甘蔗ABA信号转导关键酶SoSnRK2.1基因的克隆与表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶(SnRK)是植物体内ABA信号转导途径的关键调控酶, 在植物的抗逆境生长过程中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR和RACE-PCR技术克隆出编码甘蔗SnRK2蛋白的基因SoSnRK2.1。该基因cDNA序列全长为1385 bp, 包含一个1002 bp的开放阅读框(ORF)。根据氨基酸序列预测SoSnRK2.1基因编码333个氨基酸残基, 与其他高等植物中相关蛋白的氨基酸具有高度的相似性, 尤其是与禾本科的玉米和水稻。构建该基因的原核表达载体pET-SoSnRK2.1, 在IPTG诱导下可得到38 kD 左右的蛋白, 与理论值一致。实时荧光定量PCR分析表明, SoSnRK2.1基因在ABA、干旱(PEG)+ABA、干旱(PEG)、NaCl、低温(4℃)和H₂O₂外源胁迫下均呈诱导表达的趋势。推测该基因参与调控干旱、高盐和低温等胁迫过程, 在甘蔗抗逆境胁迫中起重要作用。     

小麦脱落酸受体基因TaPYR1介导植株抵御干旱逆境功能研究

脱落酸(ABA)受体PYR/PYL/RCAR通过与渗透胁迫诱导的ABA结合,参与植株体内ABA介导的信号转导过程,在调控植株干旱逆境抵御过程中具有重要的生物学功能。本文研究了鉴定的1个干旱响应的PYR家族成员TaPYR1的分子特征、应答干旱表达模式及其介导植株抵御干旱逆境的功能。结果表明,TaPYR1与植物种属中部分PYR基因在氨基酸序列水平上高度同源,编码蛋白含有PYR家族成员保守结构域,翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。TaPYR1基因在小麦根、叶中均呈明显的干旱诱导表达模式,在干旱胁迫48 h表达量达到峰值。与野生型对照(WT)相比,超表达TaPYR1烟草转化株系,干旱处理下植株长势增强,干鲜重增加。干旱处理下,转化株系较对照的光合能力增强,细胞保护酶活性提高,渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖含量增加。研究表明, TaPYR1通过在转录水平上应答干旱逆境,改善干旱胁迫下的植株相关生理过程,在增强植株抵御干旱逆境能力中发挥重要作用。     

过表达谷子液泡H~+-ATPase E亚基基因在拟南芥中的耐盐性

V-H+-ATPase在植物生长、发育和胁迫响应等生物学过程中发挥重要作用。本研究通过序列比对,从谷子中克隆到V-H+-ATPase E亚基基因Si VHA-E。进化树分析显示,Si VHA-E基因在进化上属于E1/E3亚族,与玉米V-H+-ATPase E亚基基因Zm VHA-EL亲缘关系较近。表达谱分析结果显示,Si VHA-E在高盐、茉莉酸甲酯(Me JA)、水杨酸(SA)和脱落酸(ABA)处理下表达上调,在低温和低氮处理下表达下调。亚细胞定位分析表明Si VHA-E定位于液泡膜上。遗传转化拟南芥的耐盐性鉴定表明,在盐处理条件下,转基因株系的种子萌发率、幼苗主根长、植株鲜重及存活率显著高于野生型的。与野生型拟南芥植株相比,Si VHA-E过表达植株体内Na+含量减少,体内相对含水量提高。此外,ABA萌发试验结果显示,在种子萌发后期,Si VHA-E过表达植株对ABA更加敏感。研究表明,谷子Si VHA-E可以显著提高拟南芥耐盐性,这可能与其正向调控ABA信号途径以及减少植株体内Na+积累和水分散失有关。     

甘蔗Ca~(2+)/H~+反向运转体基因的克隆与表达分析

CAX(Ca~(2+)/H~+antiporter)是植物细胞膜Ca~(2+)主动运输体系的一个大类。本研究以高粱的CAX1基因(GenBank登录号为XM_002441593)为探针,利用电子克隆并结合RT-PCR技术,获得甘蔗CAX1基因的1条cDNA序列,命名为Sc CAX1(GenBank登录号为KT799799)。生物信息学分析显示,ScCAX1基因全长784 bp,包含1个645 bp的开放阅读框,编码1个214个氨基酸的蛋白质。ScCAX1蛋白被定位于叶绿体类囊体膜,为稳定的疏水性蛋白,不存在信号肽。蛋白二级结构元件多为α-螺旋,具有1个Na_Ca_ex superfamily。实时荧光定量PCR分析表明,甘蔗ScCAX1基因的表达具有组织特异性,在各组织中均表达,但在茎中表达量最低,叶中的表达量最高。在PEG、NaCl、SA、ABA和Me JA胁迫过程中,ScCAX1基因的表达均受到调控。其中ABA、SA和PEG胁迫下表达量上调,均在胁迫24 h达到最大值。SA胁迫24 h的表达量为对照的5.47倍,而ABA胁迫24 h的表达量为对照的3.5倍。NaCl胁迫6 h的表达量达最大值,为对照的2.14倍。推测ScCAX1基因能够响应逆境胁迫,其表达可能与甘蔗的抗盐、抗渗透胁迫性状有关。     

马铃薯HD-Zip I家族ATHB12基因的克隆及功能鉴定

HD-Zip I是一类植物特异转录因子, 在植物应对外界逆境胁迫过程中有重要的调控作用。本研究从马铃薯栽培品种甘农薯2号中克隆了HD-Zip I转录因子ATHB12基因, 其开放阅读框为759 bp, 编码252个氨基酸残基。该基因位于马铃薯1号染色体, 其启动子区含有ABRE、LTRECOREATCOR15和WBOXATNPR1等多种响应非生物胁迫(ABA、低温、脱水及高盐)的顺式作用元件。ATHB12基因在马铃薯根、茎和叶中均有表达, 其根中表达量最高。qRT-PCR分析证实该基因的表达受聚乙二醇(PEG)、NaCl和ABA诱导, 受低温抑制。构建了由组成型表达启动子CaMV 35S驱动的ATHB12基因的过表达载体, 通过农杆菌介导法转化马铃薯获得了转基因植株。干旱处理后, 转基因植株叶片中丙二醛含量显著低于非转基因植株(P<0.05), 而脯氨酸含量显著高于非转基因植株(P<0.05); 转基因植株根鲜重和干重均高于非转基因植株; 说明马铃薯ATHB12基因可能参与了逆境胁迫的响应。     

拟南芥VHA-c基因在非生物胁迫响应中的作用

利用RT-PCR技术检测VHA-c基因对高盐、水和ABA胁迫的响应,结果表明所有的VHA-c基因都参与了V-ATPase的抗盐胁迫反应;在响应水胁迫的反应中VHA-c2、VHA-c4和VHA-c5基因的表达量增加;在ABA胁迫反应中VHA-c1,VHA-c2,VHA-c3和VHA-c4基因的表达水平均提高,但是VHA-c1和VHA-c3基因只在早期的ABA胁迫中增加其表达量。     

Behaviour of Sugar-beet Plants (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris var. altissima [Doell]) under Conditions of Changing Water Supply: Abscisic Acid as Indicator

Moderate drought stress increases the root-to-shoot ratio in sugar-beet plants. The question arises whether abscisic acid occurs in these plants and whether it plays a role in their adaptation to limited water supply. Thus, after identification by GC/MS, the content of free ABA and its alkaline hydrolysable conjugates was determined by capillary GLC in sugar-beet plants of pot and field experiments with differentiated water supply. It was shown that leaves had a higher content of free ABA than tap roots. Within the leaf apparatus the young organs contained more ABA than the fully developed leaves. Moderate drought stress increased both free and alkaline hydrolysable ABA contents in leaves of intact plants, whereas the ABA content of tap roots was not demonstrably influenced. In contrast, severe and rapid osmotic stress treatment of detached leaves by dipping the petioles in mannitol solutions increased the free ABA content at the expense of the hydrolysable conjugates. This suggests an ABA release by the latter. Therefore, sugar-beet plants seem to have two mechanisms for increasing the free ABA content under drought stress conditions: the gradual synthesis of ABA including its conjugates and the release of free ABA from ABA conjugates.     

植物在高温胁迫下的生理研究进展

(石河子大学农学院,新疆石河子832003)     

外源ABA对渗透胁迫下玉米幼苗根系渗透调节的影响

用ABA处理不同抗旱性的两个玉米品种幼苗根系, 测定了根系的水势、渗透势、渗透调节能力及4种渗透调节物质的变化, 结果表明: 渗透胁迫条件下, ABA能提高根系的水势、降低渗透势、增加渗透调节能力, 且对抗旱性强的鲁玉14号的作用大于抗旱性弱的掖单13号. 正常供水条件下, ABA处理对根系水势的提高有一定的作用, 但对渗透势及     

水分胁迫下外源ABA提高甘蔗抗旱性的作用机制

以抗旱甘蔗品种ROC22为材料,调查水分胁迫及胁迫加喷施脱落酸(ABA)对甘蔗内源ABA合成及相关生理生化作用的影响。结果表明,干旱及干旱加外施ABA的条件下,甘蔗内源ABA合成水平上升,但干旱加ABA处理增幅更显著,甘蔗叶内的脯氨酸(Pro)、H₂O₂、丙二醛(MDA)含量增加,而ABA处理能缓解MDA的积累,使其含量处于低水平,ABA处理能防止叶绿素降解并对干旱引起的最大光能转化效率(F_v/F_m)、PSII实际量子效率(Φ_PSII)下降有明显的缓解作用。干旱条件下,H₂O₂的积累伴随着抗氧化作用的酶CAT、GPX、GR和APX的活性提高,而ABA处理能进一步提高这些相关酶的活性而逐渐降低H₂O₂的含量,表明干旱条件下,外施ABA能增强甘蔗的抗氧化防护系统,提高抗旱性。     

辣椒金属伴侣蛋白基因CaHPP7提高植物对铜和热胁迫的抗性

金属伴侣蛋白在植物抵抗重金属胁迫和低温、干旱、高盐等非生物胁迫中发挥重要作用,但其应对热胁迫时发挥作用的报道还很少。前期研究从辣椒中分离到一个能够响应热胁迫的金属伴侣蛋白基因CaHPP7,通过生物信息学和定量分析发现该基因的氨基酸序列含有1个HMA结构域,且其表达受高温、Cu²⁺、Cd²⁺等重金属,以及ABA(Abscisic acid)、MeJA(Jasmonic acid methylester)和SA(Salicylic acid)等外源信号物质的诱导。为了进一步明确CaHPP7基因在植物重金属和热胁迫抗性形成中的功能,利用基因沉默和过表达技术改变Ca HPP7的表达水平。结果显示,基因沉默表达后,辣椒对铜和热胁迫的抗性都降低,表现为离体叶圆片叶绿素含量下降程度显著高于未沉默植株;而基因过表达后,拟南芥对铜和热胁迫的抗性都升高,其中热胁迫下表现为幼苗存活率高于对照,叶圆片叶绿素含量减少程度低于对照;铜胁迫下表现为种子发芽率高于对照,幼苗生长的受抑制程度和叶圆片叶绿素含量下降程度均低于对照。故推测CaHPP7基因在植物应对高温和铜胁迫的过程中起正调控作用。本研究结果将为进一步揭示植物抗逆性形成的分子机制提供理论依据,也将为农作物抗逆新品种的选育提供参考。     

不同成熟度茶树叶片抗逆性生理指标差异

茶树以收获芽叶为主,叶片的生理特性和抗逆能力直接决定着茶树生长势和品质成分的形成。为研究茶树不同成熟度叶片生理变化规律,以2 个茶树品种为研究对象,测定茶树新梢不同成熟度叶片丙二醛(MDA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性,综合评价各成熟度叶片的生理特性和抗逆能力,并通过相关性分析、主成分分析简化茶树抗逆性评价指标。结果表明,不同成熟度叶片的MDA、SA、SOD和Pro 由1 芽2 叶至老叶基本呈现增加的趋势,老叶的含量均显著高于其他成熟度叶片;仅ABA含量随着叶片成熟度的增加而降低;SS 含量则呈现先增加后降低趋势,新梢3、4 叶达到峰值,老叶最低。相关性分析表明,MDA与SA、Pro之间存在极显著或显著正相关。ABA与MDA、SOD、Pro、SA、CAT 存在中度到高度负相关。7 个茶树叶片抗逆性评价指标可简化为5 个,即MDA、ABA、SA、SS和CAT,可应用于茶树抗逆性的鉴定,提高种质材料的筛选效率。     

水稻转录因子bHLH家族基因响应环境胁迫表达谱分析

植物转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的作用。bHLH转录因子是植物转录因子最大的家族之一。本研究以水稻日本晴为材料,在苗期进行PEG模拟干旱胁迫和ABA（abscisicacid）处理,采用荧光定量PCR方法,比较分析干旱胁迫差异表达的22个候选bHLH家族基因在PEG和ABA处理下的不同时间梯度的表达谱。结果表明大部分候选基因的PEG胁迫表达谱与干旱胁迫表达谱一致,验证了芯片结果的可靠性;而在ABA处理下的大部分bHLH基因表现为抑制表达,部分基因的表达谱与干旱或PEG胁迫表达谱明显不同,推测这些bHLH基因参与PEG和ABA胁迫应答的具有相同或不同的分子路径或模式。研究结果对进一步克隆这些基因及分析其在植物生长发育过程中的分子调控模式打下了基础。     

拟南芥bZIP1转录因子通过与ABRE元件结合调节ABA信号传导

ABA作为一种重要的植物激素和生长调节剂,介导了高等植物在营养生长阶段对各种外界环境的响应和适应。bZIP类转录因子可以通过ABA依赖途径和ABA非依赖途径调节植物的生长发育和对非生物胁迫的耐性。本研究通过AtbZIP1 T-DNA插入突变的拟南芥植株ko-1 (SALK_059343)和ko-2 (SALK_069489C)在ABA处理后的表型实验,验证了AtbZIP1参与ABA依赖的信号传导通路。采用“三引物法”,分别在DNA水平和RNA水平通过PCR和RT-PCR验证了AtbZIP1基因在拟南芥突变体中的沉默效果。定量分析数据表明,在种子萌发阶段,经过0.6 μmol L^–1 ABA和0.8 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株萌发率和叶片展开/绿色率比野生型植株高,在幼苗生长阶段,经过50 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株根长比野生型植株长。为了确定AtbZIP1基因参与ABA信号传导是否依赖于ABRE元件,在大肠杆菌中表达了AtbZIP1 HIS6融合蛋白,并设计了核心序列为CACGTG的ABRE元件。凝胶阻滞电泳结果表明AtbZIP1融合蛋白可以与ABRE元件特异性结合。半定量RT-PCR分析表明,AtbZIP1基因的缺失改变了下游的ABA响应基因的表达。该结果表明AtbZIP1可以通过与ABRE元件结合调节植物对ABA处理的敏感性和下游ABA响应基因的表达,从而参与植物的ABA信号传导通路。     

水稻品种对几种逆境的多重耐性及与ABA的关系

从一些耐旱和耐冷品种中筛选出几个具多重耐性的品种,其中大黄谷耐渗透胁迫和盐胁迫,芝麻糯耐盐和冷胁迫,桂溪和湘中籼2号耐渗透胁迫,也较耐冷胁迫.以大黄谷、芝麻糯和桂溪为材料,研究了多重耐性与ABA积累的关系.在渗透胁迫、盐胁迫和冷胁迫下,各水稻品种内源游离ABA含量迅速积累,耐性品种积累的ABA量都较敏感品种高,     

结球甘蓝类钙调素蛋白基因BoCML39的克隆与表达分析

类钙调素蛋白作为钙调素蛋白的家族之一,调控植物生长发育、激素调控、病原菌防御及各种胁迫。本研究以结球甘蓝为试验材料,通过克隆获得BoCML39基因,其开放阅读框(ORF)为510 bp,编码169个氨基酸,不含内含子。预测BoCML39蛋白分子量为19.25 k D,等电点为4.35,为亲水蛋白,含有4个EF-hand结构域;系统发育树表明结球甘蓝BoCML39蛋白与白菜CML39蛋白处于同一进化枝,与油菜CML39蛋白、甘蓝CML39蛋白的亲缘关系近;三级结构预测发现该蛋白包含9个α-螺旋结构、5个β-转角、2个β-折叠、7个无规则卷曲和4个似小球状的钙离子结构。qPCR表明干旱(PEG6000,150 g/L)、盐(NaCl,200 mmol/L)、低温(4℃)、高温(37℃)、过氧化氢(H2O2,30 mmol/L)、脱落酸(ABA,100μmol/L)、水杨酸(SA,2 mmol/L)、茉莉酸甲酯(MeJA,100μmol/L)不同处理条件均能上调结球甘蓝叶和根中BoCML39的表达。研究结果初步证实BoCML39基因响应逆境胁迫(PEG6000,Na Cl,4℃,37℃)、活性氧(H2O2)和激素(ABA,SA,MeJA)调控,为Bo CML39参与植物逆境、活性氧和激素调控信号途径及其功能研究提供科学依据。     

外源SA与ABA对越冬前后冬小麦‘东农冬麦1号’生理特性的影响

本研究以冬小麦品种‘东农冬麦1 号’为试验材料,探究了外源SA和ABA对提高冬小麦抗寒性及羿年返青率的影响。三叶期开始用SA、ABA和(ABA+SA)混合液处理麦苗（水作对照CK）。在5℃、0℃、-10℃、-25℃条件下检测麦苗的形态指标、叶绿素荧光特性、生理生化指标及羿年返青率。结果表明：在不同温度下喷施(ABA+SA)均能有效提高麦苗叶片叶绿素含量、Fv/Fm、ΦPSII、qP值而降低NPQ 值;随温度的降低,‘DN1’的相对电导率、MDA含量不断增加;喷施SA、ABA、(ABA+SA)与对照组相比,能够不同程度地提高可溶性糖、可溶性蛋白含量以及降低相对电导率和MDA含量,在-10℃条件下(ABA+SA)处理组较其他处理组效果更显著。在0℃条件下(ABA+SA)处理能够显著增加根长和样品干重。ABA和(ABA+SA)处理均能提高返青率,且(ABA+SA)处理的返青率略高。综上,外施(ABA+SA)混合液处理对于提高冬小麦的抗寒性以及提高返青率效果更好。     

固定根区水分胁迫下氮形态对玉米幼苗水分利用的调节与作用机制

摘 要：为研究固定根区水分胁迫下氮形态对玉米幼苗水分利用的调节与作用机制,本文采用分根装置,向一侧加入聚乙二醇（PEG6000）模拟水分胁迫,分两次收获植株测定木质部水分运输速率、生理水分利用效率以及不同部位脱落酸含量等指标,并在第7天测定叶片及根系解剖结构。氮设三种形态（NH4+-N;NO3--N;50% NO3--N+50% NH4+-N）,两侧根室均匀供应。结果发现固定根区水分胁迫下,随着胁迫时间延长,混合氮处理能相对维持植株较高的水分运输速率;叶肉和叶片厚度大,导管数目较多,直径较大,有利于促进水分吸收与运输,适应水分胁迫。而NH4+-N对木质部汁液pH及ABA的调节作用较强,各部位ABA浓度高于其他两个氮形态;在胁迫后期NH4+-N供应的植株木质部汁液pH值增加,从而更有利于调节蒸腾作用,提高水分利用效率。     

转GsCBRLK/SCMRP双价基因苜蓿耐碱性及氨基酸含量分析

从野生大豆盐碱胁迫基因表达谱中筛选并克隆到GsCBRLK基因, 与人工合成的高甲硫氨酸含量SCMRP基因构建成双价植物表达载体, 将其转入苜蓿, 获得超量表达的转基因苜蓿, 并进行耐碱性分析。结果显示, 经过100、150 mmol L^–1 NaHCO₃处理14 d后, 转基因株系生长状态良好, 而非转基因对照株系萎蔫、失绿、甚至死亡;转基因株系的丙二醛含量和相对质膜透性显著低于非转基因株系(P<0.05), 而SOD酶活性显著高于非转基因对照(P<0.05), 说明超量表达GsCBRLK基因增强了苜蓿的耐碱能力;各转基因株系的甲硫氨酸含量均比对照植株高, 表明SCMRP基因的导入提高了苜蓿叶片甲硫氨酸的含量。