OsCtBP-A基因过量表达和RNAi沉默对水稻根系生长和抗性的影响

为了阐明己克隆的水稻C端结合蛋白家族基因OsCtBP-A的功能,构建了该基因的过量表达和RNAi沉默载体,通过农杆菌介导转化水稻品种日本晴愈伤组织,分别获得了45个过量表达和75个RNAi 沉默T0代转基因植株,并进行了PCR和GUS染色鉴定。T1代过量表达株OsCtBP-A基因表达量明显增加,苗期根系生长增加,对水稻白叶枯病抗性无明显变化;而基因沉默株OsCtBP-A基因表达量显著下降,苗期根系发育迟缓,抗旱性明显降低,抗病性减弱。表明OsCtBP-A基因的表达可能对水稻苗期根系发育、抗旱性和抗病性具有不同程度的调控作用。     

木薯MePP2CAa基因克隆、表达及蛋白互作分析

为探究2C型蛋白磷酸酶（protein phosphatase 2C， PP2C）在木薯响应非生物胁迫过程中的作用，利用木薯Arg7叶片cDNA扩增MePP2CAa基因，分析该基因序列、启动子活性、不同逆境和激素处理下的表达模式以及与ABA受体PYLs之间的互作关系。序列分析结果显示，MePP2CAa基因全长1 311 bp，编码436个氨基酸，具有PP2C家族的结构域特征，与橡胶树和麻风树的PP2C序列同源性最高，分别为78.95%和74.09%，在C端保守；qRT-PCR分析结果显示，MePP2CAa基因在木薯储藏根中的表达显著高于茎、叶中的表达量；不同逆境和激素处理结果显示，甘露醇、NaCl、ABA、MeJA、低温和SA处理可以显著诱导MePP2CAa基因的表达；MePP2CAa基因启动子序列分析显示，启动子包含ABA应答元件（abscisic acid responsive element，ABRE）、MeJA响应元件、干旱诱导元件等；酵母双杂交结果显示MePP2CAa能够与MePYL1互作。以上结果表明，MePP2CAa基因可能响应木薯的非生物胁迫。     

受病原细菌诱导表达增强的水稻转录因子基因OsBTF3的分子鉴定

 【目的】分子克隆和定性分析受水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)诱导的水稻转录因子基因OsBTF3。【方法】用生物信息学和RT-PCR方法鉴定和分离OsBTF3基因全长cDNA序列;用原核表达和亚细胞定位方法分析产物表达及其定位;用RT-Q-PCR方法分析基因的组织表达特性和对Xoo侵染的的应答表达。【结果】从水稻品种日本晴cDNA中克隆了OsBTF3全长序列,它编码具有175个氨基酸的蛋白质,具有核定位信号和NAC保守结构域;OsBTF3与其它植物BTF3序列同源性可达79%～88%;在大肠杆菌中表达产生一个与预测分子量大小一致的27 kD蛋白质;OsBTF3::GFP融合蛋白主要在细胞核和细胞膜出现;OsBTF3基因在水稻不同发育期和组织中均有表达,但显著地受Xoo侵染的诱导而增强。【结论】成功分离了一个受Xoo诱导表达增强的水稻转录因子基因OsBTF3;OsBTF3主要定位于细胞核和细胞膜,可能在水稻感病性表达中起调控作用。     

水稻磷脂酶PLD家族生物信息学分析

【目的】磷脂酶PLD(Phospholipase D)家族是水稻中一类重要的蛋白,它在植物的生长发育调控以及非生物胁迫应答中发挥着重要作用。本研究旨在了解水稻PLD家族的基本信息。【方法】采用生物信息学的方法,对该家族16个成员基因的结构、蛋白基序、时空表达模式以及激素诱导表达模式等进行了分析。【结果】水稻PLD家族基因的长度为2982～11 305 bp,含有3～21个外显子,同亚类基因的外显子数目一致;所有家族成员在蛋白序列上表现出较高的相似性,除OsPLDφ,OsPLDκ外的大部分成员含有3种相同类型的基序。提取RiceXPro数据库中的表达数据后发现,PLD基因在根、茎、叶、花药、子房等部位中的表达量相对较高,而在胚芽和胚乳等部位中的表达量较低;PLD基因对不同激素的响应行为呈现出丰富的多样性,它们受茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)诱导表达,受油菜素内酯(BR)和细胞分裂素(CTK)所抑制,而对赤霉素(GA)和生长素(IAA)不敏感。【结论】成员含有相同类型的基序,表明它们在功能上具有保守性和一致性;各成员在不同激素处理后表现出不同的应答方式,暗示水稻PLD成员在逆境响应中执行不同的功能。这些研究结果为进一步研究水稻PLD家族基因的生物学功能奠定了基础。     

CaKR1上游启动子分离及其表达分析

运用基因组步移技术分离获得了CaKR1基因上游-1594 bp的启动子序列,命名为CaKR1p,发现其中含有SA、ABA、低温等信号应答原件以及其它诸如W盒等应答逆境胁迫的调控原件。进一步构建CaKR1p与GUS报告基因融合的植物表达载体,获得了烟草转基因植株及其相应的T1代株系,利用T1代转基因株系分析了CaKR1p在几种外源激素处理下的GUS基因的表达,结果表明外源激素SA、JA和ABA的诱导处理均可激活该启动子下游报告基因GUS的表达,说明CaKR1的表达和作用受到SA、ABA以及JA等信号通路调节。     

玉米ZmCPK9基因在非生物胁迫下的表达分析

【目的】钙依赖蛋白激酶(CPKs)是一类依赖于Ca~(2+)的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,仅在植物和部分低等生物中存在。Ca~(2+)作为第二信使,在植物生长发育和抗逆应答过程中起着重要作用。研究玉米Zm CPK9基因在幼苗期不同逆境胁迫下的动态表达,为分析该基因在玉米逆境应答中的功能和机制奠定基础。【方法】利用生物信息学方法,分析Zm CPK9基因序列特征,采用Real-time PCR技术分析Zm CPK9在干旱、低温、盐和ABA诱导下的表达特征。【结果】利用生物信息学方法从玉米基因组中鉴定出CPK基因,命名为ZmCPK9。序列分析表明Zm CPK9 c DNA序列长1 548 bp,编码515个氨基酸。生物信息学分析显示,在蛋白质序列和结构上该基因与其他物种CPK基因一样非常保守。Real-time PCR的结果表明,在干旱、低温、盐和ABA诱导下,Zm CPK9表达量均有所上调。【结论】Zm CPK9是玉米CPKs基因家族中一个新的成员,对干旱、低温、盐和ABA等非生物胁迫具有应答反应,推测Zm CPK9对植物防御非生物胁迫具有一定作用。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

黄冠梨PbpNCED3基因的克隆与表达

【目的】克隆黄冠梨Pyrus bretschneideri ‘Xuehuali’×P. pyrifolia ‘Shinsseiki’叶片中的9-顺式-环氧类胡萝卜素裂解双加氧酶(NCED)基因的全长cDNA序列,研究不同程度干旱条件下该基因的表达及与叶片内源脱落酸(ABA)的动态变化关系,为明晰该基因在梨树抗旱中的分子机理提供理论依据。【方法】根据转录组数据得到的PbpNCED3序列进行同源序列扩增,通过生物信息学分析确定其属于NCED家族基因。通过酶联免疫吸附法测定不同水分条件下梨叶片内源ABA的含量,通过实时荧光定量测定Pbp NCED3基因的表达量。【结果】Pbp NCED3cDNA序列全长为1 831bp,编码603个氨基酸(GeneBank登录号为:MH749461)。该蛋白具有NCED发挥功能所依赖的4个保守的组氨酸,有NCED家族特有保守结构域序列MIAHPKxDP和HDFAITE及RPE65结构域,N-端含有靶向叶绿体的转运肽。蛋白结构预测发现,该蛋白与玉米vp14(NCED家族蛋白)比对序列相似性为70%,且具有两亲性的α螺旋结构。PbpNCED3基因的表达量与梨叶片ABA的含量成正相关关系(相关系数为0.914),且二者都受到干旱的诱导。【结论】试验所得到的黄冠梨PbpNCED3属于NCED家族基因,该基因响应干旱胁迫,其表达量与内源ABA的含量动态变化趋势一致。     

CaKR1上游启动子分离及其表达分析

运用基因组步移技术分离获得了CaKR1基因上游-1594 bp的启动子序列,命名为CaKR1p,发现其中含有SA、ABA、低温等信号应答原件以及其它诸如W盒等应答逆境胁迫的调控原件。进一步构建CaKR1p与GUS报告基因融合的植物表达载体,获得了烟草转基因植株及其相应的T1代株系,利用T1代转基因株系分析了CaKR1p在几种外源激素处理下的GUS基因的表达,结果表明外源激素SA、JA和ABA的诱导处理均可激活该启动子下游报告基因GUS的表达,说明CaKR1的表达和作用受到SA、ABA以及JA等信号通路调节。     

水稻OsDDM1a和OsDDM1b基因应答非生物胁迫的表达特性分析

环境胁迫会引起植物基因组DNA甲基化水平改变和组蛋白修饰变化,而DNA甲基化与组蛋白修饰在基因表达的调控过程中具有重要作用。分析表明水稻OsDDM1a和OsDDM1b基因属于SWI2/SNF2家族,编码染色质重塑酶,氨基酸序列的相似性达92.82%。OsDDM1a和OsDDM1b的表达均受ABA、NaCl、低温和干旱胁迫诱导,且这两个基因的启动子序列中均含有ABRE、DRE、MYC和WRKY等应答不同胁迫信号的元件。因此,推测水稻在感受外界刺激后可能通过激活OsDDM1a和OsDDM1b的表达,使水稻基因组DNA发生相应的甲基化修饰,进而调控相关基因的表达,表明OsDDM1a和OsDDM1b在水稻胁迫应答反应中发挥重要的作用。     

梨磷脂酰胆碱转移蛋白基因的克隆及其表达分析

据转录组测序结果,结合RACE(cDNA末端快速扩增技术)和Genome walking(染色体步移技术)获得了梨磷脂酰胆碱转移蛋白基因的完整读码框序列,其开放阅读框长为1 323 bp,编码的440个氨基酸序列与葡萄磷脂酰胆碱转移蛋白质的同源相似性达73%,其具有START domain(启动域)、ZnF_TAZ(TAZ锌指结构)、DCD(双氰胺)保守结构域,将梨磷脂酰胆碱转移蛋白基因命名为PePCTP1。PePCTP1基因与GFP融合,构建植物表达载体,洋葱表皮亚细胞定位观察结果显示,PePCTP1基因编码的蛋白质分布在细胞膜上。用激素生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(6-BA)及NaCl诱导处理,发现与对照(CK)相比,SA和GA处理后PePCTP1基因表达量显著上升;NaCl和IAA处理后PePCTP1基因的表达量随时间逐渐上升;而ABA和6-BA处理不能增加目的基因的表达量。据此推测PePCTP1可能参与梨的逆境胁迫抗性反应。     

外源水杨酸对稻瘟病菌效应蛋白BAS4过表达菌株耐受性的影响

[目的]研究不同水杨酸(SA)浓度对稻瘟病菌菌株形态发育及受侵染水稻防御相关基因表达的影响,探究SA对稻瘟病活体寄生相关效应蛋白BAS4在稻瘟病菌与水稻互作中的作用机制,为生产上有效防控稻瘟病提供理论依据.[方法]利用不同浓度SA(50、100、200、500、1000和2000 μmol/L)处理稻瘟病菌过表达菌株(35S:BAS4/Mo-1)和野生型菌株(A1343R-7),统计分析SA对过表达菌株和野生型菌株菌落生长速率、产孢量及孢子萌发和附着胞形成等形态发育的影响.调查200 μmol/L SA处理稻瘟病菌菌株侵染水稻的发病率,实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析受侵染水稻防御相关基因表达情况.[结果]不同SA浓度对过表达菌株菌落生长速率、产孢量、孢子萌发率和附着胞形成的影响低于SA对野生型菌株的影响,经200 μmol/L SA处理过表达菌株侵染水稻的发病率降低,但降低幅度小于200 μmol/L SA处理野生型菌株侵染水稻的发病率.200 μmol/L SA处理能提高过表达菌株侵染水稻病程相关基因PR1a早期上调表达及PR10a基因72 h时的高效表达;使SA途径PAL基因表达量下调,JA途径AOS2基因早期上调表达,LOX2基因各时间点下调表达;使PR5基因早期上调表达,后期急剧下调;HSP90基因早期上调表达,但低于野生型菌株侵染水稻的表达量.[结论]BAS4过表达菌株对外源SA刺激有较强的耐受性.     

ABA对TCV的防御作用研究

[目的]了解脱落酸(ABA)是否参与宿主对芜菁萎缩病毒(Turnip crinkle virus,TCV)的防御作用。[方法]外施ABA和选用相应突变体,利用Western-blot检测各植株中TCV外壳蛋白含量,并采用RT-PCR分析防御相关基因表达。[结果]外施SA、JA、ET和ABA后,仅SA和ABA对TCV积累有明显抑制作用。在拟南芥-TCV互作系统中,SA和ABA之间具拮抗效应,且ABA诱导对TCV的防御不依赖于SA途径。[结论]植物通过激活不同的信号途径调节宿主对病毒的防御。     

脱落酸、水杨酸和钙对黄瓜幼苗抗冷性的诱导效应

为了探明脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和氯化钙(CaCl2)对黄瓜幼苗抗冷性的影响及其生理机制,以津优35号黄瓜幼苗为试材,叶面喷施0.1 mmol.L-1 ABA、1 mmol·L-1 SA和10 mmol·L-1 CaCl2,以喷洒去离子水为对照(CK),在光照培养箱中进行低温(昼/夜温度8℃/5℃,光量子通量密度为100μmol.m-2·s-1)处理.结果表明,低温胁迫可使黄瓜幼苗的冷害指数、电解质渗漏率(EL)、丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量显著升高.随着胁迫时间的延长,过氧化物酶(POD)活性逐渐升高,而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性先升高,后降低;脯氨酸与可溶性糖含量明显增加.胁迫前经ABA、SA和CaCl2预处理,黄瓜幼苗的冷害指数分别比CK降低50.0％、40.0％和47.1％,EL和MDA含量的增加幅度明显减小,胁迫初期H2O2含量增加幅度大于CK,但24 h后呈下降趋势,72 h时分别比CK降低27.9％、27.5％和34.4％;抗氧化酶活性及脯氨酸、可溶性糖含量显著高于CK.说明ABA、SA和CaCl2对黄瓜幼苗抗冷性有明显的诱导效应,这种效应与抗氧化酶活性提高和渗透调节能力增强有关.     

湖北海棠病程相关蛋白MhPR8基因的克隆与表达

【目的】从湖北海棠叶片中克隆植物第Ⅲ类几丁质酶基因PR8的cDNA序列和基因组DNA序列,研究化学试剂SA、MeJA、ACC、ABA,非生物胁迫NaCl和低温（4℃）,生物胁迫苹果轮纹病病原菌和苹果蚜虫诱导下MhPR8基因的表达特性。【方法】利用PCR技术分别从SA诱导的湖北海棠全长cDNA文库和基因组DNA中克隆MhPR8基因全长序列;利用生物信息学方法对其进行结构和功能的初步分析;利用实时荧光定量RT-PCR技术分析该基因的表达特性。【结果】该基因编码区为897 bp,编码298个氨基酸,蛋白质分子量为31.67 kD,等电点为4.77,命名为MhPR8。该基因在其编码区内部没有内含子。MhPR8蛋白含有保守的结构域GH18_hevamine_XipI_class_III,属于第III类几丁质酶。该蛋白含有6个保守的半胱氨基酸残基,含有植物第III类几丁质酶起催化作用的天冬氨酸和谷氨酸,分别位于第151和153位氨基酸。qRT-PCR分析结果表明,该基因在湖北海棠根中的表达量最大;SA、MeJA和ACC明显诱导该基因的表达,ABA略微诱导该基因的表达;低温诱导该基因的表达,而NaCl诱导该基因的表达不明显;生物胁迫苹果轮纹病病原菌和苹果蚜虫诱导该基因的表达。【结论】湖北海棠MhPR8可能参与SA、JA/ET介导的信号通路中,在湖北海棠抵抗生物胁迫和非生物胁迫中起着非常重要的作用。     

Expression and functional analyses of the mitogen-activated protein kinase(MPK) cascade genes in response to phytohormones in wheat (Triticum aestivum L.)

Mitogen-activated protein kinase(MPK) cascades consist of a set of kinase types(MPKKKs,MPKKs,MPKs) to establish conserved signal-transducing modules mediating plant growth,development as well as responses to internal and external cues.In this study,the expression patterns of six MPKKK,two MPKK,and 11 MPK genes in wheat in responses to external treatments of phytohormones,including naphthylacetic acid(NAA),abscisic acid(ABA),6-benzyladenine(6-BA),gibberellin(GA_3),salisylic acid(SA),jasmonic acid(JA),and ethylene(ETH),were investigated.Expression analysis revealed that several of the MPK cascade genes are responses to the external phytohormone signaling.Of which,TaMPKKKA;3is induced by 6-BA and NAA while TaMPK4 repressed by ETH,GA_3,SA,and JA;TaMPKKKA,TaMPKKKA;3 and TaMPK1 are down-regulated by ETH and GA_3whereas TaMPK9 and TaMPK12 repressed by ETH and JA in addition that TaMPK12 also repressed by GA_3;TaMPK12;1 is down-regulated by ABA,GA_3 and SA while TaMPK17 repressed by all exogenous phytonormones examined.TaMPK4,a MPK type gene previously characterized to mediate tolerance to phosphate(Pi)deprivation,was functionally evaluated for its role in mediation of responses of plants to exogenous GA_3,ETH,SA,and JA.Results indicated that overexpression and antisense expression of TaMPK4 in tobacco dramatically modify the growth of seedlings upon treatments of GA_3,SA and JA,in which the overexpressors behaved deteriorated growth feature whereas the seedlings with antisense expression of TaMPK4 exhibited improved seedling phenotype.The growth behaviors in lines overexpressing or antisensely expressing TaMPK4 are closely associated with the biomass and the corresponding hormone-associated parameters.These results demonstrated that TaMPK4 acts as a critical player in mediating the phytohormone signaling.Our findings have identified the phytohormone-responsive MPK cascade genes in wheat and provided a connection between the phytohormone-mediated responses and the MPK cascade pathways.     

水稻白叶枯病菌解毒蛋白的纯化及其对热和蛋白酶K的稳定性

采用(NH4 )2SO4分步沉淀法,从水稻白叶枯病菌培养液中分离到对水稻白叶枯病菌毒素有解毒作用的物质,即解毒粗蛋白(Crudedetoxificationprotein,简称CDP)。该解毒粗蛋白可以明显解除水稻白叶枯病菌毒素对水稻苗期生长的抑制作用、减轻毒素注射引起的烟草叶片组织坏死反应。运用滚动式等电聚焦电泳(RPIE)和离子交换层析(FPLC)技术,对解毒粗蛋白进行了分离纯化,SDS PAGE电泳鉴定结果表明,该解毒蛋白相对分子质量为 47 9kD。研究结果还表明该解毒粗蛋白对热和蛋白酶K不稳定。