△''-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因在水稻上的荧光原位杂交

脯氨酸的积累与植物对干旱和盐胁迫的抗性有关.P5CS基因编码一个双功能酶,具有谷氨酸激酶和谷氨酸-γ-半醛脱氨酶活性,催化脯氨酸合成过程中的前2步反应.它是脯氨酸合成的限制因子.用生物素标记的荧光原位杂交技术,以蛾豆(Vigna aconitifolia)中克隆到的P5CS基因作探针对水稻进行物理作图.该探针定位于水稻第9染色体的短臂近端点处,信号点距着丝粒的相对距离为(51.79±1.24)%.P5CS基因广泛存在于单子叶和双子叶植物中.     

玉米1-吡咯啉-5-羧酸合成酶在非生物胁迫下的表达分析

脯氨酸在植物渗透调节中起举足轻重的作用,1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是脯氨酸的谷氨酸合成途径中的关键酶,为了研究玉米P5CS基因家族与玉米抗逆性的关系,对玉米幼苗进行了非生物胁迫(干旱、低温、盐胁迫)处理,利用半定量RT-PCR技术分析了ZMP5CS基因家族在不同胁迫条件下的表达特性。结果表明,ZMP5CS基因家族中除ZM02G27230以外的基因不论地上部叶还是地下部根均被干旱胁迫诱导上调表达,但各成员之间其表达量最高点出现的时间不同;相同处理同一基因相同的处理时间点地上部与地下部基因表达量存在差异,在干旱胁迫下ZM08G14210的表达量最高,在盐胁迫下ZM08G31890的表达量最高,在低温胁迫下ZM06G25580的表达量最高,说明ZMP5CS基因家族表达受非生物胁迫的诱导。     

玉米1- 吡咯啉-５- 羧酸合成酶

脯氨酸在植物渗透调节中起举足轻重的作用,1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是脯氨酸的谷氨酸合成途径中的关键酶,为了研究玉米P5CS基因家族与玉米抗逆性的关系,对玉米幼苗进行了非生物胁迫(干旱、低温、盐胁迫)处理,利用半定量RT-PCR技术分析了ZMP5CS基因家族在不同胁迫条件下的表达特性.结果表明,ZMP5CS基因家族中除ZM02G27230以外的基因不论地上部叶还是地下部根均被干旱胁迫诱导上调表达,但各成员之间其表达量最高点出现的时间不同;相同处理同一基因相同的处理时间点地上部与地下部基因表达量存在差异,在干旱胁迫下ZM08G14210的表达量最高,在盐胁迫下ZM08G31890的表达量最高,在低温胁迫下ZM06G25580的表达量最高,说明ZMP5CS基因家族表达受非生物胁迫的诱导.     

植物△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）基因的研究进展

△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）是植物脯氨酸生物合成的关键酶.近年来,许多学者对P5CS酶基因克隆、其在植物中的表达特性与在抗逆基因工程上的应用进行了大量研究,证实P5C5基因已成功在许多植物中进行过量表达并能有效提高植物的抗旱、耐盐性.随着分子生物学和现代生物技术的快速发展,今后可进一步挖掘利用植物P5CS基因,有效验证其功能和了解其作用机制,探讨P5C5基因与其他基因的互作及调控植物抗逆的生理生化机理,研究其在植物生长发育及器官发生等过程中的作用;培育出高效、实用、抗逆性强的转基因植物品种,均有待今后进行深入研究.     

农作物抗渗透胁迫与P5CS基因工程研究进展

干旱、盐渍和低温等渗透胁迫因素是导致植物生长缓慢、农作物减产的主要非生物胁迫因素。在轻度渗透胁迫环境下,农作物主要通过合成渗透调节物质来抵御干旱、盐渍等。脯氨酸是农作物体内分布最广的渗透调节物质之一,二氢吡咯-5-羧酸合成酶(Δ1-pyrroline-5-carboxyl-atesynthetase,P5CS)是植物体内合成脯氨酸的关键酶。为此,综述了渗透调节在农作物抗渗透胁迫中的作用,脯氨酸的生物合成,P5CS在植物脯氨酸合成中的作用及其转基因工程的研究进展。     

拟南芥脯氨酸合成关键酶P5CS1的功能鉴定及原核表达

在拟南芥中超表达P5CS1基因同时,对P5CS1蛋白原核表达条件进行摸索。结果表明:P5CS1超表达植株在正常生长和盐胁迫条件下脯氨酸积累均得到了显著增强,在培养基培养和土培条件下耐盐性均显著高于对照。原核表达结果显示,P5CS1蛋白在温度28℃、0.8mmol·L~(-1) IPTG条件下有高水平的诱导,且存在于大肠埃希菌的包涵体中。这一研究证实了P5CS1在脯氨酸积累中的作用及对渗透胁迫条件下植物的保护作用,其表达1个分子量约为76ku的融合蛋白。     

拟南芥P5CS1基因转化羽衣甘蓝增强耐盐性分析

【目的】分析转拟南芥△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS1)基因羽衣甘蓝的耐盐性,为获得较强的耐盐性羽衣甘蓝品种及其抗逆育种提供理论依据。【方法】将拟南芥P5CS1基因(AtP5CS1)经农杆菌介导转入羽衣甘蓝植物中,在盐胁迫下,分别检测转基因植株与野生型植株的AtP5CS1 mRNA表达量、幼苗脯氨酸含量、株系根系性状、整株干质量和鲜质量、叶片相对水含量、叶片电导率和整株存活率。【结果】在150 mmol/L NaCl胁迫下,转基因植株的P5CS1基因mRNA可正常表达,与对照相比,转基因株系Y1、Y2的主根和最长侧根长度较长,侧根数目较多,整株干质量和鲜质量较重;而且相对水含量显著高于对照植株(P0.05,下同),脯氨酸含量及存活率均极显著高于对照植株(P0.01),叶片相对电导率显著低于对照植株。【结论】转AtP5CS1基因植株的耐盐表型优于对照,即AtP5CS1基因在羽衣甘蓝中的表达明显改善了转基因植株的耐盐性。     

木薯MeP5CS1基因的克隆、表达分析及载体构建

对从木薯Ku50叶片中克隆的1个P5CS基因Me P5CS1进行聚乙二醇(PEG)、脱落酸(ABA)、盐胁迫下的表达分析,结果表明,基因Me P5CS1具有1个2 220 bp的开放阅读框,编码739个氨基酸,且含有P5CS保守结构域;Me P5CS1与杨树、杞柳的P5CS基因亲缘关系相对较近,序列相似性分别达到88.61%、88.95%;Me P5CS1基因在第1张完全展开叶、老叶中的表达量受到PEG处理诱导,且与叶片中脯氨酸的含量变化趋势一致;Me P5CS1基因的表达还受到脱落酸(ABA)、盐胁迫处理的诱导。在此基础上,成功构建Me P5CS1基因的植物表达载体p CAMBIA 2300-Me P5CS1,为进一步解析Me P5CS1在木薯抗旱中的作用机制提供参考。     

转拟南芥P5CS1基因羽衣甘蓝的抗寒性

为提高羽衣甘蓝的抗寒性,本试验将拟南芥△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS1)基因经农杆菌介导转入羽衣甘蓝植株中,检测转基因株系在4℃低温胁迫下P5CS1 mRNA表达量、幼苗脯氨酸含量、可溶性糖含量、相对电导率、叶绿素荧光参数(Fv/Fm)和植株存活率。结果显示,在4℃低温胁迫下,转基因植株的P5CS1基因的mRNA过量表达,脯氨酸含量、可溶性糖含量、Fv/Fm和植株存活率均显著高于野生型对照(P0.05),但丙二醛含量和相对电导率均显著低于野生型对照(P0.05)。表明拟南芥P5CS1基因在羽衣甘蓝中的表达明显改善了转基因植株的抗寒性。     

碱蓬SgP5CS基因过表达提高拟南芥耐旱性

脯氨酸是植物中的渗透调节物质,Δ¹-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是其合成过程中重要的调控因子。为探究P5CS基因功能,克隆了碱蓬SgP5CS基因并导入拟南芥,使其在拟南芥中过表达,然后进行相关指标测定和耐旱性鉴定。结果显示,干旱胁迫诱导2周后,SgP5CS过表达的拟南芥植株具有较长的根系,同时游离脯氨酸的含量显著增加,丙二醛含量显著降低,表明SgP5CS基因在拟南芥中过表达能够增强拟南芥耐旱性。研究结果为深入了解碱蓬中SgP5CS基因的功能及其在植物中的抗旱机制奠定了基础。     

不同磷肥水平对甘蔗脯氨酸合成积累及关键基因表达的效应

【目的】探索不同磷肥量对甘蔗脯氨酸的合成积累影响,以阐明磷肥对甘蔗脯氨酸合成积累及其耐旱性的作用效应.【方法】以甘蔗栽培种粤糖55为研究材料,用桶栽试验法,在正常水分和干旱胁迫条件下,测定4个磷肥施用水平的甘蔗植株内P5CS、δ-OAT基因表达和酶活性、以及游离脯氨酸、叶绿素含量等生理生化指标.【结果和结论】无论是在正常供水条件下还是干旱胁迫下,甘蔗P5CS、δ-OAT基因的表达及酶活性、游离脯氨酸含量均受到N、P、K配比的影响.当施用过磷酸钙为900 kg·hm-2时,正常水分条件下,P5CS、δ-OAT酶活性均处于较低的水平,植株游离脯氨酸含量最低;干旱胁迫下,P5CS酶活性最高,δ-OAT酶活性亦处于较高水平,植株游离脯氨酸含量增加到最大.基于本研究的结果,湛江砖红壤蔗地的最佳N、P、K肥搭配方案是尿素、过磷酸钙、氯化钾的用量分别为918、900、750 kg·hm-2.相关、偏相关及通径分析的结果表明,干旱胁迫下植株中P5CS对游离脯氨酸的合成积累贡献显著大于δ-OAT;干旱胁迫下甘蔗合成积累游离脯氨酸的途径是以谷氨酸途径(Glu→Pro)为主,鸟氨酸途径(Orn→Pro)为辅.     

SgP5CS基因克隆和生物信息学分析

利用同源克隆的方法,获得了碱蓬P5CS基因全长ORF,命名为SgP5CS。SgP5CS ORF全长2 151 bp,生物信息学软件预测其编码716个氨基酸组成的多肽,相对分子量为77 431.8 u, 等电点为5.71,为稳定的亲水性蛋白,无跨膜结构域。ClustalX多重序列比对发现SgP5CS编码的氨基酸序列与盐角草P5CS相似性为93%,与盐角草P5CS的亲缘关系最近,其次是甜菜。脯氨酸是生物体内重要的渗透调节剂,而Δ1 吡咯啉 5 羧酸合成酶则是植物合成脯氨酸的关键酶之一,SgP5CS的克隆将为进一步的功能分析鉴定基础。     

甘蔗Δ~1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(ScP5CS)基因分离及其分析(英文)

以甘蔗品种ROC22为材料,待甘蔗生长至4～5叶期直接以25%PEG6000淋灌根部模拟水分胁迫。采用同源克隆与RT-PCR法从甘蔗叶片中得到甘蔗Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Saccharum officinarum L.Δ1-pyrroline-5-carboxy-late synthetase,ScP5CS)基因的编码区cDNA序列,其长度为2151 bp,为一个完整的ORF,编码716个氨基酸,GenBank注册号为EU005373。核苷酸序列与前人已注册的甘蔗P5CS(EF155655)相比,同源率达到98%,但推断编码的氨基酸同源率仅为92%。该基因具有P5CS共有的结构域与结合位点:Putative ATP-binding site;Putative leucine domains;Glu-5-kinase domain;Putative NADPH-binding domain;Conserved GSA-DH domain保守区,脯氨酸反馈抑制作用位点。与前人已注册的甘蔗P5CS基因氨基酸序列(ABM30223)比较,在γ-GK保守域(Glu-5-kinase domain)内氨基酸变化较大...     

深淹下三峡库区狗牙根脯氨酸积累代谢途径的响应

以三峡库区自然消落带野生狗牙根为研究对象,进行自然条件下不同深度(0、5、10、15、20、25和30 m)的深淹胁迫以及胁迫后恢复实验,研究了脯氨酸及其积累代谢途径的关键酶活性的变化规律.结果表明,深淹胁迫能诱导脯氨酸的积累,顺序上调脯氨酸合成关键酶精氨酸、鸟氨酸转氨酶(OAT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)和吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)的活性,降低脯氨酸降解关键酶脯氨酸脱氢酶(PDH)的活性.因此,深淹胁迫导致脯氨酸积累是脯氨酸合成的鸟氨酸途径和谷氨酸途径顺序激活、而脯氨酸降解途径显著抑制的综合结果.深淹恢复生长30 d后,狗牙根脯氨酸及其积累代谢途径的关键酶活性恢复至未淹对照水平.从植物对深淹胁迫下脯氨酸积累代谢途径的响应上,表明狗牙根作为禾本科植物在遗传上具有较强的耐淹能力,可以作为三峡水库消落带植被恢复的物种之一.     

木薯MeP5CS和MeP5CR基因克隆及其干旱胁迫下的表达分析

在不同浓度(0、20%、30%、40%、50%)PEG处理下考察木薯(Manihot esculenta Crantz)叶片中脯氨酸含量的动态变化。从木薯中分别克隆了Me P5CS和Me P5CR基因,对其序列进行生物信息学分析,并分析了Me P5CS和Me P5CR基因在20%PEG胁迫处理下各组织中的表达。结果表明,脯氨酸含量受渗透胁迫快速诱导,在一定范围内随PEG浓度升高而明显升高,表现出较好的相关性。序列分析表明,Me P5CS基因c DNA全长2 217 bp,编码738个氨基酸,含有P5CS保守结构域;Me P5CR基因c DNA全长828 bp,编码275个氨基酸,含有P5CR保守结构域,它们分别与麻风树和蓖麻中的P5CS、P5CR亲缘关系较近。Me P5CS和Me P5CR基因在转录水平受到渗透胁迫的调控。     

甘蔗△^1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（ScP5CS）基因分离及其分析

以甘蔗品种ROC22为材料,待甘蔗生长至4～5叶期直接以25％PEG6000淋灌根部模拟水分胁迫。采用同源克隆与RT-PCR法从甘蔗叶片中得到甘蔗△^1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（Saccharum officinarum L．△^1-pyrroline-5-carboxy late synthetase,ScP5CS）基因的编码区cDNA序列,其长度为2151bp,为一个完整的ORF,编码716个氨基酸,GenBank注册号为EU005373。核苷酸序列与前人已注册的甘蔗P5CS（EF155655）相比,同源率达到98％,但推断编码的氨基酸同源率仅为92％。该基因具有P5CS共有的结构域与结合位点：Putative ATP-binding site;Putative leucine domains;Glu-5-kinase domain;Putative NADPH—binding domain;Conserved GSA—DH domain保守区,脯氨酸反馈抑制作用位点。与前人已注册的甘蔗P5CS基因氨基酸序列（ABM30223）比较,在γ-GK保守域（Glu-5-kinase domain）内氨基酸变化较大,而与水稻、小麦的相比,其变化较小。因此,推断为甘蔗P5CS基因家族中的一个新成员。     

渗透胁迫下硝酸钾对烟草脯氨酸代谢途径的影响

为研究硝酸钾对渗透胁迫下烟草脯氨酸代谢途径的影响,利用聚乙二醇(PEG)胁迫烟草,测定胁迫条件下,经过不同浓度硝酸钾处理后烟草叶片的相关生理指标,重点测定了烟草叶片中脯氨酸含量及脯氨酸代谢途径中吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)、鸟氨酸转氨酶(OAT)和脯氨酸脱氢酶(PDH)的活性。结果表明,外加2 mmol.L-1KNO3可以显著增加叶绿素a含量、b含量和相对含水量,显著降低丙二醛含量、细胞膜相对透性,有效缓解PEG胁迫对烟草叶片的伤害。胁迫条件下硝酸钾可以增加烟草叶片中的脯氨酸含量。推测PEG胁迫显著促进脯氨酸累积可能是因为胁迫增强了谷氨酸途径中P5CS活性,PEG胁迫下硝酸钾促进脯氨酸累积则可能是因为硝酸钾增强了鸟氨酸代谢途径中OAT活性。     

StP5CS基因过表达增强高温胁迫下菜用大豆结瘤固氮的能力

高温胁迫严重影响菜用大豆的结瘤固氮过程,增强高温胁迫下菜用大豆结瘤固氮的能力对提高菜用大豆产量具有重要意义。采用蛭石栽培的方法,以转StP5CS基因菜用大豆(T6)为试验材料,研究在35℃高温胁迫下StP5CS基因过表达对菜用大豆结瘤固氮的影响。结果显示:转基因株系的株高、干鲜重及根瘤数目、根瘤干鲜重、单株荚数、粒数、种子重均显著高于非转基因株系(WT);转基因株系根瘤中脯氨酸、豆血红蛋白含量及谷氨酰胺合成酶活性均显著高于WT;经qRT-PCR分析,5个结瘤固氮关键基因(GmENOD40-1,GmENOD40-2,GmGS1β1,GmGS1β2及GmLba)在转基因株系中的相对表达量均显著高于WT。结果表明,高温胁迫下StP5CS基因过表达,促进了脯氨酸的积累,显著增强了菜用大豆的耐热性和结瘤固氮能力,进而提高了菜用大豆的产量。     

转LpP5CS和LpP5CSF128A基因烟草耐盐及抗旱性分析

利用农杆菌介导法,将多年生黑麦草Δ′-吡咯琳-5-羧酸合成酶基因LpP5CS和该酶第128位苯丙氨酸变异为丙氨酸的突变基因LpP5CSF128A转入烟草,获得转基因表达植株。在NaCl和自然干旱处理下,对多年生黑麦草的野生型基因LpP5CS和突变基因LpP5CSF128A的抗逆生理功能进行初步研究,通过测定脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)含量和T1代烟草幼苗耐盐性鉴定,进一步证实LpP5CS和LpP5CSF128A过表达的转基因烟草植株,其耐盐性和抗旱性得到了明显改善,转LpP5CSF128A植株的胁迫耐性要强于转LpP5CS植株。     

脯氨酸代谢途径在调控水稻phyB突变体干旱胁迫耐性中的作用

本研究分析了水稻野生型和phyB突变体中脯氨酸代谢途径关键基因的表达水平。结果显示,干旱处理能够诱导脯氨酸生物合成相关基因OsP5CS1和OsOAT的表达,抑制脯氨酸生物降解基因OsP5CDH的表达。且phyB突变体中OsP5CS1基因的表达水平明显高于野生型,据此推测phyB负调控OsP5CS1基因的表达。为了分析OsP5CS1基因的高水平表达是否与phyB突变体较强的干旱胁迫耐性有关,本研究进一步培育了转OsP5CS1基因烟草。离体叶片失水速率结果表明,转基因烟草的失水速率小于野生型;盐胁迫条件下,转基因烟草的分化率明显高于野生型。综上所述,phyB对脯氨酸代谢途径的调控是phyB突变体具有较强干旱胁迫耐性的重要因素之一。