进一步研究该基因的功能奠定了基础。     

二穗短柄草DREB1G基因表达模式分析和在拟南芥中的异源过量表达

CBF/DREB基因是一类植物特异性转录因子,通过调控下游抗逆相关基因的表达,在植物逆境胁迫应答过程中发挥重要作用。为了研究新型的禾本科模式植物二穗短柄草DREB基因的功能,克隆BdDREB1G的cDNA序列,分析该基因在各种非生物胁迫条件下的表达,构建过表达载体,获得转基因拟南芥。结果表明:高温、低温和水杨酸胁迫处理显著诱导BdDREB1G的表达,暗示该基因响应高温和低温胁迫。初步观察结果说明,该与野生型拟南芥相比,转基因植株生长发育迟缓。这些为研究该基因响应非生物胁迫的功能奠定基础。     

普通小麦转录因子基因TaWRKY35的克隆及功能分析

【目的】非生物逆境是制约小麦生产的主要因素。WRKY转录因子是植物特有的转录因子家族,参与对多种非生物逆境胁迫的应答。普通小麦基因组中至少含有200个WRKY,目前仅对少数成员的功能进行了鉴定。通过克隆小麦WRKY转录因子TaWRKY35并揭示其功能,为改良小麦的抗逆性提供基因资源。【方法】利用小麦全长cDNA数据信息,从强抗旱小麦品种旱选10号中克隆逆境胁迫应答转录因子基因TaWRKY35;采用实时定量PCR技术,分析目标基因在不同发育时期、不同组织器官中的表达水平,以及在PEG-6000、NaCl、ABA和低温等逆境胁迫下的表达模式;构建目标基因与GFP融合的表达载体,转化小麦原生质体,以确定目标蛋白在细胞中的作用位置;构建TaWRKY35过表达载体,通过农杆菌介导的方法转化拟南芥,揭示目标基因的功能。【结果】TaWRKY35的开放阅读框全长1 134 bp,编码377个氨基酸的蛋白。TaWRKY35的N端有一个典型的WRKY结构域,C端有一个C₂HC型的锌指结构域,属于WRKY家族第Ⅲ亚家族。测序发现TaWRKY35编码区序列非常保守,在32份多态性较高的六倍体小麦材料中未检测到DNA多态性。TaWRKY35在小麦的不同发育时期、不同组织中均有表达,其中在幼苗根基部表达量最高,约为苗期叶片中表达量的26倍;其次为幼芽根基,约为苗期叶片中表达量的21倍;接下来依次为孕穗期茎节、孕穗期穗、芽期根、孕穗期根、苗期根、胚芽、孕穗期叶片,而在幼苗叶片中表达水平最低;同时在ABA、NaCl、PEG和低温胁迫条件下,小麦幼苗TaWRKY35的表达量均显著上升,表明TaWRKY35参与对4种逆境胁迫的应答,但在不同胁迫条件下表达模式差异显著,其中对盐胁迫最敏感。亚细胞定位发现,TaWRKY35特异定位在细胞核上,是典型的核定位蛋白。在高盐胁迫条件下,TaWRKY35过表达转基因拟南芥子叶白化率显著低于对照,TaWRKY35过表达转基因拟南芥的细胞膜稳定性和幼苗存活率均显著高于野生型对照,表明TaWRKY35能增强植物的耐盐性。【结论】TaWRKY35编码蛋白含有WRKY和C₂HC结构域,为WRKY家族第Ⅲ亚家族成员。TaWRKY35在小麦发育的不同时期、不同组织中均有表达,且受ABA、PEG、NaCl及低温等逆境胁迫诱导。过表达TaWRKY35能显著提高转基因拟南芥的耐盐性。     

梭梭NAC转录因子HaNAC38功能及特性分析

从梭梭干旱转录组中获得与干旱相关的NAC转录因子基因HaNAC38，为了研究其功能，以过表达HaNAC38基因拟南芥纯合株系作为对象，比较转基因株系与野生型间的差异，并利用酵母单杂交技术对HaNAC38转录因子可能结合的DNA核心序列进行验证。结果表明，在自然干旱和模拟盐胁迫条件下，过表达HaNAC38基因拟南芥株系生长状况显著优于野生型拟南芥。过表达HaNAC38基因拟南芥株系的种子发芽率、幼苗叶片脯氨酸含量及过氧化氢酶活性均显著高于野生型拟南芥株系，丙二醛含量和过氧化氢含量显著低于野生型拟南芥。由此表明HaNAC38显著增强了拟南芥对于干旱和盐胁迫的耐受能力。酵母单杂交试验结果表明，HaNAC38转录因子可以在酵母体内特异性结合TTGCGT核心序列，并激活下游报告基因的表达。以上结果为明确梭梭HaNAC38转录因子的功能及其调控网络奠定了基础。