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。     

拟南芥VHA-c1基因对非生物胁迫的响应

为初步探讨V-ATPase c亚基VHA-c1基因在植物生长发育及信号转导中的作用,通过农杆菌介导,将设计的ds DNA片段整合到拟南芥基因组上,筛选获得了能够特异沉默VHA-c1基因的转基因株系c1-1,并对其进行Na Cl、ABA和6%葡萄糖胁迫处理。结果表明:在Na Cl处理后,沉默株系c1-1的主根伸长量和种子萌发率都有明显的降低,且在浓度为50,100 mmol/L Na Cl胁迫处理下,转基因株系c1-1的主根伸长量被显著抑制。在特定浓度的ABA和6%葡萄糖处理后,转基因株系c1-1的主根伸长量和种子萌发率也都有一定程度的抑制。然而,在4,8μmol/L ABA处理后,野生株系的主根伸长量被显著抑制,与转基因株系c1-1的主根伸长量被抑制效果相比达到了显著水平。沉默VHA-c1基因后,降低了拟南芥对Na Cl的耐受性,影响了其生长发育,然而对ABA和葡糖糖的抑制作用却表现为很不敏感,这可能是因为H+-ATPase在盐胁迫信号通路和ABA信号通路中起着不同的调控功能。     

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。     

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基因尚未见报道。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。     

甘蔗ATP柠檬酸裂解酶基因的克隆与表达分析

ATP柠檬酸裂解酶(ACL)为细胞质中乙酰辅酶A合成途径的关键调控酶,在生物体正常生长发育中扮演着重要角色。本研究通过Race和电子克隆技术获得编码甘蔗ACL蛋白2个亚基的基因SoACLA-1和SoACLB-1,其编码框长度分别为1 272 bp和1 827 bp,编码423个和608个氨基酸,推测的氨基酸序列与其他物种具有高度相似性,都优先与禾本科植物聚于同一进化分支。2个基因在ATP-grasp功能域、柠檬酸结合位点、组氨酸磷酸化位点和ATP结合、CoA结合、磷酸化区域等,序列高度保守。实时荧光定量PCR结果表明,2个基因均受外源ABA、水分胁迫、水分胁迫加ABA处理诱导表达,且叶中表达量显著高于根系,其中又以水分胁迫处理下的表达量最高,2个基因表现出协同表达模式。SoACLA-1和SoACLB-1的表达与ABA、ROS含量具有相关性,说明它们可能参与了ABA调控的植物对逆境胁迫反应的代谢过程。     

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。     

非生物胁迫下海马齿SpSOS1基因的表达及响应ABA模式分析

为分析盐生植物海马齿(Sesuvium portulacastrum L.) SpSOS1基因的表达模式,本研究利用实时荧光定量PCR技术分析SpSOS1在海马齿不同组织以及不同胁迫条件下的表达情况。空间表达模式分析表明,SpSOS1在海马齿根中表达量最高,在花中的表达量最低。不同胁迫条件下SpSOS1基因的表达分析表明,在干旱、高温(42℃)、低温(4℃)以及氧化胁迫下表达量无明显变化;在ABA处理后,SpSOS1基因呈现上调表达,且在6 h表达量达到峰值,与盐胁迫处理下的表达趋势基本一致。为进一步探究盐胁迫下SpSOS1的上调表达是否受ABA的诱导,使用钨酸钠和氟啶酮作为ABA生物合成抑制剂和清除剂处理海马齿,结果表明,用钨酸钠和氟啶酮处理后,盐胁迫下SpSOS1的表达增加量从9.8倍分别降为起始表达量的1.8和2.1倍,表明盐胁迫下SpSOS1的上调受ABA信号途径诱导。本研究为进一步探究SpSOS1的耐盐调控途径提供参考依据。     

番茄SlWRKY6基因克隆及其在重金属胁迫下的表达分析

为了揭示SlWRKY6基因与植物重金属胁迫的相关性,通过RT-PCR的方法从番茄中克隆得到SlWRKY6基因,该基因序列号为:NM_001365762.1。生物信息学分析结果表明,该基因含有一个长度为1 342 bp的完整开放阅读框,编码447个氨基酸残基。该基因编码的蛋白含有一个WRKY结构域,属于典型的GroupⅡ亚家族成员。系统进化分析表明,与番茄SpWRKY31氨基酸序列之间的亲缘关系最近。组织特异性分析表明,SlWRKY6基因在番茄的不同组织中均有表达,在老叶中表达量最高。实时荧光定量PCR分析结果表明,SlWRKY6基因在3种重金属(CdCl_2、CuCl_2、HgSO_4)胁迫下均上调表达,且在Cd和Cu胁迫下番茄根部的表达量较高。CdCl_2胁迫下,SlWRKY6基因在番茄根中受胁迫诱导显著高于叶中;CuCl_2胁迫下,番茄叶中SlWRKY6基因表达量在3 h时达到最大值后降低,而根中的SlWRKY6基因水平随着浓度增加而下降;HgSO_4胁迫下,根部和叶片该基因的表达量显著高于对照(0 h),并随着HgSO_4胁迫时间延长,SlWRKY6基因相对表达量在番茄根和叶中呈现相反的趋势。综上,本研究获得了SlWRKY6基因的编码区序列,并初步阐述了番茄SlWRKY6基因在3种重金属胁迫下的表达情况,为筛选番茄中响应重金属胁迫功能基因的研究提供了研究基础。     

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。     

玉米热激转录因子基因ZmHSF-Like对逆境胁迫响应的信号途径

在前期对玉米热激转录因子基因ZmHSF-Like克隆、表达特性和亚细胞定位分析的基础上,对基因响应不同逆境胁迫的信号途径进行了研究。结果显示,H2O2处理能显著上调ZmHSF-Like基因的表达,42℃热激上调ZmHSF-Like基因的表达依赖于H2O2的存在,ABA上调基因表达部分依赖于H2O2的存在,而PEG-6000诱导基因表达不依赖于H2O2;外源Ca2+处理也能上调ZmHSF-Like基因表达,而螯合胞外钙离子并阻断其内流并不能降低上述逆境胁迫诱导的ZmHSF-Like基因的表达水平。表明ZmHSF-Like基因通过H2O2信号途径实现对热激和ABA胁迫的响应。在H2O2处理过程中,热激蛋白基因HSP704的表达与ZmHSF-Like基因的表达同步,可能是该途径中ZmHSF-Like结合的下游热激蛋白。单独钙离子诱导处理,热激蛋白基因HSP701、HSP702和HSPeu701的表达均与ZmHSF-Like基因的表达同步,可能是ZmHSF-Like基因响应Ca2+反应的下游结合蛋白。ZmHSF-Like通过与下游不同热激蛋白的结合实现对不同逆境胁迫的响应。     

花生NAC转录因子AhNAC2和AhNAC3的克隆及转录特征

NAC转录因子是特异存在于植物中具有多种生物功能的新型转录因子。本实验从花生中克隆了2个NAC基因AhNAC2和AhNAC3(GenBank登录号EU755023和EU755022)；蛋白序列分析表明，两者具有典型NAC转录因子特征，N端含有保守NAC结构域。半定量RT-PCR显示，在ABA和GA₃处理，以及控水和低温条件下，AhNAC2和AhNAC3在花生组织中的表达上调，呈现不同的表达模式。AhNAC2和AhNAC3为典型的NAC转录因子新基因，蛋白序列与拟南芥RD26同源性较高，推测与响应干旱和ABA信号有关。     

水稻减数分裂期颖花中激素对水分胁迫的响应

以旱A-3 (HA-3, 抗旱性品种)和武运粳7号(WY-7, 干旱敏感品种)为材料, 在减数分裂期(抽穗前15~2 d)进行充分灌溉(WW)和土壤水分胁迫(WS)处理。结果表明, WS处理显著降低叶片水势, 但穗水势没有变化。WS处理的颖花不孕率, WY-7较WW增加58.5%~50.9%, HA-3仅较WW增加12.6%~12.8%。颖花中的玉米素＋玉米素核苷、吲哚-3-乙酸和赤霉素(GA₁+GA₄)浓度在WW与WS处理间以及在两品种间无显著差异。WS显著增加颖花中脱落酸(ABA)、乙烯和1-氨基环丙烷-1-羧酸浓度。WY-7乙烯的增加超过ABA的增加, 而HA-3乙烯与ABA增加量大致相等。在减数分裂早期对WS稻穗施用氨基-乙氧基乙烯基甘氨酸(乙烯合成抑制剂)和ABA, 颖花的不孕率显著降低; 施用乙烯利(乙烯释放促进物质)和氟草酮(ABA合成抑制物质), 结果则相反。上述结果说明, 在减数分裂期遭受水分胁迫, 内源ABA和乙烯的相互拮抗作用调控颖花的育性, 较高ABA与乙烯的比值是水稻适应水分逆境的一个生理特征。     

Expression and Regulation of the Plant Gene Under Enviromend Stress

To investigate the adaptation mechanisms of plant gene under adversity stress.By looking up the recent literatures dealt with the plant's adaptation and response to adversity stress and reviewing previous works on the plant's adaptation mechanisms under adversity stress.Unavoidably,plant is influenced by all kinds of adversity stresses because of its immobility.But it can adapt and resist effectively to adversity stress by itself.Many researches show that under adversity stress contents of ABA and SA in the plant cells are changed apparently wiich induced many new genes expression and protein synthesis to adapt environment's change.There may be two kinds of mechanisms of the plant's adaptation to adversity stresses. 1. ABA and SA induce the synthesis of mRNA or stabilization of mRNA. 2. ABA and SA can cause the responsive proteins' accumulation and regulation after translation.     

转录因子ABP9基因过表达对植物生长发育的影响分析

【研究目的】为分析玉米ABA/逆境响应转录因子ABP9基因过量表达对植物生长发育的影响以利用该基因开展抗逆分子育种。【方法】本研究构建了35S启动子驱动ABP9组成型表达的植物表达载体，获得了过表达ABP9基因的拟南芥转基因株系，并在正常生长条件下，比较了转基因植株和野生型在种子萌发、营养生长和生殖生长阶段的形态和生理变化，分析了可能的分子机制。【结果】结果表明，正常生长条件下，转基因植株与野生型相比表现出萌发，幼苗生长以及开花阶段的生长抑制；气孔开度减小，叶片内源ABA含量降低；ABA信号传导基因表达增强，而ABA合成基因表达降低；而且这些效应在ABP9基因表达相对较强的转基因株系中表现更明显。【结论】说明ABP9基因过量在正常生长条件下即诱导转基因植株产生耐逆反应，抑制植株的生长发育。因此，在利用ABP9基因进行转基因抗逆育种时须考虑控制ABP9基因适时适量表达。     

外源脱落酸对大豆花期抗旱生理特性的影响

以大豆品种绥农14为材料,采用盆栽试验研究了大豆花期干旱胁迫条件下喷施不同浓度外源脱落酸（ABA）对大豆生理特性的影响,并对不同浓度脱落酸的作用效果进行比较.结果表明：与正常供水相比,干旱条件下的大豆叶片可溶性蛋白含量、抗坏血酸含量及超氧阴离子自由基产生速率均增加,喷施一定浓度外源ABA明显提高了可溶性蛋白含量抗坏血酸含量.2 mg/L的ABA显著促进可溶性蛋白含量升高,4mg/L的脱落酸显著使抗坏血酸含量增加.脱落酸各处理的超氧阴离阴离子自产生速率均显著低于干旱胁迫对照.     

旱稻OsEXP3与OsEXP5基因的mRNA表达差异分析

OsEXP3基因和OsEXP5基因是GenBank上登录的从水稻中克隆的扩张蛋白基因。本研究根据其报道的mRNA序列设计引物，利用RT-PCR技术从4种旱稻根系中克隆了这2个基因的部分编码框序列，证明OsEXP3与OsEXP5基因在旱稻的根系中表达；通过Northern-blot技术对该表达特性进行了研究。结果表明，OsEXP3与OsEXP5基因在旱稻IRAT109根中的表达受到生长发育阶段的调控；受到激素ABA、干旱胁迫的正调控；且受干旱胁迫诱导表达的生长阶段不同。以上实验结果推测在干旱胁迫条件下很可能OsEXP3与OsEXP5基因在不同的生长阶段发挥各自的主要生理功能。     

SiASRs家族基因的鉴定及表达分析

ASR蛋白是植物特有的一类蛋白,是参与并提高植物抗旱性和耐盐性过程中非常重要的蛋白之一。利用生物信息学方法,对8个谷子SiASRs家族基因编码的蛋白进行理化性质的分析、启动子的分析和系统进化树构建等,并结合qRT-PCR进行10% PEG-6000和150mmol/L NaCl胁迫下的表达分析。结果表明,谷子SiASRs家族的8个基因编码的蛋白都包含典型的ABA/WDS结构,该基因家族编码的蛋白质都不具有信号肽。系统发育树分析结果表明,在遗传进化上谷子与柳枝稷亲缘关系较近,与双子叶的番茄和大豆ASR蛋白的亲缘关系较远。PEG胁迫下基因的表达分析显示,8个SiASRs基因在受到PEG胁迫诱导后在根、茎、叶中表达量差异显著。NaCl胁迫下基因的表达分析结果显示,8个ASR基因对NaCl胁迫的响应主要在叶中体现,整体呈上调表达趋势;8个ASR基因在茎中表达变化较为稳定;在根部主要由ASR1、ASR2、ASR4、ASR5、ASR6参与NaCl胁迫响应,均为上调表达。     

葡萄肌醇半乳糖苷合成酶基因VvGolS2-4的克隆及表达特性分析

为了研究葡萄肌醇半乳糖苷合成酶基因家族的特性,以抗低温品种左优红组培苗为材料,通过同源克隆技术,获得VvGolS2、VvGolS3和VvGolS4全长CDS,对其序列进行了生物信息学分析,同时利用实时定量PCR技术探究了3个基因的组织表达特性和响应逆境因子及相关信号分子的特性。结果显示:3个基因c DNA大小分别为954,978,1 011 bp,分别编码317,325,336个氨基酸序列;3个蛋白分子量分别为36.65,36.97,38.12 k Da;等电点分别为5.12,5.33和5.16,且均在C端含有一个疏水的五肽APXAA;实时荧光定量PCR证明,3个GolSs在葡萄不同组织中表达情况不同,VvGolS2和VvGolS4在叶片中表达量最高,而VvGolS3则在花和卷须中表达量最高;不同逆境因子及逆境信号分子均会影响VvGolS2、VvGolS3和VvGolS4基因的表达量,其中VvGolS2和VvGolS4基因的表达受盐诱导最明显,VvGolS3基因的表达受低温诱导最明显;另外,胁迫信号分子乙烯、过氧化氢和脱落酸均可诱导VvGolS2基因表达量上升,而VvGolS3基因的表达受脱落酸和乙烯的诱导,乙烯、过氧化氢和硫化氢则均可诱导VvGolS4基因表达量上升。综上推测,3个Vv GolSs均与葡萄抵御逆境胁迫相关,但各自功能可能有所不同。     

甘蓝型油菜2个GPAT6同源基因的克隆与表达分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(sn-glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)是三酰甘油生物合成的关键酶,催化三酰甘油合成的起始步骤,在植物中参与调节生长发育、脂质的合成和逆境应答等过程。本试验通过RT-PCR从甘蓝型油菜品种湘油15中克隆得到GPAT6基因的2个拷贝,分别命名为BnGPAT6-1(GenBank登录号为KJ000117)和BnGPAT6-2(KC106728)。它们的编码区序列(coding DNA sequence,CDS)均为1506 bp,编码501个氨基酸。预测其蛋白结构N端含有一个类卤酸脱卤酶(haloacid dehalogenase-like hydrolase,HAD-like)活性结构域,C端含有一个溶血磷脂酰基转移酶(lysophospholipid acyltransferase,LPLAT)功能域。蛋白序列比对和进化树分析表明,甘蓝型油菜与白菜(B.rapa)、甘蓝(B.oleracea)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和琴叶拟南芥(A.lyrata)中的GPAT6序列相似性最高。组织表达结果表明BnGPAT6基因在花中的表达量最高,在未成熟的胚中表达量呈先升高后降低的趋势。BnGPAT6的表达受ABA的抑制;在干旱和6-BA胁迫下几乎同时升高;在盐胁迫下,短时间内升高,达到峰值后降低;在水渍条件下没有明显变化。