蚜虫取食诱导高粱多酚氧化酶(PPO)基因的表达及酶活性分析

多酚氧化酶(PPO)在植物防御病虫害中发挥了重要作用。为了探明PPO在高粱对高粱蚜的防御反应中所发挥的作用,本研究利用抗蚜品种HN16和感蚜品种BTx623两种材料,对高粱中8个PPO基因接虫3 d和5 d的表达模式进行了分析,并对同一时期的PPO活性进行测定。结果表明,在蚜虫取食过程中,在感蚜品种BTx623中,随着蚜虫取食时间的延长,除PPO3外,其他7个PPO基因的表达量均呈现先上升,后降低的趋势;而在抗蚜品种HN16中,8个PPO基因的表达量持续上升,PPO的酶活也有所升高,可见,PPO在HN16的抗虫反应中发挥着一定的主动防御功能,在这个过程中,3个成员PPO1,PPO5和PPO6可能起了主要作用。     

中国水仙凝集素基因在大花烟草中的定量表达及抗蚜性分析

为了确定中国水仙凝集素基因NTL1的抗蚜功能及培育具有抗蚜功能的大花烟草,利用qPCR方法,研究了中国水仙凝集素基因(NTL1)在转基因大花烟草4个株系中的相对表达情况;利用自然感蚜、活体接种和离体接种方法研究了不同转基因株系的抗蚜能力。结果表明,NTL1在不同株系中的相对表达量差异显著,从高到低依次为3,4,1,2;抗蚜虫试验结果显示:转基因烟草具有一定抗蚜性,但不同烟草株系的抗蚜能力有所不同;活体转基因烟草单株与离体烟草叶片的平均蚜虫密度抑制率分别为8.22%~76.61%,4.62%~65.65%;转基因大花烟草可加速蚜虫的死亡。对比NTL1在不同转基因大花烟草株系中的相对表达量及抗蚜效果,发现NTL1在不同株系中的相对表达量与植株抗蚜性具有高度一致性。     

不同高粱基因型感蚜虫前后POD、PPO、PAL酶活性变化分析

对几个不同高粱基因型田间感蚜虫前后的三种酶POD、PPO、PAL活性进行了测定,结果表明,感蚜前后各材料POD活性都有明显的增加,抗蚜虫材料河农16前后均比其它几个材料的活性低;PPO活性感虫后有明显的增加,变化情况与POD类似;PAL活性感后有明显的增加,河农16与其它几个感蚜型相比,稳定性显著。表明POD、PPO与诱导抗性有关,而PAL在抗蚜材料河农16中为组成型表达的,可能受抗蚜虫基因的控制。     

烟蚜取食对抗、感烟草品种信号分子和CAT活性的影响

为研究烟草品种抗蚜机制，选用6个不同烟蚜抗性的烟草品种，采用盆栽试验接种蚜虫，研究烟蚜侵袭后第0、3、6、9 h烟草叶片茉莉酸(JA)、一氧化氮(NO)含量以及CAT活性的变化。结果表明，受到蚜虫为害后，叶片JA含量均表现为先增加后降低的趋势，烟蚜取食6 h后叶片JA含量达到峰值，且抗蚜品种JA增量大于感蚜品种。受到蚜虫为害后，抗蚜品种叶片NO含量表现为先增加后减少的趋势，烟蚜取食3 h后NO含量达到峰值，感蚜品种烟蚜取食3 h后的NO含量与取食前差异不显著，但6 h和9 h后显著低于0 h。受到烟蚜侵袭9 h后，参试品种CAT活性均表现为增加趋势，烟蚜取食9 h后，抗蚜品种‘竖把老母鸡2113’的CAT活性增量最多，增幅最大。JA和NO含量以及CAT活性均可以作为烟草品种蚜虫抗性鉴定的生理指标，烟蚜取食5~6 h叶片茉莉酸含量的增幅可以用于鉴定烟草品种抗蚜性。     

高粱广谱抗蚜基因SSH文库的构建及其序列分析

为了从分子水平上解析高粱广谱抗蚜基因在高粱与蚜虫互作中的分子遗传基础和作用机理,为发掘并利用抗蚜基因提供可靠的信息支持。以高粱抗蚜品种‘河农16’与感蚜品种‘千三’为实验材料,构建抑制性消减杂交(SSH)文库,使差异抗蚜基因得到富集,对有效差异基因序列进行序列分析。随机挑选SSH文库中的200个阳性克隆进行测序和分析,得到18条ORF序列,同NCBI数据库进行Blastx在线比对和相似性分析,发现这些序列与叶绿体放氧增强相关蛋白、腺苷酸环化相关蛋白、核糖体蛋白、衰老联合蛋白高度相关。不具有ORF的序列,通过NCBI利用Blastn和Blastx进行序列同源性比对和相似性分析,发现66条与已知多种植物抗病序列有较高的同源性,如核糖体蛋白、转运膜蛋白、NBS-LRR抗病蛋白家族-1、锌指蛋白、ATP合酶、NADH脱氢酶、反转录转座子、腺苷酸环化相关蛋白、bZIP转录因子等,还有部分序列与高粱抗条锈病基因高度相似。这些同源基因涉及次生代谢、能量代谢、膜运输、细胞信号传递和转录调控等多种过程。成功构建高粱抗蚜基因SSH文库,表明SSH技术在高粱抗蚜机制研究中具有可行性,研究结果为进一步高粱抗蚜基因功能研究奠定基础。     

灰飞虱胁迫下水稻防卫相关基因的表达

灰飞虱是我国水稻生产上的一种重要害虫。运用荧光定量PCR方法及特异性引物,对不同时间(12、24、36、48和72 h)灰飞虱胁迫下抗虫和感虫水稻品种中主要防卫途径的相关基因进行转录水平上定量分析。灰飞虱取食后,与水杨酸合成途径相关的基因PAL、NPR1、EDS1和PAD4在抗灰飞虱品种Mudgo中的表达水平均高于在感虫水稻Kittake中。接虫12 h后,PAL基因表达量达到未接虫时的6.914倍;在Mudgo中,PAL基因相对表达量上升更快,在24、48和72 h分别是Kittake中的42.848、70.743和69.193倍。NPR1基因在灰飞虱为害12、36和72 h后,在Mudgo中的表达量分别是Kittake中的4.690、6.231和4.112倍。与茉莉酸合成相关的基因LOX和AOS2,在灰飞虱为害36 h后,在Kittake中的表达水平显著高于Mudgo中。乙烯信号途径中的受体基因EIN2在Kittake中的表达量也高于Mudgo中。结果表明,灰飞虱取食激活了抗虫水稻Mudgo中依赖水杨酸介导的抗性途径,同时诱导感虫水稻Kittake产生了依赖茉莉酸/乙烯途径的防卫反应,PAL和NPR1基因的表达在调节Mudgo抗灰飞虱中具有重要作用。     

朝鲜天南星凝集素的分离及抗棉蚜效应分析

凝集素是一类广泛分布在动物、植物和微生物体内的蛋白质或糖蛋白。植物凝集素在植物对病虫害防御机制中起着重要作用。曾仲奎等( 1 995)和刘士庄 ( 1 996)等分离纯化到棉花凝集素 ,并检测其对枯萎病和黄萎病的抗生效应。Van damme E等 ( 1 991 )分离到对褐稻飞虱有致死活性的雪花莲凝集素及其基因 GNA,转 GNA基因烟草及马铃薯表达高抗蚜特性。在研究作物抗蚜机理及蚜虫综合治理过程中 ,发现有些植物幼嫩组织的浸提液对蚜虫有抗生效应。经鉴定筛选出天南星属 ( Arisaema)植物作进一步试验。从朝鲜天南星 ( A.consarguieum Schott)幼叶…     

拟南芥PUB10和PUB11基因抵抗丁香假单胞杆菌番茄致病变种DC3000株的功能分析

丁香假单胞杆菌Pseudomonas syringae pv tomato(Pst)DC3000是研究植物免疫机制的常用病原菌。为分析拟南芥E3泛素连接酶PUB10、PUB11在免疫中的功能,本研究构建了pub10/pub11双突变体。在分析拟南芥PUB10、PUB11序列相似性和进化关系的基础上,比较了pub10/pub11双突变体和Col-0对Pst DC3000的敏感性、MAPK磷酸化水平、ROS产生的影响,并检测JA信号响应途径和免疫防御相关的部分代表性基因的表达量。结果表明PUB10、PUB11氨基酸序列高度保守,pub10/pub11双突变体对Pst DC3000的侵染更敏感,侵染后叶片病原菌数目明显增多,MAPK磷酸化水平迅速下降,ROS释放量降低,JA信号响应基因(LOX3,JR2)、免疫防御负调控基因(NIMIN1,WRKY38,WRKY62,RIN4)表达量上升显著高于Col-0,而免疫防御正调控基因(AZI1,EDS1,PAD4,EDS5,FMO1,NPR1)表达量显著低于Col-0。由此推断,AtPUB10、AtPUB11在防御Pst DC3000中起正调控作用,并且存在功能冗余。研究结果为进一步探索PUB10、PUB11调控植物防御的分子作用机制和分子育种提供了依据。     

高粱抗蚜遗传研究进展

高粱(Sorghum bicolor)是世界上重要的粮食作物,也是饲用、工业和能源开发的重要原料.蚜虫是危害高粱生产的主要虫害之一.危害高粱的蚜虫主要包括麦二叉蚜(Schiza-phis graminum)和高粱蚜(Melanaphis sacchari).本文就蚜虫危害高粱的现状及防治策略,高粱的抗蚜遗传研究、以及高粱的抗蚜机制研究等方面的成果进行了综述,并对高粱抗蚜的研究前景进行了展望.     

转外源凝集素基因棉花对棉蚜的抗性鉴定

转外源凝集素基因棉花工程植株在蚜虫发生期稳定地表现出抗蚜性状,转化一代群体抗、感植株分离比例符合3∶1,抗蚜基因是以单一位点整合到棉花染色体组中。经过 4 个世代的抗蚜鉴定、自交纯合和选择,获得遗传组成纯合的转基因抗蚜虫棉花新品系。对3个转外源凝集素基因棉花品系、2个形态抗蚜品种(系)和 6 个常规品种(系)进行抗蚜性鉴定。结果表明,3个转外源凝集素基因品系对棉蚜的抗性均达到高抗水平;川抗 77 在生育期内均中抗棉蚜,川棉109在苗蚜期和恢复期感蚜,而在伏蚜期中抗棉蚜;6 个常规品种(系)皆高感棉蚜。利用三种接蚜处理对不同类型抗蚜品种(系)进行鉴定的结果相同,繁殖行间自然传播蚜虫省略人工接蚜环节,是开展转基因棉花抗蚜性鉴定的一种简便、高效的方法。     

营养物质与黄瓜叶片抗蚜关系的研究

为研究无毛黄瓜突变体的抗蚜机理,本试验选用抗感程度较稳定的2个黄瓜品种（无毛黄瓜突变体和对照大青把）,于苗期3叶1心期每株接种2头三龄期蚜虫,进行抗蚜性鉴定,并对接种前后叶片中可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸总量进行测定。试验结果表明,与对照相比,无毛黄瓜突变体具有明显的抗蚜性;无毛黄瓜突变体叶片中可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸含量均低,且接种7天后比接种前营养物质含量均降低,较低的营养物质含量不利于蚜虫的生长繁殖,起到抗虫效果。     

甘蔗ScPR10基因的克隆及其响应赤条病菌侵染的表达特征分析

PR10是一种病程相关蛋白(pathogenesis-relatedprotein,PR),在植物生长发育、应激生物和非生物胁迫时发挥重要作用。本研究利用RT-PCR技术从甘蔗赤条病抗病品种新台糖22号和感病品种闽糖11-610叶片克隆获得Sc PR10基因,并利用实时荧光定量PCR(RT-q PCR)、转录组和蛋白质组分析,研究在接种燕麦食酸菌燕麦亚种(Acidovorax avenae subsp. avenae, Aaa)之后这2个品种Sc PR10基因的转录和蛋白表达模式。序列分析显示,本研究克隆获得2个Sc PR10基因,编码187个氨基酸,比其他植物PR10蛋白多了27个氨基酸,含有保守结构域P-loop和Betv1;与已报道的甘蔗、高粱和斑茅的PR10亲缘关系较近。在Aaa胁迫下,RT-q PCR分析表明抗病、感病品种Sc PR10基因的表达量均显著上调,尤其在接种24 h时,表达量最高,分别为对照的27.2倍和39.7倍;转录组数据分析结果显示,该基因表达水平在抗病、感病品种上均显著提高,尤其在接种72h时,表达量最高,log2FC值为5.3～5.4。蛋白互作预测发现,...     

核盘菌诱导下甘蓝型油菜防御相关基因表达差异分析

菌核病是油菜主要病害, 至今尚未在油菜及相关植物中找到抗性基因。本研究利用qRT-PCR法比较了抗病品种宁RS-1和感病品种APL01在接种核盘菌后0~48 h内11个防御相关基因的表达差异, 以揭示抗病品种宁RS-1的抗病机制。结果表明, 4个基因(PGIP、Cu/ZnSOD、OXO和GLP)在核盘菌诱导前后抗、感品种内表达量均较高, 且抗病品种的表达量显著高于感病品种, 尤其是PGIP基因, 抗病品种宁RS-1在24 h的表达量为诱导前的170.4倍, 而感病品种仅为诱导前的3.5倍, 该时期抗病品种PGIP的表达量为感病品种的1299.4倍;2个基因(LOX2和PDF1.2)在诱导前后抗、感品种内的表达量均较低, 但抗、感品种间表达量差异显著;5个基因(FeSOD、PAL、EDS1、PR1和EIN3)诱导前后抗、感品种内的表达量均较低, 且抗、感品种间的表达量差异不显著。推测抗病品种宁RS-1对菌核病的抗性可能是由于PGIP的上调表达, 抑制了核盘菌PG蛋白对侵染部位油菜组织细胞壁的降解, 从而抑制了油菜菌核病的发生与蔓延。     

异源过表达Atvip1基因增强转基因高粱对盐碱胁迫的抗性

为了研究异源过表达Atvip1基因的高粱对盐碱胁迫的耐受性及相应生长情况,采用NaHCO_3∶Na_2CO_(3 )为5∶1,75 mmol/L,pH值9.63的盐碱胁迫液在高粱三叶一心期处理,在胁迫0,4,12,24,72,120 h对根系的生长指标、叶绿素含量、抗氧化酶活性以及MDA含量进行测定。结果表明:异源过表达Atvip1基因能缓解盐碱胁迫对高粱幼苗生长的伤害,可使幼苗根表面积和根体积增大,根尖数和分叉数增多,高粱主根褐化出现较晚且症状轻,侧根发生早且数量多,在72 h后仍能保证新叶正常伸展,对地上部生长影响较轻。过表达Atvip1基因可提高转基因高粱根系抗O_2~(-·)活力,降低MDA的含量,抗氧化酶活性增强;胁迫早期(4～12 h),SOD、CAT和GR作用明显;胁迫中期(24～72 h),所有酶均发挥作用;胁迫后期(120 h),CAT和GSH-PX起重要作用。盐碱胁迫差异转录组分析中,差异表达基因COG分析表明,防御机制在不同时间段中占比较大,获得抗氧化酶相关差异表达基因42个。异源过表达Atvip1基因可通过缓解盐碱胁迫对光合作用和生长发育的影响,降低活性氧破坏及膜损伤来提高转基因高粱对盐碱胁迫的抗性。     

甘蔗Ca~(2+)/H~+反向运转体基因的克隆与表达分析

CAX(Ca~(2+)/H~+antiporter)是植物细胞膜Ca~(2+)主动运输体系的一个大类。本研究以高粱的CAX1基因(GenBank登录号为XM_002441593)为探针,利用电子克隆并结合RT-PCR技术,获得甘蔗CAX1基因的1条cDNA序列,命名为Sc CAX1(GenBank登录号为KT799799)。生物信息学分析显示,ScCAX1基因全长784 bp,包含1个645 bp的开放阅读框,编码1个214个氨基酸的蛋白质。ScCAX1蛋白被定位于叶绿体类囊体膜,为稳定的疏水性蛋白,不存在信号肽。蛋白二级结构元件多为α-螺旋,具有1个Na_Ca_ex superfamily。实时荧光定量PCR分析表明,甘蔗ScCAX1基因的表达具有组织特异性,在各组织中均表达,但在茎中表达量最低,叶中的表达量最高。在PEG、NaCl、SA、ABA和Me JA胁迫过程中,ScCAX1基因的表达均受到调控。其中ABA、SA和PEG胁迫下表达量上调,均在胁迫24 h达到最大值。SA胁迫24 h的表达量为对照的5.47倍,而ABA胁迫24 h的表达量为对照的3.5倍。NaCl胁迫6 h的表达量达最大值,为对照的2.14倍。推测ScCAX1基因能够响应逆境胁迫,其表达可能与甘蔗的抗盐、抗渗透胁迫性状有关。     

GmMYB042基因对类黄酮生物合成的调控作用

MYB类转录因子是植物中最大的转录因子基因家族之一,广泛参与植物生长发育全过程,对植物次生代谢等具有重要的调控作用。本研究对大豆GmMYB042基因的表达特性和功能进行了系统的研究,针对该基因C端的保守氨基酸基序(PDLNLELTIS)和锌指结构进行了一系列的序列删除突变,并将各缺失突变体在烟草中进行了过表达,以验证目的基因及其特殊基序的功能。表达特性分析结果表明GmMYB042基因在大豆的根瘤、根、茎、叶、花、荚果皮和种子中均有表达,且在茎、种子和花中的表达量相对较高;GmMYB042基因在大豆中的表达受PEG、高盐、低温和UV-B辐射的诱导。过表达分析结果表明,GmMYB042基因的过表达使转基因烟草类黄酮代谢途径部分关键酶基因(如PAL、CHS和FLS)的表达量明显上升,转基因烟草总黄酮的含量明显高于对照;各缺失突变体的转基因烟草类黄酮代谢途径相应酶基因的表达量发生相应的变化,进一步证明目的基因对类黄酮生物合成的调控作用;各缺失突变体的转基因烟草的叶缘有明显的皱褶,说明目的基因可能还参与调控叶的形态建成。     

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.     

拟南芥G蛋白α亚基GPA1互作蛋白铜离子结合蛋白AtBCB的鉴定及功能分析

拟南芥G蛋白复合体(异源三聚体包括α、β、γ亚基)参与植物多个信号转导途径,G蛋白复合体通过膜上的G蛋白偶联受体(GPCR)接受胞外信号后通过3个亚基将信号传递给下游效应器。目前,有关植物G蛋白复合体的效应器及其信号传递途径的报道较少,寻找新的G蛋白的效应器有助于阐明G蛋白复合体相关的信号传导途径。本研究以拟南芥G蛋白α亚基GPA1为诱饵蛋白,利用泛素分离系统筛选拟南芥cDNA文库,获得一个与GPA1互作的铜离子结合蛋白AtBCB。荧光双分子杂交(BiFC)试验证明,GPA1与AtBCB的互作发生在细胞膜上。基因表达特性分析结果显示,GPA1和AtBCB受金属铝胁迫的诱导表达。进一步以野生型拟南芥(WT)、GPA1拟南芥突变体gpa1-4和AtBCB拟南芥突变体bcb为材料,研究该基因对植物耐金属铝胁迫的功能,结果显示,在无胁迫情况下,2个突变体和WT根部的丙二醛含量无显著差异;在100 µmol L^–1 Al³⁺处理下,gpa1-4突变体根部丙二醛含量显著(P<0.05)低于WT低;bcb根部丙二醛含量极显著(P<0.01)高于WT。对3个铝胁迫响应基因(苹果酸转运体基因AtALMT1、半类型ABC转运蛋白基因ALS1和ABC转运蛋白基因ALS3)的表达进行Real-time PCR分析,比较它们在突变体和野生型之间的表达差异,发现在有铝和无铝处理情况下,ALS1和ALS3的表达水平在突变体和WT间均无显著差异;在铝处理下,gpa1-4中AtALMT1的表达量极显著高于WT;在bcb中的表达量显著低于WT。以上结果表明,植物通过细胞膜上的G蛋白α亚基GPA1和铜离子结合蛋白AtBCB的相互作用调控下游基因AtALMT1的表达,参与植物对铝胁迫的响应,其中GPA1对铝胁迫耐受起负向作用,AtBCB对铝胁迫耐受起正向作用。     

麦长管蚜（Sitobion avenae F.）危害对春小麦面粉品质性状及面团流变学特性的影响

选用2个抗麦长管蚜(Sitobion avenae F.)小麦材料及4个感蚜材料, 利用人工接种方法研究了该蚜虫危害对小麦面粉品质的影响。结果表明, 蚜虫取食对面粉颗粒度没有显著影响, 但可引起小麦面粉灰分含量显著增加, 蛋白质含量、SDS沉降值、面团筋力、膨胀指数、面团延伸性、面团弹性、弹性指数显著降低, 从而降低面粉品质。抗蚜小麦04-9284、C272及感蚜硬质小麦甘春20部分品质指标不发生变化或变化程度低于其他3个感蚜软质小麦。5个软质小麦蚜量高峰值与膨胀指数、面团弹性、SDS沉降值、面团筋力和蛋白质含量品质的降低幅度呈正相关, 相关系数分别为0.9968、0.9619、0.9310、0.9108和0.8886, 均达显著水平; 与灰分含量、面团延伸性和弹性指数相关性不显著。甘肃兰州拉面专用品种甘春20在高密度蚜虫危害后, 面粉品质下降, 但依然符合该专用粉的最适品质要求。     

柽柳MnSOD基因

在环境胁迫下,植物体内活性氧(ROS)的大量积累会对其本身产生毒害作用。SOD酶在清除这些活性氧化酶机制中发挥关键作用。大量研究表明,MnSOD可有效增强转基因植物抵抗氧化胁迫的能力。我们从抗逆性较强的木本植物紫杆柽柳中克隆到一个新的MnSOD基因,并将该全长基因在GenBank上注册,其登录号分别为AY573576(基因序列)和AAS77885(氨基酸序列)。这将为研究木本植物的抗逆机理和该酶在抗逆基因工程中的应用奠定基础。