棉花幼苗对低温胁迫的响应及抗冷机制初步研究

【目的】探讨棉花不同组织对低温胁迫的响应,初步探讨研究抗冷的生理生化和分子机制。【方法】测定了4个抗冷性差异显著的材料在低温处理后的生物量、抗氧化酶活力和可溶性蛋白含量,同时分析了抗冷相关基因在豫2067根、茎、叶的表达情况。【结果】4℃低温处理24 h对冷敏感材料生长抑制最大,对根系生长的抑制大于地上部分;细胞膜透性测定结果表明,受低温胁迫后4个材料根系细胞膜能保持相对稳定的结构,而叶片细胞膜对低温胁迫敏感,抗冷材料叶片细胞膜稳定性大于冷敏感材料,低温胁迫后叶片细胞膜透性与棉花的抗冷性呈负相关,可以作为棉花抗冷性的鉴定指标;棉花在受到低温胁迫24 h后,抗冷材料根中SOD的活力基本不变,冷敏感材料根中SOD的活力却极显著下降,2个材料的根系中POD、CAT的活力均下降,但抗冷材料豫2067下降的幅度小于冷敏感材料,可溶性蛋白含量在抗冷材料叶茎中基本不变,在冷敏材料的叶片和茎中均下降。低温胁迫后5个与抗冷相关的基因在豫2067叶片中上调表达的多于下调表达的,上调表达的基因分别是脂肪酸脱氢酶基因、胁迫诱导蛋白基因、假定R2R3-MYB转录因子基因、b HLH1转录因子基因;在根中下调表达的多于上调表达的,下调的基因分别为b HLH1转录因子基因、胁迫诱导蛋白基因、伸展蛋白基因2,这与根系的生长受抑制的结果是一致的。【结论】推测这些抗冷相关基因在叶片中的上调表达与叶片生长受低温抑制程度低有一定的关系。     

水稻苗期耐冷性差异的转录组分析

低温冷害是影响作物生长发育的重要环境因素之一。鉴定水稻耐冷新基因以及揭示其可能的机制并应用于新种质创制和新品种选育,是提高水稻耐冷性的重要途径之一。本研究以日本晴(Nip)为对照,对耐冷品种P427的表型和扫描电镜表皮组织观察,显示P427具有更强的苗期耐冷性。进而对低温处理后的水稻幼苗转录组进行测序,结果显示P427与Nip共有12 056个差异表达基因(DEGs),P427独有2 984个DEGs。对DEGs进行Pathway显著性富集分析发现,P427和Nip共有的DEGs主要富集在代谢途径、次生代谢物的生物合成等途径。而P427独有的DEGs主要集中在泛素介导的蛋白水解、内质网中的蛋白质加工、植物激素信号转导等途径。结果暗示激素信号转导、苯丙氨酸代谢通路、光合作用、次生代谢生物合成等途径可能在水稻苗期冷胁迫响应中起主导作用。植物对低温的响应是涉及多个基因和多个信号传导途径的复杂过程,本研究扩展了对植物低温冷害耐受性的复杂机制的理解,为今后开展水稻和其他谷类作物的耐冷性研究提供了理论依据。     

桃叶片低温响应转录组分析

抗寒是桃育种工作重要的目标性状,受多个基因的调控,转录组测序是对特定生理条件下的转录本进行测序分析,用以深入探究桃叶片低温响应的分子机制。以熊岳巨桃的叶片为试验材料对4℃低温(LT)处理下和正常叶片(RT)进行转录组测序分析。利用DESeq2进行差异表达分析,获得72个上调差异表达基因和3个下调表达基因。KEGG代谢通路分析差异表达基因的代谢通路,并进行蛋白的互作预测。结果显示,低温处理的叶片呈现卷曲、变黄和失水的生理状态,差异代谢基因主要富集在植物病原体互作、MAPK信号通路和次生物质代谢积累等途径。MYC2、SPCH和Pti4～6转录因子可能在响应冷胁迫中调节低温带来的伤害中起到重要作用,MYC2和CBF蛋白预测相互作用,且分别与多个蛋白互作。本研究表明,有多个代谢途径共同响应桃叶片的低温胁迫,还预测到了可能在冷反应调节途径中起到关键作用的相关转录因子,为探究桃响应冷胁迫的分子机制打下基础。     

水稻品种生殖生长期耐冷性及其低温胁迫下MADS-box基因表达差异分析

选用来自中国不同稻作生态的4个特殊常规水稻品种:辐恢838(普通籼稻)、月亮谷(云南高海拔籼稻)、C418(普通粳稻)和丽粳11号(云南高寒粳稻),于减数分裂期和开花期分别低温(16℃)处理5d后又恢复5d,研究低温下生殖生长期的冷胁迫效应(花粉育性,结实率,百粒重下降程度)及相关MADS-box基因差异表达情况。结果表明:四个品种生殖生长期耐冷性由低到高排列依次是:辐恢838相似文献   

黄瓜耐冷相关基因的表达分析

低温胁迫是影响黄瓜正常生长的主要障碍因子之一,其耐冷性强弱直接影响黄瓜产量。关于黄瓜耐冷性的鉴定及耐冷机制已有较多研究,鲜有耐冷基因的报道。为挖掘黄瓜耐冷基因,提高其耐冷性,本研究根据拟南芥及其他作物中已报道的耐冷基因并结合相关转录组信息,筛选出12个耐冷相关基因。并利用5份不同耐冷级别的黄瓜材料,对12个耐冷相关基因进行表达分析,进一步确定5个差异表达基因,明确5个基因在低温胁迫中的表达模式,为下一步对其进行功能研究奠定了基础。     

水稻苗期低温诱导表达新基因OsCOI的克隆、过表达载体的构建与转化

水稻苗期冷害是导致水稻减产的重要因素之一。为了发掘新的耐冷基因、诠释其耐冷分子机制并应用分子育种的手段提高水稻苗期耐冷性,前期已通过Northern表达分析,从已构建的水稻苗期低温诱导表达正向抑制差减cDNA文库中,发现了一个受低温诱导上调表达的功能未知的C2H2型锌指结构域蛋白新基因(特命名为OsCOI)。本研究进一步通过RT-PCR的方法从水稻中克隆了该基因,构建了其植物过表达载体,并通过农杆菌介导转入水稻基因组中,获得了其过表达转基因水稻株系,为进一步研究该基因的功能并探讨其在水稻耐冷分子育种中的应用价值奠定了基础。     

低温胁迫对水稻苗期根系影响的蛋白质组学研究

为了从蛋白质水平揭示水稻苗期响应低温胁迫的分子机理,以耐冷性强的东乡野生稻和冷敏感品种中嘉早17为材料,于5℃低温处理0,1,2,3 d后分别测定根系活力、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量等生理指标。随后利用iTRAQ技术对5℃低温处理3 d后水稻幼苗的根系差异蛋白质组进行分析。通过生理指标分析,5℃低温处理影响东乡野生稻和中嘉早17的根系生理指标,且在低温处理第3天,两者已出现明显差异。通过差异蛋白质组学分析,与常温(25℃)相比,东乡野生稻经低温处理后共鉴定到167个差异蛋白,其中,上调表达蛋白61个,下调表达蛋白106个;中嘉早17经低温处理后共鉴定到261个差异表达蛋白,其中,上调表达蛋白122个,下调表达蛋白139个。通过GO功能分析,这些差异蛋白质主要参与代谢、细胞和单机体过程,主要涉及细胞及细胞成分,主要起着结合和催化作用。通过KEGG分析,这些差异蛋白质主要参与代谢、次级代谢产物合成和碳代谢等代谢通路。通过对东乡野生稻和中嘉早17中均发生差异表达的29个蛋白质的进一步分析,了解到两者受低温危害后根系部分蛋白质的表达动态。本研究鉴定到的差异表达蛋白质为进一步阐述水稻耐冷机理及耐冷基因的挖掘提供理论依据。     

水稻苗期低温应答转录组分析

温度对水稻生长发育及产量建成很重要,为了进一步明确低温应答对水稻苗期生长发育的调节机制,以粳稻品种中花-11为试验材料,在17℃低温处理的条件下,利用新一代高通量测序手段-转录组测序(RNA-Seq)开展水稻苗期低温应答转录组分析。通过转录组分析,分别获得干净的高通量序列为46 384 074条和52 483 052条,鉴定并筛选出2 044个差异表达基因,其中,1 252个基因表达上调,792个基因表达下调; GO注释分析将全部的差异基因分为分子功能、生物学过程和细胞组分三大类,各自占比为63. 29%,8. 81%,27. 90%。利用KEGG数据库具体分析低温调节的2个通路光合作用通路和苯丙氨酸代谢通路中差异表达基因的数量及位置,并进一步预测了新基因的功能及与光合作用和苯丙氨酸代谢相关基因的互作蛋白基因。结果表明,低温胁迫对水稻的影响主要体现在生物学过程中,在光合作用、次生代谢的生物合成和苯丙氨酸代谢均有明显作用。另外,差异表达的WRKY转录因子为耐冷机制进一步研究提供方向与依据。     

利用籼稻资源中的“隐蔽有利基因”提高粳稻苗期耐冷性

苗期低温是制约东北水稻生产的一个重要逆境因子,培育苗期耐低温的水稻品种是解决这一问题最有效的途径之一。以粳型恢复系C418为轮回亲本与7个来自不同地域的供体杂交和回交培育BC₂F₂群体，利用沈阳春季田间自然低温进行耐冷筛选，并对入选的177个苗期耐冷导入系后代在自然和人工气候室两种不同强度的低温胁迫条件下的苗期表现进行评价。结果表明，虽然供体亲本均为苗期耐冷性弱的品种，但在全部回交后代中均出现耐冷的超亲分离，表明这些供体亲本均携带对耐冷性有利的“隐蔽基因”, 不过组合间的耐冷性选择效率存在较大差异。以人工气候室低温胁迫后的存活率为耐冷性鉴定指标，导入系之间出现广泛分离，田间筛选入选比例高的BG300和中413导入系群体中出现存活率高的导入系后代比例较其它群体高，说明在同一轮回亲本遗传背景下回交后代的耐冷水平取决于供体。在室内严格低温条件下表现为强耐冷性的导入系在相对温和的自然低温胁迫下表现为苗高、苗干重较非胁迫条件生长抑制不明显，且能够促进根系生长。结果表明，大量的耐冷有利基因以“隐蔽”的形式存于水稻种质资源中。通过利用来源广泛的种质资源作为供体进行回交育种，对回交后代进行严格耐冷筛选，可有效选育高产耐冷水稻品种和有价值的育种材料。     

直播早籼稻品种芽期耐冷性鉴定研究

低温胁迫是水稻生产面临的重要非生物胁迫之一,鉴定水稻种质资源芽期耐冷性,筛选耐冷品种对水稻生产具有重要意义。以江西地区主推的33份早籼杂交稻品种和8份常规稻为试验材料,设置12个芽期低温胁迫处理,以死苗率为指标探讨了早籼稻芽期耐冷性的适宜鉴定方法。同时在8℃低温处理10d,恢复生长后调查其成苗率、苗高、根长、根数、地上部生物量、根系生物量和根冠比。运用主成分分析、模糊隶属函数法和聚类分析法来探讨直播早稻芽期的耐冷性评价方法及筛选耐冷品种。结果表明,8℃低温处理10d,直播早籼稻品种死苗率的方差和变异幅度大,能较好地鉴别品种间耐冷性差异,是直播早籼稻芽期耐冷性鉴定的最合理方式;杂交稻品种的耐冷性强于常规稻;低温胁迫后成苗率、苗高、根长、根数、地上部生物量、根系生物量和根冠比基本低于25℃对照处理;利用主成分分析将7个单项指标转化为3个独立的综合指标（CI₁、CI₂、CI₃）,主成分分析表明,根系生物量和地上部生物量最能代表直播早籼稻对低温胁迫后的响应情况,可作为芽期耐冷性鉴定的评价指标。通过聚类分析,将41份早籼稻品种划分为3类,筛选出陵两优7108、两优287、锦两优816等9份强耐冷品种,株两优1号、潭两优83、株两优22等15份中度耐冷品种,温229、中早33、五丰优157等17份冷敏感品种。这些品种可以进一步为耐冷育种和生产服务。     

多样性国际稻种四个生长发育时期的耐冷性及其与籼粳性的关系

水稻整个生长时期都可能有低温冷害的发生。低温冷害是水稻获得稳产、高产的主要限制因素之一。鉴定耐冷资源、开展耐冷性育种是减少水稻冷害损失最有效的途径。为了找到优良的水稻耐冷资源,并分析水稻不同发育时期耐冷性之间的关系,以及耐冷性与籼粳性的关系,本研究以来自11个国家、多样性丰富的34份水稻品种为材料,分别在发芽期、芽期、苗期和开花期进行耐冷性鉴定,并应用对籼粳性有专一鉴别性的分子标记对测试品种的籼粳性进行量化,考察水稻籼粳性分化与不同生长发育期耐冷性的关系。研究结果表明,在发芽期有3个品种的低温相对发芽率在85.0%以上,芽期有4个品种冷处理后的存活率超过90.0%,苗期有3个品种冷处理后的存活率超过75.0%,穗期有4个品种耐冷指数高于0.55,没有品种在4个时期均有强的耐冷性。对这些材料4个时期耐冷性的相关分析显示,芽期和苗期的耐冷性呈显著正相关,决定系数为0.28;其它生长时期的耐冷性相互之间的相关性不显著。在测试品种中,籼粳性专一的分子标记所决定的籼性度与芽期和苗期的耐冷性呈显著负相关。研究结果揭示了水稻不同生长发育时期有不同的耐冷遗传基础,并为水稻耐冷种质的筛选以及耐冷性育种策略的制定提供了科学的依据。     

番茄冷诱导基因SlCMYB1的克隆及其在水稻中异源表达研究

从番茄中克隆了一个编码MYB转录因子家族R2R3-MYB亚类基因SlCMYB1。不同逆境胁迫下的表达模式分析结果表明,该基因受低温、高盐、干旱和ABA胁迫诱导表达。洋葱表皮亚细胞定位研究表明,SlCMYB1为核定位蛋白。为深入了解SlCMYB1基因与非生物逆境应答的关系,我们构建了SlCMYB1基因过表达载体来转化水稻,获得了16个转基因水稻株系。SlCMYB1在水稻中异源表达能显著提高转基因水稻植株的苗期抗冷性,增加脯氨酸合成的关键酶基因OsP5CS1,膜转运蛋白基因OsWCOR413等低温胁迫应答基因的表达水平,这暗示着SlCMYB1与OsP5CS1、OsWCOR413基因处于同一低温调控信号转导路径。本研究结果为通过遗传工程操控低温信号通路的方法改良冷敏感植物抗冷性提供了理论基础。     

基于RNA-Seq筛选高粱低氮胁迫相关候选基因

研究低氮胁迫条件下不同高粱材料间的基因差异表达,为耐低氮型高粱品种选育和耐低氮胁迫的分子机制探究提供参考。选取2个耐低氮型高粱(BSX44和BTx378)为试验材料,设置正常和低氮胁迫2个处理,利用RNA-Seq技术对高粱苗期、抽穗期和开花期的基因表达进行分析,通过生物信息学对差异基因的生物学功能和代谢途径进行研究,筛选可能参与低氮调控的基因,了解氮高效基因型在氮素吸收利用过程中可能的分子途径。结果表明,在正常和低氮胁迫下, BTx378和BSX44在苗期分别筛选出937个和787个差异表达基因,抽穗期分别筛选出1305个和935个差异表达基因,开花期分别筛选出1402个和963个差异表达基因。对3个时期的差异表达基因进行鉴定,发现在苗期、抽穗期和开花期分别有246、371和306个基因在2个耐低氮高粱品种中共同差异表达,有28个基因在2个耐低氮品种的不同生育时期均差异表达,其中有5个基因上调表达,23个基因下调表达;对共同差异表达基因的KEGG相关代谢通路富集分析,发现主要集中在氮代谢、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢、氨基酸的生物合成等途径,表明耐低氮型高粱可能通过这些途...     

利用籼粳交RIL群体进行水稻发芽期与芽期耐冷性QTL分析

为定位控制水稻发芽期和芽期耐冷性的QTL,探究其遗传机制,以耐冷性强的粳稻品种彩稻为母本、耐冷性弱的籼稻品种WD为父本杂交衍生的含有189个株系的重组自交系群体为试验材料,以低温胁迫下的相对发芽率、平均发芽天数、成苗率、芽期耐冷级别为鉴定指标,结合978个Bin标记,运用IciMapping 4.2对发芽期和芽期耐冷Q...     

基于比较转录组的水稻苗期耐冷相关基因BGIOSGA032296 TALEN基因组编辑技术构建

为了挖掘水稻苗期耐冷基因,基于比较转录组分析,参考公共数据库中的基因序列信息设计靶位点,对冷胁迫条件下东乡野生稻苗期下调表达耐冷相关基因BGIOSGA032296进行TALEN基因组编辑技术构建,克隆酶切鉴定和序列比对结果表明,BGIOSGA032296 TALEN敲除植物表达载体1301TALEN-032296构建成功,利用农杆菌介导法将TALEN敲除植物表达载体1301TALEN-032296转入水稻受体品种TP309,获得了17株转基因水稻植株,经潮霉素抗性标记基因和Fok I基因特异引物PCR检测,表明获得的转基因植株皆为携带1301TALEN-032296的阳性植株。该研究为水稻BGIOSGA032296基因后续耐冷表型鉴定奠定了前期基础。     

小麦磷饥饿前后根系蛋白质组差异表达谱建立及差异表达蛋白的鉴定

以耐低磷的小麦基因型洛夫林10号为材料, 采用蛋白质双向电泳技术, 结合质谱鉴定, 分析了正常磷供应和无磷处理7天后根系中的蛋白质组表达谱差异, 以期为深入探讨小麦响应磷胁迫的分子机理提供蛋白水平上的数据和资料。研究发现, 在可重复检测到的1 144个蛋白点中, 有87个在磷胁迫处理前后发生了明显的表达改变,占总数的7.6%,包括磷胁迫前特异表达、磷胁迫后特异表达、磷胁迫后上调和磷胁迫后下调表达等4种差异表达模式。在87个差异蛋白点中,有39个通过质谱技术被成功鉴定,涉及到代谢、细胞生长和分裂、转录和翻译、抗病、信号转导、转座元件及未知功能蛋白等功能类别,说明小麦可能通过细胞的代谢状态和基因表达改变来适应磷胁迫,进而维持体内磷含量的平衡状态。最后,我们还对差异表达点与磷胁迫的关系进行了分析和讨论。     

水稻耐冷QTL定位的比较分析

低温胁迫是水稻生产的主要限制因子,可发生在水稻的不同生长发育时期。探明水稻耐冷性分子遗传基础,开展水稻耐冷分子育种是解决水稻低温冷害最有效的方法。本文收集了国内外已发表的56篇文献的256个水稻耐冷QTL的定位信息,并把其中44篇文献的192个耐冷QTL整合定位在一个分子图谱上,进而比较不同研究在同一发育时期和不同发育时期鉴定的耐冷QTL的染色体位置关系。比较分析结果表明,水稻耐冷性在同一发育时期可受多个QTL控制;在不同发育时期分别受不同的QTL控制;然而,不同发育时期亦有共同的耐冷QTL。根据比较分析,探讨了今后水稻耐冷遗传研究和分子育种的策略。     

水稻植物激素响应低温胁迫反应的转录组分析

植物激素在调节和控制植物生长发育、代谢过程、应对逆境等方面具有重要的作用。为明确水稻苗期植物激素对低温的应答机制,本研究以野生型粳稻品种‘中花11’为研究材料,经低温处理后,利用RNA-Seq技术分析植物激素调控水稻幼苗对低温胁迫的应答模式。通过转录组测序,共获得9.9×10~7条干净的序列,筛选出2 044个差异表达基因(DEGs)。首先,GO富集分析结果表明差异表达基因主要富集在生物学过程、细胞组分和分子功能三个方面。进一步的KEGG通路分析表明,差异表达基因主要富集在代谢途径、次生代谢生物合成、植物激素信号转导等途径。其中植物激素信号转导中低温应答的差异表达基因为31个,分别为25个上调表达基因和6个下调表达基因;主要参与了茉莉酸和脱落酸信号途径。这些研究结果对水稻苗期植物激素的低温应答机制完善和栽培调控具有重要的参考价值。     

一个水稻耐冷主效QTL-qCT10的分离鉴定

东乡野生稻是迄今为止世界上耐冷性最强的稻种资源之一,研究耐冷性遗传特征,挖掘耐冷基因,对把耐冷优良特性应用到水稻育种中具有重要意义。本研究结合前人对东乡野生稻耐冷性定位结果,以东乡野生稻为供体亲本,协青早B(XQZB)为受体亲本,结合分子标记,回交构建近等基因系,再用耐冷近等基因系与协青早B杂交加自交,得到F2群体作为试验材料,对耐冷主效QTL-qCT10进行分离鉴定。最后把qCT10界定在第10染色体分子标记In Del10-9与InDel10-22间224.5 kb范围内,是一个新主效耐冷QTL。研究结果有助于进一步探明东乡野生稻强耐冷性遗传机制,为培育强耐冷水稻品种打下基础。     

茄科蔬菜中miRNA响应低温胁迫研究进展

茄科蔬菜是典型的喜温性植物,由于本身无法躲避低温伤害,田间生产中易遭受低温胁迫。MicroRNA(miRNA)作为一种小分子RNA,是非蛋白质编码基因产物之一。低温胁迫下miRNA被激活,通过负调控靶基因、降解靶基因、抑制翻译等过程,调控相关基因表达,使植物从生理和分子水平上发生变化以响应低温胁迫。本研究主要从低温胁迫对茄科蔬菜的生理水平和转录水平的影响,miRNA差异表达、miRNA响应表达及miRNA与其靶基因作用模式两大方面进行阐述,以期揭示茄科作物中miRNA低温胁迫下相应的分子机制,为培育耐冷新品种提供坚实的理论依据和技术支撑。