胡杨果糖-1,6-二磷酸醛羧酶基因PeALD的克隆及耐盐性分析

胡杨（Populus euphratica Oliv）是优良的抗逆树种,有很强的耐盐碱性。前期胡杨转录组研究结果显示盐胁迫可诱导果糖-1,6-二磷酸醛羧酶基因（PeALD）转录上调,提示该基因可能对胡杨耐盐性方面有某种贡献。为分析PeALD基因在胡杨耐盐性中的作用,本研究以胡杨为材料,利用RT-PCR方法克隆了胡杨果糖-1,6-二磷酸醛羧酶基因的全长cDNA,通过基因转化法尝试在烟草中过量表达该基因,并对转基因株系的耐盐性进行初步分析。研究结果显示,克隆的cDNA编码果糖-1,6-二磷酸醛羧酶,ORF为1177bp,是由247个氨基酸编码的疏水性蛋白,理论等电点为6.84,分子量为26.79kD。PCR与RT-PCR检测结果表明,外源的PeALD基因通过转化已经整合到烟草的染色体中,并在4个株系中得到较强的表达。转化株系表型筛选实验表明,在200mmol/L NaCl的MS培养基中培养15d后,野生型烟草植株无明显高生长,叶片全部黄化并萎缩;而转基因烟草高生长基本没有受到抑制,植株生长良好。说明在烟草中过表达PeALD使转化植株的耐盐性显著提高。光合数据结果显示,ALD基因能够降低盐胁迫对烟草叶片净光合速率的影响,可能是PeALD过表达加速了卡尔文循环的运转,提高了CO2的固定速率,进而促进了光合活性,通过光合作用促进碳的积累,利于呼吸作用和氧化磷酸化产生ATP,为维持跨膜质子浓度梯度提供能量,从而有可能促进质膜上的Na＋/H＋逆向转运,利于细胞质膜保持拒盐性。这些结果初步验证了PeALD基因的耐盐性功能,为进一步深入研究该基因在耐盐机制中的作用奠定了良好基础。     

胡杨果糖-1,6-二磷酸醛缩酶的定位及功能研究

将从胡杨中克隆的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因（PeALD）构建到pGEX-4T—1载体上,经IPTG诱导成功获得融合蛋白GST：PeALD,并将蛋白进行纯化,其大小约为52kD,转化大肠杆菌的耐盐性实验表明,PeALD基因的成功表达有利于提高大肠杆菌菌株的耐盐性。为研究该基因编码蛋白在植物细胞中的定位,将基因的ORF区构建到定位表达载体pMDC85上,通过PEG介导的拟南芥瞬时转化法观察融合蛋白PeALD：GFP在细胞中的定位情况,结果显示该蛋白定位于胞质中,由此说明实验克隆得到的该胡杨果糖-1,6-二磷酸醛缩酶基因编码的是胞质蛋白。烟草种子在盐培养基上的萌发实验结果显示转基因烟草具有更高的耐盐性;烟草水培苗经200mmol／LNaCl处理一周后,可溶性糖的质谱检测结果显示转基因植株中葡萄糖的含量有很大提高。表明胡杨果糖-1,6-二磷酸醛缩酶通过促进糖酵解和有氧呼吸途径来提高植物对盐胁迫的适应性。     

秋茄KcRD22基因的克隆与功能分析

本文以用200mmol／LNaCl处理24h后的秋茄幼苗为材料提取秋茄叶片总RNA,利用RT-PCR方法克隆获得KcRD22基因的全长cDNA,通过构建pCAMBIA-2300-KcRD22过表达载体,利用农杆菌侵染的方式获得过表达KcRD22的烟草转基因株系,并对转基因株系的耐盐性做出初步分析。实验结果显示：KcRD22基因的ORF长1131bD,编码1个等电点为9．07、分子量为39．8kD、由375个氨基酸组成的蛋白。PCR及RT—PCR鉴定结果表明,KcRD22基因已经分别整合到8株烟草的染色体中,并在两个株系中获得表达。对转基因烟草进行光合作用测定,结果显示100mmol／LNaC1处理显著降低了野生型烟草的净光合速率,而转基因植株叶片的光合作用受到的影响较小。盐浓度达到200mmol／L时,转基因植株及野生型烟草净光合速率都明显降低,但盐胁迫解除后,转基因烟草光合作用的恢复情况明显好于野生型烟草,说明KcRD22的过表达提高了烟草的抗盐性。本文初步确定了KcRD22基因对植物耐盐性的贡献,这为进一步深入研究该基因在耐盐机制中的功能奠定了良好基础。     

马铃薯StSnRK1基因过表达提高烟草耐盐性研究

为研究马铃薯蔗糖非发酵-1-型相关蛋白激酶-1基因StSnRK1对于调控植物耐盐性的促进作用,以过表达StSnRK1的烟草株系及野生型为试验材料,研究盐胁迫下StSnRK1对植株生长的影响。耐盐性鉴定结果表明,过表达StSnRK1基因显著提高烟草植株的耐盐性。实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析显示,StSnRK1基因显著上调脯氨酸生物合成相关基因(吡咯琳-5-羧酸合酶NtP5CS)、胚胎发育后期丰富蛋白基因(NtLEA5)和活性氧清除系统相关基因(超氧化物歧化酶NtSOD和过氧化物酶NtPOD)。同时,转基因烟草植株的SOD活性、POD活性和脯氨酸含量显著高于野生型烟草植株,丙二醛(MDA)含量和过氧化氢(H₂O₂)含量显著低于野生型植株。由此可见,StSnRK1基因在改良植物耐盐性方面具有重要作用,为耐盐马铃薯生物技术育种提供了理论基础。     

转玉米ZmMPK7基因烟草响应高盐胁迫的光合特性和抗氧化酶系统分析

以烟草NC89品种野生株系(WT)和转玉米ZmMPK7基因株系为材料,在NaCl胁迫条件下,对其光合特性和抗氧化酶活性进行分析,以探讨转ZmMPK7基因烟草的耐盐性。结果表明,随盐胁迫加重,转基因烟草植株比野生型具有更高的净光合速率(Pn)、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）和叶绿素含量（Chl）,并且转ZmMPK7基因株系能提高烟草叶片抗氧化酶活性,诱导抗氧化酶 (SOD、APX、CAT和POD)活性之间协调变化。与野生型相比,转基因烟草植株MDA含量及电解质外渗量较低,膜脂过氧化较轻,其耐盐性得到改善。     

过量表达盐芥TsIPK2基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】本试验以野生型(WT)和转盐芥TsIPK2基因的水稻为材料,研究NaCl胁迫条件下过量表达TsIPK2基因对水稻植株抗盐胁迫能力的影响。【方法】取水稻材料种子和其3叶龄幼苗,分别在不同NaCl浓度(0、50、100、150、200 mmol/L)下进行处理。检测WT与过量表达TsIPK2基因水稻种子的发芽率、主根长和芽长、幼苗的丙二醛(MDA)和脯氨酸的含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及与胁迫相关的5个基因的表达。【结果】在盐胁迫下,与野生型相比,转基因水稻具有更好的发芽率、主根长和芽长。野生型和转基因水稻两者的脯氨酸含量增加,转基因水稻的积累量显著高于野生型,但是转基因水稻MDA含量增加幅度小于野生型。野生型和转基因水稻幼苗SOD酶活性均增加,但转基因植株的酶活性显著高于野生型;二者POD酶活性呈现先升高后下降的趋势,但是二者活性没有显著的差别;转基因水稻的CAT活性也呈现先升高后下降的趋势,然而野生型水稻的CAT活性在盐胁迫下没有显著的变化。高盐处理后,野生型和转基因水稻的5个与胁迫相关的基因表达倍数都增加,与野生型相比,转基因水稻的OsP5CS1、OsSOD、OsCATB和OsLEA3的表达量显著升高,而OsPOX1基因的表达量变化不显著。【结论】过量表达TsIPK2基因能够通过增强水稻的渗透调节能力、抗氧化胁迫能力并调节胁迫相关基因的表达,以提高水稻的耐盐性。     

烟草NAC4基因的克隆及其抗旱功能分析

NAC(NAM-ATAF-CUC)转录因子在植物逆境胁迫应答过程中发挥着十分重要的作用。本研究克隆了烟草(Nicotiana tabacum)的NAC4基因,c DNA编码区全长1 422 bp,编码473个氨基酸;进化树分析表明,烟草NAC4基因编码的氨基酸序列与辣椒(Capsicum baccatum)和榴莲(Durio zibethinus)都有极高的相似性。构建表达载体pSH-NAC4,遗传转化烟草,获得32株转基因植株。选取6株不同的转基因株系和3株野生型(wild type,WT)在20%聚乙二醇6000胁迫的条件下,观察植株生长并进行抗旱性分析;选取T_1代3个转基因株系(TP_4,TP_6,TP_7)和野生型烟草种子,用3个不同浓度的甘露醇模拟干旱胁迫,对其种子的发芽率和苗期根进行耐旱性相关分析。结果发现,300 mmol/L甘露醇处理15 d,种子发芽率比野生型高40%以上,通过观察苗期根的生长发现,野生型植株根的生长明显受到抑制。用20%PEG6000处理转基因植株和野生型植株7 d,结果显示,在干旱胁迫下,转基因植株的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)和过氧化物酶(peroxidase,POD)的活性均显著高于野生型,丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量显著低于野生型植株(P0.05)。利用qRT-PCR方法分析相关基因,结果表明,在干旱胁迫时,NAC4,吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)和鸟氨酸-δ-氨基转移酶基因(ornithine-oxo-acid transaminase,δ-OAT)的相对表达量均上调;转NAC4基因的表达可能提高了植株的抗旱能力。本研究为进一步探讨NAC4基因的功能提供依据,以期为创制转基因耐旱植物提供基础资料。     

胡杨PeAPY1和PePY2在提高植物抗旱耐盐性上的功能解析

胡杨（Populus euphratica Oliv.）是典型的抗旱耐盐树种,广泛用于干旱盐碱地带的造林绿化。本实验室前期研究结果表明,盐胁迫下胡杨腺苷三磷酸双磷酸水解酶（Apyrase）基因（PeAPY）的转录水平上调,表明该基因可能在胡杨的抗盐性功能上发挥作用。已有研究证明APY是水解eATP的关键酶,而eATP是植物细胞重要的信使分子,调控植物的生长发育及抗性反应。本研究以PeAPY过表达拟南芥株系、拟南芥apy1、apy2突变体和野生型拟南芥为实验材料,分析了胡杨PeAPY对植物抗旱和耐盐能力的影响。研究结果表明,PeAPY1和PeAPY2转基因株系的抗旱性明显提高,这可能与PeAPY1和PeAPY2过表达减少了叶片表皮的气孔密度,降低了叶片的失水速率,从而提高了植株的保水能力有关。此外,我们还发现PeAPY1和PeAPY2转基因株系耐盐能力有所提高：在盐胁迫条件下,过表达PeAPY1和PeAPY2转基因植物的种子萌发率和生长、成活率均明显高于突变体apy1、apy2和野生型拟南芥（NaCl处理的浓度分别为0,50 mmol/L,100 mmol/L,150 mmol/L,200 mmol/L）。这可能是由于盐处理条件下,PeAPY通过降低盐诱导的eATP浓度,阻止了eATP诱导的细胞凋亡。综上所述,胡杨PeAPY的过表达能够提高植物对盐胁迫、干旱胁迫的耐受性,PeAPY对eATP浓度调控及其对植物抗逆性的具体机制有待进一步研究。     

利用拟南芥rd29A启动子驱动AtNHX1基因提高烟草耐盐性

拟南芥液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因(AtNHXl)在植物耐盐机制中有重要作用.为了鉴定AtNHX1基因功能和创制耐盐烟草新种质,本研究用农杆菌介导法将rd29A启动子驱动的AtNHX1基因导入烟草(Nicotiana tabacum L.),获得72株卡那霉素抗性再生植株,17株在MS+85.5 mmol/L NaC1培养基上生长良好.对其进行PCR、Southern杂交和Northern杂交检测,证实AtNHX1基因已整合到烟草基因组中,并进行正常转录,且其转录受盐逆境的诱导.在含盐(85.5、171、256和342 mmol/L NaCl)培养基上进行对照植株和转基因植株生长及叶片丙二醛含量的分析,结果显示,转基因株系的生长势和根发生能力明显优于对照,且叶片丙二醛含量显著低于对照,表明rd29A启动子驱动AtNHX1基因的导入和表达可显著提高转基因烟草植株的耐盐性.结果提示rd29A启动子驱动的AtNHX1基因表达单元可在异源植物中正常转录和表达,可用于植物耐盐基因工程育种.     

过量表达pAPX基因提高水稻对镉胁迫的耐性

研究了编码大麦pAPX的基因HvAPXI导入水稻并过量表达后，转pAPX水稻在镉胁迫下的生长状况、生理指标及镉含量。结果发现，由于pAPX基因的过量表达，转基因植株的根系伸长量、生物量、叶绿素含量以及APX活性都明显高于野生型植株。与野生型植株相比，转基因水稻对镉胁迫具有明显的耐性。伴随对镉胁迫耐性的提高，转pAPX水稻对镉的累积量也同时提高。     

转碱蓬SsNHX1基因烟草的耐盐抗旱性研究

烟草是重要的模式植物和经济作物,盐害和干旱两种环境因子对其生长发育、产量和品质都危害很大。为了提高烟草的耐盐抗旱性,本研究利用农杆菌介导的遗传转化法在烟草中过量表达了碱蓬液泡膜Na~+/H~+逆向转运基因SsNHX1,对转基因烟草的耐盐及抗旱性进行表型鉴定和各项生化指标的检测,以期得到耐盐抗旱表性良好的SsNHX1转基因烟草。表型分析发现,SsNHX1基因过表达株系L1和L5的抗盐能力比野生型显著提高,表现为盐胁迫条件下仍能保持旺盛的生长且根系的伸长未受抑制。SsNHX1过表达株系在叶片和根系中积累了更多的Na~+和K~+,同时Na~+含量增长速率较快,而K~+含量降低速率较缓,并可维持较高的叶片相对含水量和叶绿素含量,及较低的丙二醛含量和相对电导率。干旱胁迫发现,过表达株系受干旱胁迫程度更小,并在复水后迅速恢复正常生长。同时,过表达株系的丙二醛含量和相对电导率显著低于野生型,且维持了较高的叶片相对含水量及叶绿素含量。这些结果说明SsNHX1基因在烟草中过量表达后,降低了盐胁迫和干旱胁迫对烟草根系及细胞膜的损伤,并通过调节离子含量、降低细胞的渗透势,维持了叶片较高的相对含水量和叶绿素含量,最终提高了烟草的抗盐和抗旱性。     

Relative activity of a tobacco hybrid expressing high levels of a tobacco anionic peroxidase and maize ribosome-inactivating protein against Helicoverpa zea and Lasioderma serricorne

Tobacco (Nicotiana tabacum) plants grown from seed obtained by crossing a tobacco line that expressed an activated maize ribosome-inactivating protein (RIP) with a line that overexpressed tobacco anionic peroxidase were tested for their effects on corn earworm Helicoverpa zea and cigarette beetle Lasioderma serricorne larvae as compared to the wild-type plant cross. Significant feeding reductions were noted for transgenic plants expressing both resistance proteins as compared to wild-type plants for both H. zea and L. serricorne. Significant increases in mortality were also noted for those insects fed on the transgenic cross as compared to wild-type plants in some cases. Levels of both peroxidase and maize RIP were significantly higher in transgenic as compared to wild-type plants (which did not produce maize RIP). The degree of feeding was significantly negatively correlated with the level of RIP or peroxidase individually.     

水稻OsGPDH1的克隆与功能鉴定

为了解水稻甘油-3-磷酸脱氢酶基因在水稻抗逆性中的作用,本研究从水稻品种日本晴中克隆了1个编码甘油-3-磷酸脱氢酶的基因,命名为OsGPDH1,该基因编码的蛋白酶具有NAD(P)+结合域和脱氢酶域,且这2个结构域在植物中高度保守。构建过表达OsGPDH1基因载体转化水稻得到转基因植株,RT-qPCR分析表明,OsGPDH1基因在水稻孕穗期的叶、幼穗、茎、节、叶鞘中均有表达,说明该基因参与了水稻的生长发育过程。OsGPDH1基因也受到PEG6000、高盐、双氧水等逆境和甲基茉莉酸(mJA)、水杨酸(SA)等激素诱导表达,且诱导12h后,OsGPDH1的表达量达到最高水平,但对脱落酸(ABA)不敏感。盐胁迫下的发芽试验表明,过表达转基因水稻的发芽率高于野生型,说明OsGPDH1基因表达量的提高可增强转基因植株对盐胁迫的耐受性。对过表达OsGPDH1的转基因水稻进行苗期20%PEG6000胁迫处理后,转基因水稻的成活率显著高于野生型,说明OsGPDH1基因过表达可提高水稻苗期抗旱能力。本研究初步证明了OsGPDH1水稻抗盐胁迫和渗透胁迫的重要作用,为培育抗性转基因水稻新品种提供了新的基因资源。     

Do reactive oxygen species (ROS) induced by NaCl contribute to ammonium accumulation in Spartina alterniflora?

Growth, activity of antioxidant enzymes viz. glutathione reductase (GR), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX) and guaiacol peroxidase (GPX), and some metabolic processes related to ammonium metabolism were investigated in a salt‐tolerant Spatina alterniflora. In comparison to 0 mM–NaCl treatment, growth of S. alterniflora plant increased significantly at 200 mM NaCl, but was highly inhibited at 500 mM NaCl. Ammonium concentration in the leaves and roots increased 2.1–3.4 times when plants were treated with 500 mM NaCl. Under 200 mM NaCl, antioxidant‐enzyme activities increased, however, at 500 mM the antioxidant system was unable to compensate reactive oxygen species induced by NaCl. At this high level of salinity, ammonium production through nitrate reductase (NR) was inhibited, but no significant changes in the activities of glutamine synthetase (GS) or glutamate dehydrogenase (GDH) were found. We conclude that the accumulation of ammonium under high salt stress was not due to inhibition of the assimilatory activities of GS or GDH. Ammonia accumulation under high salinity may result from amino acid and protein catabolism activated by reactive oxygen species (ROS) and/or a lack of carbon skeletons to incorporate ammonium into organic molecules due to a decrease in photosynthetic activity in salt‐stressed plants.     

小麦胁迫相关蛋白基因TaSAP12-D的耐盐性分析

胁迫相关蛋白（SAPs）是一类具有A20/AN1锌指结构域的蛋白,在植物中主要参与逆境胁迫响应。为探究小麦胁迫相关蛋白基因TaSAP12-D在耐盐胁迫中的功能,本研究以小麦品种旱选10号为试材,克隆得到TaSAP12-D基因,利用农杆菌瞬时注射烟草叶片进行亚细胞定位,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)进行不同组织和盐胁迫条件下的表达模式分析,利用蘸花法将TaSAP12-D转化到拟南芥（Arabidopsis thaliana L.）中并进行耐盐性分析。结果表明,TaSAP12-D基因全长519 bp,编码172个氨基酸,预测蛋白分子量为18.41 kDa,等电点为9.21。亚细胞定位显示,TaSAP12-D在烟草细胞核和细胞质中均有表达。qRT-PCR结果显示,TaSAP12-D在小麦萌发期和幼苗期的胚芽、根和叶中均有表达,其中在幼苗期的叶中表达量最高。在盐胁迫条件下,TaSAP12-D的表达量显著上调。在150 mmol·L-1NaCl处理条件下,过表达TaSAP12-D拟南芥的存活率显著提高,表明TaSAP12-D可以增强转基因拟南芥的耐盐性。另外,在转基因拟南芥中盐胁迫相关...