利用酵母双杂交系统鉴定玉米Pto蛋白与Pti1蛋白间的相互作用

玉米类Pto以及类Pti1基因参与多种逆境胁迫的信号传导。本研究分别将玉米ZmPto基因、ZmPti1a和ZmPti1b基因插入酵母表达载体pEG202和pJG4-5中,利用酵母双杂交的方法验证玉米类Pto以及类Pti1蛋白的相互作用。结果表明,无论是携带空载体还是携带一个(ZmPti1或ZmPto)融合蛋白的菌株都不能激活报告基因,只有同时携带ZmPti1和ZmPto蛋白的菌株可以激活报告基因,初步确定ZmPto蛋白与ZmPti1蛋白存在相互作用。     

芒果MiNAC1基因的功能研究

NAC转录因子在植物非生物逆境胁迫应答中发挥重要作用,研究芒果MiNAC1基因的功能为芒果的抗逆性育种提供基因资源。干旱、盐和低温等非生物胁迫严重影响芒果的生长发育。前期研究中,课题组从芒果逆境胁迫转录组中获得了一个MiNAC1基因,表达模式分析发现其与芒果的逆境胁迫应答有关。本研究对芒果MiNAC1基因的功能进行了验证。将芒果MiNAC1基因构建到pBI121-MiNAC1超量表达载体中,并利用农杆菌介导的花序浸染法转化野生型拟南芥,对获得的T3代纯合株系进行表型观察分析和逆境胁迫处理。结果显示,转芒果MiNAC1基因与野生型拟南芥的表型类似,转基因不影响拟南芥的莲座叶数量、抽薹时间、开花时间以及开花时的植株高度。逆境胁迫处理：分别用0、200、300、400 mmol/L甘露醇进行干旱胁迫;用0、100、150、200 mmol/L NaCl进行盐胁迫;4℃低温胁迫处理转基因与对照拟南芥植株。结果显示：随着甘露醇处理浓度的增加,转基因株系与对照组拟南芥的根系生长发育均受到抑制,但转基因株系受到抑制的影响显著小于对照组拟南芥,比如在300 mmol/L甘露醇处理时,转基因株系的根长显著增长,OE9的根长是WT的1.51倍,侧根数量显著增加,OE7的侧根数是WT的5倍,另外根冠比分析显示,转基因植株的根冠比显著高于对照植株,OE2的根冠比是WT的1.53倍。盐胁迫和低温胁迫也取得了类似的结果。以上结果表明转芒果MiNAC1基因可以通过增加转基因植株的根长和侧根数量提高其对干旱胁迫、盐胁迫和低温胁迫的抗性。本研究初步揭示了MiNAC1基因的功能,为深入研究MiNAC1基因参与调控芒果逆境胁迫调控网络奠定基础。     

干旱胁迫下过表达TaER小麦的转录组及光合特性分析

为探究小麦TaER基因调控蒸腾效率及抗旱性的分子机制,以2个T_3代转TaER基因株系及其野生型为材料,对其正常灌溉和干旱胁迫处理下的灌浆期旗叶进行转录组(RNA-seq)测序,分析其差异表达基因并进行GO和KEGG富集分析,探究其功能及可能参与的调控通路,同时测定光合及蒸腾参数。结果表明,与野生型相比,TaER过表达株系在正常灌溉和干旱胁迫下分别获得1 439和607个共同的差异表达基因;GO富集分析发现,光合作用、脂质和膜脂代谢基因响应干旱胁迫;KEGG富集分析表明,亚油酸和α-亚麻酸代谢中的酯氧合酶、甘油脂代谢中的糖基转移酶基因均上调表达,光合作用相关基因响应干旱胁迫;干旱胁迫下,TaER过表达株系的净光合速率和水分利用效率较高,蒸腾速率较低。综上所述,TaER过表达株系可能是通过调控脂类代谢及光合作用等生物过程,提高光合速率及水分利用效率,从而适应干旱胁迫的。     

ZmLTP3 基因提高转基因拟南芥抗盐性的研究

通过RT-PCR方法从玉米中克隆了一个拟南芥LTP3 的同源基因,并命名为ZmLTP3。RT-PCR分析发现,ZmLTP3 的表达可以被多种生物和非生物胁迫因子所诱导。通过构建植物表达载体,把ZmLTP3 的全长cDNA转化到拟南芥中,以野生型为对照,检测转ZmLTP3 基因纯合体株系的抗盐性。结果表明,在盐胁迫条件下,转基因拟南芥生长状况较好,植株鲜重、干重、种子产量以及脯氨酸含量显著高于野生型株系,丙二醛含量和外渗电导率显著低于野生型株系,转基因拟南芥提高了抗盐性。     

硝酸盐诱导的大麦HvLBD5/14基因表达分析及功能验证

LBD(Lateral organ boundaries domain)基因家族是植物特有的一类含有保守LOB(Lateral organ boundaries)结构域的转录因子家族,在调控植物侧生器官发育、逆境胁迫响应等方面具有重要的作用,其中ClassⅡa类基因涉及到植物的氮代谢调控。本研究克隆了大麦LBD基因家族ClassⅡa中HvLBD5和HvLBD14基因,通过荧光定量PCR分析了硝酸盐诱导下的基因表达模式;构建表达载体,转化拟南芥,探讨了转基因株系相对于野生型的氮素形态的变化。结果表明,大麦HvLBD5和HvLBD14基因均受低浓度和高浓度硝酸盐诱导表达,然而表达模式存在差异;拟南芥超表达株系相对于野生型,成熟植株中硝酸盐含量和蛋白质含量显著增加(P<0.05),暗示着大麦HvLBD5和HvLBD14可能涉及到氮代谢调控。该研究结果对大麦LBD基因鉴定及功能研究具有重要的意义。     

小麦 TaGF14m基因的克隆及其盐胁迫响应分析

14-3-3蛋白家族在真核生物中广泛存在且高度保守,可结合多种靶蛋白参与植物代谢、发育以及胁迫响应等多种生理过程和信号途径。 TaGF14m基因是14-3-3基因家族成员之一。本研究以中国春为材料,对其进行了克隆和分析,并通过在拟南芥中过表达,分析该基因在盐胁迫下的功能。结果表明, TaGF14m基因含有5个外显子和4个内含子,开放阅读框为789 bp,编码262个氨基酸;小麦幼苗叶片中 TaGF14m基因在盐胁迫下上调表达;与野生型拟南芥相比,过表达 TaGF14m的转基因拟南芥在盐胁迫下生长受到明显抑制,根长也显著变短;SOS途径相关基因表达分析显示, TaGF14m基因可能通过SOS途径负调控盐胁迫耐受性。     

大豆GmLecRlk基因耐盐功能分析

凝集素类受体蛋白激酶属于类受体蛋白激酶（RLKs）家族,在植物的抗病防御反应、生长发育、胞内信号传导以及非生物胁迫反应过程中发挥重要作用。实验室前期对过表达抗逆转录因子GmNFYB1大豆进行转录组测序,获得了差异表达基因GmLecRlk（Glyma.07G005700）,其开放阅读框长度为546 bp,编码181个氨基酸,蛋白结构域分析显示其含有两个丝氨酸/苏氨酸激酶结构域,属于一种G型凝集素类受体蛋白激酶。实时荧光定量PCR结果显示,GmLecRlk基因在大豆的根、茎、叶、荚中均有不同程度的表达,在根中表达量最高;200 mmol/LNaCl处理下,GmLecRlk 的mRNA丰度先降低后升高,在12 h时达到最高值,表明该基因参与大豆对盐胁迫的响应。利用发根农杆菌K599获得GmLecRlk过表达转基因发状根复合植株,在盐胁迫处理下,其存活率高于对照;在拟南芥中异源表达GmLecRlk基因,转基因拟南芥在盐胁迫处理下的萌发率、绿化率和根长均高于野生型拟南芥。综上所述,GmLecRlk参与大豆对盐胁迫的反应,过量表达基因能提高大豆和拟南芥的耐盐性,为培育和改良抗盐大豆新品种提供新的途径和理论指导。     

异源表达玉米ZmWRKY11基因增强拟南芥对盐胁迫的耐受性

从玉米中分离得到响应高盐胁迫的WRKY基因,将其命名为ZmWRKY11。构建过量表达载体pCAMBIA1301-ZmWRKY11,采用花序侵染法转化拟南芥,研究ZmWRKY11基因的生物学功能,扩繁后对T3代转基因植株进行耐盐鉴定试验。结果表明,转基因株系的绿苗率在盐胁迫处理后显著高于野生型拟南芥,同时,野生型株系中丙二醛含量和相对电解质渗透率相较于转基因植株发生了更为显著的上升,但脯氨酸含量的上升幅度则小于转基因株系。结果表明,ZmWRKY11在拟南芥中的异源过表达增强了转基因植物对盐胁迫的耐受性。     

大麦转录因子基因 HvNAC1的克隆及功能初探

NAC转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,在植物的生长发育及植物参与生物与非生物胁迫过程中起重要作用。本研究通过分析感染大麦温和花叶病毒(Barley mild mosaic virus,BaMMV)的大麦转录组测序结果,获得表达上调的基因 HORVU5Hr1G011650,基因注释为 HvNAC1。通过生物信息学分析发现该基因全长915 bp,编码304个氨基酸,分子量为33.3 kDa,理论等电点为9.21,在14～141位氨基酸之间含有NAC转录因子家族保守结构域。系统进化分析发现,该基因与小麦、拟南芥中的NAC转录因子同源性较高。组织表达分析发现,该基因在大麦的不同生长时期均有表达,在结实后期和外颖壳中表达量较高。农杆菌介导的烟草亚细胞定位实验表明,该基因定位于细胞核中。在酵母实验中,发现 HvNAC1具有完整的转录因子活性。     

利用cDNA-AFLP技术分析炭疽菌危害诱导茶树的差异表达基因

应用cDNA-AFLP技术筛选炭疽菌（Colletotrichum sp.1）危害诱导茶树毛蟹品种（Camellia sinensis cv. Maoxie）的差异表达基因,为探究茶树抗炭疽菌的分子机制奠定基础。利用256对选择性扩增引物组合分析病菌接种后0 h和48 h的叶片cDNA,经筛选、测序和BLAST比对获得136条差异表达片段（TDFs）。同源基因功能分析结果表明,128条TDFs与Nr数据库已有基因同源,其功能以胁迫响应、生物调控与信号转导为主;其中51条TDFs与TPIA数据库中冷害、干旱、盐碱条件下的差异表达基因高度同源。进一步对27条TDFs进行qRT-PCR验证,结果显示,有24条TDFs的表达情况与cDNA-AFLP的结果一致,WRKY转录因子、乙烯响应转录因子、过氧化物酶和超氧化物歧化酶等抗逆相关基因的表达显著上调。本试验通过筛选获得差异表达的抗逆相关基因,为后续的基因功能研究奠定基础。     

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦 G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个 G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦 G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦 G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中 TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高; TaG6PDH2-2A和 TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦 G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦 G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。     

香蕉苯丙氨酸解氨酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia-lyase, PAL）是催化苯丙烷代谢途径第1步反应的限速酶,广泛地参与植物生长发育过程中的各种生理活动。本研究通过生物信息学分析,从香蕉A基因组数据库中利用BLASTp筛选出53个可能的MaPAL编码蛋白序列。在NCBI分析蛋白保守结构域,发现仅有8个基因具有典型的PAL家族基因的特性。聚类分析结果表明香蕉MaPAL家族的8个基因可以分为Class I 和Class II两类。转录组数据表明,所有MaPAL基因在果实发育阶段高表达,MaPAL5参与果实采后成熟过程。在干旱、低温、盐处理的香蕉幼苗叶片中,MaPAL1、MaPAL2、MaPAL3、MaPAL4和MaPAL5成员均显著上调表达,MaPAL6号成员显著下调表达,这些成员参与香蕉响应上述非生物胁迫过程。8个MaPAL成员在枯萎病菌处理下均显著下调表达,表明在感病品种巴西蕉根系中,MaPAL基因的表达全部被Foc TR4抑制。本研究结果为分析MaPAL基因家族在香蕉果实品质形成和响应逆境中的作用提供了理论依据。     

玉米DCL1基因鉴定及其自然等位变异分析

根据生物信息学分析,同源性克隆分离玉米DCL1候选基因,鉴定该基因组织与逆境响应等表达特征,并分析其自然等位变异。结果表明,目标候选基因全长7 408 bp,与拟南芥和水稻DCL1基因氨基酸序列高度保守,相似度分别为91%和77%。mRNA定量PCR分析表明,该基因在幼叶和吐丝期雌穗中表达丰度分别是幼茎的75.35倍和16.21倍;高盐、脱水、ABA、低氮、低磷胁迫处理条件下,幼苗中高盐和ABA处理呈下调表达,低氮和低磷处理呈显著上调表达,脱水处理无显著变化。核苷酸与氨基酸序列的保守性、组织与逆境响应差异表达特征均与拟南芥和水稻等相似。87份玉米自交系10×全基因重测序数据分析结果表明,该基因遗传变异丰富,共83个位点存在自然变异,但外显子区域和主要的功能结构域序列相对保守,约2/3的自然变异集中在内含子区域,外显子区域的27个自然变异位点只有8个位点在16个材料存在氨基酸差异。     

玉米TCP家族基因的表达分析

植物所特有的TCP(Teosinte branched1/Cincinnata/Proliferating cell factor)转录因子在器官三维形态发育过程中发挥重要作用.对玉米、水稻、高粱、拟南芥和杨树中的131个TCP基因进行系统进化树构建,可分为5个分支,ClassI包含两个分支A和B,Class Ⅱ包含3...     

Genome-wide identification of TPS genes in sesame and analysis of their expression in response to abiotic stresses

Trehalose and its precursor, trehalose-6-phosphate, play critical roles in plant metabolism and response to abiotic stresses. Trehalose-6-phosphate synthase(TPS) is a key enzyme in the trehalose synthesis pathway. Hence this study identified TPS genes in sesame(Si TPSs) and examined their expression patterns under various abiotic stresses. Totally, ten Si TPSs were identified and comprehensively characterized. Si TPSs were found to be unevenly distributed on five out of 13 sesame chromosomes and...     

甘蓝型油菜SERK基因家族的鉴定与系统进化分析

体细胞胚胎发生类受体激酶（somatic embryogenesis receptor-like kinase，SERK）与植物体细胞胚发生，尤其是与植物非生物逆境胁迫响应有关。为鉴定甘蓝型油菜中BnaSERK基因家族成员、揭示其进化关系及其与油菜盐/旱胁迫的响应，利用生物信息学方法对甘蓝型油菜品种中双11的SERK家族成员、基因结构、进化关系、选择压力等进行系统分析，并初步分析了部分BnaSERK基因在盐/旱胁迫下的表达响应模式。结果表明：在甘蓝型油菜基因组共鉴定到24个BnaSERK基因，它们不均等地分布在15条染色体上，可分为3个亚族，具有相对保守的基因结构和保守基序，且含多种与激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。共线性分析表明，甘蓝型油菜和拟南芥、白菜、甘蓝分别有14对、44对和32对基因表现出共线性。基于比较基因组学研究，甘蓝型油菜BnaSERK基因在经历多倍体化之后，出现了不同程度的丢失现象。分析表明，BnaSERK基因家族在芸薹属物种间的进化相对保守。盐/旱胁迫下的5个BnaSERK基因在叶片中的表达模式分析结果显示，BnaA07g29610D、BnaC01g43240D、BnaCnng07810D基因在盐胁迫下表达量上调，而BnaA01g23070D、BnaA07g23390D基因则表现为下调；BnaA07g23390D、BnaA07g29610D基因在干旱胁迫下表现为上调表达，而BnaC01g43240D、BnaCnng07810D、BnaA01g23070D基因呈下调趋势。表明BnaSERK基因可能在油菜响应盐/旱胁迫的调控机制中发挥着重要作用。     

柱花草苯丙氨酸解氨酶（SgPALs）对生物胁迫与非生物胁迫的响应

本研究以热研2号柱花草为材料,分析其苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性、总酚含量、类黄酮含量、总抗氧化能力和SgPALs基因表达模式对生物胁迫（炭疽菌侵染）与非生物胁迫（干旱和盐胁迫）的响应。结果表明,在3种胁迫处理下,柱花草不同组织部位的PAL活性增加18.58%~123.56%,且叶片的总酚含量、类黄酮含量和总抗氧化能力分别增加65.11%~68.00%、51.00%~76.87%和83.00%~262.08%,差异显著。在干旱和盐胁迫处理下,根系的总酚含量、类黄酮含量和总抗氧化能力也显著提高43.77%~51.12%、45.46%~45.98%和60.45%~97.89%。随后对SgPALs的表达模式分析表明,除SgPAL4外,其他3个SgPALs受炭疽菌侵染诱导上调表达;在干旱胁迫下,根系中4个SgPALs均增强表达,但叶片中仅SgPAL1和SgPAL4上调表达;在盐胁迫下,根系中4个SgPALs也都上调表达,叶片中除SgPAL3下调表达外,其他3个SgPALs增强表达。综上所述,在遭受生物胁迫和非生物胁迫时,柱花草中的SgPALs基因表达及PAL酶活性升高,伴随着总酚与类黄酮含量的同步升高,表明其对环境胁迫的抗性升高。     

香蕉系统获得抗性相关基因对外源水杨酸的响应分析

香蕉生产受多种病虫害和逆境胁迫的影响,由真菌病原引起的香蕉枯萎病、叶斑病和黑星病,细菌性病害软腐病和鞘腐病,以及非生物胁迫寒害等,是阻碍香蕉绿色可持续生产的严重问题.为探索香蕉生产上多种病害和寒害逆境的有效防控措施,本研究从外源水杨酸(SA)诱导植物系统抗性机理出发,通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法,分析外...