番茄一个褪黑素合成基因的cDNA克隆与表达分析

为深入研究褪黑素的分子生物学功能,根据番茄基因组数据库的SlSNAT基因序列信息设计引物,以耐盐番茄材LA1401(PI365967)叶片RNA反转录得到的cDNA为模板,利用高保真酶克隆了番茄的褪黑素合成酶基因SlSNAT,基因CDS(coding sequence)序列全长为768 bp,共编码255个氨基酸。利用酶切连接的方法,构建了该基因的超表达载体。实时定量PCR结果表明,SlSNAT基因在叶片中的表达量最高,显著高于其在花、果实、根、种子和萼片中的表达量。在不同非生物逆境处理下的表达结果显示,在干旱处理条件下的表达量最高,其次是在甘露醇的渗透胁迫逆境,在这2种胁迫条件下的表达量均显著高于其在过氧化氢、氯化钠、低温和褪黑素诱导下的表达量。另外,在盐胁迫条件下,SlSNAT基因在根部的表达量受到明显抑制。     

番茄SlWRKY23基因的克隆及其抗病性和耐盐性分析

WRKY转录因子是普遍存在于植物界中的一类转录因子,参与了植物在生物和非生物逆境胁迫中的多种应答。前期研究表明,在PstDC3000侵染及盐胁迫下番茄SlWRKY23基因的表达水平提高。为了研究番茄SlWRKY23转录因子对PstDC3000的抗病性及在盐胁迫逆境中的功能,通过农杆菌介导的遗传转化方法获得转SlWRKY23基因植株,并对3个独立的转基因株系（WRKY23\|1、WRKY23\|5和WRKY23\|7）进行了抗逆性分析。结果表明接种PstDC3000后,转基因植株表现明显的抗病表型,抗病防御相关基因SlPR1和SlPR1a1的表达量显著高于野生型;盐胁迫处理后,转基因植株表现出明显的抗盐表型,逆性相关基因SlRD22和SlDREB2A的表达量显著高于野生型。该结果表明SlWRKY23基因在番茄抗PstDC3000和盐胁迫过程中具有正调控作用,通过上调逆性相关基因的表达量增强抗逆性。     

大豆耐盐相关基因GmNcl1的序列单倍型及表达分析

【目的】鉴定大豆基因GmNcl1的序列多态性,探求逆境下该基因的表达模式。【方法】通过BLASTP比对GmNCl1的氨基酸序列,寻找同源基因。测定50个大豆品种中GmNcl1的启动子和基因的DNA序列差异以及这些品种的耐盐性差异,利用MAGE软件进行单倍型聚类分析和进化树分析,寻找品种耐盐性和序列间的相关性。以耐盐品种铁丰8号和盐敏感品种85-140的幼苗根为材料,利用实时荧光定量PCR分析GmNcl1在多种处理下的表达模式,处理条件包括蛋白抑制剂阿米洛利（Na+/H+逆转运蛋白抑制剂）和钒酸钠（Ca2+-ATPase抑制剂）、pH4.0 和pH5.7、ABA处理及多浓度盐、碱、旱逆境胁迫。【结果】GmNcl1与拟南芥的Na+(K+)/H+交换蛋白CHX同源。GmNcl1序列有单核苷酸序列多态性位点16个和插入缺失位点2个,其中,包括一个位于外显子3的G/A（敏/耐）碱基改变,引起丙氨酸到苏氨酸的非同义突变。18个变异位点共组成14个单倍型,其中,耐盐品种有3种单倍型,盐敏感品种有11种单倍型。由6个位点组成的单倍型GAGATATTC（耐）/TTT----CT（敏）能高效区分耐盐和盐敏感品种。大豆幼苗根中的GmNcl1在阿米洛利处理下表达量增加,在钒酸钠处理下表达量不变。GmNcl1在碱性pH处理下表达量增加,在酸性pH处理下呈现上调和下调波动。GmNcl1受ABA诱导上调表达。在碱和旱胁迫下表达强度增大,在盐胁迫下上调表达最为明显,3种逆境胁迫强度越大,GmNcl1表达量上调幅度越大。耐盐品种铁丰8和盐敏感品种85-140的GmNcl1在盐处理下有近似的上调表达趋势,但85-140中GmNcl1的上调幅度大于铁丰8。【结论】GmNcl1与Na+(K+)/H+交换蛋白高度相似,该基因的序列多态性与耐盐相关,GmNcl1参与调节pH平衡,受ABA强烈诱导,响应盐、碱、旱胁迫。     

芦笋胆固醇C-22羟化酶基因 AoCYP90B27的克隆及表达模式分析

为研究芦笋（Asparagus officinalis L.）甾体皂苷合成中下游胆固醇C-22羟化酶基因,首先通过基因组家族结合芦笋的转录组分析,筛选、预测到1个胆固醇C-22羟化酶基因 AoCYP90B27,通过qRT-PCR进行组织表达模式分析,利用plantCARE数据库进行启动子顺式作用元件预测分析及该基因在脱落酸、水杨酸及茉莉酸甲酯等激素及干旱胁迫中的表达情况分析。结果表明, AoCYP90B27基因的cDNA全长为1 443 bp,编码含有481个氨基酸残基,启动子区域除含有TATA-box等保守元件,还存在与非生物胁迫和激素诱导响应的作用元件。该基因在不同组织器官中均有表达,根中的表达量显著高于地上部组织。在干旱胁迫、脱落酸、水杨酸和茉莉酸甲酯诱导处理及其不同处理时间其基因的表达量明显不同,推测该基因在皂苷合成的下游途径中能催化胆固醇C-22羟基化,形成多样的皂苷元参与多年生芦笋根系的逆境胁迫应答,为阐明皂苷合成的分子机制奠定了实验基础。     

应答非生物胁迫的甘蔗硫氧还蛋白基因 ScTRXh2 的克隆

从甘蔗蔗茎cDNA文库中获得1个TRXI类第3亚组成员的硫氧还蛋白家族基因全长cDNA序列,命名为＆TRXh2（登录号：KF921298）．该基因全长752bp,开放阅读框长381bp,5’非翻译区长57bp,3’非翻译区长314bp,编码126个氨基酸残基,氨基酸序列与拟南芥TRXs具有高度同源性．实时定量PCR检测显示。该基因在甘蔗中为组成型表达,叶片和蔗茎中的表达量显著高于根和芽．在H：02和PEG逆境胁迫下,甘蔗＆TRXh2基因的应答模式基本相同,呈现初期（3h）略微下调,早中期（6h或12h）表达量明显上调,中后期（24、48、72h）显著下调并维持基本稳定的低水平表达．甘蔗＆TRXh2基因对NaCl胁迫的应答较快,虽然也呈现中期（12h）表达量显著上调,后期（24、48、72h）显著下调并维持基本稳定的低水平表达,但表达模式与也02和PEG胁迫应答有明显不同,表现在胁迫初期（3h）基因表达显著下调．上述结果提示,甘蔗Sc—TRXh2基因积极应答非生物逆境H2O2、PEG和NaCl的胁迫,在应答的基因表达谱模式上存在一些差异．     

2个大豆RNA依赖的RNA聚合酶基因GmRDR6a和GmRDR6b的克隆与分析

利用同源克隆的方法从大豆品种‘科丰一号’中分离出2个RDR6基因,分别将其命名为GmRDR6a和GmRDR6b基因,并对其进行序列分析、植物组织表达以及抗逆境胁迫表达分析。结果表明:GmRDR6a基因位于大豆基因组的6号染色体上,基因全长为4 389 bp,包含一个长度为744 bp的内含子,其ORF长度为3 615 bp,编码1 204个氨基酸,相对分子质量和等电点分别为297.5×103和4.86;GmRDR6b基因位于大豆基因组的4号染色体上,基因全长为4 002 bp,包含一个长度为387 bp的内含子,其ORF长度为3 615 bp,编码1 204个氨基酸,相对分子质量和等电点分别为296.89×103和4.86;GmRDR6a和GmRDR6b都含有RDRs家族的保守序列DLDGD;2个基因在所有被检测组织中均表达,并且在花中的表达量最高;荧光定量结果表明:在大豆花叶病毒(SMV)处理下,2个基因在抗病材料‘科丰一号’中的表达量均显著高于感病材料‘南农1138-2’,在非生物胁迫下,GmRDR6a基因在盐和干旱处理下根、茎、叶组织中的表达量均提高,其中盐处理下根中的表达量最高,ABA诱导条件下出现早期响应,但是在冷害处理下该基因的表达量没有明显变化;GmRDR6b基因在盐、ABA处理下,表达量很高,冷害处理下出现早期响应,但是在干旱条件下,该基因表达趋势不明显。     

棉花GhSEDEG38基因调控棉花耐盐性的功能分析

基于棉花体细胞胚胎再生不同时期表达谱中筛选出一系列差异表达转录因子,通过RT-PCR和qRT-PCR分析这些转录因子在不同逆境处理下的表达,发现GhSEDEG38基因(somatic embryogenesis differencially expressed gene 38)的表达受盐胁迫诱导明显上调;序列分析发现GhSEDEG38编码bZIP型转录因子,与拟南芥bZIP53基因同源。为进一步验证该基因的功能,构建了该基因的RNAi干涉载体并转化棉花,通过分子检测获得了表达量显著降低的转基因棉花株系。通过对萌发期和三叶期转基因材料和对照材料进行盐处理发现,干涉GhSEDEG38基因降低棉花在萌发期及苗期对盐胁迫的抗性,盐处理后转基因植株的MDA含量和活性氧含量显著高于对照材料,而可溶性糖含量显著低于对照材料。综上,GhSEDEG38参与棉花对盐胁迫的应答。     

青杄类伸展蛋白基因PwELP1的克隆及表达分析

【目的】克隆青杄类伸展蛋白(extensin-like proteins,ELPs)基因PwELP1并分析该基因的表达特性,为研究ELP基因家族的功能奠定基础。【方法】以青杄cDNA文库为模板,用RACE-PCR方法克隆青杄类伸展蛋白编码基因PwELP1的cDNA全长,利用DNAMAN确定PwELP1的编码框及蛋白氨基酸的翻译,运用clustalx软件与Espript工具进行多序列比对,利用MEGA 5软件的邻位相连法构建系统树,并对编码蛋白进行生物信息学分析;利用RT-qPCR检测PwELP1基因在青杄不同组织中表达的特异性、花粉和种子不同萌发时期及幼苗受到不同逆境处理时的表达差异,分析该基因的组织发育及逆境响应表达特点。【结果】PwELP1基因全长832bp,其编码一个由159个氨基酸组成的蛋白,该蛋白的N端与C端均有比较保守的结构域;此蛋白二级结构由1个α-螺旋、5个β-折叠与3个β-转角结构构成,对其三级结构的预测印证了这一结果,同时发现该蛋白中还存在部分无规则卷曲。其分子质量为17.03ku,理论等电点为5.81。PwELP1在青杄花粉中的表达量较高,且在花粉萌发后期(30~36h)以及种子萌发初期(第2天)表达量高;PwELP1的表达不同程度地受低温、高温、茉莉酸甲酯(MeJA)、H_2O_2、脱水以及脱落酸(ABA)等非生物逆境胁迫处理的诱导,尤其是H_2O_2、高温和ABA,处理初期表达量就显著升高。【结论】PwELP1在青杄花粉和种子萌发过程中可能发挥重要功能,并可参与青杄对非生物逆境胁迫的响应过程。     

烟草NtCCX2基因的克隆与表达分析

以野生型K326土培烟草为试验材料,对NtCCX2基因进行克隆与表达模式分析,明确其在烟草响应镉等胁迫应答中的作用。结果表明,NtCCX2基因全长2 464 bp,CDS区1 926 bp,编码641个氨基酸,具有CCX家族显著的特征,在跨膜区有2个α-重复区域：α1模式基序GNGAPD和α2模式基序G(N/D)SxGD。NtCCX2基因具有明显的时空表达特性,在幼苗期和旺长期叶中的相对表达量最高,在成熟期根和花中的相对表达量较高。NtCCX2基因启动子含有脱落酸（ABA）等激素信号以及抗逆相关的响应元件,在根和叶中的表达除了受干旱、盐和镉胁迫诱导外,还对ABA、茉莉酸甲酯（MeJA）和乙烯利产生不同的响应。其中,ABA处理2 h后,NtCCX2基因在根中相对表达量是0 h的3.7倍;MeJA处理8 h后,叶中NtCCX2基因相对表达量是0 h的2.1倍;乙烯利处理2 h后,NtCCX2基因在根和叶中相对表达量均增加。降镉灵等降镉药剂能够下调该基因的表达。     

茶树胆碱单加氧酶CsCMO的克隆及甜菜碱合成关键基因的表达分析

【目的】从茶树中克隆甜菜碱（GB）合成途径中的关键酶——胆碱单加氧酶CsCMO,研究不同逆境胁迫和不同抗寒茶树品种间GB合成中关键基因的表达模式,并分析茶树体内GB的含量,为茶树抗性育种奠定基础。【方法】采用反转录PCR结合RACE技术,从茶树中克隆CsCMO的全长cDNA序列,并对其进行生物信息学分析,结合前期克隆得到的茶树甜菜碱醛脱氢酶CsBADH,用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法分析这2个基因的表达模式,紫外分光光度计测定GB含量。【结果】克隆得到茶树CsCMO（GenBank登录号：JX050146）的cDNA全长1 558 bp,包含1 305 bp的完整开放阅读框（ORF）,编码434个氨基酸,并被定位在叶绿体上。氨基酸序列分析表明,CsCMO含有CMO中保守的Rieske型2Fe-2S结构域和单分子非血红素Fe结合位点,与其它植物CMO序列相似性在50%以上;进化树分析显示,它与枸杞的关系最近。qRT-PCR分析表明,4℃低温、NaCl盐和ABA处理均能诱导CsCMO和CsBADH表达,96 h内随着处理时间的增加,表达量呈增加趋势,但2个基因的表达模式有差异,盐胁迫诱导基因表达更显著;在不同抗寒品种中,2个基因的表达在抗性强的品种中表达量总体要高于抗性弱的品种,且CsBADH的变化比CsCMO的显著。3种胁迫处理48 h后,叶片中的GB含量均增加;低温处理后抗寒性强的品种中GB含量比抗寒性弱的高。【结论】克隆了茶树CsCMO,在低温、NaCl盐以及ABA处理下,GB积累,CsBADH和CsCMO上调表达,且盐胁迫下的表达更明显,表明GB与茶树抵御这3种胁迫关系密切。     

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。     

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.     

水曲柳TCP4转录因子克隆及胁迫和激素下的表达分析

TCP转录因子家族是植物特异的一类调控生长发育和逆境胁迫的重要转录因子。本文揭示了水曲柳FmTCP4在非生物胁迫及激素信号诱导调控的表达特征,为该基因在水曲柳中调控生长发育以及逆境胁迫响应功能的研究奠定基础。通过前期研究克隆获得了水曲柳TCP4基因序列,并命名为FmTCP4,应用生物信息学软件对水曲柳FmTCP4基因的分子结构特征进行了分析,利用4 ℃低温、盐(NaCl)以及干旱(PEG6000)进行非生物胁迫处理,利用脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)进行激素信号诱导,分析FmTCP4基因的表达特征。生物信息学分析表明该基因全长1 251 bp,具有完整的开放阅读框,编码416个氨基酸。FmTCP4具有螺旋-环-螺旋结构,为亲水性的不稳定蛋白,不存在信号肽,具有跨膜能力,亚细胞定位预测存在于细胞核中,并在细胞质到细胞核的调控中起作用。同源序列比对结果表明,FmTCP4与芝麻、烟草等物种的同源蛋白序列相比具有很高的同源性。非生物胁迫处理后,FmTCP4的表达量随处理时间而改变,但其变化趋势不同,表明FmTCP4明显响应了这3种非生物胁迫。激素信号诱导结果表明,外源植物激素调控了FmTCP4基因的表达,基因表达量相对于对照组具有显著性差异。非生物胁迫和激素信号诱导下的基因表达分析表明,FmTCP4响应了寒冷、盐、干旱等非生物胁迫以及激素信号,说明其参与了植物的生长发育和逆境胁迫的平衡。      

拟南芥ERF转录因子基因应答非生物胁迫表达模式

以122条拟南芥(Arabidopsis thaliana)ERF转录因子家族基因为研究对象,用RT-q PCR检测其应答盐胁迫情况,分析15个盐胁迫敏感基因在盐、干旱和ABA胁迫条件下的表达模式。在盐胁迫条件下,有36个基因上调表达,42个基因下调表达,44个基因无明显变化。其中,15个盐胁迫敏感基因在不同胁迫条件下表现出不同的表达模式。在盐胁迫条件下,15个ERF基因的表达水平随胁迫时间的延长均表现出明显升高,在36和72 h两个时间点达到极显著水平。在ABA胁迫条件下,15个ERF基因中大多数表达水平提高。在干旱胁迫下,15个ERF基因表达水平均随胁迫时间延长有所提高,在48 h达到最高。AT1G06160、AT1G21910、AT2G35700、AT4G17490、AT4G39780和AT5G61890等6个基因在非生物胁迫条件下表达模式相似,表明其可能参与相似的基因调控途径。其他9个ERF基因在非生物胁迫下表现出不同的表达模式,表明其可能参与不同基因调控途径。     

甘菊内参基因CITUA的克隆与表达分析

根据前期工作已获得的甘菊α-tubulin基因EST序列，使用RACE技术获得了该基因的全长序列，命名为ClTUA。生物信息学分析表明，ClTUA基因全长cDNA序列为1 580 bp，编码432个氨基酸残基。利用MEGA40软件对推测的氨基酸序列进行系统关系分析发现，其为植物中Ⅰ类α-tubulin基因。RT PCR分析发现:ClTUA基因不仅在盐、干旱、冷、热、脱落酸和水杨酸各种非生物胁迫下稳定表达，而且在不同生长发育阶段的样本中稳定表达；而作为对照的两个内参基因，ClActin和26S rRNA基因在不同非生物胁迫下表达稳定，但在不同生长发育阶段的样本中表达强度不同。这一结果表明，ClTUA基因的表达稳定性优于ClActin和甘菊26S rRNA基因，可以作为内参基因用于甘菊抗逆性和生长发育过程中基因表达规律研究。      

甘蔗ABA生物合成关键酶SoNCED基因克隆及表达分析

[目的]克隆甘蔗体内9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED)基因,分析其基本生物学信息及在逆境胁迫下的表达分析,为进一步探讨SoNCED基因在甘蔗脱落酸(ABA)生物合成途径中的作用提供理论依据.[方法]以甘蔗品种桂糖21号为材料,待蔗苗长至5~6片叶时分别进行干旱、低温、高盐和氧化胁迫处理,利用反转录PCR(RT-PCR)和cDNA未端快速扩增(RACE-PCR)克隆SoNCED基因,应用生物信息学方法对获得的氨基酸序列进行分析,构建原核表达载体并进行目的蛋白的诱导表达,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析SoNCED基因在受到不同逆境胁迫时的表达情况.[结果]克隆获得的SoNCED基因(GenBank登录号JQ314108),cDNA全长为2521 bp,包含1个1827 bp的开放阅读框(ORF),编码608个氨基酸.多重序列比对及系统发育进化树分析结果表明,SoNCED基因编码的氨基酸序列与其他植物有一定的相似性,尤其与禾本科C4植物高粱和玉米的同源性最高,均达96%.成功构建SoNCED基因的原核表达载体pET-SoNCED,且通过IPTG诱导时可得到约66.0 kD的蛋白,确定该蛋白为SoNCE基因的表达蛋白.qRT-PCR结果分析表明,SoNCED基因在干旱、低温、高盐和氧化胁迫下均能诱导表达,其中氧化胁迫下其表达量在6h时达峰值,其他胁迫方式下其表达量在12h时达峰值.[结论]成功克隆获得甘蔗SoNCED基因,并从不同逆境下的表达情况推测该基因在甘蔗体内参与了干旱、低温、高盐和氧化等非生物胁迫的调控过程.     

木薯ERF转录因子基因MeERF5克隆及表达分析

【目的】克隆木薯ERF转录因子基因MeERF5,并分析其在多种逆境胁迫下的表达模式,为深入研究MeERF5基因在木薯逆境胁迫应答中的调控机制提供参考。【方法】PCR扩增木薯品种华南8号的MeERF5基因编码区(CDS)全长序列,对其进行生物信息学分析,并利用根癌农杆菌介导法进行蛋白亚细胞定位。通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测MeERF5基因在木薯不同组织及多种逆境胁迫处理下的相对表达量。【结果】克隆获得MeERF5基因CDS序列为948 bp,与Phytozome数据库中的参考序列(登录号:Manes.01G085200.1)的核苷酸序列相似性为100.00%,其编码315个氨基酸残基,蛋白分子量为77.84 kD,理论等电点(pI)为5.08,属于酸性蛋白,其二级结构中α-螺旋占16.51%,β-转角占3.81%,无规则卷曲占62.22%,延伸链占17.46%,亚细胞定位于细胞质。通过多序列比对及系统进化分析发现,MeERF5蛋白含有1个AP2/ERF保守结构域,与同属大戟科的橡胶树ERF蛋白氨基酸序列相似性最高(76.8%),亲缘关系最近。MeERF5基因在木薯不同组织中均有表达,其中,在茎中的相对表达量最高,在腋芽中的相对表达量最低。MeERF5基因能快速响应低温胁迫、干旱胁迫、氧化胁迫、盐胁迫及ABA处理,均出现诱导表达上调的现象,其中,在氧化胁迫下,MeERF5基因的相对表达量持续上升;在干旱胁迫、盐胁迫及ABA处理下,MeERF5基因的表达量先上升后降低;在低温胁迫下,MeERF5基因在处理5 h时的相对表达量达到最大值,之后有所下降,但在处理48 h时再度上升。【结论】克隆获得的MeERF5基因属于AP2/ERF类转录因子,参与木薯多种非生物胁迫应答过程。     

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。     

‘84K’杨组氨酸激酶基因PaHK3a的表达及功能分析

  目的  干旱、高盐等逆境胁迫严重影响了植物的生长发育。研究表明,组氨酸激酶在植物逆境响应中起重要作用。本研究对银腺杨‘84K’组氨酸激酶基因PaHK3a在不同组织的表达模式分析,检测了其对生长素、细胞分裂素等植物激素处理下及人工干旱、盐碱等非生物胁迫下的表达,结合干旱、盐碱条件下丙二醛（MDA）及保护酶活性等生化指标,对该基因的功能进行了初步鉴定,为杨树抗逆分子育种研究奠定基础。  方法  以‘84K’杨无菌苗为材料,通过实时定量PCR（qRT-PCR）技术分析PaHK3a基因在不同组织的表达模式。对‘84K’杨无菌苗进行浓度为10 mmol/L植物激素处理（ABA、6-BA、IBA、GA3及水杨酸（SA））及非生物胁迫处理（42 ℃高温、0 ℃低温、200 mmol/L NaCl和5% PEG6000）,采用qRT-PCR技术分析PaHK3a基因对不同植物激素及非生物胁迫的表达响应;进一步对温室‘84K’杨进行自然干旱处理（6、8、10 d）、200 mmol/L NaCl（2、4、6 d）处理,测定不同胁迫时间点叶片PaHK3a基因的表达,以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性及MDA含量,并分析PaHK3a基因表达与生理指标的相关性,初步鉴定杨树PaHK3a基因的功能。  结果  qRT-PCR结果显示,PaHK3a基因在叶片中表达量最高,根部中等,茎段最低。与正常条件下相比,在高温、低温、NaCl及PEG模拟干旱处理时,PaHK3a基因表达量与对照相比明显增高,分别为对照的2.63、1.49、1.54、1.58倍。用IBA诱导处理时,基因表达量与对照相比差异不大,而在6-BA、ABA、GA3及SA处理时,基因表达量与对照相比均呈现显著下调。在温室干旱、盐碱胁迫处理过程中,PaHK3a基因表达均显著高于对照,呈现先上升后下降的表达模式,MDA含量也呈现类似的趋势,而SOD活性则随处理时间的延长而持续升高,POD活性在干旱胁迫时先上升后下降,而高盐胁迫时呈上升趋势。生理指标与PaHK3a基因表达量相关系分析发现,在干旱和盐胁迫下,PaHK3a基因表达量与叶片MDA含量、SOD活性和POD活性均呈正相关。  结论  PaHK3a基因在‘84K’杨根茎叶中均有表达,且叶中表达量最高;PaHK3a基因表达受细胞分裂素6-BA、GA3及ABA及SA等植物激素的负调控,同时,受温度胁迫、盐胁迫、水分胁迫等非生物胁迫正调控;温室人工干旱盐碱胁迫过程中,PaHK3a基因表达量升高,且与叶片MDA含量、SOD活性、POD活性均具有正相关性。研究结果初步显示,杨树PaHK3a基因参与杨树植物激素激素信号响应,并在抗逆境胁迫过程中发挥重要调控作用。