琥珀酸黄杆菌促生机理及其对多年生黑麦草生长和抗逆性的生理调控作用

为探究琥珀酸黄杆菌（Flavobacterium succinicans）对非生物胁迫下多年生黑麦草（Lolium perenne）的缓解效应,本试验研究了菌株DSM4002的生物学特性,并在盆栽条件下,分析了干旱（维持相对含水量（30±5）%处理7 d和14 d）、低温（4℃处理3 d和7 d）和盐胁迫（150 mM NaCl处理5 d和10 d）下根际接种DSM4002对多年生黑麦草生长和生理特性的影响。结果表明,DSM4002具有分泌吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid,IAA）、溶磷和产铁载体能力,对壮观霉素、卡那霉素等具有抗性,对氯霉素敏感。同时,接种DSM4002能够提高正常生长、干旱、低温和盐胁迫下多年生黑麦草的生物量、抗氧化酶活性、可溶性糖和脯氨酸含量,降低相对电导率和丙二醛（Malondialdehyde,MDA）含量。综上,琥珀酸黄杆菌促进多年生黑麦草的生长与其自身具有分泌IAA、溶磷和产铁载体能力有关,而且它能够调节植物体内氧化还原平衡,从而增强多年生黑麦草的抗旱、抗寒和抗盐能力。     

外源钙对低温胁迫下西藏野生垂穗披碱草生理及相关基因表达的影响

为探究Ca²⁺调控西藏野生垂穗披碱草（Elymus nutans）适应低温的生理和分子响应机制,本研究采用叶面喷施外源CaCl₂的方法,研究其对当雄野生垂穗披碱草表型,生物量,电解质渗透率、活性氧、丙二醛、渗透调节物质含量以及抗氧化酶活性的影响。结果表明,喷施15 mM CaCl₂有效地缓解低温对垂穗披碱草幼苗的生长抑制;CaCl₂处理显著提高低温胁迫下垂穗披碱草地上/地下生物量,降低丙二醛和活性氧的积累,提高可溶性糖和游离脯氨酸的含量及过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化氢酶等抗氧化酶活性。RT-qPCR结果表明,外源CaCl₂能上调EnAPX,EnCAT2,EnGPX,EnGST4,EnMDAR,EnPER1,EnCu/ZnSOD,EnFeSOD,EnMnSOD抗氧化酶基因的表达水平,同时上调胁迫相关基因EnCOR410,EnCS120,EnDHN5和EnMYB4的表达。综上,低温胁迫下适宜浓度的Ca²⁺能够激活抗氧化酶活性,及时清除过量积累的活性氧,缓解低温对西藏野生垂穗披碱草细胞膜系统造成的氧化伤害,提高细胞渗透调节能力,并且能够诱导胁迫相关基因的表达,从而提高垂穗披碱草的抗寒性。     

西藏野生垂穗披碱草EnPLA1基因克隆与表达分析

为探究α-亚麻酸调控植物低温胁迫应答的分子机制,本研究从西藏野生垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）中克隆了其合成酶磷脂酶基因（EnPLA1）,对其进行生物信息学、基因表达模式和亚细胞定位分析,并采用外源添加的方法分析α-亚麻酸在西藏野生垂穗披碱草低温适应中的作用。结果表明：EnPLA1基因的编码序列（Coding sequence,CDS）全长为1 305 bp,编码434个氨基酸;分子量为47.44 KD,等电点为6.05;EnPLA1蛋白为亲水性蛋白且偏酸性,含有1个高度保守的Lipase（class 3）结构域和4个跨膜结构域;二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主;EnPLA1蛋白与粗山羊草（Aegilops tauschii subsp. Tauschii）,圆锥小麦（Triticum turgidum subsp.Durum）,大麦（Hordeum vulgare subsp.Vulgare）的氨基酸序列相似性达80.76%,且该蛋白主要定位在细胞质。EnPLA1基因在垂穗披碱草的根、茎、叶中均有表达,其中叶中表达高于茎和根;低温诱导叶和茎中EnPLA1基因表达（P<0.05）,对根中表达影响较小;25 μM α-亚麻酸处理显著地提高植物的抗寒性。本研究为深入地阐明EnPLA1基因调控垂穗披碱草低温适应机制奠定基础,并为利用优良野生种质资源改良牧草及作物提供思路。     

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。