转录组与蛋白组技术结合分析水稻耐低温分子机制

低温冷害是影响水稻生长发育最严重的非生物胁迫之一。鉴定水稻耐冷相关功能基因、解析其调控耐冷性的分子机制,对水稻耐冷性分子育种有重要意义。本研究以强耐冷的粳稻品种‘丽江新团黑谷’(LTH)和低温敏感的籼稻品种‘三黄占2号’(SHZ-2)为材料,通过全基因组转录和蛋白表达谱分析这两个品种对低温响应的差异,鉴定LTH和SHZ-2差异表达的基因和蛋白及其信号通路。研究显示,两个材料中差异表达基因主要富集在蛋白代谢途径、糖代谢途径和膜转运相关途径等生物学过程,并发现抗病相关防卫基因在抗病但不耐冷的SHZ-2中上调,而在耐冷但不抗病的LTH中没有显著上调,表明水稻抗病性与耐冷性存在内在关系。此外,还发现LTH和SHZ-2之间存在很多在转录水平和翻译水平表达差异不一致的基因。本研究从转录和翻译水平对耐冷和低温敏感两个水稻品种在低温胁迫下的响应进行分析,研究结果促进对水稻苗期耐冷性分子调控机制的全面认识,并为下一步水稻耐冷基因的鉴定和耐冷性分子机制的深入研究奠定基础。     

不同基因型甜玉米自交系芽期耐冷性鉴定及评价

东北地区易发生低温冷害,筛选耐冷性强的玉米种质资源,选育优良耐冷品种是目前亟待解决的问题。本试验以沈阳农业大学特种玉米所提供的30份甜玉米自交系为试验材料,利用人工气候箱模拟低温环境条件,对不同甜玉米自交系进行低温胁迫和标准发芽试验,分别测定发芽率、活力指数、苗长、根长、苗干、鲜重、根干、鲜重等指标,并计算各个指标相对值、隶属函数值及综合D值等耐冷性评价指标,对30份自交系的耐冷性进行综合评价。采用聚类分析的方法将自交系分为耐冷性强、耐冷性中等、低温敏感3类,其T12和T21是耐冷性强自交系,T10和T27是低温敏感自交系。本试验采用低温处理的方法筛选出一批耐冷性强的自交系,为甜玉米耐冷品种的选育及生理生化、分子生物学研究提供了优良多样的基因资源。     

水稻品种生殖生长期耐冷性及其低温胁迫下MADS-box基因表达差异分析

选用来自中国不同稻作生态的4个特殊常规水稻品种:辐恢838(普通籼稻)、月亮谷(云南高海拔籼稻)、C418(普通粳稻)和丽粳11号(云南高寒粳稻),于减数分裂期和开花期分别低温(16℃)处理5d后又恢复5d,研究低温下生殖生长期的冷胁迫效应(花粉育性,结实率,百粒重下降程度)及相关MADS-box基因差异表达情况。结果表明:四个品种生殖生长期耐冷性由低到高排列依次是:辐恢838相似文献   

棉花幼苗对低温胁迫的响应及抗冷机制初步研究

【目的】探讨棉花不同组织对低温胁迫的响应,初步探讨研究抗冷的生理生化和分子机制。【方法】测定了4个抗冷性差异显著的材料在低温处理后的生物量、抗氧化酶活力和可溶性蛋白含量,同时分析了抗冷相关基因在豫2067根、茎、叶的表达情况。【结果】4℃低温处理24 h对冷敏感材料生长抑制最大,对根系生长的抑制大于地上部分;细胞膜透性测定结果表明,受低温胁迫后4个材料根系细胞膜能保持相对稳定的结构,而叶片细胞膜对低温胁迫敏感,抗冷材料叶片细胞膜稳定性大于冷敏感材料,低温胁迫后叶片细胞膜透性与棉花的抗冷性呈负相关,可以作为棉花抗冷性的鉴定指标;棉花在受到低温胁迫24 h后,抗冷材料根中SOD的活力基本不变,冷敏感材料根中SOD的活力却极显著下降,2个材料的根系中POD、CAT的活力均下降,但抗冷材料豫2067下降的幅度小于冷敏感材料,可溶性蛋白含量在抗冷材料叶茎中基本不变,在冷敏材料的叶片和茎中均下降。低温胁迫后5个与抗冷相关的基因在豫2067叶片中上调表达的多于下调表达的,上调表达的基因分别是脂肪酸脱氢酶基因、胁迫诱导蛋白基因、假定R2R3-MYB转录因子基因、b HLH1转录因子基因;在根中下调表达的多于上调表达的,下调的基因分别为b HLH1转录因子基因、胁迫诱导蛋白基因、伸展蛋白基因2,这与根系的生长受抑制的结果是一致的。【结论】推测这些抗冷相关基因在叶片中的上调表达与叶片生长受低温抑制程度低有一定的关系。     

水稻苗期耐冷性差异的转录组分析

低温冷害是影响作物生长发育的重要环境因素之一。鉴定水稻耐冷新基因以及揭示其可能的机制并应用于新种质创制和新品种选育,是提高水稻耐冷性的重要途径之一。本研究以日本晴(Nip)为对照,对耐冷品种P427的表型和扫描电镜表皮组织观察,显示P427具有更强的苗期耐冷性。进而对低温处理后的水稻幼苗转录组进行测序,结果显示P427与Nip共有12 056个差异表达基因(DEGs),P427独有2 984个DEGs。对DEGs进行Pathway显著性富集分析发现,P427和Nip共有的DEGs主要富集在代谢途径、次生代谢物的生物合成等途径。而P427独有的DEGs主要集中在泛素介导的蛋白水解、内质网中的蛋白质加工、植物激素信号转导等途径。结果暗示激素信号转导、苯丙氨酸代谢通路、光合作用、次生代谢生物合成等途径可能在水稻苗期冷胁迫响应中起主导作用。植物对低温的响应是涉及多个基因和多个信号传导途径的复杂过程,本研究扩展了对植物低温冷害耐受性的复杂机制的理解,为今后开展水稻和其他谷类作物的耐冷性研究提供了理论依据。     

不同品种蝴蝶兰耐冷性评价

研究不同品种蝴蝶兰在低温逆境下的生理差异,对不同品种蝴蝶兰的耐冷性进行综合评价,以期为蝴蝶兰抗冷栽培、抗冷品种选育及抗冷生理机理研究提供理论基础.采用逐步降温的方式,观察测定不同低温胁迫下16个蝴蝶兰品种的叶片形态特征及各项生理指标,通过隶属函数法和聚类分析法对16个蝴蝶兰品种进行耐冷性综合评价,并运用灰色关联分析法对...     

利用籼稻资源中的“隐蔽有利基因”提高粳稻苗期耐冷性

苗期低温是制约东北水稻生产的一个重要逆境因子,培育苗期耐低温的水稻品种是解决这一问题最有效的途径之一。以粳型恢复系C418为轮回亲本与7个来自不同地域的供体杂交和回交培育BC₂F₂群体，利用沈阳春季田间自然低温进行耐冷筛选，并对入选的177个苗期耐冷导入系后代在自然和人工气候室两种不同强度的低温胁迫条件下的苗期表现进行评价。结果表明，虽然供体亲本均为苗期耐冷性弱的品种，但在全部回交后代中均出现耐冷的超亲分离，表明这些供体亲本均携带对耐冷性有利的“隐蔽基因”, 不过组合间的耐冷性选择效率存在较大差异。以人工气候室低温胁迫后的存活率为耐冷性鉴定指标，导入系之间出现广泛分离，田间筛选入选比例高的BG300和中413导入系群体中出现存活率高的导入系后代比例较其它群体高，说明在同一轮回亲本遗传背景下回交后代的耐冷水平取决于供体。在室内严格低温条件下表现为强耐冷性的导入系在相对温和的自然低温胁迫下表现为苗高、苗干重较非胁迫条件生长抑制不明显，且能够促进根系生长。结果表明，大量的耐冷有利基因以“隐蔽”的形式存于水稻种质资源中。通过利用来源广泛的种质资源作为供体进行回交育种，对回交后代进行严格耐冷筛选，可有效选育高产耐冷水稻品种和有价值的育种材料。     

玉米自交系苗期对低温胁迫的响应机制研究

为探究玉米对低温胁迫的响应机制,选用抗冷型及冷敏感型自交系各2份,进行玉米苗期3℃、5 d低温胁迫处理,对胁迫处理后的生理生化指标进行检测并分析相关基因表达。结果表明,在低温处理后的恢复生长期,与抗冷型自交系相比,冷敏感型自交系可溶性糖含量、脯氨酸含量、抗氧化酶活性显著降低,远低于处理前水平;冷敏感型自交系的脯氨酸合成途径关键基因ZmP5CS表达量未发生明显变化,而冷敏感型自交系的脯氨酸降解途径关键基因ZmProDH表达量在低温处理第5天达峰值,在恢复生长第3天迅速下降,显著低于处理前水平。同时,在恢复期,冷敏感型自交系抗氧化酶基因表达量显著下降。研究表明,可溶性糖含量、脯氨酸含量的积累以及多种抗氧化酶的共同参与是玉米幼苗抗冷性形成的响应机制,恢复期是其响应机制的关键时期。     

水稻苗期低温诱导表达新基因OsCOI的克隆、过表达载体的构建与转化

水稻苗期冷害是导致水稻减产的重要因素之一。为了发掘新的耐冷基因、诠释其耐冷分子机制并应用分子育种的手段提高水稻苗期耐冷性,前期已通过Northern表达分析,从已构建的水稻苗期低温诱导表达正向抑制差减cDNA文库中,发现了一个受低温诱导上调表达的功能未知的C2H2型锌指结构域蛋白新基因(特命名为OsCOI)。本研究进一步通过RT-PCR的方法从水稻中克隆了该基因,构建了其植物过表达载体,并通过农杆菌介导转入水稻基因组中,获得了其过表达转基因水稻株系,为进一步研究该基因的功能并探讨其在水稻耐冷分子育种中的应用价值奠定了基础。     

黄瓜CsRAX2的克隆与表达分析及原核表达蛋白诱导

作为最大的转录因子家族,MYB转录因子广泛参与植物的生长发育以及对胁迫的响应与耐受。CsRAX2是黄瓜MYB转录因子家族成员之一,本研究通过同源克隆法克隆了CsRAX2全长,分析了该转录因子基因的生物信息和表达特征,在原核表达系统中诱导并纯化该蛋白。结果表明,CsRAX2全长939 bp,编码321个氨基酸,定位在3号染色体。CsRAX2蛋白定位在细胞核,与其他物种MYB的进化关系很近,是一个典型的R2R3-MYB转录因子。CsRAX2表达具有组织特异性,且低温处理显著诱导采后黄瓜CsRAX2表达,表明其可能在采后黄瓜低温反应调控中发挥作用。启动子元件分析显示,该基因启动子中含有多个环境和激素响应元件,表明非生物胁迫可能通过激素信号调控CsRAX2表达。原核表达研究表明,培养温度影响原核表达蛋白的诱导效果,降低细菌培养温度能提高上清液中融合表达蛋白产量。本研究结果为进一步研究黄瓜CsRAX2基因的生物学功能及黄瓜耐冷性机理提供了帮助。     

番茄冷诱导基因SlCMYB1的克隆及其在水稻中异源表达研究

从番茄中克隆了一个编码MYB转录因子家族R2R3-MYB亚类基因SlCMYB1。不同逆境胁迫下的表达模式分析结果表明,该基因受低温、高盐、干旱和ABA胁迫诱导表达。洋葱表皮亚细胞定位研究表明,SlCMYB1为核定位蛋白。为深入了解SlCMYB1基因与非生物逆境应答的关系,我们构建了SlCMYB1基因过表达载体来转化水稻,获得了16个转基因水稻株系。SlCMYB1在水稻中异源表达能显著提高转基因水稻植株的苗期抗冷性,增加脯氨酸合成的关键酶基因OsP5CS1,膜转运蛋白基因OsWCOR413等低温胁迫应答基因的表达水平,这暗示着SlCMYB1与OsP5CS1、OsWCOR413基因处于同一低温调控信号转导路径。本研究结果为通过遗传工程操控低温信号通路的方法改良冷敏感植物抗冷性提供了理论基础。     

直播早籼稻品种芽期耐冷性鉴定研究

低温胁迫是水稻生产面临的重要非生物胁迫之一,鉴定水稻种质资源芽期耐冷性,筛选耐冷品种对水稻生产具有重要意义。以江西地区主推的33份早籼杂交稻品种和8份常规稻为试验材料,设置12个芽期低温胁迫处理,以死苗率为指标探讨了早籼稻芽期耐冷性的适宜鉴定方法。同时在8℃低温处理10d,恢复生长后调查其成苗率、苗高、根长、根数、地上部生物量、根系生物量和根冠比。运用主成分分析、模糊隶属函数法和聚类分析法来探讨直播早稻芽期的耐冷性评价方法及筛选耐冷品种。结果表明,8℃低温处理10d,直播早籼稻品种死苗率的方差和变异幅度大,能较好地鉴别品种间耐冷性差异,是直播早籼稻芽期耐冷性鉴定的最合理方式;杂交稻品种的耐冷性强于常规稻;低温胁迫后成苗率、苗高、根长、根数、地上部生物量、根系生物量和根冠比基本低于25℃对照处理;利用主成分分析将7个单项指标转化为3个独立的综合指标（CI₁、CI₂、CI₃）,主成分分析表明,根系生物量和地上部生物量最能代表直播早籼稻对低温胁迫后的响应情况,可作为芽期耐冷性鉴定的评价指标。通过聚类分析,将41份早籼稻品种划分为3类,筛选出陵两优7108、两优287、锦两优816等9份强耐冷品种,株两优1号、潭两优83、株两优22等15份中度耐冷品种,温229、中早33、五丰优157等17份冷敏感品种。这些品种可以进一步为耐冷育种和生产服务。     

花生生长素抑制蛋白AhARP1的克隆与表达分析

本研究利用Genefishing技术经差异表达技术从花生冷胁迫中分离生长素抑制蛋白基因,经荧光定量PCR验证,随着种子冷胁迫处理时间的延长,该基因在耐冷种子中表达量升高。经RACE技术得到该基因的c DNA全长序列,经序列拼接后,获得738 bp全长基因,开放式阅读框为342 bp,编码113个氨基酸,推测分子量为12 282.7 Da,理论等电点为9.81。信号肽预测不属于分泌蛋白。多重序列比对结果表明,其具有生长素抑制基因家族的保守结构域。本研究为该基因在花生耐冷性转基因功能分析提供依据。     

外源施加多胺对提高玉米种子耐冷性的研究

以玉米耐冷自交系辽2386和冷敏感自交系辽6082为材料,研究了以外源施加精胺(Spm)和亚精胺(Spd)作为引发剂,对玉米种子吸胀中的耐冷性、发芽能力和苗期生物量的影响,探讨利用外源多胺缓解玉米低温胁迫的相关机制。结果表明,种子经Spd和Spm引发低温(5℃)吸胀后,辽6082发芽率为93%,和引发前相比显著提高了12%,且苗高显著提高了44.62%,苗鲜重显著增加了26.76%。同时,Spd和Spm引发提高了低温胁迫期间两自交系胚中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性,降低了丙二醛(MDA)的含量。自交系辽2386在种子吸胀期间的耐冷性强于辽6082,而不同自交系、不同器官对多胺敏感性不同。总之,Spd和Spm处理能提高玉米种子吸胀期间的耐冷性,提高低温胁迫下种子的抗氧化能力和发芽能力。     

亚精胺对小麦幼苗耐冷性的影响

文中对亚精胺(spermidine，Spd)在耐冷性不同的小麦品种中的作用进行了研究。研究发现，耐冷品种周麦16号在冷胁迫处理时，其叶片中的Spd含量明显大于不耐冷的温麦6号。用Spd合成的抑制剂MGBG处理周麦16号，则导致Spd含量下降和耐冷性降低，外源Spd又可逆转MGBG对周麦16号在冷胁迫下的伤害。外源Spd可以明显提高温麦6号的叶片内Spd含量，并相应提高其耐冷性。以上结果表明，冷胁迫下，Spd可以提高小麦幼苗的耐冷性。     

低温胁迫对水稻苗期根系影响的蛋白质组学研究

为了从蛋白质水平揭示水稻苗期响应低温胁迫的分子机理,以耐冷性强的东乡野生稻和冷敏感品种中嘉早17为材料,于5℃低温处理0,1,2,3 d后分别测定根系活力、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量等生理指标。随后利用iTRAQ技术对5℃低温处理3 d后水稻幼苗的根系差异蛋白质组进行分析。通过生理指标分析,5℃低温处理影响东乡野生稻和中嘉早17的根系生理指标,且在低温处理第3天,两者已出现明显差异。通过差异蛋白质组学分析,与常温(25℃)相比,东乡野生稻经低温处理后共鉴定到167个差异蛋白,其中,上调表达蛋白61个,下调表达蛋白106个;中嘉早17经低温处理后共鉴定到261个差异表达蛋白,其中,上调表达蛋白122个,下调表达蛋白139个。通过GO功能分析,这些差异蛋白质主要参与代谢、细胞和单机体过程,主要涉及细胞及细胞成分,主要起着结合和催化作用。通过KEGG分析,这些差异蛋白质主要参与代谢、次级代谢产物合成和碳代谢等代谢通路。通过对东乡野生稻和中嘉早17中均发生差异表达的29个蛋白质的进一步分析,了解到两者受低温危害后根系部分蛋白质的表达动态。本研究鉴定到的差异表达蛋白质为进一步阐述水稻耐冷机理及耐冷基因的挖掘提供理论依据。     

甜菜耐低温种质筛选和苗期耐冷性鉴定

利用人工气候箱,采取耐低温发芽筛选方法,对50份二倍体甜菜种质进行低温胁迫处理,筛选出耐低温的种质12份,芽期耐冷指数≥0.76。通过苗期耐寒性鉴定发现,这12份种质的苗期耐冷能力与芽期基本一致,但个体间对低温的反应速度及持久性表现存在差异,其中,6份资源具有更强的苗期耐冷能力。试验证明,甜菜种质苗期冷害的生理临界温度为3～6℃,在该低温阈值下,耐冷性强的种质对温度变化不太敏感,而耐冷性弱的资源对温度变化较为敏感。1～2℃是甜菜冷害的发生温度,耐冷性强的资源表现为停滞生长,子叶皱缩卷曲,真叶和下胚轴出现似烫伤表现,逐渐死亡;耐冷性弱的资源受冷害症状较早出现,很快发生畸变和死亡。     

利用籼粳交RIL群体进行水稻发芽期与芽期耐冷性QTL分析

为定位控制水稻发芽期和芽期耐冷性的QTL,探究其遗传机制,以耐冷性强的粳稻品种彩稻为母本、耐冷性弱的籼稻品种WD为父本杂交衍生的含有189个株系的重组自交系群体为试验材料,以低温胁迫下的相对发芽率、平均发芽天数、成苗率、芽期耐冷级别为鉴定指标,结合978个Bin标记,运用IciMapping 4.2对发芽期和芽期耐冷Q...     

作物抗冷性及其化学控制机理研究进展

冷胁迫是影响作物生长发育的重要因子之一,为适应和抵御低温逆境,作物发生了一系列复杂的形态、生理及分子水平的变化。植物生长调节剂在解决低温冷害方面发挥着重要作用,合理使用植物生长调节剂是解决低温冷害的有效途径之一。国内外学者在提高作物抗冷性方面对抗冷性鉴定分级、生理和代谢变化、抗冷基因的筛选、蛋白质组学调控机制以及化控机理均有研究。综述了在冷胁迫条件下作物的形态结构、生理代谢、基因挖掘、产量形成及植物生长调节剂对其缓解调控的研究进展,对作物抗冷栽培和解决抗冷性问题有着重要的实践意义,同时为作物生产合理施用化控剂和进行科学的化学控制研究提供理论指导。     

水稻耐冷QTL定位的比较分析

低温胁迫是水稻生产的主要限制因子,可发生在水稻的不同生长发育时期。探明水稻耐冷性分子遗传基础,开展水稻耐冷分子育种是解决水稻低温冷害最有效的方法。本文收集了国内外已发表的56篇文献的256个水稻耐冷QTL的定位信息,并把其中44篇文献的192个耐冷QTL整合定位在一个分子图谱上,进而比较不同研究在同一发育时期和不同发育时期鉴定的耐冷QTL的染色体位置关系。比较分析结果表明,水稻耐冷性在同一发育时期可受多个QTL控制;在不同发育时期分别受不同的QTL控制;然而,不同发育时期亦有共同的耐冷QTL。根据比较分析,探讨了今后水稻耐冷遗传研究和分子育种的策略。