木薯MYB转录因子基因MeMYB60表达特征分析及其互作蛋白筛选

Myeloblastosis (MYB)类转录因子在植物对非生物胁迫的响应过程中起重要调控作用。本研究在分析栽培木薯MYB家族成员表达模式的基础上,筛选并克隆到了一个R2R3-MYB转录因子基因MeMYB60。基因表达特性分析表明,该基因在叶片特异表达,受干旱、低温负调控,同时对ABA处理也有响应。启动子活性分析发现,MeMYB60可以在保卫细胞表达,预示着该转录因子基因的表达可能与木薯气孔开闭调节有关。MeMYB60编码蛋白主要定位于细胞核中,具有转录激活活性,其转录激活结构域在蛋白C端第194～343氨基酸残基范围内。以MeMYB60蛋白N端第1～194氨基酸残基片段为诱饵,从干旱胁迫后木薯叶片的cDNA文库中筛选到18种可能与MeMYB60互作的蛋白,酵母双杂确定了MeCatlase1和MeCatalase2分别与MeMYB60存在互作关系。本研究为深入研究转录因子MeMYB60在木薯响应非生物胁迫过程中的功能并解析其调控网络奠定了基础。     

小麦光敏色素互作因子TaPIF4基因的克隆与表达分析

为研究小麦光敏色素互作因子TaPIF4基因的结构、特性以及在小麦中的具体功能,从小麦中克隆TaPIF4基因并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析该基因在48 h内的节律表达及在低温、干旱、高盐和脱落酸(ABA)处理条件下的表达模式,推测其可能参与的生物学过程。结果表明,TaPIF4基因的开放阅读框为1 053 bp,编码350个氨基酸,所编码的蛋白在C端含有1个b HLH结构域。TaPIF4蛋白的b HLH结构域保守程度高,在进化关系上与粗山羊草的PIF4-like蛋白最近。TaPIF4基因的表达具有昼夜节律性,在光照条件下表达量低,在黑暗条件下表达量高。TaPIF4基因在外源ABA处理下表达被明显抑制;在干旱处理下,短时间内其表达量升高,之后下降;冷处理下,表达模式与干旱处理相反;盐处理下,其表达无明显规律。推测TaPIF4基因可能参与植物ABA、干旱、低温胁迫的信号通路。     

植物干旱响应生理对策研究进展

干旱是影响植物生长的重要环境因素之一。植物在干旱胁迫下的响应策略一直是抗旱生理的研究热点。本研究综述了干旱胁迫下植物抗旱基因转录调控、渗透调节、活性氧清除、保护蛋白以及形态结构等方面的响应机制,并对未来植物抗旱研究提出了几点建议：结合转录组学、蛋白质组学等手段挖掘机理;加强干旱与其他环境因子复合胁迫效应对植物生长发育影响的研究。     

査尔酮合成酶基因及其分子进化研究进展

查尔酮合成酶基因在植物苯丙氨酸代谢途径中的作用至关重要,直接或间接影响着植物代谢产物合成、抗性调节、花色形成等生理生化过程。为了进一步加强对查尔酮合成酶基因功能的发掘与利用,本文综合归纳了査尔酮合成酶基因及其克隆、遗传多样性和分子进化等方面研究进展,得出查尔酮合成酶基因克隆采用的主要方法,进而指出査尔酮合成酶基因分异进化研究的未来方向,同时为特色基因资源开发方面研究提供技术资料检索帮助和研究方法参考。     

软枣猕猴桃LDOX基因结构特征分析及蛋白互作网络构建

本研究为揭示软枣猕猴桃中无色花色素双加氧酶(leucoanthocyanidin dioxygenase, LDOX)基因结构及其功能。运用生物信息学方法对软枣猕猴桃LDOX核苷酸及氨基酸序列进行深入分析,构建LDOX基因的蛋白互作网络,并进行GO及KEGG功能注释分析。结果显示:软枣猕猴桃与野茶树、以南高丛蓝莓、蓝莓、金银花及胡萝卜亲缘关系较近,含有10个保守基序。顺式调控元件主要参与ABA信号途径、响应干旱应答,厌氧诱导、赤霉素、生长素响应因子、Me JA反应、低温响应、光刺激应答响应元件。LDOX理化性质及结构分析表明,其为亲水性蛋白,未发现信号肽及跨膜结构区域,主要包括Ser磷酸化位点(13个)、Thr磷酸化位点(12个)及Tyr磷酸化位点(6个)。含有两个O-糖基化位点(Thr4和Thr323),并且在107～109残基位置存在Asn107N-糖基化位点。48～347 bp处含有2-酮戊二酸-Fe2+-双加氧酶家族(20G-FeⅡOxy)保守结构域,二级结构主要以无规则卷曲(43.10%)为主。LDOX和F3H、UFGT、FLS及PAL等蛋白之间存在一定互作关系,参与类黄酮生物合成及代谢过程,主要在植物型液泡膜中发挥作用,并且具有调控催化活性及氧化还原活性分子功能。LDOX基因高度保守,在类黄体酮通路中发挥重要的调控作用,为进一步深入探讨软枣猕猴桃LDOX基因功能机制提供了理论依据。     

植物响应干旱的转录组学研究进展

转录组测序技术,能从mRNA水平全面地研究物种基因功能及特定的生物学过程,利用该技术能研究植物在干旱逆境下所有基因的表达水平情况,有助于揭示植物对干旱的应答机理。本研究综述了利用转录组技术揭示的干旱胁迫下植物信号转导、内源激素、光合作用、活性氧清除、渗透调节、次级代谢、细胞壁构建等途径中的差异基因表达情况,并展望了今后的研究趋势,以期为植物干旱研究提供参考。     

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。     

拟南芥H~+_-焦磷酸化酶AVP1互作小GTP结合蛋白AtRAB的特性鉴定与功能分析

以拟南芥AVP1为诱饵,采用膜蛋白酵母双杂交系统筛选拟南芥cDNA文库,获得一个与AVP1互作的小GTP结合蛋白AtRAB。酵母互作试验表明,AVP1和AtRAB存在互作;双分子荧光互补实验(BiFC)证明,AVP1和AtRAB能在质膜和细胞核上发生相互作用。野生型拟南芥(WT)、AtRAB和AVP1的拟南芥突变体rab和avp1在高盐胁迫条件下,随着NaCl浓度的加大,突变体rab和avp1的表型变化相似,相对于WT都表现为根长缩短,侧根数减少;在低磷处理条件下,随着磷浓度的逐渐降低,2个突变体的表型相似,相对于WT同样表现为根长缩短,总根面积减少,侧根数减少;在相同磷浓度条件下,突变体rab对胁迫的反应比avp1强;在低钾处理条件下,随着钾浓度的降低,2个突变体的表型与在低磷胁迫处理条件下的表型相似。结果说明,AVP1和AtRAB可以在细胞膜和细胞核上相互作用,AtRAB能够影响植物对离子的吸收,AVP1和AtRAB的突变体在高盐、低磷和低钾等胁迫条件下表型变化相似,证明了2个基因都正向调控植物对高盐、低磷和低钾胁迫的反应,它们属于同一信号途径。     

干旱胁迫下植物的信号转导及基因表达研究进展

干旱是影响植物生长的主要因素之一,研究植物在干旱胁迫下的反应机制具有重要的现实意义。ABA、H2O2和NO在植物响应干旱胁迫反应中可能作为信号分子的作用。在干旱胁迫下,植物由“渗透感受器”感受外界胁迫信号。通过第二信使及其下游蛋白激酶级联传导反应,调控了一系列基因的表达。根据干旱信号转导过程中胁迫相关基因的表达是否依赖ABA,存在依赖ABA和非依赖ABA两途径。综述了植物干旱胁迫信号的感知、传递及其诱导的基因表达调控等方面的研究进展,对植物抗旱性的分子机理进行了展望。     

3种干旱指标在陕西黄土高原的应用对比分析

为了提高干旱监测的准确性,实现气象干旱国家标准提供的干旱监测指数在陕西黄土高原地区的应用,运用陕西黄土高原地区68个气象站1971—2010年逐月气温和降水资料,采用累积频率法对3种干旱指标的阈值进行修正,并利用历史上出现的旱灾实况进行了指标的对比分析。结果表明：3种干旱指标监测的年干旱演变趋势基本一致,干旱站次数出现多的年份与当地历史典型大旱年记录非常吻合。对同一次干旱过程,干旱监测结果基本一致。订正后的指标解决了SPI监测结果偏重,而Ci偏轻的不足,对Pa按照降水量的年内变化特征,分区域逐月给出订正指标,监测结果更加客观地反映旱情状况。     

基于GIS的赤峰市干旱灾害风险区划与分析

为了提升干旱灾害风险管理和决策水平,减轻灾害造成的损失,通过采用自然灾害风险评价的理论和方法,利用赤峰市1981-2010年的气象观测资料和历史干旱灾害资料,综合12个县（区、旗）的自然、社会经济、防灾减灾等数据,以及1:50000地理信息数据,得出干旱灾害风险指数,并基于GIS技术绘制出干旱灾害风险区划图。结果表明：综合不同阶段的干旱风险指数,翁牛特旗和林西县的干旱风险指数最高,克什克腾旗、喀喇沁旗和宁城县的风险指数最低。     

不同耐旱性青稞叶片差异蛋白分析

为从蛋白质水平揭示不同青稞品种响应干旱胁迫的差异,分析抗旱蛋白质分子机制,本研究以干旱胁迫不敏感的旱地紫青稞(HDZ)和干旱胁迫敏感的大麻青稞(DM)为研究材料,以盆栽限量供水种植方法,对干旱处理不同梯度的青稞叶片进行叶绿素、可溶性蛋白、丙二醛含量及相对电导率4项生理指标的测定,同时利用iTRAQ技术对深度干旱胁迫青稞叶片全蛋白组进行差异蛋白分析。结果表明:随着干旱处理时间的延长,两种青稞的叶绿素和可溶性蛋白含量逐渐下降,电导率及丙二醛的含量逐渐升高,在相同处理条件下,大麻青稞的叶绿素和可溶性蛋白含量降低幅度、电导率及丙二醛含量的增高幅度明显高于旱地紫青稞;对两个青稞品种的干旱胁迫和正常培养的比较组进行iTRAQ分析,共定量出4163个蛋白(多肽),其中旱地紫青稞比较组中对比正常培养,筛选到表达上调的蛋白68个,下调的蛋白63个,在大麻青稞的比较组中筛选出表达上调蛋白21个,下调蛋白32个。KEGG通路分析表明,富集程度位于前3位的通路是代谢、氨基酸的生物合成以及次级代谢产物的生物合成,主要涉及到柠檬酸循环、碳循环等代谢通路,丙氨酸、精氨酸等氨基酸的合成降解以及花生四烯酸、亚麻酸等次级代谢产物的合成。本研究从蛋白组水平筛选了青稞干旱胁迫响应相关的代谢通路和其他相关功能的蛋白,为揭示青稞干旱胁迫的应答分子调控机制提供了一定的理论基础。     

作物耐旱性生理生化指标研究进展

研究农作物耐旱性对农业生产具有重要意义。本研究从光合作用、呼吸作用、渗透调节、植物内源激素、抗氧化防御系统等方面综述了农作物耐旱性在生理生化方面的研究进展,并进一步阐明了各生理生化指标的变化规律与作物耐旱性强弱之间的关系,为今后进一步的研究农作物耐旱性提供了理论依据。     

逆境诱导开花调控机理的研究进展

表观遗传修饰可以影响植物生长和发育的多个方面,是植物响应环境和发育调控的重要方式。开花同样受到环境和发育的调控,保证植物在逆境条件下也能完成生命周期。笔者简述了植物在非生物胁迫（例如寒冷、干旱和高盐等）条件下的表观遗传变化,及其开花调控的最新研究进展。这些表观遗传修饰主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰,在植物的生长发育过程中,开花的表观遗传修饰与逆境响应的表观遗传修饰之间存在重要的联系,植物可能通过相同的表观遗传因子或途径同时调控开花和逆境响应。     

5种杨树无性系叶片解剖结构的抗旱性研究

为探索杨树抗旱性生长的途径,对新疆现引进的斯大林杨、抗盐碱杨、抗虫杨、北美速生杨、银新杨等5个杨树无性系叶片进行石蜡切片解剖结构观测,并用模糊数学的隶属函数法对叶片上表皮厚度、栅栏组织、海绵组织、叶片组织结构紧密度、疏松度等8项叶片抗旱性指标进行抗旱性综合评价。结果表明,5种杨树的抗旱性顺序为：斯大林杨>抗虫杨>抗盐碱杨>银新杨>北美速生杨。同时,运用灰色关联分析法对5种杨树抗旱性与8项叶片指标进行相关性分析,揭示各指标的抗旱性。表明植物叶对干旱的适应都经历着不同的途径,同时在表现方式上也各不相同。     

辽宁省旱灾的分布特征及其成因分析

为了研究辽宁省旱灾分布特征及其形成的主要原因,以便采取相应的对策建议。利用辽宁省1949—2009年的基本气象数据和干旱灾情资料,分析了旱灾发生的主要原因、旱灾的区域和季节分布特征。结果表明,从时间分布上看,旱灾发生的时间相对集中,多发生在春夏季,且连续发生。春旱发生的频率最高,夏旱次之,季节连旱发生的频率最低;从空间分布上看,旱灾成片发生,带状分布明显,区域性较强,辽西旱灾发生次数最多,辽南次之,中部平原区最少。降水量季节分布特征是发生干旱的主要原因。     

水稻抗旱性遗传育种与节水抗旱栽培

水稻抗旱性研究是当前水稻研究的热点问题,培育抗旱性水稻品种并实现品种的节水抗旱栽培对于节约水资源、实现水稻的稳产高产都具有重要意义。有关水稻抗旱性的研究,国内外科研工作者分别就抗旱性指标、抗旱性生理生化机制、抗旱性及相关性状基因定位及克隆等方面做了大量的研究工作,并取得了积极的研究成果。综述了水稻抗旱性的遗传定位、基因克隆,品种的选育方法及国内外在抗旱性品种选育上取得的成绩,概述了节水抗旱栽培技术,并对当前水稻抗旱性研究进行了总结,这将为今后水稻抗旱性的进一步研究提供参考。     

逆境胁迫下植物 DNA甲基化及其在抗旱育种中的研究进展

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传现象,通过多种甲基转移酶的作用,能够在不改变DNA序列的情况下调节植物基因组的功能。此外,DNA甲基化能够对多种环境刺激做出迅速的反应,帮助植物应对不同的环境胁迫。由于DNA甲基化的变异可以遗传给后代,这种类似于经典遗传学的特性使其为植物育种中的应用提供了可能。对植物DNA甲基化的特点和变异的发生以及DNA甲基化在植物多种逆境胁迫下的研究进展等方面进行了总结和综述,并探讨了DNA甲基化在植物抗旱性育种中的应用前景。在将来的研究中可利用DNA甲基化/去甲基化抑制剂处理创造突变材料,创造抗旱性新种质;同时深入开展植物DNA甲基化与抗旱机制研究,开发新型甲基化分子标记用于抗旱分子育种实践。