茶树CsbZIP4转录因子正调控拟南芥对盐胁迫响应

bZIP转录因子是真核生物中一类多功能蛋白家族,参与种子成熟、光信号调节、胁迫响应等多种生物学过程,拟南芥中根据序列相似性和保守域主要分为10个亚家族(A-I和S)。本文以茶树的C亚家族转录因子CsbZIP4为研究对象,调查非生物胁迫下的表达模式,及转化拟南芥后CsbZIP4过表达对耐盐性的影响。结果显示,在4℃低温、外源ABA、盐和干旱胁迫处理后,CsbZIP4的表达在茶树叶片中呈上调模式,特别是在盐和干旱胁迫下其表达分别上调2.9倍和2.2倍;而在根中,低温、盐和干旱胁迫均能显著抑制CsbZIP4的表达,其中盐胁迫能将其表达抑制2倍;荧光显微镜下观察CsbZIP4-GFP融合蛋白,将CsbZIP4定位于细胞核中;CsbZIP4的过表达能够降低转基因株系种子萌发时对外源ABA、盐胁迫的敏感性,在300mmolL~(-1)NaCl盐胁迫下,转化拟南芥植株过表达CsbZIP4增强抗性,其叶片的SPAD值较高,同时过表达株系中盐胁迫响应基因AtSOS1的表达显著增强。根据CsbZIP4正调控拟南芥的盐胁迫响应,推断CsbZIP4与茶树抵御盐胁迫密切相关。     

玉米A亚族bZIP转录因子基因ZmbZIP81的克隆、表达与功能分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)蛋白是真核生物所特有的一类转录因子,对于植物在逆境下的基因表达调控具有重要作用。为丰富对玉米bZIP转录因子功能的认识,本研究以从玉米中克隆到的一个A亚族bZIP转录因子编码基因ZmbZIP81为对象展开。ZmbZIP81基因位于玉米第6染色体,编码区全长2492 bp,由4个外显子和3个内含子组成,编码蛋白含254个氨基酸。研究表明ZmbZIP81基因表达受外源ABA、NaCl和干旱胁迫诱导。过表达该基因的拟南芥植物表现出ABA不敏感和NaCl胁迫抗性增强的表型,推测ZmbZIP81可能作为ABA信号途径的负调控因子参与植物抗逆基因表达调控网络。     

玉米D亚族bZIP转录因子基因的数据库挖掘、分析、克隆与表达

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是真核生物特有的转录因子家族,在高等植物基因表达与调控中起重要作用。本文通过对玉米基因组数据库中收录的全长cDNA序列全基因组范围的bZIP分析,发现其中25个序列编码D亚族bZIP转录因子。针对这些序列进行生物信息学分析、染色体分布和直系同源组的分类分析,发现部分序列可能是由同一基因座编码,但不同方式剪切形成的。对部分基因克隆和测序发现了更多的剪切形式。定量检测其中3个基因在ABA和干旱胁迫条件下的表达发现,其中1个受ABA诱导,2个受ABA抑制,但均不受干旱胁迫影响。表明玉米中D亚族基因可能参与ABA响应。     

东亚砂藓bZIP转录因子RjbZIP基因的克隆及表达分析

为研究b ZIP转录因子在苔藓植物中的生物学功能,以东亚砂藓转录组测序获得的一个与b ZIP转录因子同源性较高的基因片段为基础,采用RT-PCR技术克隆得到该基因的c DNA全长序列,命名为Rjb ZIP。该基因c DNA全长为1 477 bp,包含1个1 422 bp的开放阅读框,编码473个氨基酸,预测蛋白分子量为5.114 k Da,等电点为6.97。Rjb ZIP蛋白属于不稳定蛋白,无跨膜区和信号肽结构,亚细胞定位于细胞核。该蛋白含有典型的b ZIP结构域,该结构域包含一个亮氨酸拉链区,一个碱性结构域和一个谷氨酰胺丰富区。实时荧光定量PCR分析显示,在快速脱水、缓慢脱水和脱水后复水处理过程中,东亚砂藓Rjb ZIP基因均能被诱导表达,且对脱水后复水的反应更为迅速,推测该基因参与东亚砂藓抵抗逆境胁迫的应答,为后续进一步研究其功能特征奠定了基础。     

向日葵盐诱导HD-Zip类转录因子HB-12的克隆及表达分析

HB转录因子家族基因在植物生长、发育、生物和非生物胁迫中发挥着重要作用。根据已知序列Unigene551_All设计引物,利用SMARTer RACE技术从向日葵中克隆了一个HD-Zip类转录因子HB-12,该基因全长cDNA序列821 bp,包括长度为573 bp的开放阅读框,编码190个氨基酸。预测该蛋白的分子量和等电点分别为22.55 kD和5.58,具有一个同源异型框结构域(homeobox domain,HD)和一个同源异型框结合类亮氨酸拉链结构域(homeobox associated leucine zipper domain,HALZ),属于向日葵HD-ZipⅠ类蛋白,基因登录号为KU315052。HB-12蛋白不存在跨膜域,亚细胞定位预测其可能位于细胞核。聚类分析发现向日葵HB-12与茄科作物马铃薯和番茄HB-12基因亲缘关系较近。利用PCR技术扩增了HB-12全长cDNA对应的g DNA序列,该序列自起始密码子ATG至终止密码子TAA长度为652 bp,由2个外显子和1个内含子组成,基因登录号为KU315053。Real-time PCR结果表明,HB-12在向日葵根、下胚轴和叶中的表达存在器官特异性,且受盐、ABA及PEG的诱导表达。HB-12基因的克隆及表达分析为向日葵抗逆分子育种和功能研究奠定了基础。     

陆地棉耐盐相关基因GhERF79的克隆与分析

利用RACE-PCR技术克隆陆地棉ERF基因的全长cDNA,命名为GhERF79,该cDNA长度为980 bp,含有一个完整的ORF(Open reading frame)为756 bp,编码251个氨基酸的多肽;亚细胞定位显示该基因表达产物定位于细胞核中,生物信息学分析表明GhERF79属于ERF转录因子家族内的A-1亚族。Real-time PCR分析结果表明,GhERF79的表达受盐胁迫和植物激素诱导,该基因在耐盐材料中9806中的诱导表达水平显著高于盐敏感材料中棉所12;外源激素ABA(Abscisic acid)、ET(Ethylene)、MeJA(Methyl jasmonate)可以显著诱导GhERF79的表达,推测其可能在棉花响应盐胁迫途径中发挥重要功能。     

大豆TGA转录因子基因GmTGA26在盐胁迫中的功能分析

TGA转录因子是bZIP的一个亚家族,在病原体和非生物胁迫反应中发挥重要作用。本研究在大豆中筛选并克隆得到1个TGA转录因子家族基因GmTGA26,同源蛋白比对表明GmTGA26具有保守的亮氨酸拉链结构域,与野生大豆同源性最高。基因表达特性分析表明, GmTGA26在大豆中受盐胁迫诱导表达。此外, GmTGA26编码核定位蛋白并且具有转录激活活性。通过发根农杆菌介导的大豆毛根转化,得到过表达GmTGA26的“复合体”大豆植株,在盐胁迫条件下,与空载体对照相比,“复合体”大豆植株生长状态更好,丙二醛含量和相对质膜透性明显降低(P<0.05),而叶绿素含量和根系活力则有显著的升高(P<0.05)。qRT-PCR结果表明,盐胁迫条件下在大豆毛状根中过表达GmTGA26可显著上调胁迫响应基因的表达。以上结果表明,过表达GmTGA26显著增强了“复合体”大豆植株的耐盐能力。推测GmTGA26通过调控下游一系列胁迫响应基因从而参与调控大豆盐胁迫应激反应过程。     

1个新棉花bHLH类基因GhbHLH130的克隆及表达分析

近年来,已发现碱性/螺旋-环-螺旋(basic/Helix-Loop-Helix,bHLH)类转录因子家族在植物的生长发育调控中发挥重要作用。本研究通过电子克隆方法得到1个新的棉花bHLH类转录因子基因的全长序列,利用反转录-PCR技术从陆地棉中分离出1个bHLH类转录因子基因,并命名为GhbHLH130。该基因包含1个552 bp的开放阅读框,编码184个氨基酸残基。序列分析表明GhbHLH130蛋白包含1个螺旋-环-螺旋(Helix-Loop-Helix)保守结构域,属于bHLH转录因子家族。实时荧光定量分析结果表明GhbHLH130基因的表达受干旱、高盐、低温以及外源脱落酸的显著诱导。亚细胞定位结果表明GhbHLH130基因在细胞核内表达。本研究结果表明GhbHLH130基因可能作为调控基因参与棉花的逆境应答响应过程。     

拟南芥bZIP基因家族系统发育树比较分析

bZIP蛋白是植物中特有的一类转录因子,包含亮氨酸拉链结构域和碱性结构域两部分。在种子贮藏基因表达、光形态发生及器官建成以及植物对ABA、光、厌氧生活和发育信号的反应中,bZIP蛋白家族对调节基因的表达都起到重要的作用。对已鉴定出的78个拟南芥bZIP基因(包括-like)中72个bZIP基因(不包括-like和假设蛋白),利用系统发育树分为8个组,以期进一步探讨进化组中的生物特征和功能。     

茶树生长素响应因子基因CsARF1的克隆与表达分析

生长素响应因子(ARFs)是能够与生长素原初反应基因启动子区的生长素响应基元(TGTCTC)特异结合的一类转录因子,调控生长素应答基因的表达。采用SMART-RACE-PCR技术,获得茶树生长素响应因子基因CsARF1的全长cDNA序列(GenBank登录号为JX307853),并进行了生物信息学分析和表达分析。CsARF1基因cDNA全长3222 bp,包含2463 bp的开放阅读框(ORF),编码820个氨基酸残基。编码蛋白的分子量为49.35 kD,具有保守的N端DNA结合域B3和C端二聚化结构域IAA_ARF,中间区域富含谷氨酸、丝氨酸和亮氨酸,是一个定位于细胞质的具有激活转录功能的可溶性蛋白。相似性及系统进化分析表明,该基因编码的氨基酸序列与葡萄ARF8的相似性最高(83%),与番茄ARF8的亲缘关系最近。利用实时荧光定量PCR技术,检测该基因在茶树越冬芽休眠到萌发后不同时期的表达情况。结果显示CsARF1在茶树越冬芽深休眠和萌动期表达量较高,表明该基因与茶树越冬芽的休眠维持及解除密切相关。     

转GmAREB基因提高拟南芥的干旱、氧化胁迫耐性

以耐盐性较强的大豆(Glycine max L.)品种铁丰8号为试验材料,克隆到1个A亚族bZIP类转录因子基因,命名为GmAREB (Glycine max ABA responsive element binding protein)。该基因由1 317个核苷酸组成,编码439个氨基酸残基,包括4个保守的磷酸化位点区域(C1、C2、C3和C4)、1个核定位信号区(KVVE)和1个bZIP转录因子保守域。聚类分析显示GmAREB蛋白与拟南芥ABF2、水稻OsTRAB1具有较高的同源性,并存在较近的亲缘关系。采用凝胶阻滞实验方法证明GmAREB蛋白与ABRE顺式元件具有体外结合特异性。功能分析结果表明, 在干旱胁迫条件下, GmAREB转基因拟南芥的存活率(50%)显著高于野生型(5%);气孔统计分析显示转基因植株的气孔开度(0.8 μm)明显比对照开度小(2.6 μm)。氧化胁迫结果显示GmAREB转基因拟南芥在甲基紫精溶液中叶绿素含量比野生型高(7.3 mg g^–1 FW)。转基因拟南芥RT-PCR分析表明,GmAREB基因过表达能够增强下游胁迫相关基因ABI1、ABI2的表达,抑制气孔开闭相关基因KAT1、KAT2的表达。综上所述,GmAREB基因过表达有效调控了转基因拟南芥下游靶基因表达,加速了气孔关闭,减少了水分蒸发和叶绿素降解,从而提高了转基因拟南芥对干旱、氧化胁迫耐性。     

茶树中性/碱性转化酶基因CsINV10的克隆与表达分析

基于课题组前期对茶树冷驯化系统的转录组测序分析结果,从中挑选出6条与中性/碱性转化酶基因高度相似的EST序列,电子拼接和RT-PCR验证后获得一条全长为2101 bp的核酸序列。该基因包含1923 bp的ORF,编码640个氨基酸,蛋白分子量为71. 8 kD,理论等电点（pI）为5.69。根据BlastX同源性比对显示该基因与荔枝LcNI相似性最高（80%）,为G100家族成员,属于中性/碱性转化酶基因,将其命名为CsINV10（GenBank登录号为KT359348）。对CsINV10氨基酸序列的系统进化树分析显示,其与木薯MeNINV8亲缘关系最近。进一步分析显示,CsINV10的氨基酸序列无N端信号肽,无跨膜结构域,属于亲水性蛋白,并定位在叶绿体上。荧光定量PCR分析表明,CsINV10具有组织表达特异性,在茶树叶和花中的表达量最高,根系中最低。分析发现,低温（4℃）、干旱和盐胁迫分别处理茶树1 d后,成熟叶片中CsINV10的表达呈逐渐上升趋势;而在ABA条件处理下,该基因呈先升高后降低趋势,在处理5 d后基本不表达,表明该基因可能参与茶树对多种逆境胁迫的响应,这为后续进一步研究转化酶基因在茶树抗寒等逆境胁迫中的作用奠定基础。     

大赖草6-SFT基因的克隆及其转基因烟草抗旱和抗寒性分析

果聚糖合成酶(6-SFT)在植物抵御逆境胁迫中起重要作用。利用RACE结合RT-PCR技术从大赖草(Leymus racemosus中克隆到6-SFT基因,其完整开放阅读框为1863 bp,被命名为Lr-6-SFT (GenBank登录号KT387273),编码620个氨基酸,其推导氨基酸序列含有保守的果糖基转移酶结构域。氨基酸序列比对及进化树分析表明,大赖草6-SFT与华山新麦草、普通小麦、西尔斯山羊草和大麦6-SFT具有高度相似性。采用基因重组技术构建p1300-35SN-Lr-6-SFT表达载体,利用农杆菌介导法将该载体转入烟草品种W38中。对经过抗性筛选、PCR和RT-PCR验证的转基因植株进行抗旱和抗寒性鉴定,发现转基因植株与对照相比,抗旱和抗寒性明显增强;在逆境胁迫条件下,转基因植株的果聚糖、可溶性糖、脯氨酸含量都显著高于对照,而丙二醛的含量显著低于对照。本研究表明,Lr-6-SFT基因是典型的GH32家族成员,, 2n= 4x = 28, NsNsXmXm)其表达能够提高烟草对干旱和寒冷胁迫的抗性。     

拟南芥bZIP1转录因子通过与ABRE元件结合调节ABA信号传导

ABA作为一种重要的植物激素和生长调节剂,介导了高等植物在营养生长阶段对各种外界环境的响应和适应。bZIP类转录因子可以通过ABA依赖途径和ABA非依赖途径调节植物的生长发育和对非生物胁迫的耐性。本研究通过AtbZIP1 T-DNA插入突变的拟南芥植株ko-1 (SALK_059343)和ko-2 (SALK_069489C)在ABA处理后的表型实验,验证了AtbZIP1参与ABA依赖的信号传导通路。采用“三引物法”,分别在DNA水平和RNA水平通过PCR和RT-PCR验证了AtbZIP1基因在拟南芥突变体中的沉默效果。定量分析数据表明,在种子萌发阶段,经过0.6 μmol L^–1 ABA和0.8 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株萌发率和叶片展开/绿色率比野生型植株高,在幼苗生长阶段,经过50 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株根长比野生型植株长。为了确定AtbZIP1基因参与ABA信号传导是否依赖于ABRE元件,在大肠杆菌中表达了AtbZIP1 HIS6融合蛋白,并设计了核心序列为CACGTG的ABRE元件。凝胶阻滞电泳结果表明AtbZIP1融合蛋白可以与ABRE元件特异性结合。半定量RT-PCR分析表明,AtbZIP1基因的缺失改变了下游的ABA响应基因的表达。该结果表明AtbZIP1可以通过与ABRE元件结合调节植物对ABA处理的敏感性和下游ABA响应基因的表达,从而参与植物的ABA信号传导通路。     

甘蔗ABA信号转导关键酶SoSnRK2.1基因的克隆与表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶(SnRK)是植物体内ABA信号转导途径的关键调控酶, 在植物的抗逆境生长过程中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR和RACE-PCR技术克隆出编码甘蔗SnRK2蛋白的基因SoSnRK2.1。该基因cDNA序列全长为1385 bp, 包含一个1002 bp的开放阅读框(ORF)。根据氨基酸序列预测SoSnRK2.1基因编码333个氨基酸残基, 与其他高等植物中相关蛋白的氨基酸具有高度的相似性, 尤其是与禾本科的玉米和水稻。构建该基因的原核表达载体pET-SoSnRK2.1, 在IPTG诱导下可得到38 kD 左右的蛋白, 与理论值一致。实时荧光定量PCR分析表明, SoSnRK2.1基因在ABA、干旱(PEG)+ABA、干旱(PEG)、NaCl、低温(4℃)和H₂O₂外源胁迫下均呈诱导表达的趋势。推测该基因参与调控干旱、高盐和低温等胁迫过程, 在甘蔗抗逆境胁迫中起重要作用。     

条锈菌诱导的小麦bZIP转录因子基因的克隆及表达分析

采用电子克隆和RT-PCR方法,从条锈菌诱导的小麦品种水源11的cDNA中分离到一个编码bZIP转录因子基因的cDNA序列,暂被命名为TabZIP。TabZIP包含一个完整的1 071 bp的开放阅读框,编码356个氨基酸,具有典型的bZIP保守结构域;与水稻、玉米、拟南芥等植物bZIP蛋白的氨基酸序列相似性较高;TabZIP基因在小麦根中的表达量丰富,而在茎和叶中表达量很小;在小麦与条锈菌非亲和组合中,TabZIP基因高水平表达,而在亲和组合中没有明显的变化;防卫相关激素乙烯、茉莉酸也可诱导该基因的快速上调表达,表明TabZIP可能通过乙烯、茉莉酸信号途径介导小麦对条锈病的防御反应。