蓖麻RcFEN1基因克隆及非生物胁迫下表达模式分析

【目的】克隆蓖麻结构特异性核酸酶1基因(RcFEN1),并检测其组织表达特性及不同非生物胁迫下的时空表达模式,为揭示RcFEN1基因在蓖麻生长发育和响应低温胁迫等非生物胁迫的功能提供理论参考。【方法】根据蓖麻低温胁迫转录组注释信息,通过RT-PCR对RcFEN1基因编码区(CDS)进行克隆,利用生物信息学软件进行序列特征分析,并利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)检测其组织表达特性及不同非生物胁迫下的时空表达模式。【结果】克隆获得的RcFEN1基因(GenBank登录号OP205366)包含1个1154 bp的开放阅读框(ORF),编码383个氨基酸残基,含有RAD2/XPG核酸酶蛋白家族典型的结构域XPG-N和XPG-I,属于RAD2/XPG蛋白家族成员。RcFEN1蛋白含多个生物活性位点及功能区,但无跨膜区域和信号肽结构,是一个非分泌型亲水蛋白,定位在细胞核。RcFEN1蛋白与特洛花TsFEN1蛋白的氨基酸序列一致性最高,与大叶藻ZmFEN1蛋白序列的一致性最低,分别为90.28%和84.32%。RcFEN1蛋白与一串红和硬皮地星的FEN1蛋白亲缘关系较近。RcFEN1基因在子叶中的相对表达量显著高于根、茎和真叶(P<0.05,下同),在真叶中的相对表达量最低。RcFEN1基因在4种非生物胁迫下均有表达,但表达模式存在明显差异,其中,RcFEN1基因对干旱胁迫响应最敏感,处理2和4 h时相对表达量显著高于对照组(0 h)及其他处理时间;RcFEN1基因在盐胁迫和ABA胁迫下呈现相同的响应表达模式,均在处理4 h时开始表达,随后相对表达量降低;在低温胁迫下,RcFEN1基因在低温胁迫下延迟表达,且处理12 h后才被激活表达,且相对表达量持续增加。【结论】从蓖麻中克隆获得RcFEN1基因属于RAD2/XPG家族成员,是蓖麻低温胁迫下的差异表达基因,参与蓖麻低温胁迫的响应调控。     

PtrDREB28转录因子的克隆及抗逆性

DREB/CBF转录因子响应植物干旱、高盐和低温等非生物胁迫应答是通过特异结合DRE/CRT顺式作用元件。利用RT-PCR技术从毛果杨克隆PtrDREB28转录因子基因,用基因枪法对其进行亚细胞定位分析,结果表明其定位在细胞核中;利用农杆菌介导法对野生型大青杨进行遗传转化,并对转基因株系进行抗逆性分析,结果显示经高盐胁迫处理的转基因株系的耐受性明显高于野生型植株;通过测定和比较经盐胁迫处理后转基因株系和野生型植株的丙二醛质量摩尔浓度和相对电导率,发现转基因株系的丙二醛质量摩尔浓度和相对电导率均显著低于野生型植株,表明PtrDREB28基因的过表达可以显著提高杨树耐盐性,由此推测PtrDREB28转录因子可能参与杨树逆境胁迫应答过程。     

过表达细叶百合LpNAC6基因增强烟草的耐盐性

目的NAC转录因子是一类具有多种生物功能的新型转录因子，在植物抗逆响应中发挥着重要作用。本文旨在克隆并研究细叶百合LpNAC6基因在逆境胁迫下的表达模式，探究其在烟草中响应盐胁迫的功能。方法本研究采用同源克隆技术克隆得到细叶百合LpNAC6基因，利用生物信息学软件对LpNAC6基因进行分析；通过基因枪法对LpNAC6蛋白进行亚细胞定位；利用实时荧光定量PCR的方法分析LpNAC6基因在不同非生物胁迫和不同组织中的表达模式；构建植物表达载体pBI121-LpNAC6-GFP转化烟草，通过对转基因烟草进行盐胁迫处理验证LpNAC6基因的功能。结果LpNAC6基因长909 bp，编码302个氨基酸，存在一个高度保守的NAM结构域，属于NAC基因家族。LpNAC6为不稳定亲水性蛋白，无信号肽和跨膜结构域，有5个糖基化位点和20个磷酸化位点，亚细胞定位在细胞核。LpNAC6基因与黄褐棉的NAC转录因子进化关系最近。细叶百合中LpNAC6基因对ABA、干旱、低温及盐胁迫均有响应。盐胁迫下，过表达LpNAC6基因的转基因烟草其SOD、POD、CAT的活性和叶绿素、脯氨酸、可溶性蛋白的含量均显著高于野生型。结论细叶百合LpNAC6基因能够响应ABA、干旱、低温、盐胁迫等非生物胁迫，其过表达能够提高转基因烟草在盐胁迫下的代谢活力和抗氧化酶活性，从而增强烟草耐盐性。      

玉米WRKY 转录因子非生物胁迫的表达分析

WRKY蛋白是一类植物特异的转录因子家族,在植物响应病害及非生物胁迫中起重要作用。通过生物信息学方法,从玉米基因组中得到3个WRKY家族基因序列(ZmWRKY14-like、ZmWRKY25-like、ZmWRKY62-like),预测表明3个蛋白都定位于细胞核。荧光定量PCR分析表明,3个基因在玉米的不同器官中都有表达,但具有组织表达特异性。ZmWRKY14-like和ZmWRKY62-like在幼果中的表达量均显著高于在其他组织中的表达量,ZmWRKY25-like基因在叶、穗丝和幼果中的表达量高于在其他组织中的表达量。盐胁迫下,ZmWRKY25-like基因呈上调表达,ZmWRKY62-like基因呈下调表达;干旱胁迫下,ZmWRKY62-like基因出现下调表达;低温胁迫下,ZmWRKY25-like基因呈上调表达。结果表明,ZmWRKY25-like可能参与了植物对盐和低温胁迫的响应,ZmWRKY62-like基因则可能参与了植物对盐和干旱胁迫的响应。     

不同植物生长调节剂对绯花玉开花效应研究

【目的】鉴定、克隆冬瓜 BhiOXR 基因,明确其在非生物胁迫下的表达特征,为深入研究冬瓜 BhiOXR 基因的功能奠定基础。【方法】从冬瓜基因组鉴定 BhiOXR 基因家族成员,设计扩增 BhiOXR 基因 CDS 的全长引物,通过 RT-PCR 克隆 BhiOXR 基因。以低温（4℃）、高温（40℃）、盐胁迫（150 mmol/L NaCl 溶液） 和干旱胁迫（10%PEG6000 溶液）处理冬瓜高代自交系 B227 幼苗,利用 qRT-PCR 技术分析冬瓜 BhiOXR 基因 分别在上述 4 种非生物胁迫处理下（处理 0、4、8、12、24 h）的表达特征。【结果】鉴定到 6 个冬瓜 BhiOXR 成员,并进行全长基因克隆和生物信息学分析。qRT-PCR 分析结果表明,BhiOXR1 响应低温、高温和干旱胁 迫,不响应盐胁迫;BhiOXR2a、BhiOXR2b 和 BhiOXR4 响应低温、盐和干旱胁迫,不响应高温胁迫;BhiOXR3 和 BhiOXR5 响应低温、高温和盐胁迫,不响应干旱胁迫。【结论】明确了冬瓜 BhiOXR 基因受低温、高温、盐 和干旱等非生物胁迫诱导表达,并且不同 BhiOXR 基因响应的非生物胁迫有差异,由此推测 6 个 BhiOXR 成员可 能在抵御不同非生物胁迫过程中所表现的抗氧化作用不尽相同,为进一步探究冬瓜 BhiOXR 基因的生物学功能 奠定基础。     

水稻B-box锌指蛋白基因OsBBX26的 克隆及表达分析

[目的]克隆水稻B-box锌指蛋白基因(OsBBX26),并分析其在非生物胁迫下的表达模式,为探究水稻B-box蛋白的非生物胁迫响应机制提供理论依据.[方法]以水稻模式品种日本晴为材料,采用RT-PCR克隆OsBBX26基因,对其进行生物信息学分析,并通过构建pBA-OsBBX26-YFP植物表达载体进行亚细胞定位.同时,采用实时荧光定量PCR检测分析OsBBX26基因的组织特异性及非生物胁迫(干旱、ABA、低温和高盐)下的表达模式.[结果]克隆获得的OsBBX26基因(LOC_Os08g42440)cDNA全长序列为1467 bp,编码488个氨基酸,其编码蛋白分子量为51.86 kD,理论等电点(pI)为6.63,包含1个B-box锌指结构域和1个CCT结构域,其中B-box结构域位于第13~60位氨基酸,CCT结构域位于第435~478位氨基酸,该蛋白定位于细胞核中.OsBBX26基因位于8号染色体上,启动子区域除了含有TATA-Box和CAAT-Box等基本转录元件外,还含有与逆境相关的顺式作用元件,包括低温响应元件LTR、脱落酸响应元件ABRE、水杨酸响应元件TCA-element、厌氧响应元件ARE、茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和TGACG-motif,以及MYB转录因子结合位点.OsBBX26蛋白与粳稻B-box蛋白亲缘关系最近,其次与籼稻B-box蛋白亲缘关系较近,与其他植物B-box蛋白也存在较高的相似性,其中与小米、大麦、高粱、玉米和短柄草B-box蛋白的氨基酸序列相似性分别达72%、72%、71%、69%和68%.OsBBX26基因在幼叶中的表达量最高,其次是在成熟叶片中,在幼根、成熟根、茎和幼穗中的表达量均极低,表明该基因表达具有明显的组织表达特异性.干旱、高盐、ABA和低温胁迫处理下OsBBX26基因均上调表达,干旱、高盐和ABA胁迫处理12 h达峰值,但低温胁迫处理在24 h后才达峰值.[结论]OsBBX26基因受干旱、高盐、ABA和低温胁迫诱导均上调表达,推测其参与水稻植株响应多种非生物胁迫,在逆境响应中发挥重要调控作用.     

玉米锌指蛋白基因ZmLSD1的生物信息学及表达特性分析

为探究锌指蛋白基因ZmLSD1的功能,采用实时荧光定量PCR技术分析在干旱、盐、低温、高温、脱落酸和水杨酸胁迫下根、胚芽鞘、叶部位中ZmLSD1基因的转录表达。结果表明,根中ZmLSD1基因在干旱、盐、高温、低温和脱落酸处理下表达量上升,水杨酸处理导致该基因的表达量降低;在胚芽鞘中,该基因受干旱、盐、脱落酸和水杨酸诱导上调表达,而高温和低温胁迫下基因呈现下调表达;在叶中ZmLSD1基因正向响应干旱、盐和脱落酸处理,但低温、高温和水杨酸条件下基因的表达受抑制。锌指蛋白基因ZmLSD1在玉米的干旱、盐、高温和低温等非生物胁迫响应中发挥了重要作用。     

陆地棉盐胁迫应答基因GhWRKY41的克隆与分析

为研究转录因子GhWRKY41在陆地棉盐胁迫应答过程中的作用,基于差减文库分析结果,利用RT-PCR和RACE技术,克隆了GhWRKY41基因(GenBank登录号为HM002635)。该基因cDNA长度为1 630bp,含有ORF(Open reading frame)为1 068bp,编码355个氨基酸的多肽,包含2个内含子。通过瞬时表达分析亚细胞定位,结果表明,转录因子GhWRKY41定位于细胞核,符合转录因子特性。转基因株系发芽试验结果表明,过量表达GhWRKY41基因,可显著提高转基因棉花在干旱、盐和低温胁迫下的发芽率;利用Real-time PCR技术,证明在盐和干旱胁迫条件下,转基因株系中GhWRKY41基因的表达量显著上升。GhWRKY41基因在根、茎和叶片中表达存在差异,根系中胁迫6h上调达到最高,茎中则胁迫48h达到最高,而叶片中仅6和24h上调表达。进一步比较转基因棉花与野生型棉花的纤维品质性状,结果表明GhWRKY41的过表达可以提高转基因棉花的衣分。因此,GhWRKY41参与了棉花响应盐和干旱胁迫应答过程,且过表达可提高转基因棉花耐盐性和耐旱性。     

苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1的克隆及功能鉴定

【目的】异三聚体G蛋白(Heterotrimeric G protein)作为植物生物体内重要的信号转导分子,在感受外界环境刺激、参与植物抗逆反应和跨膜信号转导等方面发挥着重要作用。克隆异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1,并在烟草中过量表达MdGPA1,对其进行生物学功能鉴定和生理指标分析,为多年生木本植物响应环境因子信号转导过程中的分子机理研究提供参考。【方法】本研究以‘嘎拉’苹果(Malus×domestica‘Royal Gala’)为研究试材,利用同源序列比对和PCR技术,克隆获得MdGPA1。使用MEGA5.0构建GPA1物种间系统进化树;利用qRT-PCR方法检测该基因在苹果受非生物胁迫诱导表达及组织特异性表达情况。构建MdGPA1植物过表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶片,比较干旱胁迫条件下野生型和转基因株系的表型与生理指标,验证MdGPA1在植物干旱胁迫条件下的生物学功能。【结果】克隆得到苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1(基因序列号:MDP0000881842),该基因长为1 173 bp,编码390个氨基酸。进化树分析表明MdGPA1与白梨Pb GPA1亲缘关系最近,同源性最高。基因表达分析显示MdGPA1主要在叶片中表达,在根系中的表达量次之,在茎和果实中的表达量较低。定量分析表明,该基因参与干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫响应,在150 mmol·L~(-1)Na Cl、150 mmol·L~(-1)甘露醇、10%PEG和4℃胁迫条件下表达量明显下调,在5%H_2O_2胁迫处理下表达量明显上调。在烟草中过量表达MdGPA1,发现MdGPA1转基因烟草表现出对干旱敏感的表型特征,其叶片鲜重、叶绿素含量以及脯氨酸含量明显低于野生型烟草。在地下部,MdGPA1转基因烟草同样表现出对干旱敏感的表型特征;其根系形态相比于野生型较小,干重也明显低于野生型。【结论】MdGPA1参与了植物感受外界环境刺激的过程,对干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫都存在着不同程度的响应。在烟草中异源表达MdGPA1后,提高了烟草对干旱的敏感性,转基因烟草表现出不耐干旱的表型,受干旱胁迫比野生型烟草更为严重,说明MdGPA1在响应植物抗旱胁迫中起着负调控作用。     

水稻黄嘌呤脱氢酶基因OsXDH克隆及表达分析

[目的]克隆水稻黄嘌呤脱氢酶(Xanthine dehydrogenase,XDH)基因(OsXDH),分析其生物信息学特性及表达特性,为研究XDH在水稻生长发育和响应逆境胁迫中的调控机制提供理论依据.[方法]以粳稻品种日本晴为材料,采用同源克隆技术克隆OsXDH基因,应用生物信息学方法对其氨基酸序列进行分析.利用实时荧光定量PCR (qPCR)检测OsXDH基因的组织表达特性及逆境胁迫下的表达情况,并对不同转基因株系乳熟期剑叶OsXDH基因表达量、XDH活性和叶绿素含量进行比较分析.[结果]克隆获得OsXDH基因的开放阅读框序列(ORF)(GenBank登录号LOC4333171),其长度为4110 bp,编码1369个氨基酸.OsXDH蛋白分子量大小为150.23 kD,理论等电点(pI)为6.54,与小麦、高粱、玉米、谷子和油菜等作物XDH蛋白氨基酸序列的相似性分别为84.54%、84.07%、81.52%、76.35%和69.22%,表明XDH蛋白氨基酸序列具有高度保守性.OsXDH基因在水稻不同组织部位均有表达,灌浆期的表达量显著高于苗期和分蘖盛期(P<0.05),且受干旱、黑暗、高温和盐胁迫诱导高效表达.OsXDH过表达水稻转基因株系乳熟期剑叶的XDH活性和叶绿素含量高于野生型,OsXDH干扰转基因株系的XDH活性和叶绿素含量低于野生型.[结论]OsXDH基因受水稻生长发育和逆境胁迫因子诱导表达,推测其是调控水稻生长发育和响应逆境胁迫的关键基因.     

沙冬青热胁迫相关蛋白基因AmHsa32超表达提高大肠杆菌的抗热性

热胁迫相关蛋白32（Heat stress associated protein 32,Hsa32）与植物的抗逆性密切相关。本文将从沙冬青低温干旱EST库中获得的热胁迫相关蛋白基因AmHsa32进行了非生物胁迫下的表达分析与转化大肠杆菌研究。生物信息学分析表明,AmHsa32的编码区全长858 bp,编码286个氨基酸,预测分子量约32 kD,与拟南芥HSA32亲缘关系较近。qRT PCR分析显示,AmHsa32在沙冬青幼苗中受热胁迫诱导后表达量迅速提高,1 h后达到对照的25倍;对其他非生物胁迫如低温、干旱及盐均有响应,表达量有不同程度的增加,说明AmHsa32对沙冬青非生物胁迫抗性的提高可能发挥着重要作用。将AmHsa32基因转化大肠杆菌,同野生菌相比,热胁迫（50 ℃）条件下,转基因大肠杆菌存活率明显提高。本研究结果表明,AmHsa32可用于通过转基因技术提高热敏感植物抗热性的研究。      

葡萄响应非生物性胁迫相关基因的研究进展

植物对非生物性胁迫相关基因的响应是当前科学研究的热点之一,关于葡萄响应非生物性胁迫相关基因的研究颇多。综述了葡萄响应盐害、干旱、低温、热害、渗透等非生物性胁迫相关基因的克隆、转录、表达的调控方式和功能鉴定方面的研究进展,并对葡萄响应非生物性胁迫相关基因研究存在的问题和未来的研究方向进行了分析和讨论。     

青蒿中AaWRKY3转录因子的克隆及表达分析

研究克隆得到了青蒿AaWRKY3基因,属Ⅱ类WRKY转录因子,其表达蛋白约为76kD。该基因在植物组织中广泛表达,在根中的表达量最高,且其表达量随叶片生长不断增加。其表达量受到低温、干旱和盐胁迫的强烈诱导,但对于甲基茉莉酸、乙烯、ABA及伤害处理不敏感。该研究结果表明,此基因可能通过ABA非依赖性信号转导途径来调节植物非生物胁迫应答。     

非生物胁迫下山腊梅CpCBF基因的表达模式分析

为探讨腊梅CpCBF基因在非生物胁迫下的响应机制,对山腊梅幼苗分别进行低温、干旱、NaCl和ABA处理,利用qRT-PCR技术对CpCBF基因的表达进行检测。结果表明:腊梅CpCBF基因能快速响应低温、盐、干旱和ABA胁迫,其中对低温和干旱的响应较为显著和持久。4℃低温处理12h后,其表达量达峰值;对于干旱胁迫,处理6h后表达量最大。初步推测CpCBF基因可能在腊梅抵御低温、干旱和高盐等非生物胁迫时发挥重要作用。     

小麦K2型脱水蛋白DHN14响应非生物胁迫的功能分析

【目的】研究脱水蛋白DHN14的功能及其在植物响应非生物胁迫中的潜在作用。【方法】从小麦品种"郑引1号"克隆获得脱水蛋白基因DHN14,对其进行生物信息学分析,利用实时定量PCR分析该基因在逆境胁迫下的表达水平,构建脱水蛋白DHN14基因的原核表达载体(重组菌pET28a-DHN14),经IPTG诱导表达后,在非生物胁迫下,研究该蛋白对大肠杆菌及乳酸脱氢酶(LDH)的保护作用。【结果】克隆获得脱水蛋白基因DHN14的CDS为339 bp,编码112个氨基酸,该蛋白含有2个保守的K片段,属于高亲水性无序蛋白,其分子质量为24 ku,等电点(pI)约为6.28;多序列比对分析表明,DHN14蛋白与WCOR726(Triticum aestivum)脱水蛋白的亲缘关系最近;实时定量RT-PCR结果表明,脱水蛋白基因DHN14受干旱、低温和ABA诱导表达;在20 mmol/L金属离子(Co~(2+)、Ni~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+))胁迫下,表达DHN14重组蛋白的大肠杆菌的活力明显高于对照,表明该蛋白在大肠杆菌中对金属离子胁迫具有保护作用;用1.0 mmol/L过氧化氢进行胁迫处理,重组菌DHN14存活率显著增高,说明脱水蛋白DHN14能够提高大肠杆菌对过氧化氢胁迫的耐受性;在低温和脱水胁迫下,DHN14脱水蛋白对乳酸脱氢酶的活性具有保护作用。【结论】小麦脱水蛋白DHN14能够响应非生物胁迫,提高对低温、干旱、金属离子、过氧化氢的耐受性。     

玉米肌动蛋白解聚因子ZmADF4基因克隆、转录活性及表达分析

【目的】克隆玉米肌动蛋白解聚因子4（ZmADF4）基因,并对其转录活性和表达模式进行分析,为探究玉米ADF家族基因的功能及调控机制提供参考依据,也为玉米抵抗逆境胁迫研究提供潜在的基因资源。【方法】采用同源克隆技术克隆玉米叶片ZmADF4基因,运用生物信息学软件分析其编码蛋白的理化性质、保守结构域及二、三级结构;通过原生质体瞬时转化进行亚细胞定位;利用酵母自激活分析该基因转录活性,下载RNA-Seq数据分析其在不同组织中的表达特性,并利用实时荧光定量PCR检测其在不同逆境胁迫下的表达情况。【结果】从玉米叶片克隆获得的ZmADF4基因,编码区（CDS）长度为420 bp,编码139个氨基酸残基,蛋白分子量为15.855 kD,理论等电点（pI）为7.66,属于亲水性蛋白,具有典型的植物ADF蛋白家族的保守结构域ADF_gelsolin,主要定位于细胞质中。ZmADF4基因不具有转录自激活效应,且在根、茎、叶、花丝、花药、胚、胚乳和果皮等组织中呈差异性表达,在茎、果皮和叶片中表达量较高。ZmADF4基因对高温胁迫、低温胁迫、高盐胁迫、干旱胁迫及脱落酸处理均有响应,其中高温胁迫下,整体呈上调表达趋势,而低温胁迫和脱落酸处理下,整体呈下调表达趋势,干旱和高盐胁迫下则呈先上调再下调表达的趋势。【结论】ZmADF4基因属于ADF基因家族成员,不仅参与玉米茎、果皮和叶片的生长发育调控,还参与低温、高温、干旱、脱落酸、盐胁迫等逆境响应调控。     

甜椒内质网小分子热激蛋白基因(CaHSP22.5)克隆及其在转基因烟草中的表达分析

[目的]克隆甜椒内质网小分子热激蛋白基因(CaHSP22.5),并检测其表达特性,为探究其在植物抗逆中的调控机制提供理论依据.[方法]克隆CaHSP22.5基因并构建其表达载体pBI121-CaHSP22.5,转化农杆菌LBA4404后通过叶盘法转化野生型烟草,即获得CaHSP22.5转基因株系;以转pBI121空载体的野生型烟草为对照组.对转基因株系和野生型烟草进行4℃6 h低温处理,根据幼苗成活率测定CaHSP22.5基因表达对植株耐寒性的影响.采用脉冲振幅调制叶室荧光仪Li-6400测量4℃处理10 h后野生型植株与CaHSP22.5转基因株系叶绿素荧光,根据非光化学淬灭系数(NPQ)值测定CaHSP22.5基因表达对在低温下植株光合作用的影响;使用过氧化氢(H2O2)钛络合物法对烟草叶片中H2O2进行定量分析,通过测定活性氧(ROS)积累程度分析CaHSP22.5对植物光合系统的影响;采用检测柠檬酸合成酶(CS)活性的方法,在体外通过对变性CS复性的影响测定CaHSP22.5的分子伴侣活性.[结果]经低温处理后发现CaHSP22.5转基因株系13号、24号和32号幼苗的平均存活率分别为84%、75%和52%,而野生型烟草的平均存活率为30%,CaHSP22.5转基因株系烟草幼苗成活率菌高于野生型幼苗.低温处理10 h后发现CaHSP22.5转基因植株NPQ较野生型植株显著升高(P<0.05),说明转基因烟草中CaHSP22.5的积累有利于保护光合系统,在低温胁迫下清除ROS.同时发现低温胁迫导致植株ROS产量增加,CaHSP22.5转基因植系与野生型相比ROS积累水平较低.不同浓度的CaHSP22.5均可使变性的CS复性,且其CS活性均高于未添加CaHSP22.5的CS活性.[结论]CaHSP22.5蛋白可增强植株的耐寒性及光合作用,在植物体内可降低ROS积累,减轻脂质过氧化,同时具有分子伴侣活性.     

胡杨PeREM6.5调控拟南芥水分胁迫耐受机制

  目的  Remorin蛋白是广泛存在于苔藓、裸子和被子植物中的蛋白家族,在调控植物生长发育及生物胁迫反应方面具有重要作用,但有关remorin抵御非生物胁迫作用机制的研究较少。前期研究发现抗逆树种胡杨的remorin 6.5（REM6.5）可通过增强质膜质子泵活性提高植物耐盐性,在此基础上,本文研究了胡杨PeREM6.5在植物耐受水分胁迫中的作用,旨在进一步揭示植物抗旱的生理与分子机制。  方法  以过表达PeREM6.5拟南芥（OE1和OE2）、野生型（WT）和转空载体对照（VC）拟南芥为试验材料,对各基因型拟南芥进行水分胁迫处理（包括渗透胁迫和土壤干旱）以及复水处理,从生理生化及分子生物学角度研究了胡杨PeREM6.5在拟南芥干旱胁迫中的响应机制。  结果  甘露醇处理后,过表达PeREM6.5拟南芥的存活率、根长显著高于WT和VC,并且在渗透胁迫下细胞膜受损程度较小,这些表型差异主要与转基因拟南芥水分吸收、抗氧化防御能力增强有关。甘露醇处理后,过表达PeREM6.5拟南芥水通道基因AtPIP1;2和AtPIP2;1的表达量提高。甘露醇处理诱导WT和VC根细胞积累H₂O₂,对细胞膜造成氧化伤害。转基因株系在甘露醇处理后过氧化物酶基因POD和过氧化氢酶基因CAT表达量显著上调,能维持较高的POD和CAT酶活性,清除H₂O₂及其对细胞膜造成的损伤。在土壤干旱处理9 d后,转基因株系的叶绿素含量下降幅度低于WT和VC,复水后叶绿素含量恢复程度较高。另外,PeREM6.5转基因株系在干旱胁迫下维持PSⅡ实际光合量子产量的能力增强。  结论  过表达胡杨PeREM6.5基因提高了拟南芥对水分胁迫的耐受性。      

木薯SCARECROW-LIKE(SCL)基因克隆、生物信息学及非生物胁迫下表达分析

[目的]克隆木薯SCARECROW-LIKE(MeSCL)基因,对其进行生物信息学分析,并检测其在非生物胁迫下的表达情况,为深入研究木薯MeSCL基因响应非生物胁迫的调控机制提供理论参考.[方法]以木薯品种D346为材料,采用RT-PCR克隆MeSCL基因编码区(CDS)序列,并利用生物信息学分析软件进行序列特征分析,采用实时荧光定量PCR检测其在干旱、盐、氧化和低温胁迫下木薯叶片中的表达情况.[结果]克隆获得的MeSCL基因编码区(CDS)序列全长1655 bp,与参考序列(GenBank登录号LOC110627921)仅存在2个碱基的差异,开放阅读框(ORF)的长度为1560 bp,编码519个氨基酸,编码蛋白分子量为57.84 kD,等电点(pI)为6.08,脂肪系数为80.46%,总平均亲水性指数为-0.195,为亲水性蛋白,含有1个信号肽、6个从内部到外部的跨膜螺旋区和5个从外部到内部的跨膜螺旋区,定位于细胞核和内质网中,属于GRAS蛋白家族成员,具有该家族的保守结构域.MeSCL蛋白三级结构模型显示,该蛋白含有14个典型的α螺旋、10个β-折叠和36个β-转角.MeSCL蛋白与橡树HbSCL蛋白的相似性最高,为90.80%,与蓖麻RcSCR、胡杨PeSCL、毛果杨PtSCR、可可树TcSCR和哥伦比亚锦葵HuSCL蛋白的相似性在80.00%左右.MeSCL基因受干旱、盐、氧化和低温胁迫诱导表达量整体呈升高趋势,但在不同处理时间的表达量存在明显差异,其中,干旱和氧化胁迫下,MeSCL基因均在处理24 h时表达量最高,分别是对照的6.05和11.17倍,而盐和低温胁迫下,MeSCL基因均在处理6 h时表达量最高,分别是对照的11.76和3.80倍.[结论]MeSCL基因参与木薯植株的非生物胁迫响应,正向调控其抗非生物胁迫能力.     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。