毛竹PheNAC1基因负调控拟南芥对盐胁迫的耐受性

NAC (NAM, ATAF和CUC)转录因子在植物生长发育、衰老及抵御非生物胁迫等过程中具有重要的作用。为探究NAC基因在毛竹(Phyllostachys edulis)生长发育过程中的功能和响应环境胁迫的分子机制,本研究以毛竹为材料,克隆获得PheNAC1基因的全长CDS序列,并对其序列和表达模式进行分析。结果表明,PheNAC1基因编码区为954 bp,编码318个氨基酸。同源性分析表明,PheNAC1与水稻的OMTN3具有较近的亲缘关系(序列相似性为82.28%)。亚细胞定位结果预测PheNAC1定位在细胞核,转录激活活性分析显示其不具有转录激活活性。PheNAC1基因的启动子区含有胁迫响应元件,如：脱落酸(abscisic acid, ABA)有关的脱水胁迫元件(STRE)、厌氧诱导相关元件(ARE)等,表明其可能参与毛竹的胁迫响应。组织特异性表达分析显示,PheNAC1在毛竹叶中表达丰度最高,根和茎中次之;在成熟叶和衰老叶片中的表达显著高于幼叶。在干旱胁迫和盐胁迫后,分别在1和3 h显著上调表达。在笋采后衰老过程中显著上调表达。过表达PheNAC1基因的拟南芥对盐胁迫的耐受...     

水稻短链脱氢酶基因的表达及功能分析

植保素为重要的植物抗病防御代谢物,其生物合成需多种氧化酶参与。为研究短链脱氢酶(short-chain dehydrogenase,SDR)基因在水稻植保素生物合成和胁迫响应中的关键作用,本研究从水稻基因组数据中得到与已报道的水稻SDR基因同源性较高的4个基因:OsSDR1、OsSDR2、OsSDR3、OsSDR4,利用RT-PCR技术成功克隆到这4个基因,并进行序列比对及系统进化分析;通过蛋白原核表达,除OsSDR1未检测到蛋白表达,OsSDR2、OsSDR3和OsSDR4均成功表达出蛋白;采用RT-qPCR检测4个基因的诱导表达模式,结果显示4个基因对逆境有不同的响应模式,表明其可能参与到不同的代谢途径。本研究为研究水稻中SDRs蛋白的功能,解析水稻植保素生物合成途径,探讨其在水稻抗逆中的作用提供了研究依据。     

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。     

我国科学家揭示植物叶片衰老表观遗传学调控新机制

<正>叶片衰老受到严苛的调控过程,是叶片发育的最后阶段。叶片衰老时,叶绿素、核酸、脂类、蛋白质及其他高分子物质会被分解成营养物质,并会重新分配到生长旺盛的器官或贮存器官中。伴随着叶片年龄的增长,大量叶片衰老相关基因会被诱导表达。研究发现很多叶片衰老相关基因的诱导表达与组蛋白第三亚基四号赖氨酸的三甲基化(H3K4me3)水平增高正相关,但其分     

水稻几丁质酶基因的转录与表达特征

几丁质酶与植物的生长发育、抗逆和防御反应相关。水稻PR3家族几丁质酶编码基因有19个成员,本文分析其转录特征,了解到有些基因属于组成型转录,有些基因属于组织特异型转录,分析了几丁质酶蛋白质的结构域,并对其进行了聚类和亚家族分类分析。利用免疫印迹技术分析了几丁质酶蛋白质的表达谱,发现CHIT5的表达量在水稻叶片生长过程中下调,而CHIT6、CHIT14、CHITC1和CHITC2的表达量上调。在水稻与白叶枯病菌(Xoo)的不亲和反应中,CHIT1、CHIT2、CHIT5、CHIT6、CHIT10、CHIT15和CHIT16的表达量上调,CHIT14、CHITC1和CHITC2的表达下调。进一步比较几丁质酶蛋白质在水稻-Xoo不同互作反应中的表达,发现其在亲和及不亲和反应中的表达模式类似,但一般在亲和反应中强度变化较大。此外,CHIT6蛋白质在对照反应中的表达量上调,提示CHIT6的表达受创伤的诱导。本文比较系统地揭示了水稻PR3家族几丁质酶编码基因的转录和蛋白质表达特征,为其功能解析提供了线索。     

水稻航天衰老突变体基因psl2的表型和遗传分析

叶片是植物最主要的光合作用器官,是水稻的源器官。其生长、发育和衰老的分子机理的研究对水稻经济产量和生物产量具有重要的意义。2006年我单位在参加农业部实践8号卫星航天育种工程的空间辐射诱变籼稻(Oryza sativa L.indica)泸恢H103中得到一叶片早衰突变体。初步研究结果表明,该早衰叶突变体表现的特点是:抽穗期前心叶抽出时,先前抽出的倒4叶片就开始变黄衰老,抽穗初期时先前抽出的倒3叶表现衰老,抽穗后期先前抽出的倒2叶表现衰老,灌浆期剑叶表现衰老,完全成熟时剑叶完全衰老死亡。利用该突变体分别与其野生型泸恢H103、R527、R602杂交,获得F1及其衍生的F2群体,对早衰叶突变体进行遗传分析。遗传分析表明由一隐性核基因psl2控制。本研究为最终定位和克隆目标基因奠定了基础。     

水稻锌指蛋白基因OsBBX24响应热胁迫的研究

环境因子光和温度对植物生长发育起重要调控作用,OsBBX24基因属于光温信号途径重要的调控元件B-box(BBX)家族基因成员。OsBBX24基因启动子序列分析发现其含有HSE热胁迫相关元件,水稻基因芯片数据分析发现其表达受热诱导,实时定量PCR分析进一步证明OsBBX24基因受热胁迫表达上调。热胁迫处理发现OsBBX24-RNAi转基因水稻材料株系苗期的耐热性比野生型Kitaake要弱,且超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性比野生型低,脯氨酸含量也低于野生型,丙二醛含量比野生型高;热激转录因子HsfA2a及热激蛋白Hsp16.9、Hsp60热胁迫处理后野生型中的表达水平比OsBBX24-RNAi株系高。由此证实,OsBBX24基因在水稻响应热胁迫表现为正调控,为深入研究其响应热胁迫分子机理及作用机制奠定基础。     

β-氨基丁酸早期诱导表达基因StWRKY5参与马铃薯晚疫病抗性

β-氨基丁酸(β-aminobutyric acid,BABA)诱导能够增强马铃薯对晚疫病的抗性。本研究从马铃薯中克隆了一个WRKY转录因子家族的基因St WRKY5。c DNA-AFLP表达谱研究表明,BABA(2 mmol/L)处理马铃薯6 h后该基因明显上调表达,晚疫病菌(Phytophthora infestans)接种16 h后上调表达。半定量RT-PCR检测表明水杨酸SA(10μmol/L)处理马铃薯离体叶片4 h后该基因上调表达,茉莉酸甲酯Me JA(50μmol/L)诱导12 h后开始表达,机械伤害处理24 h后,该基因表达也会增强,表明该基因参与多种生物和非生物因子的胁迫反应。通过稳定转化获得了超量表达St WRKY5的转基因马铃薯株系。采用离体叶片接种鉴定方法对转基因马铃薯株系晚疫病抗性进行了鉴定,研究结果显示接种4 d后超量表达转基因株系其病斑面积均显著小于对照,表明在马铃薯中超量表达St WRKY5提高了晚疫病抗性。     

OsSAMS1在水稻稻瘟病抗性中的功能研究

稻瘟病是水稻最重要的病害之一,对农业生产造成巨大的经济损失。研究表明,水稻中S-腺苷-L-甲硫氨酸合成酶OsSAMS1参与了水稻衰老相关的进程,我们实验室前期利用转录组测序分析发现, OsSAMS1基因的表达水平受稻瘟病菌诱导后明显提高。然而, OsSAMS1是否参与水稻的免疫反应,尚未明确。基于此,本研究选取野生型ZH11为背景材料,通过构建OsSAMS1基因敲除突变体来探究该基因在水稻抗病中的功能。结果表明, OsSAMS1主要在水稻叶片中表达;且其表达明显受稻瘟病菌侵染所诱导。亚细胞定位结果显示,OsSAMS1在细胞膜、细胞质和细胞核内均有表达。通过接种稻瘟病菌发现,与对照相比,2个等位敲除突变体ossams1-1和ossams1-2均表现为更加感病,且体内病程相关基因的表达也明显更低,同时突变体中乙烯合成相关基因的表达也受到明显抑制。综上所述,OsSAMS1参与了水稻的免疫反应,且正调控水稻稻瘟病的抗性。本研究为深入揭示OsSAMS1在稻瘟病免疫反应的分子机理奠定了基础,并为稻瘟病抗病育种研究提供了基因资源。     

水稻类甜蛋白基因家族鉴定及表达的初步分析

本研究鉴定水稻基因组中类甜蛋白(TLP)家族基因,并对部分基因的组织表达特异性进行研究,为开展水稻类甜蛋白基因功能及分子进化机制研究提供基础。基于水稻基因组数据库,通过生物信息学方法对候选的47个水稻类甜蛋白基因家族成员进行鉴定、聚类及结构功能分析,通过q RT-PCR技术,检测14个Os TLP基因在LTH及其近等系水稻幼苗的叶片、根、叶鞘和花穗中的时空表达水平。基因和蛋白结构分析表明,Os TLP基因有5种结构类型,蛋白保守氨基酸基序高度一致。聚类分析显示,水稻类甜蛋白基因归属10个进化组,分布于12条染色体上,其中成员最多的进化组Ⅴ中的基因主要来自3号和12号染色体。q RT-PCR结果显示,14个Os TLP在6个品种水稻根、叶鞘、叶片和花穗中相对表达水平不同,多个基因在根中有较高的基础表达。本研究为进一步研究TLP家族在水稻生长发育和对抗胁迫中的作用提供了理论基础。     

短季棉叶片早衰的比较蛋白质组学研究

选取短季棉品种中棉所10号为研究材料,在棉花叶片衰老过程中,分别取30 d,40 d和50 d时的叶片进行叶片全蛋白的提取,利用双向电泳技术分析叶片衰老过程中的差异蛋白。考马斯亮蓝染色、扫描得到双向电泳图谱后,利用软件ImageMaster 2D Platinum 7.0分析差异蛋白。结果表明,在这3个时期里,共有33个蛋白点表达水平显著变化;对选取的差异蛋白点进行MALDI-TOF-TOF质谱鉴定,最终成功鉴定其中12个蛋白点。蛋白质组学分析表明衰老过程中:参与病虫害防御反应的蛋白6个显著下调表达,1个上调表达;参与光合作用的蛋白2个上调表达,1个下调表达;参与信号转导的2个蛋白均下调表达。     

Introduction of the PPF1 gene into rice (Oryza sativa L.) results in delayed leaf senescence

PPF1, a post-floral-specific gene expressed in short-day-grown G ₂ pea, has been introduced into japonica rice variety Zhonghua 9 by use of Agrobacterium-mediated transformation. A delayed leaf senescence line, designated line 269, was generated from T₂ generation plants. PCR and Southern blot analysis indicated that the foreign DNA fragment was successfully integrated into the rice genome. By classic genetic linkage analysis, the introduced PPF1 gene was also proved to be inherited as a single Mendelian factor and to be the cause of the delayed leaf senescence-delaying phenotype. RT-PCR results also suggested that PPF1 expressed stably in this transgenic line. As a result, apparent inhibition of the process of leaf senescence was observed. Chlorophyll content, net photosynthetic rate, and stoma conductance were also significantly or very significant improved in line 269. Significantly improvements in panicle weight, and 1,000-grain weight, yield per plant, and seed-setting rate were also observed for this transgenic line. We thus believe that expression of PPF1 gene in rice suppressed leaf senescence and hence increased productivity, possibly by controlling chloroplast development.     

LAZY1通过BR途径调控水稻叶夹角的发育

叶夹角的大小直接影响水稻叶面积指数,进而调控群体光合作用,是水稻株型育种中重要的指标,研究其发育机制对水稻株型育种具有重要的意义。利用EMS诱变籼型水稻保持系西大1B,获得一个植株散生且叶夹角变大的突变体s524。田间种植条件下,苗期s524的叶夹角极显著大于野生型;分蘖期s524的分蘖角极显著增大,株型松散;成熟期s524整个植株呈匍匐状生长。而野生型株型在整个生育期均保持相对紧凑,叶夹角较小。石蜡切片分析显示,s524叶夹角增大是由叶枕近轴面细胞变大造成的。s524的主要农艺性状与野生型相比无明显变化。遗传分析表明该性状受1对隐性核基因控制,利用SSR标记进行基因定位,最终将S524定位在第11染色体标记RM4746和RM26742之间324 kb的物理范围内,包含散生基因LAZY1。测序结果显示s524突变体在LAZY1第3外显子上发生了一个T到C的碱基替换,导致第143位氨基酸由野生型的缬氨酸突变为丙氨酸,表明s524是一个新的LAZY1等位突变体。s524对外源油菜素内酯(BR)的敏感性降低,BR信号传导途径关键基因BU1在s524中的表达上调了近10倍,早期研究表明BU1基因的过表达可导致叶夹角变大。推测LAZY1/S524可能通过BR信号传导途径调控水稻叶夹角的发育。     

水稻叶尖早衰突变体lad的形态、生理分析与基因定位

叶片作为植物的主要光合作用场所,研究其早衰机制对提高作物的经济产量具有非常重要的意义。本研究报道了一个来自EMS诱变优良恢复系缙恢10号的新水稻叶尖早衰突变体lad (leaf apex dead),其叶尖在第5片叶抽出前呈正常状态,当第5叶完全抽出之后前5叶的叶尖变黄并最终枯死;随后的叶子在完全抽出后,叶尖也逐渐变黄并枯死。对该突变体的生理生化分析发现,其叶绿素含量、可溶性蛋白含量明显下降,SOD酶活性异常。其株高、叶长、粒数等也都显著降低。经遗传分析,该突变性状受一对隐性单基因控制,利用分子标记将该基因定位于第11染色体SSR标记SWU11-19和SWU11-5之间,遗传距离为13 cM,并且与SSR标记SWU11-25和SWU11-27共分离。本研究结果为该基因的进一步克隆和功能研究奠定了良好基础。     

陆地棉GhERF8基因的克隆与表达分析

 乙烯响应元件结合因子（Ethylene-responsive element-binding factor,ERF）是植物中最大的转录因子家族之一。本研究以棉花叶片cDNA文库为基础,从陆地棉中棉所10号中克隆得到一个新的ERF基因,命名为GhERF8（GenBank：JN656957）。该基因编码265个氨基酸,蛋白序列中包含一个AP2保守结构域。采用荧光定量PCR（RT-PCR）的方法,对GhERF8基因在棉株不同生育时期叶片和不同组织中的表达水平进行了定量分析。结果表明,GhERF8基因在各组织中均有表达,但在成熟后期的叶片中表达量最高。GhERF8表达量与叶片衰老过程中叶绿素含量出现相反的变化趋势,推测GhERF8可能与叶片衰老有一定关系。在乙烯利和茉莉酸处理下GhERF8基因在叶片中上调表达,而在脱落酸处理下GhERF8表达量无显著变化,推测GhERF8可能处于乙烯和茉莉酸信号转导网络中,且表达途径为非ABA依赖途径。     

延缓衰老基因PPF1转化水稻的初步研究

利用农杆菌介导法,把短日豌豆花后特异表达、具有延缓衰老作用的基因PPF1（post-floral-specific gene expressed in short-day-grown G2 pea）转入水稻,以期获得延缓衰老的转基因植株。约970块未成熟胚性愈伤组织与农杆菌共培养后,得到了约280块抗性愈伤组织,从中分化出抗性绿苗54株。PCR和Southern blotting检测结果表     

水稻早衰突变体psls1的基因定位及克隆

水稻叶片早衰直接影响作物的光合效率,减少产量,降低品质。深入研究早衰的分子机制对控制和延缓衰老具有重要意义。本文报道了一个早衰突变体psls1(premature senescence leaf with spots)的基因定位及克隆结果。突变体在发育到七叶期以后,叶片自下而上叶绿素含量下降,过氧化氢过量积累,突变体叶片逐渐黄化至枯萎;其他农艺性状如株高、分蘖数、主穗长、结实率和穗粒数也相应变差。电镜观察进一步发现,psls1衰老叶片中叶绿体降解、类囊体基粒片层模糊,嗜锇颗粒明显增多。遗传分析表明,psls1受1对隐性基因控制,利用psls1×IRAT129杂交组合F2分离群体中的1690个早衰个体,将基因PSLS1定位在第7染色体分子标记ZS-3和ZS-8之间89 kb的范围内。测序研究发现,区间内一个编码铁氧还依赖的谷氨酸合酶基因LOC_Os07g46460的第2外显子末位的G被替换为A,导致转录本的错误剪切,突变体的c DNA缺失了57 bp碱基片段。在突变体中该基因表达量下降,谷氨酸合酶活性降低,其产物谷氨酸含量显著下降、其他氨基酸代谢紊乱。水培低氮处理下可诱发突变体psls1早衰。研究结果表明,由于PSLS1突变使得谷氨酸合酶失活,氮代谢异常而导致突变体psls1早衰。     

转IPT基因棉花衰老相关基因的差异表达分析

以转IPT(异戊烯基转移酶)基因中棉10号和非转基因受体棉花为材料,利用Solexa测序技术检测两个棉花品种基因表达的不同,结果在转IPT基因和非转基因棉花株系中共得到719个上调表达基因和499个下调表达基因,经分析筛选出13个细胞分裂素介导的差异表达的衰老相关基因,其中有2个基因参与细胞分裂素信号转导途径,5个基因参与转录调控途径,6个基因参与衰老相关的新陈代谢途径。该实验结果阐述了细胞分裂素延缓衰老的主要途径,并为进一步研究这些差异表达基因在延缓衰老中的重要功能奠定了基础。     

陆地棉转录因子GhNAC78基因的特征及功能分析

本实验室从陆地棉中克隆得到GhNAC78,分析了其基因特征及功能。该基因cDNA全长为937 bp,开放阅读框为876bp,编码291个氨基酸,隶属于NAM转录因子亚家族。体外转录激活实验表明,GhNAC78具有转录激活活性。上游启动子区1537 bp序列的生物信息学分析可知其包含多种激素、胁迫和光响应元件,表明GhNAC78广泛地参与植物生长发育和胁迫响应的调控。荧光定量结果显示,GhNAC78在棉花叶片衰老过程中高调表达,推测其参与叶片衰老的调控。     

氮素胁迫下强、弱化感水稻萜类代谢途径中关键酶基因差异表达的FQ-PCR分析

运用实时荧光定量PCR技术研究低氮条件下化感与非化感水稻异戊二烯代谢途径中关键酶基因的表达差异。结果表明,与正常氮条件下相比,低氮条件下化感和非化感水稻与萜类物质合成相关的12个关键酶基因表达发生了不同程度的变化,其中,化感水稻PI312777有6个基因表达下调,6个基因则上调;而非化感水稻Lemont有7个基因表达下调,5个基因表达上调。在供氮条件从高向低改变的过程中,两水稻中有11个基因的表达行为（上调或下调）相同,从分子水平上,证实了它们萜类代谢相关基因在响应供氮环境变化的行为生态上是相同或相似的。低氮引起两水稻催化生成与化感物质相关的单萜、倍半萜、二萜、三萜类物质的合成酶基因表达量均显著下降,从而认为营养胁迫引起水稻化感抑草作用增强与萜类物质代谢变化无关。还讨论了营养胁迫引起萜类物质代谢变化与内源激素合成和生长速率减缓的关系,认为水稻甲羟戊酸代谢途径支路中3-羟基-3-甲基戊二单酰CoA合酶、3-羟基-3-甲基戊二单酰CoA还原酶和甲羟戊酸激酶相关基因表达量不同程度的上调,维持了生长所必需的激素水平。