小麦籽粒清蛋白和球蛋白表达对干旱胁迫的响应

为了解干旱胁迫对小麦籽粒灌浆期蛋白表达的影响,以强筋优质小麦品种藁城8901为材料,采用双向电泳以及质谱鉴定分析了干旱胁迫和正常生长条件下成熟籽粒清蛋白和球蛋白表达谱的差异。结果表明,与正常生长条件相比,干旱胁迫后,小麦籽粒出现130个差异蛋白质点。通过MALDI TOF-TOF质谱鉴定和数据库搜索,最终成功鉴定出57个差异蛋白,其中上调表达29个,下调表达19个,特异表达7个,沉默表达2个;涉及ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、α-淀粉酶抑制剂、过氧化还原酶、β-淀粉酶、二硫键异构酶、丝氨酸蛋白酶抑制剂、超氧化物歧化酶等13种蛋白质,其中代谢类10个,能量类2个,蛋白质加工和储藏6个,病害防御相关17个,转录1个,功能未知和假定蛋白21个。说明干旱胁迫影响小麦籽粒灌浆期的多个代谢途径,进而影响小麦产量和品质。     

小麦灌浆期热胁迫下热激蛋白70和面团品质的变化

为了进一步阐明与小麦生长期热胁迫有关的面团强度损失的分子机理,了热激蛋白的作用和麦谷蛋基因上游的热激因子,不同的基因型在热胁迫过程中高分子量麦谷蛋白亚基（ＨＭＷ－ＧＳ）和ＨＳＰ的合成情况不同的 小麦植株经过几天的热胁迫,致使其成熟种子中存留的ＳＨＰ７０的浓度增加。４５个基因型的热胁迫植株样品的成熟种子ＨＳＰ７０的含量团强度损失不相关。这种机理的语气远不如其它分子假说,特别是麦谷蛋白／醇溶蛋白比例的     

植物热激转录因子及其与耐热性关系的研究进展

热激转录因子是高等植物热胁迫响应基因转录水平上的中心调控蛋白,在植物的热胁迫信号转导以及耐热性中起着关键作用。为了给作物耐热性研究和应用提供有益的参考,本文从热激转录因子家族基因的分类、克隆、功能分析及其作用机理等方面详细介绍了模式植物拟南芥以及番茄、水稻、玉米和小麦等主要作物中该家族基因与耐热性关系的研究现状,并对该家族基因研究中亟待解决的问题进行了探讨。     

8个大豆Dof转录因子的生物信息学分析及干旱诱导表达

为探究大豆Dof转录因子的功能,本研究对大豆中8个Dof转录因子的基因序列进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR检测编码基因在干旱胁迫下的表达,并分析主要应答基因的启动子序列中的顺式作用元件。研究结果显示:8个Dof转录因子编码基因分别位于大豆5、8、11、13、15和16号染色体上,编码蛋白序列的氨基酸残基为213～403个,等电点为6.61～9.36,主要定位于细胞核中。GmDof2与番茄SlDof5.4具有较近的亲缘关系,GmDof1、GmDof8、GmDof3和GmDof5之间具有较近的亲缘关系,GmDof7与黄瓜CsDof1.4具有较近的亲缘关系,而GmDof4和GmDof6具有较近的亲缘关系。GmDof1和GmDof3的表达量在干旱胁迫下上升幅度最明显,启动子序列中均含有多种逆境相关的顺式作用元件。研究结果证明大豆Dof转录因子具有在植物抗旱基因工程中的应用前景。     

小麦SPL家族基因在非生物胁迫下的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein like(SPL)是一类在植物中广泛存在的转录因子家族,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。为解析小麦中SPL家族基因响应非生物胁迫的机理,本研究采用生物信息学的方法在全基因组范围内对小麦SPL基因家族成员进行鉴定,并对鉴定到的SPL基因进行表达模式分析。结果表明,在全基因组范围内共鉴定到56个小麦SPL基因,其中27个是miR156的靶基因;系统进化分析发现,56个小麦SPL基因聚类为7个亚家族。基于转录组数据对表达模式进行分析,发现36个小麦SPL基因与非生物胁迫响应相关,响应缺氮、缺磷、高盐、低温、干旱、高温胁迫以及热旱共胁迫的基因分别有12、16、22、6、13、14和21个,其中TraesCS3D02G425800同时响应7种非生物胁迫。qRT PCR验证结果与转录组数据基本一致。     

普通小麦DREB基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

DREB基因家族在调控植物生长发育和响应多种逆境胁迫中起着至关重要的作用。为了全面分析小麦中DREB基因家族成员的特性,为小麦DREB家族基因的发掘和利用提供参考,本研究采用生物信息学方法进行了全面的全基因组范围搜索,共获得了204个TaDREB基因。利用系统发育分析将其分为6个亚组,并进一步进行了染色体定位、基因结构和保守蛋白基序以及基因复制事件分析,系统研究了这些TaDREB基因的进化特征。此外,基于同源性分析的方法,构建了小麦DREB基因与其他基因之间的调控网络,鉴定到13个参与网络调控的TaDREB基因,并确定了179对互作关系。通过分析现有的RNA-seq数据,研究了TaDREB在不同组织和不同逆境胁迫下的表达情况,并鉴定到11个组织特异表达和多个响应逆境的基因。最后选取5个TaDREB基因,通过qRT-PCR技术验证了它们在热胁迫条件下的表达,结果证实这些基因均能对热胁迫产生响应。     

小麦灌浆期热胁迫下热激蛋白70和面团品质的变化

为了进一步阐明与小麦生长期热胁迫有关的面团强度损失的分子机理,研究了热激蛋白（ＨＳＰ）的作用和麦谷蛋白基因上游的热激因子。不同的基因型在热胁迫过程中高分子量麦谷蛋白亚基（ＨＭＷ—ＧＳ）和ＨＳＰ的合成情况不同。小麦植株经过几天的热胁迫,致使其成熟种子中存留的ＨＳＰ７０的浓度增加。４５个基因型的热胁迫植株样品的成熟种子ＨＳＰ７０的含量与面团强度损失不相关。这种机理的证据远不如其它分子假说,特别是麦谷蛋白／醇溶蛋白比例的变化,将从受热胁迫的种子中提纯得到的ＨＳＰ７０加到面团中,２ｇ面粉中加入２ｍｇ时,ＨＳＰ特性类似于其它水合蛋白,即使ＨＳＰ加入量已超过成熟种子在田间所能达到的最大水平,对面团特性也没有很大影响。此外,甚至在对热胁迫反应变化很大的基因型中,对ＨＭＷ—ＧＳ基因（编码区上游）测序也没有发现热激启动子。这些结果排除了面团强度损失与热有关的可能性,将注意力集中在麦谷蛋白链聚合程度和种子发育过程中ＨＳＰ及其伴随物的作用上。     

小麦多蛋白桥梁因子基因 TaMBF1c的克隆与表达分析

多蛋白桥梁因子(multiprotein bridging factor 1,MBF1)是一类广泛存在于植物中的转录共激活因子,在植物生长发育和逆境响应过程中发挥重要作用。为进一步了解该蛋白的功能,利用同源克隆法从小麦中获得 MBF1基因,根据其染色体位置分别命名为 TaMBF1c-A、 TaMBF1c-B和 TaMBF1c-D,通过生物信息学方法分析其蛋白序列特征、蛋白三级结构及顺式作用元件,并利用RT-qPCR技术分析其组织表达特异性以及干旱、热胁迫响应模式。序列分析表明,TaMBF1c-A、TaMBF1c-B和TaMBF1c-D分别含有456、471和465 bp的开放阅读框;三维结构预测发现,TaMBF1c-A、TaMBF1c-B和TaMBF1c-D在N端和C端分别含有MBF1结构域和4个α螺旋组成的helix-turn-helix结构域;系统进化分析结果表明, TaMBF1c基因与二粒小麦(Triticum dicoccum)的亲缘关系最近。顺式作用元件分析发现, TaMBF1c-A、 TaMBF1c-B和 TaMBF1c-D启动子区都含有干旱响应元件(MBS element/MYB element)和热响应元件(HSE element)。RT-qPCR分析显示, TaMBF1c-A和 TaMBF1c-B基因在叶片中特异性表达, TaMBF1c-D只在根部特异性表达;在干旱胁迫条件下, TaMBF1c在干旱敏感小麦品种中表达量较高,其表达量是 TaMBF1c在耐旱小麦品种中表达量的280倍, TaMBF1c在干旱信号途径中起负调控作用。在热胁迫条件下, TaMBF1c-A和 TaMBF1c-B在热敏感与耐热小麦品种中上调表达,而 TaMBF1c-D仅在热敏感小麦品种中上调表达,明显高于耐热小麦品种。     

花生DREB类转录因子基因AhDREB3的序列及非生物胁迫下表达分析

DREB类蛋白属于AP2/ERF转录因子家族的一个亚家族,在植物非生物胁迫抗性调控中具有重要功能。为了挖掘花生逆境胁迫相关功能基因AhDREB3,从已公布的花生基因中找到干旱应答元件结合蛋白3（AhDREB3）的编码基因全序列,做编码蛋白的进化分析。根据已知序列设计引物,通过荧光定量PCR检测了该基因在低温、高盐和干旱胁迫下及对外源ABA响应和表达。荧光定量PCR结果显示,AhDREB3基因在花生的叶片和根中对低温没有响应,对高盐（叶片和根）和干旱（根）胁迫有较大响应,说明它可能参与了花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控。此外,AhDREB3基因的表达在花生叶片和根中对外源ABA响应变化小,暗示了该基因在花生中可能通过不依赖于ABA的方式起作用。     

小麦冷休克蛋白基因TaCSP的克隆及表达分析

为深入研究小麦冷休克蛋白(cold shock proteins,CSPs)基因,根据大肠杆菌(E.coli)CSPs蛋白保守氨基酸序列,借助生物信息学技术检索小麦EST序列,采用同源序列法拼接了小麦3个冷休克蛋白基因,并以小麦叶片总RNA为模板,采用RT-PCR对其进行扩增;同时,采用荧光定量PCR对3个基因的组织表达特性以及ABA、低温、高温、干旱和盐胁迫条件下的表达模式进行了研究。结果表明,小麦3个冷休克蛋白基因TaCSP1、TaCSP2和TaCSP3全长分别为290、374和377bp,各编码69、69、80个氨基酸残基。序列分析表明,TaCSP1、TaCSP2和TaCSP3之间氨基酸相似性为72.9%~84.3%,与大肠杆菌来源CSPs的相似性为40.0%~79.7%。荧光定量PCR表达谱分析显示,TaCSPs在抽穗期小麦的根、茎、叶和幼穗中均能表达。胁迫分析表明,3个冷休克蛋白基因在小麦幼根中的表达,在低温和ABA处理下,表现为早期诱导、后期抑制,在高温、干旱和盐胁迫下,则表现为早期抑制、后期有所恢复。克隆获得的小麦3个冷休克蛋白基因在根组织中强烈表达,并受ABA和冷胁迫诱导,推测其在小麦抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

水稻热激蛋白基因HSP90转化大豆的研究

由于干旱和盐碱化的严重影响,我国大豆生产受到很大限制。为了提高大豆的抗旱性,培育抗旱转基因大豆新品种,利用农杆菌介导的子叶节遗传转化技术体系,首次将水稻热激蛋白基因HSP90导入大豆受体材料Bert中,通过HSP90在大豆中过表达,获得了耐旱转基因大豆新材料。本试验中4 000个子叶节外植体用于遗传转化,再生转化苗经PCR和Southern杂交鉴定结合PPT抗性筛选(bar为筛选标记),共获得128棵阳性转基因植株,转化率为3.2%。经初步筛选,获得15份耐旱性较好的材料,其耐旱性显著优于对照。研究结果为进一步筛选耐旱转基因大豆新材料奠定了较好的基础。     

春小麦抗旱耐热性QTL分析

为发掘控制小麦抗旱耐热基因位点,以小麦重组自交系(RILs)群体为材料,于2015-2017年小麦灌浆期进行干旱胁迫、热胁迫、旱热胁迫处理,并对抗旱耐热相关性状QTL进行分析。结果表明,在干旱胁迫、热胁迫、旱热胁迫下分别检测到22、36和30个QTL,其中控制旗叶叶绿素含量、旗叶含水量、穗粒重、千粒重的QTL数分别为26、21、22和19个。抗旱相关性状QTL位于2A、3B、4B、7B、3D、4D和7D染色体上,表型贡献率为9.38%～30.81%;耐热相关性状QTL位于2A、2B、3A、3B、4B、4D、5D、6D、7A和7B染色体上,表型贡献率为9.03%～34.97%。抗旱性共定位区间2个,分别位于2A(gwm294-wmc644)和7B(barc140-gwm297)染色体上;耐热性共定位区间2个,分别位于5D(cfd67-cfd40)和6D(barc196-barc54)染色体上;抗旱耐热性共定位区间3个,分别位于2A(gwm294-wmc644)、2B(wmc441-wmc317)和7B(wmc83-wmc276)染色体上,其中共定位区间gwm294-wmc644( Qcc-2A.2、 Qgw-2A.1)的贡献率超过10%,遗传距离较小(6.49 cM)。     

小麦WRKY转录因子TaWRKY72B的克隆、亚细胞定位及表达分析

WRKY蛋白是一类转录因子，参与调控植物的多种生长发育和胁迫应答过程。为进一步探究WRKY在小麦响应逆境中的作用，本研究克隆了小麦中国春的TaWRKY72B基因，并对其进行了生物信息学、亚细胞定位和表达模式分析。结果表明，中国春的TaWRKY72B基因编码320个氨基酸，蛋白序列包含典型的WRKY保守结构域和C2H2锌指结构，分子量为33.94 kDa，理论等电点为6.60，是酸性亲水的不稳定蛋白，无信号肽序列，属非跨膜蛋白。二级结构预测表明，TaWRKY72B主要由无规则卷曲( 61.25%)、α-螺旋(23.12%)、延伸链(11.88%)和β-转角(3.75%)组成。TaWRKY72B定位于细胞核，符合转录因子特征。系统进化树分析显示，TaWRKY72B蛋白与节节麦、大麦和水稻等禾本科作物的WRKY亲缘关系较近。启动子顺式作用元件预测结果表明，该基因含有多个与生长发育、激素信号途径以及非生物胁迫应答相关的顺式调控元件。TaWRKY72B表达受激素、高温、低温和盐诱导，推测该基因可能参与小麦逆境胁迫应答和多种激素信号途径。     

干旱胁迫下小麦幼苗基因表达谱的cDNA AFLP分析

为了分离和识别小麦抗旱相关基因,给小麦抗旱节水育种提供依据,以既抗旱又具备高水分利用效率的新疆春小麦主栽品种新春6号为材料,采用cDNA-AFLP技术,分析了小麦在两叶一心期干旱胁迫条件下的诱导表达基因。通过253对引物组合的筛选,共得到748个干旱胁迫特异上调表达的转录衍生片段(TDF)。对其中22条片段进行克隆、测序、Blastx比对和功能分类分析的结果表明,有18个TDFs所推导的蛋白质序列与NCBI已有序列同源,功能涉及逆境胁迫反应、发育、信号转导、抗病蛋白、跨膜转运、能量代谢等方面;有4个TDFs在NCBI找到同源序列,但功能未知。     

小麦TaGeBPL基因的克隆及表达分析

无表皮毛增强子结合蛋白GeBP(GLABROUS1 enhancer-binding protein)是植物体内特有的一类转录因子,可调控植物表皮毛的生长过程,在植物生长发育、衰老、抗逆、防御反应进程中发挥着重要作用。前期对自发斑点细胞坏死RILs(N13039H/N)进行转录组学比较,发现一个未知功能基因在两个材料中表达差异显著。为深入了解小麦中该基因的序列特征和表达特性,通过RT-PCR方法克隆获得了CDS区域片段。生物信息学分析结果表明,该基因位于3D染色体上,CDS编码区长度为1 527 bp,共编码508个氨基酸,含有1个DUF573结构域和3个核定位信号。InterPro比对表明,编码蛋白属于GeBP家族,故将该基因命名为TaGeBPL。亚细胞定位结果表明,TaGeBPL定位于细胞核。白粉病菌(Blumeria graminis f. sp.tritici,Bgt)侵染条件下的定量qRT-PCR结果表明,TaGeBPL基因在感白粉病近等基因系N9134S中的表达模式呈双峰曲线变化,侵染12和36 h时,基因表达显著上调,而在抗白粉病近等基因系N9134R中的表达呈单峰曲线变化,在侵染12 h时显著下调。TaGeBPL在N9134S中的相对表达量始终高于在N9134R中的表达量,由此推测TaGeBPL基因可能参与病原菌响应的相关途径。酵母转录激活试验表明,TaGeBPL转录因子没有转录自激活活性。本研究结果为深入解析GeBP的功能奠定了基础。     

小麦AQPs蛋白TaPIP1基因cDNA克隆及其表达分析

为探索小麦水通道蛋白在氮素处理过程中的生物学功能,以0.1%尿素处理6.0 h的周麦19幼根为材料,利用RTPCR方法克隆了小麦PIPs类型的水通道蛋白基因TaPIP1,并分析了该基因的组织表达特性及其在尿素处理过程中的表达特征。TaPIP1全长1 062 bp,包括61 bp的5′非翻译区,128 bp的 3′非翻译区和一个长度为873 bp、编码290个氨基酸的开放阅读框。序列分析表明,TaPIP1基因与已知小麦（GQ452384和AAM00368）、大麦（BAA23746,CAA54233和BAA23745）、水稻（BAA24016）和玉米（AAK26754 ,ACG39699,ACG37183,CAA57955和AAK26756）等单子叶植物来源的同类基因同源性较高,相似性为85.9%～99.3%。半定量RTPCR表达谱分析显示,TaPIP1在抽穗期小麦的根、茎和旗叶中均能表达。氮素处理下该基因表达分析结果显示,TaPIP1在萌发期小麦根系中的表达受尿素的诱导。     

小麦TaPP2C59基因的克隆及表达分析

2C型蛋白磷酸酶(PP2C)是ABA信号途径的关键组分,在ABA信号转导及植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。为给TaPP2C59基因功能的研究奠定基础,同时为小麦对非生物胁迫应答的信号转导机理研究提供参考,本研究从小麦中克隆了第一个PP2C基因TaPP2C59,并对其在逆境胁迫以及多种信号分子处理下的表达模式进行研究。序列分析表明,该基因开放阅读框(ORF)为855bp,编码284个氨基酸。进化树分析表明,该基因编码的蛋白与水稻OsPP2C45蛋白和拟南芥AtPP2C59蛋白的亲缘关系最近。多序列比对分析表明,TaPP2C59具有PP2C家族蛋白的保守结构特征。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受ABA、低温和高盐胁迫抑制。因此,可以推测TaPP2C59可能作为负调控因子参与ABA信号及非生物逆境胁迫应答。