水稻L-半乳糖途径相关基因的表达特性

维生素C又称抗坏血酸(AsA),在植物中不仅是重要的抗氧化剂,还具有许多其它重要的生理功能。研究发现L-半乳糖途径是双子叶植物拟南芥AsA合成的主要途径,但单子叶植物水稻中AsA合成的L-半乳糖途径的功能和调控机理还不清楚。通过同源序列比对,在水稻基因组中检索到与拟南芥L-半乳糖途径相关酶的同源基因,通过分析水稻根与叶中及持续光、暗处理下叶片中AsA含量变化及L-半乳糖途径中相关酶基因的表达,初步探究了水稻L-半乳糖途径中调控AsA合成的关键酶基因。     

水稻2个F-box基因及其启动子的表达特性分析

根据基因序列分析确定Os5h和Os7h是F-box家族的两个基因,荧光定量PCR检测Os5h和Os7h在水稻不同组织器官中的表达模式,结果表明其在茎、叶、根、花等组织器官中均有表达,其中Os5h在花中表达量较高,Os7h在茎中表达量较高.对这2个基因的启动子进行了生物信息学预测分析,并构建启动子融合GFP表达载体,由农杆菌介导转入水稻中花11.对转基因水稻植株中GFP观察表明,2个基因的启动子均在水稻根尖有表达.     

拟南芥硫苷生物合成相关基因的组织和胁迫诱导表达谱的全基因组分析

【目的】分析拟南芥中硫代葡萄糖苷（Glucosinolatcs,简称硫苷）生物合成相关基因在不同组织器官、不同发育时期及不同生物和非生物胁迫处理条件下的表达谱,为筛选控制硫苷合成的关键基因、解析硫苷的生物合成规律及其在植物抗逆胁迫过程中的作用奠定基础。【方法】利用AtGenExpress和PLEXdb中的10组表达谱芯片数据和2组转录组数据分析拟南芥中硫苷生物合成途径82个结构基因和调控基因的时空表达特性及其受生物和非生物胁迫的表达模式;采用Real-time PCR技术对10个硫苷合成途径的关键结构基因和调控基因的表达谱进行验证;并利用STRING v10软件分析硫苷生物合成途径相关基因的表达模式的相关性。【结果】组织表达特性分析结果表明,拟南芥硫苷生物合成相关基因在营养器官和生殖器官中的表达模式差异较大,相关基因在营养器官中具有较高的表达量,在生殖器官中的表达量则较低,表明硫苷主要在营养组织中合成;其中脂肪族硫苷合成相关基因在茎、叶等地上营养组织中的表达量较高,而吲哚族硫苷合成相关基因则在根、茎、叶等地上和地下组织中均有较高的表达,且基因在同一组织的不同发育时期的表达量通常具有差异,表明基因的表达还具有时空特异性;荧光定量PCR分析结果证明10个硫苷合成途径代表基因的表达谱与芯片数据的结果保持一致;胁迫表达分析结果表明,脂肪族和吲哚族硫苷合成相关基因的表达均受到部分生物和非生物胁迫因子的诱导表达,其中吲哚族硫苷合成相关基因更易受到丁香假单胞杆菌（Pseudomonas syringae）、甘蓝链格孢菌（Alternaria brassicicola）、桃蚜（Myzus persicae）等生物和低温（4℃）、高盐、高温（38℃）等非生物胁迫因子的诱导表达;共表达分析结果表明,脂肪族和吲哚族硫苷合成分支途径内相关调控基因与结构基因的表达模式的相关性较高。【结论】拟南芥硫苷生物合成相关基因主要在营养组织中高表达,在种子中低表达;植物中存在一个硫苷转运系统,负责将营养组织中合成的硫苷转运到种子中贮藏;硫苷合成相关基因的表达受到病原菌、虫害、高温等逆境因子的影响,其中吲哚族硫苷合成相关基因更易受到生物和非生物胁迫因子的诱导表达,说明吲哚族硫苷可能对植物抗性更为重要。     

水稻内稃发育相关基因PAL1时空表达研究

 PAL1是项目前期研究克隆的水稻内稃发育相关基因,为了进一步解释其调控水稻内稃发育的分子遗传机制,采实时用荧光定量PCR方法检测了PAL1基因在日本晴和(或)突变体水稻中的表达情况。在水稻的根、叶和幼穗中都检测到PAL1 mRNA,幼穗中表达水平高于根和叶,在突变体中的表达水平低于日本晴水稻;在孕穗期叶中的表达水平高于苗期叶;在成熟花器官中外稃、内稃、雄蕊和雌蕊均有表达,内稃器官中的表达水平最高。这些结果显示：PAL1在生殖生长阶段可能具有更重要的作用;在花器官发育中, PAL1基因的功很能可能是水稻内稃正常发育所必需;PAL1基因在所有器官中都表达,暗示该基因可能参与水稻多方面的发育调控,是水稻中一个重要的发育调控基因。     

茉莉酸不同方式处理水稻对稻瘟病的防控效果 及对水稻防御体系的影响

[目的]分析外源茉莉酸喷雾处理水稻后对水稻防御系统的影响,为深入开展茉莉酸在稻瘟病菌与水稻互作中的作用机制研究提供参考依据.[方法]将茉莉酸以两种方式处理水稻:将100和400μmol/L茉莉酸分别预先喷雾于水稻叶片上,6 h后再接种稻瘟病菌株孢子;用100和400μmol/L茉莉酸制备稻瘟病菌株孢子悬浮液直接喷雾接种水稻,调查水稻稻瘟病发病症状及实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测水稻防御相关基因的表达.[结果]分别用100和400μmol/L茉莉酸预先喷雾水稻6 h后再接种稻瘟病菌株孢子的诱抗效果分别为16.02%和25.51%;而以100和400μmol/L茉莉酸制备稻瘟病菌株孢子悬浮液直接喷雾水稻的诱抗效果分别为21.82%和34.09%.qRT-PCR检测发现受侵染水稻防御相关基因均有不同程度的上调或下调表达.与接种前(0h)相比,在茉莉酸预先喷雾水稻后再接种稻瘟病菌孢子的水稻和茉莉酸制备孢子悬浮液直接接种的水稻中病程相关基因PR1a在稻瘟病菌侵染水稻早期表达量有所上调、侵染后期表达量下调,病程相关基因PR10a的表达量上调;水杨酸途径相关基因EDS1和PAL在稻瘟病菌侵染水稻的整个进程中一直处于较低的表达水平;茉莉酸途径相关基因AOS2的表达量显著上调(P<0.05).[结论]水稻病程相关基因及茉莉酸途径相关基因参与了水稻防御体系对外源茉莉酸的响应.     

甘蔗各家族SPS基因表达特性分析

[目的]通过时空表达特性分析,初步推测甘蔗各家族蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因在甘蔗蔗糖积累途径中的功能,为研究甘蔗各家族sPs基因的生物学功能奠定基础.[方法]采用荧光定量PCR分析甘蔗4个家族SPS基因在高、中、低糖甘蔗品种未成熟叶片、成熟叶片和茎中的时空表达特性.[结果]在甘蔗伸长期、蔗糖积累前期和蔗糖积累后期,SofSPSDⅢ基因在所有甘蔗品种的未成熟叶片、成熟叶片和茎中均高水平稳定表达,相对表达量在5.3~8.1;SofSPSB基因在成熟叶片中几乎不表达,而以茎中表达量最高.在伸长期,SofSPSC和SofSPSA基因表达较强,相对表达量分别为7.3~14.2和1.5~4.4;在蔗糖积累前期,SofSPSC基因表达稍有降低,但仍处于较高水平,相对表达量达为4.6~8.9,而SofSPSA基因表达加强,相对表达量达3.8~6.9;在蔗糖积累后期,SofSPSC基因在成熟叶片中的表达量比蔗糖积累前期下降4.0~7.2倍,且均比未成熟叶和茎中下降约6.0倍,而SofSPSA基因在不同组织中的表达量比蔗糖积累前期下降1.8~5.7倍.各家族SPS基因在不同糖分甘蔗品种间的表达趋势一致.[结论]甘蔗D家族SPS基因维持甘蔗蔗 糖合成的基本功能,通过调控C、A家族SPS基因的表达来调控蔗糖合成的强度,B家族SPS基因不参与甘蔗源叶中蔗糖合成而参与蔗糖的积累与利用.     

狗牙根耐旱基因的表达谱分析

为了提高草坪草对干旱环境的适应能力,了解植物对干旱的响应特征,研究从已建立的草坪草狗牙根‘Tifway’(耐旱)和‘C299’(干旱敏感)干旱5和10 d应答SSH(suppression subtractive hybridization)4个文库中挑选出38个耐旱、干旱响应基因。采用半定量RT-PCR方法检测干旱胁迫下这些基因在‘Tifway’和‘C299’中的表达变化,比较它们在两品种间的表达差异。发现叶表面蜡质合成基因(CER1蛋白基因、固醇脱氢酶基因)、与耐旱相关的基因(脱水素基因)、与抗氧化相关基因(超氧化物歧化酶、脱氢抗坏血酸还原酶和2-半胱氨酸过氧化物酶基因)、和转录调控因子(EREBP-4like蛋白和WRKY)在‘Tifway’中的表达量显著高于‘C299’。这些结果说明了‘Tifway’比‘C299’更加耐旱的分子机制。     

转录组和代谢组揭示独脚金内酯缺失影响水稻根和叶中的脂质和黄酮代谢

对水稻的独脚金内酯合成突变体d17及野生型水稻ZH11进行转录组研究，结果表明，在d17的根和叶中的248和441个差异表达基因在脂质代谢路径上出现富集。代谢组检测结果表明，脂质和黄酮类物质的含量在d17突变体和ZH11中表现出显著差异。进一步研究发现，d17中的溶血磷脂和黄酮的含量显著降低，相关基因的表达水平下降，表明独脚金内酯参与调控水稻体内的黄酮和脂质代谢。研究结果可为研究独脚金内酯调控水稻体内次生代谢及生长发育提供参考。     

紫菜薹BrbHLH49基因克隆与功能分析

[目的]本文旨在研究紫菜薹BrbHLH49基因在花青素合成中的功能。[方法]以紫菜薹为材料,通过同源克隆获得BrbHLH49基因全长序列,并与其他物种中的同源序列进行进化树分析;构建pEarlyGate101-BrbHLH49-YFP载体并转化导入烟草叶片中,研究BrbHLH49蛋白的亚细胞定位;采用荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析BrbHLH49基因在紫菜薹和‘四九菜心’(‘CX-49’)不同组织中的表达情况,同时分析野生型和35S∶BrbHLH49-YFP转基因拟南芥中花青素合成相关基因的表达。[结果]BrbHLH49基因含有1 431 bp开放阅读框,编码476个氨基酸,其编码的蛋白定位于细胞核中。在进化过程中BrbHLH49编码的氨基酸序列与甘蓝型油菜和野甘蓝(原变种)同源性最高,亲缘关系最近。RT-qPCR结果表明,紫菜薹的薹和叶中BrbHLH49相对表达量均显著高于‘CX-49’,且BrbHLH49转基因拟南芥植株中花青素合成相关基因的表达量显著高于野生型。[结论]BrbHLH49蛋白定位于细胞核中。BrbHLH49基因在紫菜薹的薹和叶中高表达,且拟南芥中过表达该基因能显著提高花青素的合成。     

两种黄单胞病菌诱导水稻一氧化氮产生和防卫基因表达的比较研究

 【目的】阐明在不同黄单胞病菌诱导的水稻过敏性细胞死亡(HCD)中的一氧化氮(NO)信号途径及其作用机制。【方法】比较分析了在水稻细胞－番茄斑点病菌(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, Xcv)不亲和互作、水稻－白叶枯病菌(X. oryzae pv. oryzae, Xoo)亲和互作中NO的发生以及NO对水稻防卫基因诱导表达的影响。【结果】Xcv不仅诱导了NO的迸发、NOS活性及其NO合成相关基因(nos和nr)的表达，而且诱导了防卫基因(苯丙氨酸解氨酶基因pal、过氧化物酶基因pox和谷胱苷肽转硫酶基因gst)的表达；Xoo不诱导NO的迸发，抑制了NOS的活性、NO合成相关基因和防卫基因的表达；NO清除剂PTIO和Xoo显著地抑制了Xcv 对防卫基因表达的诱导作用。【结论】Xcv通过NO信号途径诱导了水稻防卫基因的表达和HCD；Xoo 通过NO抑制或解毒机制抑制了由NO介导的防卫基因的表达及其HCD的发生。