脯氨酸代谢途径在调控水稻phyB突变体干旱胁迫耐性中的作用

本研究分析了水稻野生型和phyB突变体中脯氨酸代谢途径关键基因的表达水平。结果显示,干旱处理能够诱导脯氨酸生物合成相关基因OsP5CS1和OsOAT的表达,抑制脯氨酸生物降解基因OsP5CDH的表达。且phyB突变体中OsP5CS1基因的表达水平明显高于野生型,据此推测phyB负调控OsP5CS1基因的表达。为了分析OsP5CS1基因的高水平表达是否与phyB突变体较强的干旱胁迫耐性有关,本研究进一步培育了转OsP5CS1基因烟草。离体叶片失水速率结果表明,转基因烟草的失水速率小于野生型;盐胁迫条件下,转基因烟草的分化率明显高于野生型。综上所述,phyB对脯氨酸代谢途径的调控是phyB突变体具有较强干旱胁迫耐性的重要因素之一。     

光敏色素B在调控水稻苗期株高和生物量中的作用

水稻光敏色素基因家族包括3个成员:PHYA、PHYB和PHYC。已有研究表明,phyB在调节水稻幼苗去黄化、叶角、花期以及非生物胁迫反应中具有重要作用,但是phyB对水稻苗期株高和生物量的影响仍未有报道。本研究比较了野生型和phyB突变体(phyB1和phyB2)在不同培养条件下苗期的株高、鲜重和干重,结果表明,在营养液和基质培养条件下,phyB突变体的株高均显著低于野生型,鲜重和干重与野生型差异并不明显,据此推测,phyB调控水稻苗期株高,但对生物量的影响不明显。利用基因芯片技术,比较了野生型和phyB突变体苗期地上部分的基因表达图谱,筛选到受phyB上调的基因115个,受phyB下调的基因95个;差异基因的GO富集分析结果表明,富集的基因主要参与水稻生长等生物学功能,因此推测通过调控这类基因的表达而影响苗期生长。本研究首次揭示了phyB对水稻苗期株高和生物量的影响,并进一步讨论了phyB在选育机插秧水稻品种中的潜在应用价值。     

2个柽柳Prx基因的克隆及表达分析

过氧化还原蛋白（Prxs）是植物体内重要的抗氧化酶。为深入研究Prx基因在柽柳非生物胁迫中的作用,从柽柳cDNA文库中获得了2条Prx的单一序列ThPrx1与ThPrx2,其中ThPrx1为部分序列,ThPrx2为全长序列。生物信息学分析表明,2条ThPrx与植物Prx同源基因的氨基酸序列具有较高的同源性,并且ThPrx1和ThPrx2分别属于Prx的PrxⅡ和2-Cys Prxs亚家族。通过实时定量PCR对这2个ThPrx基因在不同非生物胁迫（NaCl、PEG、CdCl2、低温及ABA）处理的柽柳根和叶中的表达模式分析显示, 2个ThPrx基因在胁迫下的表达模式不同:NaCl、PEG和ABA均能够诱导ThPrx1基因在根中的表达,而CdCl2和低温胁迫则抑制了该基因在根和叶中的表达;ThPrx2基因在低温处理的柽柳中的表达量下降,其他胁迫处理不同程度上影响了ThPrx2基因的表达。结果表明,ThPrx1与ThPrx2是2个新的Prx基因,推测其可能参与植物的逆境胁迫过程。      

小麦ABA受体基因TaPYL9的克隆和表达分析

为了了解小麦ABA受体基因TaPYL9(Pyrabactin resistance like 9)在非生物胁迫下的功能,通过同源克隆法获得小麦TaPYL9基因,对其进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测该基因在ABA、NaCl和PEG处理下的表达情况。结果表明,TaPYL9 cDNA全长1 173 bp,开放阅读框618 bp,编码1个包含205个氨基酸残基的不稳定的亲水蛋白,该蛋白以α-螺旋为主,含有1个由2个α-螺旋和7个β-折叠组成的PYL螺旋手柄结构;TaPYL9蛋白与山羊草AsPYL9-like蛋白亲缘关系最近,与拟南芥AtPYL9蛋白属于同一亚族;TaPYL9蛋白和AsPYL9-like蛋白保守基序相同,与拟南芥13个PYL中的AtPYL9蛋白的保守基序相似性最高;TaPYL9在ABA、NaCl和PEG处理下总体上表达量上升。综上,TaPYL9为小麦ABA受体蛋白,对ABA敏感,可能参与小麦高盐和干旱胁迫应答的调控。     

拟南芥膜定位蛋白At CP2调控抗冻性的功能分析

COR家族成员在调控植物响应低温胁迫过程中发挥重要作用。从拟南芥中克隆一个新的低温胁迫响应基因At CP2,其属于COR基因家族中的COR413亚家族,编码区612 bp,编码203个氨基酸,分子量22.75k Da,等电点9.44。亚细胞定位和基因表达模式分析结果表明:At CP2定位在叶绿体膜上,对ABA、PEG、Na Cl和低温四种非生物胁迫均有响应。基因功能分析结果显示:功能缺失性突变体cp2冷处理后存活率明显高于野生型拟南芥(WT),相对电导率和MAD均低于WT,证明At CP2基因负向调控植物抗冻性。蛋白质组及qRT-PCR分析结果证明At CP2通过负向调控4个ABA及低温胁迫相关基因(包括ABA2、KIN1、COR47和COR15B)的表达影响植物抗冻性。总之,At CP2基因的功能分析结果对了解COR413基因家族的功能提供了参考。     

一个水稻抗逆候选基因OsHMGB3的鉴定与评价

OsHMGB3是一个位于水稻抗旱QTL区段内的抗旱相关候选基因,预测编码一个具有HMGB-UBF-HMG-box结构域的蛋白。Real-time PCR分析表明:OsHMGB3基因在多个组织器官中表达,且能够受到PEG、NaCl、低温、高温等逆境及ABA的诱导表达。对超表达OsHMGB3的转基因水稻进行了苗期甘露醇胁迫处理,转基因植株的鲜重和株高均极显著优于野生型植株,超表达OsHMGB3可提高水稻苗期抵抗渗透胁迫的能力。该基因对逆境的响应及转基因植株对渗透胁迫的抗性均暗示该基因与水稻抗逆性有密切的关系。     

水稻组蛋白去甲基化酶基因 OsJMJ719 的克隆及表达分析

【目的】克隆水稻组蛋白去甲基化酶 OsJMJ719 基因，分析其在非生物胁迫下的表达模式，为 探究 OsJMJ719 在非生物胁迫响应中的功能提供理论依据。【方法】以水稻品种中花 11 为材料，克隆获得 完整的 OsJMJ719 基因，对其进行生物信息学分析，构建 OsJMJ719 与绿色荧光蛋白（GFP）融合表达载体 35S:: OsJMJ719-GFP，利用烟草瞬时转化体系和水稻原生质体转化的方法来观察蛋白的亚细胞定位，并应用实时 荧光定量 PCR 技术分析 OsJMJ719 基因在水稻不同组织中的表达情况以及在非生物胁迫处理下的表达模式。【结 果】OsJMJ719 基因（LOC_Os02g01940）编码区长度为 2 994 bp，编码 997 个氨基酸，OsJMJ719 启动子区域含 有 10 个植物激素响应元件和 3 个环境胁迫调控相关元件。系统进化分析结果显示，OsJMJ719 与沼生菰、粗山羊草、 小麦和大麦中的 JMJ 蛋白有较高的同源性。亚细胞定位结果显示，OsJMJ719 蛋白定位于细胞核内。荧光定量结 果显示，OsJMJ719 在种子中表达量较高，且该基因的表达受 ABA、NaCl 和 PEG6000 的诱导，推测其在非生物 胁迫过程中起重要作用。【结论】本研究展示了 OsJMJ719 基因的表达蛋白在进化树中的位置及其同源性物种， 揭示了其表达蛋白定位于细胞中的具体位置、蛋白的结构及特征，以及该基因主要受到哪些外界因素调控，为 进一步研究 OsJMJ719 基因的功能提供基础资料。     

小麦蛋白磷酸酶2A调节亚基基因TaBβ-1的克隆及其在非生物胁迫下的表达特性

【目的】克隆小麦蛋白磷酸酶2A(PP2A)调节亚基(PR55)基因TaBβ-1,分析其在非生物胁迫下的表达特性,为小麦抗逆育种提供候选基因。【方法】以小麦品种旱选10号为材料,通过电子克隆和RT-PCR获得TaBβ-1的全长cDNA序列,采用生物信息学软件分析TaBβ-1及其编码蛋白TaBβ-1的序列特征,预测其功能,利用实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR)技术分析该基因在小麦孕穗期不同组织中、不同生育时期新叶中的表达情况,以及在PEG、NaCl、低温及外源激素ABA等非生物胁迫下的表达模式,检测不同水分条件下成株期转基因拟南芥的叶片细胞膜稳定性。【结果】获得TaBβ-1的全长cDNA序列1931bp,其开放阅读框(ORF)为1539bp。该基因编码512个氨基酸,预测TaBβ-1蛋白分子量为57.1kD,等电点为5.87,含有PP2A调节亚基的1个CDC55保守结构域、1个alpha/beta结构域、2个PR55保守结构域和6个WD重复子。TaBβ-1在小麦孕穗期的根、穗、叶中均有表达,表达量依次为根穗叶;在不同生育时期的新叶中,苗期叶片的表达量最高。TaBβ-1的表达明显受PEG、NaCl、低温以及外源ABA的诱导。【结论】小麦蛋白磷酸酶2A调节亚基家族基因TaBβ-1在小麦苗期叶片中的表达量明显高于根、穗以及其它时期的叶片;TaBβ-1参与对高渗、高盐、低温等多种胁迫以及ABA处理的应答反应,但表达模式不同;在水分胁迫条件下,转基因拟南芥比野生型具有较高的细胞膜稳定性。     

水稻 OsbHLH109 基因的表达分析

【目的】bHLH 转录因子家族是真核生物中重要的转录因子家族,在植物生长发育、次生代谢和逆境应答中发挥重要作用。分析水稻（Oryza sativa L.）bHLH 转录因子基因 OsbHLH109（LOC_Os01g67480）对逆境胁迫和激素的响应模式,为进一步研究 OsbHLH109 在逆境胁迫和激素响应过程中的功能提供理论依据。【方法】对 OsbHLH109 进行生物信息学分析,同时利用定量 PCR（qRT-PCR）技术分析 OsbHLH109 在水稻品种中花 11 不同组织、不同激素和非生物胁迫处理下的表达模式。【结果】OsbHLH109 编码区全长为 1 164 bp,包含 6 个外显子,编码 388 个氨基酸,是一个含有 HLH 保守结构域的 bHLH 转录因子。系统进化分析显示,OsbHLH109 与玉米等单子叶植物中的同源蛋白亲缘关系较近,与双子叶植物中的同源蛋白亲缘关系相对较远。顺式作用元件分析表明,OsbHLH109 的启动子区含有 24 个植物激素响应元件和 25 个环境胁迫响应元件。qRT-PCR 分析表明,OsbHLH109 在水稻根、茎、叶和幼穗等组织中均有表达,但在叶片中的表达量最高;激素和非生物胁迫处理结果表明,叶片中 OsbHLH109 对细胞分裂素（6-Benzylaminopurine, 6-BA）、生长素（Indole acetic acid, IAA）、赤霉素（Gibberellic acid, GA3）、脱落酸（Abscisic acid, ABA）等激素处理的响应表达均达到显著差异水平;且叶片中 OsbHLH109 在低温、干旱、高温、盐胁迫等逆境处理的响应表达均达到显著差异水平,表明 OsbHLH109 的表达受 6-BA、IAA、GA3、ABA、高温、低温、PEG6000 和 NaCl 的诱导,推测其在水稻非生物胁迫响应过程中具有重要作用。【结论】水稻 OsbHLH109 为 bHLH 转录因子家族成员,主要在叶片中高表达,OsbHLH109 基因的表达受高温、低温、盐害等外界因素调控,同时响应 6-BA、IAA、GA3、ABA 等激素信号,推测其可能通过 ABA 等激素信号转导途径参与水稻的非生物胁迫响应。     

水稻CCCH型锌指蛋白亚家族Ⅰ基因的表达分析

CCCH型锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的转录因子,与植物的抗逆性密切相关。水稻CCCH锌指蛋白家族包括67个成员,分为8个亚家族。本研究采用实时定量PCR技术分析水稻CCCH亚家族Ⅰ基因的组织表达模式以及盐、干旱、低温、高温等多种非生物胁迫和脱落酸(ABA)对CCCH基因表达水平的调节。结果表明,多数CCCH基因都不同程度地受到这些非生物胁迫及ABA的诱导或抑制,其中C3H10、C3H24、C3H33、C3H37和C3H67的表达量在不同胁迫处理后表现出不同程度的升高,C3H35、C3H50和C3H52在盐、干旱、ABA、低温和高温处理后表达水平呈下降趋势,表明这些CCCH锌指蛋白可能参与水稻的非生物胁迫响应。     

一个光敏色素B调控的水稻NBS-LRR基因的表达模式分析

利用水稻基因芯片比较野生型、phyA和phyB突变体受连续红光照射后的基因表达图谱,从中筛选到一个受光敏色素B(phyB)介导的红光信号特异诱导的、编码NBS-LRR类蛋白的基因,命名为PB-LRR(phyB-regulated NBS-LRR).为了揭示PB-LRR基因在水稻生长发育中的作用,对该基因表达的器官特异性...     

OsMas1, a novel maspardin protein gene,confers tolerance to salt and drought stresses by regulating ABA signaling in rice

Drought and salt stresses, the major environmental abiotic stresses in agriculture worldwide, affect plant growth, crop productivity, and quality.  Therefore, developing crops with higher drought and salt tolerance is highly desirable.  This study reported the isolation, biological function, and molecular characterization of a novel maspardin gene, OsMas1, from rice.  The OsMas1 protein was localized to the cytoplasm.  The expression levels of OsMas1 were up-regulated under mannitol, PEG6000, NaCl, and abscisic acid (ABA) treatments in rice.  The OsMas1 gene was introduced into the rice cultivar Zhonghua 11 (wild type, WT).  OsMas1-overexpression (OsMas1-OE) plants exhibited significantly enhanced salt and drought tolerance; in contrast, OsMas1-interference (OsMas1-RNAi) plants exhibited decreased tolerance to salt and drought stresses, compared with WT.  OsMas1-OE plants exhibited enhanced hypersensitivity, while OsMas1-RNAi plants showed less sensitivity to exogenous ABA treatment at both germination and post-germination stages.  ABA, proline and K⁺ contents and superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD), and photosynthesis activities were significantly increased.  In contrast, malonaldehyde (MDA), hydrogen peroxide (H₂O₂), superoxide anion radical (O₂^-·), and Na⁺ contents were significantly decreased in OsMas1-OE plants compared with OsMas1-RNAi and WT plants.  Overexpression of OsMas1 up-regulated the genes involved in ABA signaling, proline biosynthesis, reactive oxygen species (ROS)-scavenging system, photosynthesis, and ion transport under salt and drought stresses.  Our results indicate that the OsMas1 gene improves salt and drought tolerance in rice, which may serve as a candidate gene for enhancing crop resistance to abiotic stresses.     

谷子转录因子SiNAC18通过ABA信号途径正向调控干旱条件下的种子萌发

【目的】谷子(Setaria italica L.)具有显著耐旱性。研究旨在通过反向遗传学方法分析并鉴定在干旱条件下影响植物萌发过程的重要调控因子,为研究作物干旱条件下种子萌发的调控机制创造条件。【方法】使用Clustal X 2.0和MEGA 5.05软件对谷子SiNAC18蛋白序列及其同源序列进行多序列比对,并构建系统进化树;利用real-time PCR方法检测SiNAC18在不同胁迫条件下的表达模式;通过瞬时转化的方法分析SiNAC18蛋白亚细胞定位;在拟南芥中过表达SiNAC18,分析SiNAC18的生物学功能;分析SiNAC18在转基因拟南芥中可能控制的下游基因。【结果】SiNAC18全长1 074 bp,编码由357个氨基酸组成的亲水性蛋白,分子量约为38.8 k D;系统进化树分析表明SiNAC18属于NAC转录因子家族第Ⅰ组的NAP亚组,与拟南芥基因At NAC29同源性最高;氨基酸序列比对结果显示,SiNAC18与其他物种包括水稻、拟南芥、大豆和玉米中同源性最高的NAC类转录因子蛋白的N端都具有A、B、C、D和E这5个保守结构域,蛋白C端具有高度多态性,证明SiNAC18的N端序列与其结合下游基因启动子元件相关;real-time PCR结果显示,SiNAC18在干旱(PEG)、ABA、高盐(Na Cl)及过氧化氢(H2O2)处理条件下的表达量明显上升;亚细胞定位结果表明SiNAC18蛋白定位于细胞核中;基因功能分析结果显示,在ABA和PEG胁迫处理下,SiNAC18转基因拟南芥与野生型种子的萌发率存在明显差异:在正常生长条件下,野生型拟南芥WT和SiNAC18转基因拟南芥的萌发率基本一致,在PEG浓度为10%和15%的MS培养基上,SiNAC18转基因拟南芥的萌发率显著高于WT。在2和5μmol·L-1 ABA处理条件下,转基因拟南芥的萌发率显著低于WT;下游基因表达分析结果显示,ABA信号途径相关基因At RD29A,脯氨酸合成相关基因At P5CR和At PRODH以及过氧化物酶基因At PRX34在SiNAC18转基因株系中的表达量高于WT中的表达量,表明SiNAC18通过调控这些下游基因影响转基因植物在干旱条件下的萌发率。【结论】谷子NAC类转录因子基因SiNAC18可能通过ABA信号途径、氧化胁迫调控等途径正向调控植物在干旱条件下的萌发过程。     

水稻渗透胁迫抑制表达基因的克隆与表达分析

通过基因芯片技术,鉴定了一个PEG6000胁迫抑制表达基因。该基因编码MYB转录因子,命名为OsSRMYB1。荧光定量PCR研究结果表明,该基因的表达显著受PEG6000抑制,受氧化胁迫诱导,而低温和ABA处理下该基因的表达未发生显著变化。组织表达分析结果表明,OsSRMYB1基因在水稻不同组织中均有表达,在叶中表达量较高。在不同生长阶段的穗中,OsSRMYB1基因在发育中的穗中表达较高,在成熟穗和幼穗中表达量较低。本研究为进一步深入分析OsSRMYB1的生物学功能提供参考。     

棉花GhNCED2基因表达载体构建及转基因烟草表达分析

【目的】9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是高等植物脱落酸(ABA)生物合成途径中的关键限速酶。为了进一步研究GhNCED2基因的功能。【方法】构建该基因植物超表达载体PZP35S-GhNCED2,通过农杆菌介导法转入野生烟草,并利用卡那霉素筛选、PCR扩增验证和RT-PCR表达分析。对转基因烟草T1代分别进行2%NaCl、4℃、20%PEG逆境胁迫处理,利用实时荧光定量RT-PCR分析表明。【结果】(1)GhNCED2基因已整合入烟草基因组中,并能在T1代中稳定表达。(2)随着时间的推移其表达量变化规律基本一致呈现先上升后下降的趋势,2%NaCl、20%PEG胁迫后GhNCED2基因相对表达量到达峰值的时间稍落后于4℃胁迫,20%PEG处理后基因的相对表达量要高于其他处理。【结论】干旱、盐碱及低温胁迫均都能诱导GhNCED2基因的大量表达,且该基因对干旱胁迫的响应更加积极,而对冷害更加迅速。     

Identification and Functional Analysis on Abiotic Stress Response of SoybeanCl-Channel Gene GmCLCnt

The Cl^- homeostasis was known as the major mechanism of soybean to achieve NaCl tolerance, but studies on the role of chloride channel under abiotic stress were relatively few. We cloned a putative CLC-type chloride channel gene GmCLCnt from soybean via RACE and it was predicted to encode a protein of 783 amino acids with 9 possible transmembrane domains and 2 tandem CBS domains. Real-time RT-PCR analysis showed that the GmCLCnt gene was expressed in all tissues of soybean but enriched in leaves and its expression was induced by NaCl, polyethylene glycol （PEG）, coldness and ABA treatments. The Arabidopsis seedlings overexpressing GmCLCnt were more tolerant to higher concentration of NaCl than those of wild type. The results suggested that the GmCLCnt may be a CLC-type chloride channel and play an important role in salt tolerance.     

Identification and Functional Analysis on Abiotic Stress Response of Soybean Cl~- Channel Gene GmCLCnt

The Cl- homeostasis was known as the major mechanism of soybean to achieve NaCl tolerance, but studies on the role of chloride channel under abiotic stress were relatively few. We cloned a putative CLC-type chloride channel gene GmCLCnt from soybean via RACE and it was predicted to encode a protein of 783 amino acids with 9 possible transmembrane domains and 2 tandem CBS domains. Real-time RT-PCR analysis showed that the GmCLCnt gene was expressed in all tissues of soybean but enriched in leaves and its expression was induced by NaCl, polyethylene glycol (PEG), coldness and ABA treatments. The Arabidopsis seedlings overexpressing GmCLCnt were more tolerant to higher concentration of NaCl than those of wild type. The results suggested that the GmCLCnt may be a CLC-type chloride channel and play an important role in salt tolerance.     

过表达谷子SiANT1对水稻耐盐性的影响

【目的】高盐胁迫是影响作物产量的主要因素之一,谷子(Setaria italica L.)具有耐逆性强的特点,从谷子中筛选耐盐基因对于利用基因工程的手段培育耐盐作物新品种具有重要意义。【方法】分析谷子AP2/ERF类转录因子类基因SiANT1在豫谷一号幼苗期在高盐、低氮、PEG模拟干旱处理条件下的表达模式;进而利用农杆菌转化法将SiANT1转入模式作物水稻品种Kitaake;分别用0.9%盐水和自来水浸泡过表达SiANT1水稻和野生型Kitaake的种子,观察其萌芽期的表型并统计发芽率;用含0.9%Na Cl的Hogland营养液室内处理水稻幼苗10 d,65℃烘48 h之后称量干重;同时将其种植在大田,在水稻孕穗前用0.9%盐水灌溉一次,统计成熟后过表达SiANT1水稻各株系和野生型的单株籽粒重、株高、单株分蘖数,对其耐盐性进行评价;利用定量Real time-PCR方法,验证分析转基因水稻株系中SiANT1及其可能的下游基因的相对表达情况。【结果】谷子SiANT1蛋白(XP004985124.1,SiANT1)属于AP2亚族,与高粱(XP021318293.1,Sb ANT1)和玉米(XP008658933.1,Zm AP2)亲缘关系较近;豫谷一号中SiANT1的表达受高盐胁迫(100 mmol·L-1 Na Cl)诱导;将SiANT1和LP0471118-Bar-ubi-EDLL载体连接,利用农杆菌转化法将SiANT1转入到水稻基因组中,筛选得阳性T0植株,繁殖两代得T3代种子;自来水浸泡下,过表达SiANT1水稻种子萌发率和野生型相差不大,萌芽率为90%以上;0.9%盐水浸泡下,过表达SiANT1水稻种子萌发明显受到抑制,与野生型相比,过表达SiANT1水稻种子露白推迟,但最终(处理120 h)萌芽率达到80%以上;室内水稻苗期用0.9%Na Cl处理后,过表达SiANT1水稻的单株干重较受体Kitaake增重14.11%—37.42%,在1%水平上呈显著差异;大田水稻成熟后过表达SiANT1株系单株籽粒重较受体Kitaake增产56.12%—76.58%,在5%水平上呈显著差异,单株分蘖数增多、株高增加,但与野生型无显著差异;半定量RT-PCR分析表明,过表达SiANT1的3个水稻株系都在RNA水平上表达SiANT1;定量Real time-PCR结果表明,过表达SiANT1的3个水稻株系间SiANT1的相对表达量有所差异,但较受体而言,都极显著增加,并且其内源耐盐相关基因Os SOS1和Os ZFP182的相对表达量分别较受体提高1.1—1.7倍和1.6—2.3倍。【结论】Os SOS1和Os ZFP182是耐盐相关基因已被证实,SiANT1具有一定的耐盐性,过表达SiANT1水稻可能是通过增加下游基因Os SOS1和Os ZFP182的表达从而提高耐盐性。