日本结缕草ZjZFN1基因对拟南芥的转化及其耐旱性分析

锌指蛋白在植物干旱胁迫中起重要作用,尽管已经在各种植物中克隆并鉴定了编码这些蛋白质的基因,但是它们在日本结缕草中的功能和潜在的转录机制还不清楚。通过花序侵染法将ZjZFN1基因及其启动子转化拟南芥,并通过草铵膦/潮霉素抗性筛选和PCR鉴定,获得转基因株系。ZjZFN1的启动子能够驱动GUS基因的表达,在甘露醇处理下的GUS基因表达水平显著高于对照;在拟南芥中过表达ZjZFN1降低了种子发芽率,减弱了植物对干旱胁迫的适应性和植物在干旱胁迫下的生长状况;干旱处理后,转基因植株中的丙二醛含量高于野生型植株,而脯氨酸含量显著低于野生型植株;实时荧光定量分析表明对过表达ZjZFN1的拟南芥进行干旱处理后,POD、SOD、P5CS、LEA的表达水平降低,而APX的表达水平升高。ZjZFN1基因的过表达可减弱植物的耐旱性,为进一步开发利用该基因奠定基础。     

日本结缕草ZjZFN1基因对拟南芥的转化及其耐旱性分析

锌指蛋白在植物干旱胁迫中起重要作用,尽管已经在各种植物中克隆并鉴定了编码这些蛋白质的基因,但是它们在日本结缕草中的功能和潜在的转录机制还不清楚。通过花序侵染法将ZjZFN1基因及其启动子转化拟南芥,并通过草铵膦/潮霉素抗性筛选和PCR鉴定,获得转基因株系。ZjZFN1的启动子能够驱动GUS基因的表达,在甘露醇处理下的GUS基因表达水平显著高于对照;在拟南芥中过表达ZjZFN1降低了种子发芽率,减弱了植物对干旱胁迫的适应性和植物在干旱胁迫下的生长状况;干旱处理后,转基因植株中的丙二醛含量高于野生型植株,而脯氨酸含量显著低于野生型植株;实时荧光定量分析表明对过表达ZjZFN1的拟南芥进行干旱处理后,POD、SOD、P5CS、LEA的表达水平降低,而APX的表达水平升高。ZjZFN1基因的过表达可减弱植物的耐旱性,为进一步开发利用该基因奠定基础。     

日本结缕草ZjADH基因的克隆及表达分析

采用RACE技术从日本结缕草中克隆出1个乙醇脱氢酶基因,命名为ZjADH(GenBank登录号为KT596065)。ZjADH与甘蔗、美洲蒺藜草和沟叶结缕草等ADH基因同源性均在90%以上,进化分析表明其与沟叶结缕草亲缘关系最近。亚细胞定位结果显示,ZjADH定位于细胞质。实时荧光定量分析结果表明,ZjADH在日本结缕草根中表达量最高,ZjADH可响应ABA、MeJA和SA的诱导,在低温、干旱和高盐胁迫中发挥重要作用。     

日本结缕草ZjNAC3基因在盐胁迫中的功能

盐胁迫能够加速草坪草的黄化,影响草坪的坪观质量.植物中的NAC转录因子在盐胁迫条件下发挥着重要作用,参与胁迫响应,而在日本结缕草(Zoysia japonica)中还鲜有NAC转录因子的功能研究.本研究对转ZjNAC3基因(GenBank登录号:MT254544)的YPH500酵母菌株进行盐敏感性检测,初步判定ZjNAC3在盐胁迫下具有负调节酵母细胞生长的作用;对过表达ZjNAC3基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)株系进行盐处理,发现150 mmol·L?1 NaCl处理7 d后转基因植株的生长明显弱于野生型(wild type,WT),脯氨酸含量、丙二醛含量、细胞膜透性均显著高于WT(P<0.05),而叶绿素、可溶性糖含量显著低于WT(P<0.05);AtNHX1基因的表达量显著低于WT(P<0.05),表明过表达ZjNAC3基因降低了拟南芥植株的耐盐性.分析认为ZjNAC3通过减弱渗透调节、增加细胞受损和降低将Na+隔离到液泡的作用,从而使得转基因拟南芥植株表现出盐敏感的性状.本研究揭示了ZjNAC3是一个负调控植物耐盐性的重要基因,为之后探究NAC转录因子调控日本结缕草的耐盐性及其机理奠定了基础.     

日本结缕草ZjNAC3基因在盐胁迫中的功能

盐胁迫能够加速草坪草的黄化,影响草坪的坪观质量。植物中的NAC转录因子在盐胁迫条件下发挥着重要作用,参与胁迫响应,而在日本结缕草(Zoysia japonica)中还鲜有NAC转录因子的功能研究。本研究对转ZjNAC3基因(GenBank登录号:MT254544)的YPH500酵母菌株进行盐敏感性检测,初步判定ZjNAC3在盐胁迫下具有负调节酵母细胞生长的作用;对过表达ZjNAC3基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)株系进行盐处理,发现150 mmol·L-1 NaCl处理7 d后转基因植株的生长明显弱于野生型(wild type, WT),脯氨酸含量、丙二醛含量、细胞膜透性均显著高于WT(P 0.05),而叶绿素、可溶性糖含量显著低于WT (P 0.05);AtNHX1基因的表达量显著低于WT (P 0.05),表明过表达ZjNAC3基因降低了拟南芥植株的耐盐性。分析认为ZjNAC3通过减弱渗透调节、增加细胞受损和降低将Na+隔离到液泡的作用,从而使得转基因拟南芥植株表现出盐敏感的性状。本研究揭示了ZjNAC3是一个负调控植物耐盐性的重要基因,为之后探究NAC转录因子调控日本结缕草的耐盐性及其机理奠定了基础。     

草地早熟禾PpSWEET1b基因克隆及功能研究

SWEETs糖转运蛋白是一类在真核生物和原核生物中均存在的促进糖通过细胞膜流动的转运蛋白之一,参与调控植物的生长发育和胁迫响应过程。以草地早熟禾品种蓝月为材料,以叶片cDNA为模板克隆PpSWEET1b基因,采用花序侵染法转化拟南芥,获得了PpSWEET1b拟南芥过表达株系,并研究干旱和低温胁迫对转基因和野生型拟南芥生长、生理及基因表达的影响。结果表明：干旱和低温胁迫下,PpSWEET1b过表达植株生长状态均优于野生型,叶片MDA含量显著低于野生型,但葡萄糖含量较野生型显著增加,抗旱性和抗寒性明显增强;PpSWEET1b过表达植株可能协同SWEET2和SWEET3共同参与了对低温的响应。此外,以叶片DNA为模板克隆了PpSWEET1b基因的启动子序列,顺式作用元件预测发现,其含有多个与胁迫和激素响应、光响应相关的元件。综合以上结果表明,草地早熟禾PpSWEET1b基因在耐旱和耐寒方面发挥着重要作用,可为草坪草抵抗非生物胁迫生物育种提供新的优异基因资源。     

过量表达甘菊CBF1基因提高拟南芥抗旱耐盐能力

CBF是一类植物特异性、具有多种功能的转录因子。本研究将从甘菊(Chrysanthemum lavandulifolium)中分离的ClCBF1基因构建到植物表达载体pBI121上,并采用农杆菌介导的花序浸染法对拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行遗传转化,共获得4个转基因株系经过抗性筛选和RT-PCR验证,对其中表达量较高的3个转基因株系进行研究,结果表明:在150mmol·L~(-1)甘露醇培养基中转基因拟南芥的种子萌发率和根长平均为野生型的2.0倍和1.2倍,在150mmol·L~(-1) NaCl培养基中转基因拟南芥种子萌发率和根长平均为野生型的1.1倍和1.4倍;在干旱和盐胁迫条件下,转基因拟南芥幼苗的成活率高于野生型,并且超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性显著高于野生型(P0.05),丙二醛(MDA)含量及相对电导率显著低于野生型植株(P0.05)。说明ClCBF1基因在拟南芥受到干旱和盐胁迫过程中发挥一定作用。     

表达二穗短柄草CBF2基因拟南芥抗旱性分析

以表达二穗短柄草(Brachypodium distachyon)CBF2基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料,通过模拟干旱胁迫分析其种子和幼苗对甘露醇渗透胁迫的响应和成苗对盆栽条件下水分胁迫的响应。结果表明,渗透压为-0.62MPa时种子萌发率开始下降,转基因拟南芥种子萌发率略高于野生拟南芥,但差异不显著(P0.05)。以根的增长量作为评价幼苗抗旱性的主要标准,当渗透压小于-0.37 MPa时,根长增长量随着胁迫强度的增加而明显减小,转基因株系根长增长量始终显著高于野生型拟南芥(P0.05)。拟南芥成苗干旱胁迫至25d,野生拟南芥成活率为11.7%,转基因植株平均成活率为41.6%;随着干旱胁迫时间的延长,转基因拟南芥过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均显著高于野生植株,丙二醛含量及相对电导率显著低于野生植株。结果表明,二穗短柄草CBF2基因提高了拟南芥幼苗及成苗的抗旱性。     

转紫花苜蓿MsLEA2基因提高拟南芥耐铝毒性研究

MsLEA2基因是从紫花苜蓿中克隆到的胚胎晚期富集蛋白基因,属于LEA_2家族。以转基因拟南芥T_3代植株的3个株系为材料,从表型、生理和分子生物学三个方面研究铝胁迫下转MsLEA2基因拟南芥的耐铝毒性能。结果表明:铝胁迫下转基因株系的脯氨酸含量高于对照(野生型),丙二醛含量和电导率则低于对照且差异显著(P0.05),CAT、POD和SOD活性显著高于对照。初步证明转MsLEA2基因拟南芥的耐铝毒性能明显高于对照,紫花苜蓿的MsLEA2基因具有提高植物耐铝毒胁迫的能力。     

珍稀泌盐植物长叶红砂RtSOD基因的克隆及功能分析

长叶红砂是一种强旱生泌盐盐生植物,对盐渍荒漠环境具有极强的适应性。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)在植物抵御逆境胁迫过程中发挥着重要作用。本研究利用已有长叶红砂转录组数据库中SOD基因的已知序列设计引物,采用PCR方法克隆得到大小为663 bp、编码220个氨基酸的SOD基因的开放阅读框,并将其定名为RtSOD。预测该基因编码蛋白分子量为55.90 kDa,理论等电点5.11。多重序列比对分析结果显示该蛋白属于Cu/Zn SOD家族,与其他植物中SOD蛋白同源性较高。系统进化分析结果显示RtSOD基因与刚毛柽柳的SOD基因亲缘关系较近。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析结果显示NaCl、4 ℃、PEG、H₂O₂及ABA处理均能诱导该基因表达。构建RtSOD真核表达载体,将其转化到拟南芥中,结果发现:盐、干旱胁迫条件下,转RtSOD基因拟南芥的生长状况明显优于野生型,转基因株系抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)和脯氨酸含量较野生型显著升高,H₂O₂及MDA含量较野生型显著降低。qRT-PCR检测发现转基因拟南芥中响应逆境胁迫相关基因的表达量均显著高于野生型。上述结果说明RtSOD基因的过表达可提高转基因植物的抗逆性,进一步说明RtSOD参与长叶红砂对非生物胁迫的响应,是该植物抗氧化系统中的重要元件。     

低温对青海扁茎早熟禾活性氧代谢的影响和相关基因表达分析

为研究青海扁茎早熟禾(BJ)在低温胁迫下活性氧积累、抗氧化酶防御与逆境相关基因表达的机制,以WY-2(草地早熟禾‘午夜2号')为对照,对这两种材料低温适应(10/5 ℃) 3 d和冷冻胁迫(-10 ℃) 24 h,测定了O^-·₂产生速率、H₂O₂含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性及其抗氧化酶相关基因、冷胁迫相关转录因子的相对表达量。结果表明,低温胁迫可引起BJ和WY-2叶片内的O^-·₂产生速率、H₂O₂含量和MDA含量的增加,BJ活性氧的积累程度和MDA含量均低于WY-2;低温胁迫可导致BJ的SOD、APX和GR活性的降低,CAT活性呈先升后降的趋势,但只有APX活性表现为BJ高于WY-2,同时,BJ和WY-2叶片内的Cu/ZnSOD、CAT、APX和GR基因的表达量在低温胁迫后被明显的上调,且BJ抗氧化酶相关基因的相对表达量普遍高于WY-2;BJ叶片内的DREB2是下调表达的,ERF、DREB1、CSP和HSP基因在低温胁迫后均表现出明显的上调表达,且ERF、CSP和HSP的相对表达量高于WY-2。从而得出结论,扁茎早熟禾在低温胁迫时有害物质的积累低于午夜二号,抗氧化酶相关基因表达上调幅度,以及一些与冷胁迫相关转录因子的表达调控均大于午夜二号。这些物质合成和基因表达的差异可能共同导致扁茎早熟禾的高耐冷性。     

GsCRCK基因转化农菁1号苜蓿及其耐盐性分析

GsCRCK基因是参与胁迫早期应答的钙/钙调素调控的受体类蛋白激酶基因,研究发现GsCRCK正向调控拟南芥对NaCl和ABA胁迫的耐性,将耐盐蛋白激酶基因GsCRCK转化苜蓿,对于增强苜蓿的耐盐性具有重要的现实意义。本研究采用农杆菌介导法将其转入农菁1号苜蓿,获得大量抗性植株。经 PCR和RT-PCR检测证明GsCRCK基因已整合到农菁1号苜蓿基因组中并在转基因植株中转录表达。对获得的2个转基因株系进行耐盐性分析,在300 mmol/L NaCl条件下进行胁迫处理,测定处理0,3,6,9,12,15 d后的质膜透性、丙二醛(MDA)和叶绿素(Chl)含量,以及胁迫15 d时的SOD活性;并统计400 mmol/L NaCl处理15 d时各株系的死亡率。结果显示,300 mmol/L 高盐胁迫15 d后转基因苜蓿仍能正常生长,而野生型苜蓿则遭受盐害严重;转基因苜蓿的相对电导率极显著低于野生型,MDA含量也显著低于野生型,而Chl含量和SOD活性都显著高于野生型;在400 mmol/L NaCl处理下,2个转基因株系的死亡率分别为13.33%和10.00%,明显低于野生型植株(63.33%)。表明GsCRCK基因的导入提高了转基因苜蓿的耐盐性。     

西藏野生垂穗披碱草EnCBL10基因的克隆与功能研究

钙调磷酸酶B类蛋白（Calcineurin B-Like Proteins，CBLs）是钙信号通路中重要成员，在植物应答多种非生物胁迫中具有重要的作用。本研究基于前期转录组数据，在西藏野生垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）中筛选EnCBL10基因，将其异源表达于烟草（Nicotiana tabacum）中，分析转基因植株EnCBL10在低温和干旱胁迫下的生长及生理响应。结果表明：EnCBL10开放阅读框为792 bp，编码263个氨基酸。EnCBL10蛋白的理论等电点为5.17，为疏水蛋白和非分泌蛋白。低温和干旱胁迫下，对比于野生型烟草，转基因烟草叶片的细胞膜稳定性显著增加，过氧化物酶（Peroxidase，POD），抗坏血酸过氧化物酶（Aseorbateperoxidase，APX）和谷胱甘肽还原酶（Gluathione reductase，GR）活性显著升高。低温胁迫下，两个转基因株系的脯氨酸含量分别提高了79.7%和70.8%（P<0.05）；在干旱胁迫下，野生型植株（WT）和过表达植株中脯氨酸含量均有所降低，但转基因植株比WT的下降幅度小。因此，EnCBL10基因可能在垂穗披碱草的耐寒和耐旱调控中发挥重要功能。     

多年生黑麦草LpGCS基因克隆及其在烟草中的初步功能验证

本研究以多年生黑麦草‘高帽2号’叶片为试材,根据同源基因的CDS序列设计简并引物,采用RT-PCR和RACE技术,克隆了多年生黑麦草γ-谷氨酰基半胱氨酸合成酶基因LpGCS。该基因全长为1674 bp(GenBank登录号:KJ551844),具有完整的开放阅读框(ORF),共1125 bp;对其氨基酸序列特性、结构以及与其他8种同源基因氨基酸序列间的同源性进行了研究,预测该蛋白分子量为42.86 kDa,属于不稳定类蛋白质,其蛋白质二级结构以α-螺旋为主;蛋白质氨基酸序列与其他8种同源基因氨基酸序列间同源性都比较高;此外,成功构建了该基因的正、反义植物表达载体pCAMBIA-Ubi-LpGCS+和pCAMBIA-Ubi-LpGCS-,并通过农杆菌介导法获得转正、反义基因烟草。对转基因植株和野生型烟草进行镉离子胁迫试验,生理生化指标测试结果表明镉离子胁迫处理10 d后,转LpGCS+植株中MDA含量低于野生型,光合色素含量与POD、SOD、CAT活性均高于野生型;而转LpGCS-植株中MDA含量高于野生型,光合色素含量与POD、SOD、CAT活性均低于野生型。综上所述,LpGCS基因在烟草中的过量表达可以提高植株的耐镉胁迫能力,为进一步利用该基因转化多年生黑麦草培育抗重金属植株奠定基础。     

细叶百合LpWRKY20基因对非生物胁迫的响应及抗旱性分析

以细叶百合LpWRKY20基因为研究对象,通过荧光定量(qRT-PCR)分析该基因在不同非生物胁迫中的表达,结果表明,在不同非生物胁迫中该基因表达量存在差异。利用叶盘法将pBI121-LpWRKY20-GFP植物表达载体转入烟草并获得转基因株系。在干旱胁迫条件下,转基因植株的表型优于野生型;转基因植株超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性均高于野生型,且随着时间的延长这种清除体内自由基的能力在显著升高,而丙二醛(MDA)含量均低于野生型,说明转基因植株细胞膜受损程度较低,具有较强的自我修复能力。干旱条件下表型及生理指标的变化均表明转基因植株具有较强的抗旱性,初步推断LpWRKY20具有抗旱的功能。     

四个抗草甘膦基因的抗性比较

草甘膦抗性是当代农业重要的农艺性状。为了选择最佳的抗性基因用于植物筛选标记,通过选取cp4-epsps、GR79-epsps、gat4621和GAT四个草甘膦抗性基因进行比较,在拟南芥中验证各基因对草甘膦的抗性。4个基因的转化苗经4个浓度的草甘膦喷施检测,结果显示,GAT类基因的抗性明显高于epsps类基因,基因间的差异达到了极显著水平。gat4621基因对草甘膦的抗性最好,在各浓度下存活率均表现为最高值,且抗性稳定。国内发掘的GAT基因对草甘膦也表现出良好的抗性。GAT类基因的拟南芥转化苗在喷施高浓度草甘膦条件下出现严重抽苔抑制;但在停施草甘膦后抑制解除,且可以开花结实。转epsps类基因可以获得高抗草甘膦植株,但在花期喷施草甘膦将造成败育。从基因大小及抗性强弱考虑,GAT类基因作为筛选标记基因应该更为适合。     

白羊草BiMYB52基因的克隆及转基因拟南芥抗旱性表达分析

白羊草(Bothriochloa ischaemum)是一种耐旱的优良乡土草种。为了探索白羊草转录因子MYB的结构和功能,本研究以白羊草转录组测序中筛选出的一段对干旱胁迫响应表达量变化显著的MYB序列为基础,采用基于拓扑异构酶快速克隆法从白羊草中克隆了一个R2R3-MYB基因BiMYB52,该基因编码237个氨基酸。为了深入研究BiMYB52基因的抗旱性,利用染色体步移技术扩增出了BiMYB52启动子序列,构建了pCAMBIA1301-BiMYB52过表达载体,采用农杆菌介导的花序侵染法对拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行遗传转化,然后对野生拟南芥和转基因拟南芥进行干旱胁迫处理。结果表明,干旱胁迫复水后,转基因拟南芥的存活率显著高于野生拟南芥,丙二醛(Malondialdehyde, MDA)含量是干旱胁迫后转基因拟南芥的显著低于对照,脯氨酸(Proline, Pro)含量则显著高于对照。由此推测BiMYB52基因可能增加了拟南芥对干旱胁迫的抵抗能力。这为白羊草抗旱育种提供候选基因和理论基础。     

紫花苜蓿1型金属硫蛋白基因的表达及抗逆性分析

根据NCBI中紫花苜蓿1型金属硫蛋白基因(MET1, 登录号:AF189766.1)cDNA序列设计一对特异性引物,以紫花苜蓿品种“农菁1号”的cDNA为模板,利用PCR技术克隆出的一个基因,命名为MsMT1,测序发现该基因全长228 bp,编码75个氨基酸。通过碱基序列比对发现MsMT1与MET1的相似度为99%。通过氨基酸序列分析和进化树分析,发现与其他植物的1型金属硫蛋白基因具有较高的同源性。利用qRT-PCR对MsMT1在苜蓿不同器官中的表达进行分析,发现该基因在根和子叶中表达量较高。将苜蓿幼苗进行不同浓度NaCl、Na₂CO₃、NaHCO₃及不同pH值胁迫处理后, 观察MsMT1基因的表达,发现MsMT1的表达量随盐碱处理液浓度和pH值变化发生改变,说明MsMT1与植物的抗逆性相关。采用农杆菌介导法将MsMT1导入苜蓿植株体内,卡那抗性的筛选和Northern blot结果显示MsMT1基因能够在转基因苜蓿中高效表达。用不同浓度NaCl、NaHCO₃处理野生型和转化MsMT1基因的苜蓿幼苗,观察幼苗受胁迫后的表型,发现转基因的苜蓿幼苗比未转基因的苜蓿幼苗抵抗力高。本研究表明MsMT1基因能够增加苜蓿对胁迫的抗性。