小麦水通道蛋白基因家族的全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫响应中的作用（英文）

水通道蛋白(AQPs)的功能是选择性地控制水和其他小分子通过细胞膜的流动,它们在植物的许多生理过程中都是至关重要的,包括非生物胁迫反应。小麦(Triticum aestivum L.)是全球重要的粮食作物,但干旱和盐胁迫是小麦生长和产量形成的重要影响因素。共鉴定得到了127个非冗余的小麦水通道蛋白基因和4个可变剪接体。对TaAQP基因进行了RNA-seq分析,揭示了小麦AQP基因的特异性表达模式。其中,TaTIPs和TaPIPs的表达高于TaNIPs和TaSIPs。qRT-PCR分析表明,小麦在干旱和盐胁迫条件下,TaNIP4;03_3D,TaTIP2;02b_7B,TaSIP2;02_4A,TaNIP3;03_6D和TaNIP2;04a_7D等AQPs受到显著诱导并且有高表达量,表明它们参与了胁迫响应。这些结果为进一步探索TaAQPs基因在植物应对干旱胁迫和盐胁迫中的作用提供了新的思路。     

柽柳cDNA文库的构建及ThAQP基因的表达

【目的】构建NaCl胁迫下柽柳根部cDNA文库,在盐胁迫下检测柽柳水通道蛋白(Aquaporins,AQPs)基因的表达,探讨AQPs与柽柳耐盐性的关系。【方法】以0.4mol/LNaCl胁迫处理的刚毛柽柳(Tamarix hispida)根部组织为试材,分别构建未经盐胁迫及胁迫24,48h的cDNA文库,并测定文库滴度。对从文库中获得的EST序列进行拼接,获得刚毛柽柳AQP(ThAQP)的单一序列,对其进行生物信息学分析。采用实时荧光定量PCR方法,研究ThAQP基因在盐胁迫后的刚毛柽柳根和叶中的表达情况。【结果】构建的NaCl胁迫0,24,48h3个文库的初始滴度分别为1.0×106,1.4×106和1.2×106pfu/mL,插入片段的平均长度分别为0.8,0.9和0.85kb,平均重组率为98.2%。文库克隆随机测序获得了刚毛柽柳的7条ThAQP基因单一序列,这7条ThAQP基因分别与水通道蛋白的4个亚家族成员基因具有很高的同源性。在根和叶中,这7条ThAQP基因表达对盐胁迫的响应不同,在根部ThAQP1～ThAQP4相对表达量增多,而其他基因的相对表达量变化不明显;在叶部,ThAQP7在胁迫24h时相对表达量出现小幅度上升,而其他6条ThAQP的相对表达量则明显下降。【结论】ThAQP基因可能与柽柳抵御盐胁迫有关。     

干旱-溃疡病菌胁迫下北京杨水通道蛋白基因表达特征分析

为揭示杨树溃疡病发生进程中的水分生理学机制,本研究以1年生北京杨为材料,对干旱-溃疡病菌胁迫下的杨树管家基因表达稳定性、与植物水分运输密切相关的杨树水通道蛋白基因家族的表达特征进行了实时定量PCR(RT-qPCR)分析。结果表明:12个管家基因的表达稳定性不同,TUB、UBQ、EIF4β-L、CYP、EF1α2表达稳定性最高,ACT2和ACT11稳定性最差;配对分析显示TUB、EIF4β-L和UBQ为干旱胁迫-溃疡病菌胁迫下基因表达检测的最优内参基因组合;干旱及溃疡病菌胁迫下,水通道蛋白基因的表达模式并不相同,说明这两种胁迫对杨树水分代谢具有不同的影响;干旱-溃疡病菌双重作用下,PIP1;1、PIP1;3、PIP1;5、PIP2;4、PIP2;7等5个基因的表达显著高于干旱、溃疡病菌两种胁迫的单独作用,揭示这两种环境胁迫对水通道蛋白基因表达具有一定的协同作用。     

玉米质膜内在蛋白ZmPIP2;6响应渗透、盐和 干旱胁迫的功能鉴定

【目的】质膜内在蛋白（plasma membrane intrinsic proteins,PIPs）广泛存在于植物细胞的膜系统上,在植物体内水分运输和水分平衡的过程中至关重要。对ZmPIP2;6在植物水分胁迫耐性中的功能进行探究,为玉米培育抗旱耐盐新品种提供优秀基因资源。【方法】分析并比对ZmPIP2;6与其他物种中报道参与水分胁迫的PIPs的氨基酸序列,构建ZmPIP2;6-GFP载体并通过PEG介导转化玉米原生质体,对ZmPIP2;6进行亚细胞定位。采集玉米的不同组织样品,包括根、茎、叶、未成熟雄穗、未成熟雌穗、胚和胚乳;对玉米进行PEG或NaCl处理,在处理的不同时间点采集玉米的根和叶样品。提取总RNA并通过qRT-PCR调查ZmPIP2;6在玉米不同组织以及在水分胁迫下的表达模式。构建ZmPIP2;6超表达载体,发展并鉴定ZmPIP2;6超表达拟南芥材料,观察转基因植株对渗透、盐及干旱胁迫的耐性生理表型,并测量其根长、叶片水分散失率等性状。检测在干旱或盐胁迫条件下,拟南芥胁迫信号通路上的相关基因在ZmPIP2;6超表达植株中的表达。【结果】氨基酸序列分析比对结果显示ZmPIP2;6具有PIP蛋白的典型结构与并且其他物种的PIP蛋白具有很高的同源性。转化玉米原生质体试验结果显示ZmPIP2;6蛋白定位在细胞质膜。qRT-PCR结果显示ZmPIP2;6在玉米未成熟雄穗中表达量最高,并且在玉米受到渗透和盐胁迫后根和叶中的ZmPIP2;6表达受到显著诱导。在MS固体培养基上进行渗透胁迫处理和盐胁迫处理以及进一步的土培试验中进行干旱胁迫处理,ZmPIP2;6超表达拟南芥植株相对野生型都显示出更强的胁迫耐性。在干旱或盐胁迫条件下,拟南芥胁迫信号通路上的相关基因在ZmPIP2;6超表达植株中的表达受到不同程度的影响。【结论】玉米内在质膜蛋白基因ZmPIP2;6在渗透或盐胁迫下表达上调,在拟南芥中超表达ZmPIP2;6会增强植株对渗透、盐和干旱胁迫的耐性,并且在盐或干旱胁迫条件下会影响拟南芥中胁迫相关基因的表达。ZmPIP2;6可能参与植物水分胁迫响应过程。     

干旱胁迫下不同品种小麦4种功能基因的表达模式及相关生理指标分析

采用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)对干旱胁迫下脂质转移蛋白基因(TaLTP1)、膨胀素基因(TaEXPB23)、水通道蛋白基因(TaAQP7)和果聚糖6-果糖基转移酶基因(Ta6-SFT)在4种小麦叶片中的表达情况进行分析;通过测定相对水分质量分数和果聚糖质量分数来判断小麦生长发育状况。结果显示:干旱胁迫48h内,4种基因在不同抗旱性小麦叶片中的表达模式不同,干旱敏感型小麦中4种基因的相对表达量先上升后下降,恢复到正常水平;干旱耐受型小麦中4种基因的相对表达量先上升后下降,但仍维持较高表达水平;干旱耐受型小麦具有较高的相对水分质量分数和果聚糖累积量。以上结果表明,4种基因参与小麦干旱胁迫应答,4种基因的表达模式可以作为鉴定小麦抗旱的分子指标。本研究可为准确快速地鉴定小麦品种抗旱性提供重要分子依据。     

干旱胁迫对山定子水分生理及AQPs表达的影响

【目的】研究干旱胁迫对山定子水分生理及AQPs表达水平的影响.【方法】2年生山定子盆栽苗,设置对照、轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫4个试验处理.【结果】山定子叶片水势、叶片含水量、自由水、叶片相对含水量和茎、根系组织含水随干旱胁迫程度的加重而显著降低,束缚水含量及饱和亏则显著增加,复水后各水分生理呈恢复趋势.干旱胁迫影响AQPs的表达,MdPIP2;4,MdNIP4;2和MdNIP6;1在山定子叶片中随干旱胁迫程度的变化其表达量均上调,MdPIP1;4在叶片中未表达,其他AQPs均呈下调趋势.AQPs在山定子根中全部表达,其中MdNIP4;1,MdTIP1;3,MdTIP2;2和MdTIP5;1在山定子根部随胁迫程度的变化其表达量均上调,MdNIP2;2和Mdδ-TIP表达量下调.【结论】干旱胁迫能够显著影响山定子叶片含水量、自由水、叶片水势等水分生理的变化,基质水分与各水分生理呈相关或显著相关性.AQPs的表达受干旱胁迫的显著影响,在山定子叶片和根部的表达存在组织差异性,主要表现为AQPs表达量的显著差异.     

水通道蛋白与高等植物的耐盐性

水通道蛋白是一类特异的、高效转运水及其它小分子底物的整合膜蛋白,在植物中具有丰富的亚型。水通道蛋白通过转录调控、门控机制、聚合调控、重新定位等多种活性调控方式影响细胞膜系统的通透性,参与调节植物的水分吸收和运输。盐害引起渗透胁迫、离子毒害、活性氧胁迫,影响植物生长;水通道蛋白通过多种调控方式,全程参与植物的盐胁迫应答。结合水通道蛋白的功能特征及盐胁迫对高等植物的影响,综述了水通道蛋白在植物盐胁迫应答过程中的功能,并探讨了水通道蛋白研究的重点方向。     

小麦胁迫相关基因TaUCE2的克隆及表达模式分析

前期通过对耐旱小麦的RNA-Seq分析发现,转录本TRIAE_CS42_3DL_TGACV1_252817_AA0892160在干旱胁迫下表达量下降;通过克隆、生物信息学分析发现,该转录本包含一个444 bp的完整编码区,编码147个氨基酸,蛋白结构分析其含有一个UBC结构域,与山羊草泛素结合酶(E2)的氨基酸序列完全一致,证明该基因为泛素结合酶(E2)基因(Ta UCE2)。蛋白序列比对发现其第7、91、144位置处的氨基酸在单双子叶植物之间是特异的。进化分析发现该基因是在单双子叶植物进化后期分化的。荧光定量PCR分析表明,该基因响应ABA、干旱、高盐、低温的胁迫,在四种胁迫下,该基因在根中的表达量均降低。本研究为进一步分析泛素蛋白酶体途径在小麦逆境响应中的功能和机制奠定基础。     

干旱与NaHCO3胁迫下柽柳基因表达的比较

用cDNA微阵列技术比较了NaHCO3及干旱胁迫下柽柳基因的表达异同。柽柳分别采用0.4mol/L的NaHCO3和干旱处理约30h后取材,分离总RNA,选用Cy3和Cy5进行标记,并与载有柽柳基因的cDNA微阵列杂交,比较了柽柳干旱胁迫的基因表达谱和NaHCO3胁迫的基因表达谱。结果显示,2种胁迫下,有14条基因共同下调表达,31条基因共同上调表达,说明柽柳的抗旱耐盐性状相似性较高。有1个基因在干旱胁迫下为上调表达,在NaHCO3胁迫下为下调表达。同时,和Lea蛋白、脱水诱导蛋白RD22同源的基因在干旱胁迫下表达量升高明显,但NaHCO3胁迫表达量上升不明显;NaHCO3胁迫使与SMDC基因和水通道蛋白同源的基因表达量明显上升,而干旱胁迫其表达量无明显升高,提示了柽柳的抗旱、耐盐性状也存在明显的差异。     

Genome-wide identification and transcriptome profiling reveal great expansion of SWEET gene family and their wide-spread responses to abiotic stress in wheat(Triticum aestivum L.)

The Sugars Will Eventually be Exported Transporter(SWEET) gene family, identified as sugar transporters, has been demonstrated to play key roles in phloem loading, grain filling, pollen nutrition, and plant-pathogen interactions. To date, the study of SWEET genes in response to abiotic stress is very limited. In this study, we performed a genome-wide identification of the SWEET gene family in wheat and examined their expression profiles under mutiple abiotic stresses. We identified a total of 105 wheat SWEET genes, and phylogenic analysis revealed that they fall into five clades, with clade V specific to wheat and its closely related species. Of the 105 wheat SWEET genes, 59% exhibited significant expression changes after stress treatments, including drought, heat, heat combined with drought, and salt stresses, and more up-regulated genes were found in response to drought and salt stresses. Further hierarchical clustering analysis revealed that SWEET genes exhibited differential expression patterns in response to different stress treatments or in different wheat cultivars. Moreover, different phylogenetic clades also showed distinct response to abiotic stress treatments. Finally, we found that homoeologous SWEET genes from different wheat subgenomes exhibited differential expression patterns in response to different abiotic stress treatments. The genome-wide analysis revealed the great expansion of SWEET gene family in wheat and their wide participation in abiotic stress response. The expression partitioning of SWEET homoeologs under abiotic stress conditions may confer greater flexibility for hexaploid wheat to adapt to ever changing environments.     

谷子 SWI3基因鉴定及其在盐和干旱胁迫下的表达分析

SWI/SNF染色质重塑因子在植物的生长发育及逆境应答过程中起重要作用。本研究首先通过序列比对，从谷子基因组中鉴定出6个候选SiSWI3基因，分别命名为SiSWI3A、SiSWI3B、SiSWI3C1、SiSWI3C2、SiSWI3D1和SiSWI3D2。然后对上述基因的结构、编码蛋白、启动子元件、亚细胞定位等进行生物信息学分析和预测，结果表明：SiSWI3蛋白都含有SANT Motif，且亚细胞定位预测显示SiSWI3成员主要被定位在细胞核中；SiSWI3基因启动子区域含有大量与光响应、激素类应答、逆境应答、代谢调控等相关的顺式作用元件。最后采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测这些基因在谷子苗期盐胁迫和干旱胁迫下的表达量变化，检测结果表明：SiSWI3基因受盐和干旱不同程度的诱导，说明SiSWI3基因参与谷子苗期盐胁迫和干旱胁迫应答。本研究所得结论为进一步探究SiSWI3染色质重塑因子在抗逆作物谷子的逆境响应中的功能和机制奠定了基础。     

小麦RCAR基因家族的鉴定、进化与逆境响应

研究小麦RCAR基因家族的进化与逆境响应,有助于阐明RCAR基因抵御逆境胁迫的调控机制。根据保守结构域在小麦基因组中鉴定出27个RCARs,除了第5和6同源群外,其余同源群均有分布。根据进化关系可分为6个亚组;GroupA和GroupB中12个TaRCARs均检测到快速进化,ω值分别为0.349和0.321,GroupA中3个位点经历了正选择,后验概率P0.99;TaRCARs启动子顺式元件主要有4类,分别参与非生物胁迫应答、光响应、激素响应和生长发育过程。比较RNA-seq表达谱发现TaRCAR1、TaRCAR2、TaRCAR4和TaRCAR7是组成型表达,其余基因的表达具有组织特异性;在干旱和热胁迫下RCARs响应模式不同,除TaRCAR3和TaRCAR6在热胁迫后12 h内表达提高外,TaRCAR1、TaRCAR3和TaRCAR6均在干旱胁迫和热胁迫后6 h内提高,TaRCAR5在干旱胁迫后表达上调,TaRCAR7在热胁迫时表达下调。     

盐胁迫对5种抗旱型小麦苗期生理特性的影响

[目的]探讨盐胁迫对不同抗旱型小麦品种苗期叶片抗氧化酶活性和相关生理指标的影响,为耐盐抗旱型小麦品种筛选和抗盐机制研究提供科学依据.[方法]选取5种抗旱型小麦品种(晋麦47、长4642、长6350、长6154和长6878),通过水培试验模拟不同盐胁迫处理(T1:Hoagland营养液+100 mmol/L NaCl;T2:1/2浓度Hoagland营养液+200 mmol/L NaCl;CK:1/2浓度Hoagland营养液)对小麦幼苗期的伤害效应,分别在胁迫第3 d和第7 d测定植株超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性及叶片丙二醛(MDA)和脯氨酸含量,分析不同抗旱型小麦对盐胁迫的响应差异.[结果]不同抗旱型小麦品种对不同盐胁迫浓度及胁迫时间的响应存在差异,其中晋麦47的叶片SOD活性在低盐浓度(T1处理)胁迫下被激活,随着盐浓度升高及胁迫时间延长,SOD活性又逐渐降低,叶片POD活性和MDA含量相对处于较低水平.方差分析结果表明,取样时间对小麦叶片SOD活性的影响极显著(P<0.01,下同),叶片POD活性在不同盐胁迫处理、不同品种、采样时间及盐胁迫处理和品种互作间均存在极显著差异;叶片MDA含量在不同盐胁迫处理、不同品种和采样时间间存在极显著差异;脯氨酸含量在不同盐胁迫处理、采样时间间存在极显著差异.相关性分析结果表明,叶片MDA含量与SOD活性无明显相关性,而与POD活性及叶片和根系脯氨酸含量均呈极显著正相关.[结论]叶片POD活性和MDA含量可作为小麦的耐盐性筛选指标.5个抗旱型小麦品种中,晋麦47在苗期具有相对较强的耐盐性,适合在盐碱地推广种植.     

番茄OSCA基因家族鉴定及不同胁迫条件下表达分析

为阐明高渗性钙离子通道OSCA基因在不同胁迫条件下作用,基于番茄全基因组信息,从栽培番茄中鉴定出12个SlOSCA基因,均含DUF221结构域,分别位于1、2、4、6、7、8、9、12号染色体上,亚细胞定位分析表明均位于质膜和高尔基体上。系统进化分析显示SlOSCA基因家族可分为5个进化群。根据番茄表达量数据库组织特异性分析发现,SlOSCA基因家族在不同组织部位表达量不同,其中根部和叶片表达量相对较高。Real-time PCR结果表明,多数SlOSCA基因响应干旱、盐、低温、ABA和灰霉病胁迫。SlOSCA基因响应ABA胁迫普遍强烈,受低温胁迫影响较小。其中SlOSCA9受干旱、盐和ABA胁迫强烈诱导,SlOSCA10受灰霉病胁迫强烈诱导。     

蔬菜作物应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究进展

蔬菜作为重要的经济作物,近年来的种植面积、产量及需求都在不断增加。蔬菜作物在生长和发育过程中经常受到非生物逆境（包括干旱、盐、极端温度及重金属胁迫等）的侵害,影响其产量及品质。近十年来,国内外关于蔬菜应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究领域取得了一定的进展。在应答干旱胁胁迫方面,DREB、WRKY、NAC、bHLH及bZIP等转录因子受干旱信号诱导,调节下游抗旱基因的表达,从而提高蔬菜作物抗旱能力。同时,水分运输相关功能基因（PIP、TIP）、E3连接酶SIZ1及脱水蛋白DHN也被报道受干旱诱导,并通过调节水势、渗透势及ROS积累抵御干旱胁迫。在抵御盐胁迫方面,SOS途径至关重要。SlSOS2能够通过调节SlSOS1和Na+/H+逆向转运蛋白LeNHX2/4的表达维持离子平衡和调节植物器官中Na+的分配。蔬菜抗盐研究中NAC、ERF、MYB等转录因子响应盐胁迫并激活抗逆相关基因表达,从而提高蔬菜作物抗盐能力。此外蔬菜植物大量合成渗透调节物质是其抵御盐胁迫的常见方式。吡咯啉-5-羧酸合成酶PvP5CS和tomPRO2、脯氨酸脱氢酶BoiProDH等在盐胁迫下能提高脯氨酸的含量;过表达甜菜碱醛脱氢酶SlBADH能提高番茄中甜菜碱含量。在高温胁迫响应过程中,HSFs位于调控网络的核心位置,可调控包括HSPs在内的一系列抗逆基因的表达,番茄中热激转录因子SlHSFs相互之间形成复合体调控下游SlHSPs的表达而应答高温逆境。在低温胁迫中,CBFs/EREBs位于调控网络的核心位置,并受ICE1调控;LEA及HSPs蛋白在低温下能够防止细胞中蛋白质变性并维持细胞膜流动性。蔬菜应答重金属胁迫主要依靠体内隔离和体内外螯合机制。在蔬菜应答非生物逆境的过程中,ABA作为信号受体起到至关重要的作用。蔬菜中NAC、MYB、HSF等转录因子则受ABA信号诱导,应答非生物逆境,进而提高活性氧清除能力,合成更多抗逆物质,从而抵御非生物逆境的侵害。     

苹果GRF基因家族在非生物胁迫下的表达分析

GRF（Growth Regulating Factor）基因家族是一类植物特有的转录因子，它在调控植物的生长发育、渗透胁迫等方面发挥重要作用，主要通过调控细胞增殖过程促进植物组织器官的生长，提高植物对环境胁迫的适应性，因此，研究GRF基因家族在逆境条件下的表达调控具有重要意义。利用生物信息学分析和实时荧光定量PCR技术研究苹果中12个 GRF 基因在干旱、盐害和温度胁迫条件下的表达情况。结果表明：苹果MdGRFs基因参与响应非生物胁迫，干旱、盐害、高温和低温条件下MdGRFs表达量多数有明显变化。分别用干旱、盐害处理苹果幼苗后有相同的4 个MdGRFs基因呈上调表达趋势；分别用干旱、低温处理后也有4 个基因有相似的诱导表达； MdGRF05和 MdGRF07受到干旱、盐害和低温的诱导表达；盐胁迫处理后，12 个MdGRFs基因中有8个明显上调，4个明显下调；高温条件下， MdGRF04、 MdGRF05、 MdGRF07、 MdGRF09和 MdGRF11基因表达上调略明显， MdGRF02、 MdGRF03和 MdGRF10表达均下调，其中高温12 h 后，几乎检测不到 MdGRF10的表达。     

小麦幼苗叶片活性氧清除能力对干旱胁迫的响应

研究了不同干旱胁迫方式,即间断干旱胁迫和持续干旱胁迫对小麦幼苗叶片活性氧清除能力的影响,测定了3种活性氧[羟自由基(.OH),过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子自由基(O2.-)]清除能力的变化。结果表明,正常生长小麦的叶片具有一定的清除活性氧(.OH,H2O2,O2.-)的能力;2种干旱方式均导致小麦.OH和O2.-清除能力上升,复水后仍维持在较高水平,2种干旱方式均导致小麦H2O2清除能力下降,复水后仍低于正常水平;根和叶对相同处理表现出不同的反应;与间断干旱比较,持续干旱处理使小麦表现出更强的活性氧清除能力,对小麦活性氧清除能力的影响较大且延续时间长,具有胁迫后效应。