全基因组分析PEG胁迫下水稻根系转录因子表达变化

转录因子在植物抗逆境中起重要的调节作用。本文使用Affymetrix水稻60K芯片全基因组研究PEG胁迫时2个耐旱性不同的水稻品种的转录因子及转录因子家族的变化,结果表明,在PEG胁迫下,耐旱品种湘丰早119根系共有95个转录因子转录本与对照处理比较表达发生变化(24个为转录水平下调表达, 71个为转录水平上调表达);干旱敏感品种爱华5号根系有129个转录因子转录本表达发生变化(转录水平上调的转录因子转录本60个,转录水平下调的转录因子转录本69个);2个品种PEG胁迫响应转录因子隶属的转录因子家族都为30个,但各转录因子所属的30个家族并不完全相同;PEG胁迫逆境中,PEG胁迫响应转录因子转录本表现出品种特异性,湘丰早119有72个为特异响应转录本,爱华5号有106个特异响应的转录因子转录本;2个品种在干旱胁迫下响应的转录因子有23个为重叠转录本,其中有16个在转录水平上调表达,7个在转录水平下调表达;2个品种的PEG胁迫响应转录因子基因在染色体上的分布不同,重叠转录因子基因主要位于第2染色体0.432~26.139 Mb和第5染色体0.076~20.597 Mb之间。     

PEG胁迫下玉米转录组差异性分析

为了明确玉米响应PEG胁迫的关键表达基因,比较PEG胁迫下玉米基因表达的差异,本实验利用RNA-seq对正常灌溉和干旱胁迫的玉米进行转录本测序和数据分析,共获得12358个差异表达基因,其中5275个基因为上调表达,7083个基因为下调表达。对差异表达基因进行COG功能分类,共得到23个不同的COG功能,其中翻译后修饰,蛋白质转换,伴随蛋白681个,占7.74%;信号传导机制功能有转录本675个,占7.67%;转录506个,占5.75%。KEGG通路显著富集到光合作用-天线蛋白、光合生物的固碳作用、卟啉和叶绿素代谢、脂肪酸降解、精氨酸和脯氨酸代谢、磷酸肌醇信号等生命代谢途径。     

苹果MdVQs基因响应SA、JA及斑点落叶病的表达分析

VQ家族是一类植物转录调控辅助因子,参与调节植物生长发育以及防御反应。本研究根据水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)以及已报道的苹果斑点落叶病菌(Alternaria alternata apple pathotype)处理下苹果不同组织的转录组数据,采用Array、RT-qPCR和RNA-Seq检测和分析苹果品种‘Gala’的20个MdVQs基因的表达模式。Array结果表明,MdVQs基因在苹果各组织部位中都有高表达;RT-qPCR结果表明,多数MdVQs基因在早期响应激素信号,其中14个MdVQs基因受两种激素共同响应,MdVQ19只响应SA诱导表达,MdVQ5、MdVQ12、MdVQ16、MdVQ35、MdVQ47只响应JA且Md VQ47表达显著受抑制;RNA-Seq结果表明,MdVQs基因除在后期个别时间段下调表达外,其余时间段均上调表达,其中MdVQ21、MdVQ27、MdVQ42上调表达显著。MdVQs基因家族可能在响应SA、JA信号途径以及生物胁迫中存在潜在重要作用。该研究结果为深入解析MdVQs基因在苹果防卫生物胁迫中的功能提供参考。     

水稻转录因子bHLH家族基因响应环境胁迫表达谱分析

植物转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的作用。bHLH转录因子是植物转录因子最大的家族之一。本研究以水稻日本晴为材料,在苗期进行PEG模拟干旱胁迫和ABA（abscisicacid）处理,采用荧光定量PCR方法,比较分析干旱胁迫差异表达的22个候选bHLH家族基因在PEG和ABA处理下的不同时间梯度的表达谱。结果表明大部分候选基因的PEG胁迫表达谱与干旱胁迫表达谱一致,验证了芯片结果的可靠性;而在ABA处理下的大部分bHLH基因表现为抑制表达,部分基因的表达谱与干旱或PEG胁迫表达谱明显不同,推测这些bHLH基因参与PEG和ABA胁迫应答的具有相同或不同的分子路径或模式。研究结果对进一步克隆这些基因及分析其在植物生长发育过程中的分子调控模式打下了基础。     

水稻OsCCCH基因家族的组织表达谱及胁迫诱导表达特征研究

CCCH型锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的转录因子,在多种植物生物学过程中起着关键的调控作用。在水稻全基因组中已发现67个CCCH基因,分为8个亚家族,而其中大部分基因的功能尚缺少研究。本研究通过荧光定量RT-PCR技术分析了水稻Os CCCH家族基因的组织表达模式以及盐、PEG、低温等非生物胁迫和脱落酸(ABA)对CCCH基因的诱导表达特征。结果表明,大部分Os CCCH基因在各组织中有不同的表达模式,约30%基因为低丰度表达,50%以上基因表现为中丰度表达,极少Os CCCH基因为高丰度表达,包括Os C3H2、Os C3H35、Os C3H41、Os C3H43、Os C3H58和Os C3H67这6个组织优势表达基因。多数Os CCCH基因都不同程度地受到盐、PEG、低温及ABA的诱导或抑制,表明这些CCCH锌指蛋白可能参与水稻的非生物胁迫响应;在四种胁迫下,有7个基因同时受到诱导,其中Os C3H17基因上调倍数高达17倍以上;有10个基因同时被抑制,其中Os C3H16基因下调倍数高达31倍以上。     

3个水稻WAX2同源基因表达的组织特异性及逆境响应特征

利用拟南芥的WAX2基因序列BLAST检索出3个水稻同源基因,命名为OsWAX2-1、OsWAX2-2和OsWAX2-3,与拟南芥WAX2基因的同源性分别为56.0%、55.2%和52.0%;其预测的编码蛋白与WAX2蛋白的同源性分别为61.5%、60.5%和64.7%。这3个蛋白都分别存在4个跨膜结构区和1个甾醇去饱和酶的保守区,说明它们都属于跨膜蛋白并可能与角质层的蜡质合成有关。采用半定量RT-PCR方法检测3个OsWAX2基因在水稻不同部位的表达情况,及高温、低温、NaCl、PEG和ABA5种处理对3个OsWAX2基因在转录水平表达的影响。结果表明,3个OsWAX2基因在水稻中的表达存在时空差异,3个基因在水稻萌动的胚中表达量都很高,OsWAX2-3基因在叶中的表达量最高;3个OsWAX2基因对高温、低温、盐、干旱及ABA胁迫响应也存在差别,OsWAX2-1只在ABA处理时增强表达;OsWAX2-2受高温、低温、盐、干旱胁迫及ABA诱导并且响应迅速。这一结果为进一步研究OsWAX2基因在水稻生长发育过程及逆境胁迫下的功能与作用机制提供了参考。     

利用基因芯片技术筛选棉纤维伸长相关基因

从回交近交系(backcross inbred lines, BIL)群体中选取纤维长度差异较大的两个系NMGA-062 (33.03 mm)和 NMGA-140 (25.87 mm),利用Affymetrix棉花基因芯片,分析其开花后10 d (DPA, days post anthesis)棉纤维伸长相关基因表达谱。在24 029条转录本中,两材料间差异表达的转录本有7 282条,占总数的30.31%;其中差异表达倍数在2倍或2倍以上的转录本有3 993条,占筛选转录本总数的16.62%,功能分类表明这些转录本主要包括功能预测基因(15.57%)、翻译、核糖体结构相关基因(13.54%)和翻译后修饰、蛋白质转换相关基因(9.29%)3大类。为了验证芯片数据的可信性,8个差异表达显著的基因(Ghi.10655.1.S1_s_at, ACO1, ARF1, SAHH, TUA6, TUA7, β-tub1, β-tub10)被用于实时荧光定量PCR。两种检测手段表现出一致性。随后,利用实时荧光定量PCR对3个与棉纤维相关基因(ARF1, β-tub1, β-tub10)在纤维发育不同时期(5、10、15、20和25 DPA)的表达模式进行了研究,结果表明,3个基因在纤维伸长发育时期(10和15 DPA)大量表达,推测这3个基因可能与棉纤维伸长有重要关系。     

水稻ABA生物合成基因OsNCED3响应干旱胁迫

9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物内源脱落酸(ABA)生物合成的限速酶,由NCED基因家族编码,水稻中响应干旱胁迫并以此调节ABA水平的OsNCED基因尚见未报道。本研究发现在水稻已报道的5个OsNCED基因中,OsNCED3的表达受干旱胁迫诱导,复水处理后其表达快速下调,其表达模式与此过程中内源ABA含量变化趋势一致。OsNCED3的RNAi转基因植株表现为干旱敏感,且生物量下降;而过量表达OsNCED3基因增加了水稻的抗旱性。干旱胁迫下过量表达OsNCED3的转基因株系有较高的ABA水平,同时其抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及逆境响应基因脱水素蛋白(Dehydrin)和胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)转录表达均高于野生型。下调表达OsNCED3的转基因株系则呈现相反的变化趋势。因此,OsNCED3是水稻干旱胁迫响应基因,调节了干旱环境下ABA水平和抗逆性。     

过表达TAF9延迟拟南芥开花时间

TATA结合蛋白相关因子(TAF)是通用转录因子IID (TFIID)复合体中的一类亚基,它具有识别核心启动区域和激活转录起始的双重功能。拟南芥TAF的部分成员已被证实在光及激素信号转导、形态建成和生殖生长过程中发挥着重要的功能,但TAF9基因功能研究较少。本研究克隆了拟南芥TAF9的CDS及启动子,并对其基因功能和启动子活性进行了分析。结果发现：TAF9定位于细胞质和细胞核中;在长日照条件下该基因过表达显著延迟拟南芥的开花时间,且在TAF9过表达株系中,参与开花调控的关键基因CO、SPL3和FT的表达被抑制,而GA20ox1的表达被激活;从其启动子(-1 500 bp)活性来看,TAF9主要在非种子组织中表达。本研究为TAF9的功能解析分析提供了重要参考。     

OsNAC2d基因编辑水稻突变体的创建及其对干旱胁迫的响应

为探究转录因子OsNAC2d的生物学功能及其对水稻耐旱性的影响,本研究利用CRISPR/Cas9编辑技术对粳稻中花11中的OsNAC2d基因进行突变,并考察osnac2d突变体在田间种植下的农艺性状,以及突变体幼苗在干旱胁迫下的生长情况和OsNAC2d基因表达水平。结果表明, OsNAC2d基因主要在水稻成熟籽粒、叶片和花药中表达,在根系和茎中的表达量较低,并且受干旱胁迫诱导,在10株阳性OsNAC2d基因突变株系的T2代植株中,筛选出6种纯合osnac2d突变体,田间试验调查表明,osnac2d突变体与野生型中花11相比,株高、有效穗、穗长、穗粒数、结实率、千粒重和单株产量等农艺性状无显著差异。在干旱胁迫时, osnac2d突变体幼苗的根系与植株生长、根系和地上部生物量的积累均受到抑制,且OsNAC2d在osnac2d突变体中的表达量维持在较低水平,而野生型水稻的OsNAC2d表达则受干旱胁迫诱导而增强,植株生长与生物量积累未受到显著抑制,表明转录因子OsNAC2d正调控水稻响应干旱胁迫。创建的osnac2d突变体材料为进一步揭示OsNAC2d的生物学功能及其响应干旱胁迫的精细调控机...