过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

不同耐热三色堇材料HSP70基因克隆及热胁迫下的表达分析

以三色堇耐热材料DFM-16和热敏材料08H为试材,采用PCR技术扩增到VtHSP70基因的cDNA和gDNA序列,通过real-time PCR技术分析了该基因在热胁迫下的表达。结果表明,2种材料中的VtHSP70cDNA序列长度和开放阅读框长度相同,编码649个氨基酸,氨基酸序列相似性为98.61%。2个材料中的VtHSP70gDNA结构相似,均包含1个内含子。同源比对和系统进化树表明,VtHSP70基因与拟南芥和水稻中胞质HSP70基因同源性较高。42℃热激处理0、1、2、6、12 h后,2种材料中VtHSP70基因表达量都明显上升,但耐热材料DFM-16的升高幅度显著高于热敏材料08H。     

芸薹属及其他异源多倍体植物的基因表达特征研究进展

远缘杂交及异源多倍化导致许多重要作物的起源与进化，而芸薹属栽培异源四倍种是研究作物异源多倍化的模式系统之一。异源多倍体是如何调控及协调来自不同二倍体祖先的不同基因组的遗传行为及基因表达，是过去二十年间的研究热点和重要的生物学问题。利用不断发展的分子生物学技术，一方面揭示出芸薹属及其他多倍体物种基因组表现出动态性质，即在形成初期及长期进化过程中持续发生遗传及表观遗传的变化；另一方面发现异源多倍化过程中伴随着大量的基因表达模式改变，包括非加性表达、超亲表达、表达水平显性、部分同源偏向表达、基因剂量平衡效应等现象。上述基因组结构、表观遗传改变以及基因表达模式的调控，使新产生的多倍体得以成功进化为新物种。     

外源NO及反向调控PEG胁迫下苜蓿萌发种子抗氧化酶及其同工酶动态的研究

以紫花苜蓿为材料,用一氧化氮供体硝普钠(SNP)及一氧化氮清除剂c-PTIO对苜蓿种子进行浸种处理,采用分光光度法和同工酶电泳技术来研究外源NO及反向调控对PEG胁迫下紫花苜蓿抗氧化酶活性及其同工酶的影响,并探讨NO调控苜蓿种子耐旱性的生理机制。结果表明:PEG胁迫下外施0.1 mmol·L^-1 SNP,第6天时较PEG处理POD活性降低了32.72%;第4天时SOD、CAT活性较PEG处理升高了10.48%、23.60%,有效缓解了PEG对紫花苜蓿萌发中种子的氧化损伤,提高其抗氧化能力。PEG胁迫下添加 c-PTIO抑制了苜蓿萌发期的抗氧化系统活性。从同工酶的谱带数量和强弱来看,POD同工酶各区带活力均随PEG胁迫时间的延长而增加,在第2天酶带只有1条,而第4天酶带呈现9条;SOD和CAT同工酶表达量变化不显著,但酶带强弱有一定变化,S3酶带随处理时间的延长表达量逐渐减弱;CAT同工酶谱带则一直保持2条带,无明显强弱变化。因此,外源NO在PEG胁迫下紫花苜蓿萌发中抗氧化酶快速响应并在维护氧自由基代谢平衡中起重要保护作用。     

花生栽野种间杂交异源多倍化早期世代基因表达变化分析

为了进一步认识花生种间杂交异源多倍体进化过程中的基因表达变化规律,采用cDNA-HFO-TAG技术,研究花生种间杂交组合(四倍体栽培种‘仲恺花4号’×二倍体野生种Arachis. diogio)杂种F_1和早期多倍体世代S0~S3的基因表达变化情况。14条HFO-TAG引物共扩增出121条cDNA片段,其中差异片段84个,主要包括三种类型:亲本转录物完全沉默(3个),双亲转录物在后代部分材料中沉默(59个)和新转录物激活(22个),上述变化在F1代即开始发生。筛选其中大小为500~2 000 bp的35个TDFs进行克隆测序,有27个和NCBI数据库中已录入的基因具有较高的相似性,包括抗逆相关基因(10条)、未知功能蛋白基因(8条)、能量与代谢相关基因(7条)和转录因子相关的基因(2条)。这些研究结果进一步表明在花生种间杂交异源多倍化早期发生着快速、剧烈的基因表达变化,从中获得的差异基因片段,有助于了解花生属种间杂交异源多倍化早期分子机制变化,这对有效利用野生花生种质优异基因具有重要意义。cDNA-HFO-TAG技术简单、有效且实用,完全适用于花生属基因表达变化研究,可以作为花生属及其它物种基因表达变化分析技术的有效补充。     

基于iTRAQ技术分析家蚕微孢子虫感染家蚕精巢的蛋白质组表达变化

为了获取家蚕微孢子虫(Nosema bombycis,Nb)与宿主家蚕之间互作的新线索,利用定量蛋白质组学同位素标记相对定量和绝对定量(i TRAQ)技术分析感染与未感染Nb的家蚕5龄末幼虫精巢组织的蛋白质组表达变化,在置信度≥95%的1 326个蛋白质中,共发现78个蛋白质的表达量发生了变化,其中63个蛋白质表达上调,15个蛋白质表达下调。GO注释差异表达蛋白质参与了14个生物学过程,以参与代谢过程和细胞内过程的蛋白质占比较高;参与的细胞组分有9个,以胞外结构域占比较高;参与的分子功能有4个,以催化活性及蛋白质结合的占比较高。KEGG通路分析差异表达蛋白质共参与57个信号转导通路,主要包括代谢通路,甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢通路以及溶酶体途径。利用qRT-PCR测定随机选取的8个差异表达蛋白质的编码基因mRNA转录水平变化,结果有5个基因mRNA的转录变化与i TRAQ检测蛋白质的表达变化趋势一致,而另外3个基因mRNA转录变化与蛋白质的表达变化不一致。研究结果显示差异蛋白质与能量代谢、氨基酸转运、发育调节、免疫调控等多个生物学过程有关,提示Nb与宿主家蚕之间存在复杂的相互作用关系。     

狂犬病病毒SRV9克隆株核蛋白基因的克隆、表达与特性分析

根据已发表的狂犬病病毒核蛋白基因序列，设计并合成了一对引物，从SAD株驯化的SRV9。蚀斑株中提取病毒RNA，通过RT-PCR扩增出核蛋白的全长cDNA序列，测序结果显示，其序列与国外报道的SAD母源株序列一致。将核蛋白的cDNA克隆至原核表达载体pET-28b( )中，转化大肠杆菌BL21（DE3）plyss，于30℃1mmol/LIPTG条件下诱导表达，大肠杆菌菌体裂解产物经SDS-PAGE分析，在分子量约为56kDa处出现一新的蛋白带。和预期的目的蛋白分子量相符，Western-blotting检测表明，表达产物能与狂犬病病毒阳性血清发生特异性反应，出现单一反应带，扫描分析显示，表达产物占菌体总蛋白的23%，包涵体分离，纯化后，纯度达89%，上述结果为核蛋白在狂犬病基因免疫和免疫检测中的进一步应用奠定了基础。     

长白落叶松同工酶遗传和连锁分析

本文采用聚丙烯酰胺凝胶电泳对１１个长白落叶松天然群体进行三种同工酶遗传方式和连锁关系的研究。结果表明，ＧＯＴ、ＭＤＨ和Ｅｓｔ三种同工酶遗传表达稳定，分别受４、４、５个位点控制，所有位点都不存在连锁关系。