草地早熟禾SnRK2.2基因克隆及非生物胁迫响应分析

逆境胁迫期间蔗糖非发酵相关的蛋白激酶2(SnRK2)通过磷酸化在植物胁迫信号转导途径中起关键作用,参与代谢和应激信号之间的相互作用。为发掘并利用草地早熟禾(Poa pratensis L.)SnRK2家族基因,本研究利用RT-PCR技术得到SnRK2.2基因,借助生物信息学及实时荧光定量PCR技术分别对其进行分子特征、组织部位以及非生物胁迫下该基因表达模式的研究。研究结果：草地早熟禾SnRK2.2包含典型STKc＿SnRK2结构域、蛋白激酶ATP结合信号区、N-肉豆蔻酰化位点等功能域,其与燕麦、小麦同源性最高;实时荧光定量PCR结果表明,草地早熟禾SnRK2.2基因在组织部位中相对表达量为穗>叶>茎>根,该基因可积极响应干旱、盐、低氮、低磷、ABA、BR诱导处理。研究结果为丰富草坪草SnRK2抗逆机制提供理论基础。     

草地早熟禾蛋白激酶OSK4基因的克隆及对非生物胁迫响应分析

本研究以草地早熟禾(Poa pratensis L)为试材,对蔗糖非发酵1相关蛋白激酶SnRK1b亚家族OSK4基因进行克隆、生物信息学分析,并分析不同组织部位以及干旱、氮素、磷素胁迫下该基因表达情况.研究结果:草地早熟禾OSK4基因包含典型的 STKc_AMPK_alpha,UBA_SnRK1_plant,AMPKA...     

草地早熟禾NAC基因鉴定及非生物胁迫下表达模式分析

草地早熟禾(Poa pratensis)是世界上广泛应用的草坪草种,其抗逆基因的挖掘对抗逆新品种的选育具有重要意义.NAC基因家族是植物特有的转录因子之一,在植物逆境响应中起到重要作用.以二穗短柄草(Brach ypodium distach yon)的NAC蛋白序列为请求序列,从草地早熟禾转录组数据库序列比对分析得到15个草地早熟禾PpNACs基因的cDNA全长序列,具有完整的开放阅读框.运用生物信息学方法预测早熟禾NAC家族成员的理化性质和保守结构域,发现15个PpNACs转录因子都是酸性蛋白,除PpNAC16外都属于不稳定蛋白,疏水性蛋白,具有相似的结构,通过聚类分析可将15个PpNACs成员分为3类.荧光定量PCR结果显示,在重金属胁迫下显著上调表达的基因有Pp-NAC10、PpNAC18、PpNAC19和PpNAC24,在盐胁迫过程下显著上调表达的基因有PpNAC10和PpNAC24,在干旱胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC1、PpNAC6、PpNAC10和PpNAC13,在低温胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC1、PpNAC10和PpNAC18,在高温胁迫下显著上调表达的基因有PpNAC20.其中,PpNAC10在重金属、盐、干旱和低温胁迫下均被显著诱导上调表达,Pp-NAC18在重金属、干旱和低温胁迫下均被显著诱导上调表达,PpNAC10和PpNAC18可作为草地早熟禾逆境胁迫响应的候选基因.     

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。     

3个居群野生草地早熟禾耐盐性比较研究

试验以山西3个不同居群野生草地早熟禾（HY居群、YX居群、QS居群）为材料,采用不同浓度的NaCl溶液（0、50 mmol·L^-1、100 mmol·L^-1、150 mmol·L^-1、200 mmol·L^-1、250 mmol·L^-1、300 mmol·L^-1）胁迫处理26 d后,测定叶片相对含水量（RWC）、质膜相对透性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）含量以及光合参数,并采用隶属函数法综合分析3个野生优异居群的耐盐性。结果表明：随NaCl胁迫浓度的升高,HY居群、YX居群和QS居群的RWC和SP含量均呈下降趋势;质膜相对透性、MDA含量、Pro含量均呈升高趋势;SOD活性和SS含量在YX居群、QS居群中均呈先升高后降低趋势,而HY居群则呈持续升高趋势。3个居群的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）均随胁迫浓度的升高呈下降趋势;胞间CO₂浓度（Ci）在0~150 mmol·L^-1NaCl胁迫下随盐浓度的升高而降低,但在200~300 mmol·L^-1NaCl胁迫下随盐浓度的升高而升高。3个居群草地早熟禾的耐盐性：HY居群 > YX居群 > QS居群。     

盐胁迫对草地早熟禾种子萌发的影响

研究了盐胁迫对草地早熟禾种子萌发的影响。置床时对早熟禾种子进行盐溶液浇灌,通过各项生理指标的对比,得出早熟禾种子在不同盐分浓度下的发芽情况,了解草地早熟禾种子的盐害率程度。     

草地早熟禾对铅的胁迫反应及积累特性

通过盆栽试验研究了铅(Pb)胁迫下草地早熟禾的生长状况、生态效益、生理特性及吸收和富集Pb的能力。结果表明:Pb浓度为50mg.kg-1时对草地早熟禾生长影响不大,大于100mg.kg-1时抑制草地早熟禾生长;Pb浓度为1000mg.kg-1时草地早熟禾未能成坪。随着Pb浓度的增大,草地早熟禾根系活力、叶绿素含量和含水量逐渐降低,游离脯氨酸和可溶性糖含量先升高后降低,细胞膜透性逐渐升高。Pb在草地早熟禾体内分布为根系>地上部分,随着Pb浓度的增大草地早熟禾根系和地上部分Pb含量逐渐升高,富集系数和转运系数逐渐降低;Pb浓度为500mg.kg-1时草地早熟禾对Pb的积累量最大,为10.99mg.m-2。综合分析生长、生态、生理变化及富集Pb的能力,草地早熟禾适用于浓度为50mg.kg-1的Pb污染土壤的修复。     

草地早熟禾对干旱胁迫的响应研究进展

干旱是影响草地早熟禾生长发育的关键因素之一,可对草地早熟禾的生产性能造成直接或潜在的影响。因此,草地早熟禾抗旱机理是值得深入研究的一个课题。本文从形态、解剖结构、代谢机制及基因调控等方面综述了草地早熟禾对干旱的胁迫响应,以期为草地早熟禾抗旱基因的筛选和抗旱分子机制的研究提供科学依据和理论基础。     

草地早熟禾干旱胁迫转录组差异性分析

干旱是影响草地早熟禾生产力的主要因素之一。在没有参考基因组的情况下, 为了揭示草地早熟禾在干旱处理下基因表达谱的变化, 本文采用了高通量Illumina Hiseq测序平台对草地早熟禾的对照组(CK)与干旱处理组(D)进行转录组测序, 并对测序数据进行了分析研究, 进一步探究了草地早熟禾干旱应答的分子机制。结果表明, 在干旱处理下共检测到24465个差异表达的基因, 筛选后获得4143个上调基因和4415个下调基因, 共占差异表达基因总数的34.98%。经富集分析后得, 与蛋白激酶、蛋白磷酸酶、碳代谢以及ABA等相关的基因可以作为研究草地早熟禾干旱响应机制的主要研究对象。qRT-PCR分析表明, 随机选出的8个差异性表达基因的表达趋势与高通量测序结果相一致。此外, 还候选了吲哚-3-甘油磷酸合成酶、蛋白磷酸酶、已糖激酶、钙结合蛋白、叶绿素a/b结合蛋白等基因作为与草地早熟禾干旱胁迫相关的应答候选基因, 为揭示草地早熟禾耐旱分子机制奠定了基础。     

NaCl胁迫对15个草地早熟禾品种萌发的影响

对15个草地早熟禾品种（系）种子在0、0．2％、0．4％、0．8％、1．0％浓度NaCl胁迫下的发芽率、发芽势、相对盐害率等指标进行了测定,结果表明,15个草地早熟禾品种（系）的发芽率、发芽势都随着NaCl浓度的递增而下降,相对盐害率则随着NaCl浓度递增而增加,表明盐胁迫对草地早熟禾种子的萌发有明显的抑制作用。对各指标综合评价后筛选出耐盐材料2份031315和031322草地早熟禾;敏盐材料3份031310,031312和031318草地早熟禾,均来自黑龙江省,其他为中等耐盐材料。     

水分胁迫和施磷对草地早熟禾生长的影响

通过温室水培,研究了水分胁迫和磷对草地早熟禾品种Midnight和Briuiant生长的影响,结果表明,无论水分胁迫与否,随着磷施入量的增加,植株地上部鲜重、地上部干重、地上部含水量和地下部干重均显著增加,根冠比下降。水分胁迫抑制了地上部鲜重、地上部干重、地下部干重的增加,使同等磷处理植株地上部鲜重、地上部干重、地下部干重、地上部含水量显著下降,根冠比增加。水分胁迫对抗旱品种Midnight地上部鲜重、地上部干重、地下部干重的抑制作用小于不抗旱品种Brilliant。     

草地早熟禾对镉胁迫的反应及积累特性

采用盆栽的方法研究草地早熟禾对镉(Cd)胁迫的反应及积累特性。结果表明,Cd浓度小于1mg/kg时对草地早熟禾生长影响不大,大于5mg/kg时抑制草地早熟禾生长,Cd浓度小于5mg/kg时草地早熟禾的绿期延长。随着Cd浓度增大,草地早熟禾根系活力、叶绿素含量和含水量逐渐降低,游离脯氨酸和可溶性糖含量先升高后降低,细胞膜透性逐渐升高。Cd在草地早熟禾体内的分布为根系>地上部分,随着Cd浓度增大,草地早熟禾根系和地上部分Cd含量逐渐升高,富集系数和转运系数逐渐降低;Cd浓度为20mg/kg时草地早熟禾中Cd积累量最大,为3.98mg/m2。综合分析草地早熟禾的生长、生态、生理变化及富集能力表明,草地早熟禾适用于浓度小于1mg/kg的Cd污染土壤的修复。     

高温干旱胁迫对草地早熟禾生长发育的影响

高温干旱胁迫对16个草地早熟禾品种生长发育造成了不同程度的影响,各品种都表现出生长速度减缓、叶色变浅、叶宽减小,伤害表现显著,且分蘖能力品种间存在明显差异。通过对处理与对照恢复时期的伤害比率的测定可知,高温、干旱双因子胁迫作用较之干旱单因子更为显著。     

青海野生草地早熟禾响应干旱胁迫的代谢通路及转录调控分析

为探究青海野生草地早熟禾（Poa pratensis）响应干旱胁迫的分子机制,本研究以青海野生草地早熟禾抗旱材料‘10-202’和敏感材料‘09-61’为研究对象,采用高通量Illumina Hiseq测序技术对15% PEG-6000模拟的干旱胁迫和正常处理下的2份材料的叶片进行差异基因表达分析。结果表明：‘10-202’处理间存在3 166个差异表达基因（Different expression genes,DEGs）,上调和下调表达基因数目分别为1 979和1 187个;‘09-61’处理间共有314个DEGs,上调表达的有64个,下调表达的有250个。京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）富集分析发现,2份材料的差异基因均显著富集在淀粉和蔗糖代谢通路。运用MapMan软件对‘10-202’干旱胁迫下与转录调控相关的差异基因进行了功能注释,发现bHLH,AP2/EREPB及C2H2锌指家族转录因子在响应干旱胁迫中发挥着重要作用。本研究为后续挖掘草地早熟禾耐旱相关候选基因的克隆和功能验证奠定了理论基础。     

盐碱胁迫对草地早熟禾生长和生理代谢的影响

以两个耐盐碱性差异较大的草地早熟禾品种‘午夜'(Midnight,耐盐碱性强)和‘旅行者Ⅱ号'(Voyager Ⅱ,耐盐碱性弱)为试验材料,分析了在生长箱水培模拟中性盐和碱性盐两种条件下,盐碱胁迫对早熟禾生长、电导率、叶绿素、光合特性、脯氨酸和有机酸代谢的影响。结果表明,盐碱胁迫下早熟禾两个品种的生长率下降,叶片电导率升高,叶绿素含量和光合作用显著下降,尤其是在碱胁迫下,但在耐性强的品种中变化程度均小于耐性弱的品种;两个品种叶片脯氨酸含量主要在盐胁迫下升高,碱胁迫下无显著变化甚至下降;根系分泌的有机酸主要为草酸,且仅在碱胁迫下升高;盐碱胁迫下草酸在叶片和根系中的含量均呈下降趋势,尤其是根系在碱胁迫下;叶片和根系的苹果酸、柠檬酸和琥珀酸在盐胁迫下无显著变化,在碱胁迫下则显著升高,其中‘午夜'显著高于‘旅行者Ⅱ号'。由此可见,碱性盐比中性盐对草地早熟禾的伤害更大,中性盐胁迫下主要以积累脯氨酸等物质来调节渗透压,而在碱性盐胁迫下主要通过加强有机酸的代谢、积累和分泌来调节植株体内和根际环境的pH值;耐盐碱的品种在盐碱胁迫下能维持较高的光合作用和有机酸代谢,提高了植株内和根际环境pH的调节能力,因此具有较强的耐盐碱能力。     

盐胁迫下硅对草地早熟禾生理特性的影响

在调节pH、消除陪伴离子影响的基础上,通过盆栽试验,探讨了供硅对盐胁迫条件下草地早熟禾逆境生理指标和成活率的影响.结果表明:与对照相比,盐胁迫条件下早熟禾叶片质膜透性和丙二醛含量增加,过氧化氢酶活性降低;供硅能够降低盐胁迫下草地早熟禾叶片的质膜透性和丙二醛含量,提高过氧化氢酶活性和游离脯氨酸含量,早熟禾成活率比单盐处理提高1.25～1.86倍,植株干重增加11.76％～35.29％.在土壤氯化钠含量为0.40％时,以0.32g(SiO2)/kg土处理的效果最好.     

低温胁迫对草地早熟禾抗性生理生化指标的影响

研究低温胁迫对草地早熟禾生理生化指标的影响。结果表明,在5℃下,超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性随着胁迫时间的延长而增加,当4h时出现最大值,之后活性逐渐下降。当温度为0℃与-6℃时,两种酶的活性随着胁迫时间的延长而急剧下降,接近于零,温度越低,下降越快。叶绿素和类胡萝卜素含量随着肋迫时间的延长而下降,温度越低下降越快。5℃对脯氨酸含量无明显影响,在0℃与-6℃时,随着时间的延长,含量则明显增加。5℃和0℃低温胁迫对质膜相对透性无明显影响,-6℃时,质膜相对透性明显增大。供试指标对低温胁迫敏感性的顺序是:超氧化物岐化酶、过氧化氢酶>类胡萝卜素>脯氨酸>叶绿素>质膜相对透性。     

低温胁迫下不同青海野生草地早熟禾的转录组比较分析

为探究青海野生草地早熟禾（Poa pratensis）低温胁迫下的分子应答机制,本试验以青海省野生草地早熟禾耐寒材料‘10-122’和低温敏感材料‘09-126’为研究对象,采用高通量Illumina Hiseq测序技术分析了在低温胁迫与常温对照间的转录组差异。结果表明：‘10-122’共有31 943个差异表达基因,其中,17 088个差异表达基因上调表达,14 855个差异表达基因下调表达;‘09-126’共有25 905个差异表达基因,其中,13 513个差异表达基因上调表达,12 392个差异表达基因下调表达;对2种材料进行差异表达基因富集分析,得出差异表达基因低温胁迫下在光合作用、氧化还原反应过程、碳水化合物代谢、细胞膜系统、转运蛋白以及次生物代谢中富集显著;此外,一些钙信号调节、激素代谢和信号传导、抗氧化系统、碳水化合物代谢等通路的基因仅在耐寒型种质材料‘10-122’上调表达,可作为潜在的抗寒基因,如CML、CPK、CALM、DHAR、GST、NCED、SNRK2、BSK、CKX、BIN2、ARF和PEK等。     

NO对低温胁迫下草地早熟禾抗氧化系统的调控

以草地早熟禾为材料,人工室内模拟低温逆境环境,研究了NO对低温胁迫下草地早熟禾抗氧化系统的影响。结果表明,SNP处理降低了低温胁迫下草地早熟禾MDA、H_2O_2、OH含量及O_2~-产生速率,提高了SOD、POD、APX和GR活性,NO供体SNP的类似物亚铁氰化钠对低温胁迫下草地早熟禾自由基和保护酶活性无明显影响。施用NO清除剂Hb、硝酸还原酶抑制剂钨酸钠和一氧化氮合酶抑制剂N-硝基-L-精氨酸甲脂具有逆转NO供体SNP的效应。说明NO可以通过促进低温胁迫下草地早熟禾抗氧化酶活性的提高,来降低膜脂过氧化水平,维持膜稳定性,增强草地早熟禾对低温胁迫的适应性。     

草地早熟禾不同品种抗旱性的评价分析

通过连续干旱胁迫下测定6个早熟禾(Poa Pratensis)品种叶片相对含水量(RWC)、叶绿素(Chl)含量、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量、过氧化物酶(POD)含量及可溶性蛋白含量等指标,鉴定分析了其抗旱性能。结果表明,随着胁迫时间的延长,6个品种的RWC、Chl呈下降趋势;MDA含量、Pro含量、POD含量及可溶性蛋白含量呈上升趋势。通过隶属函数综合分析,6个草地早熟禾品种抗旱能力大小顺序为黑宝新歌来得月光午夜Ⅱ号奖品橄榄球Ⅱ号。