干旱胁迫下野生大豆水通道蛋白GsPIP2;7功能研究

水通道蛋白（AQPs）是植物中重要的水分转运蛋白,在植物对抗干旱胁迫中发挥着重要功能。为明确野生大豆水通道蛋白在植株抗旱反应中的分子功能,本研究对野生大豆（Glycine soja）中的水通道蛋白的蛋白结构及其在干旱胁迫下的表达模式进行分析,并对筛选的AQPs基因功能进行验证。研究鉴定了野生大豆中69个AQPs蛋白,其中10个在干旱胁迫的高耐野生大豆材料中表达差异达到显著水平。筛选到GsPIP2;7在干旱胁迫后与对照相比显著上调,克隆GsPIP2;7到过表达载体中并侵染转化拟南芥（Arabidopsis thaliana）,通过转基因后代筛选获得了稳定表达的T3代转基因拟南芥。与野生型拟南芥相比,转基因植株在干旱胁迫下根系总长度、叶干重、根干重、根冠比和单株叶面积显著增加,过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性显著提升,丙二醛（MDA）含量显著降低,表现出较强的耐旱能力。本研究结果说明GsPIP2;7对拟南芥耐旱具有正向调控作用,为明确野生大豆耐旱机制奠定了理论基础。     

利用转录组测序技术鉴定紫花苜蓿根系盐胁迫应答基因

盐害是影响紫花苜蓿生产力的主要非生物因素之一,鉴定控制这一复杂性状的基因将为苜蓿育种计划提供关键信息。为揭示紫花苜蓿在盐胁迫下基因表达谱的变化,以紫花苜蓿Millennium为材料,对正常培养(WT_CK1)和盐胁迫(WT_N1)条件下的2个样品根系进行转录组分析,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对部分关键基因的表达特点进行验证。结果表明,紫花苜蓿根系在250 m M Na Cl胁迫72 h时,共检测到31 907个基因表达量发生了改变,2 758个基因的表达量差异达到2倍以上,包括199个转录因子,其中1 338个表达量上调,1 420个表达量下调,这些差异表达基因功能主要涉及次生代谢、代谢途径、激素代谢及信号转导和植物病原菌互作等。qRT-PCR分析表明,6个随机选择的基因在胁迫前后的表达特点与表达谱测序结果一致。综上,紫花苜蓿根系对盐胁迫响应是一个多基因参与、多个生物代谢过程反应协同调控的过程,基因表达量的变化可能是调控的主要方式。此外,本研究候选了一系列胆汁酸:Na+共转运蛋白、晚期胚胎发生富集蛋白、谷胱甘肽-s-转移酶基因和转录因子等与紫花苜蓿盐胁迫相关的应答关键基因,为揭示紫花苜蓿耐盐分子机制奠定了基础。     

紫色黄秋葵转录组功能基因测序及分析

黄秋葵为药食兼用型植物,富含花青素、多糖、黄酮及萜类等活性成分。为探讨黄秋葵次级代谢过程中这些活性物质合成的遗传基础,以紫色黄秋葵嫩茎叶为材料,采用Illumina Hi Seq 2500高通量转录组测序技术获得23 026 500个短读序,经组装获得42 484个Unigene,平均长度877 bp。31 931个和21 926个Unigene分别在Nr和Swiss Prot数据库有同源比对信息;Unigene与COG、KOG数据库进行比对,根据其功能各分为24类和25类;通过Pfam数据库,所注释到的20 031个Unigene分属于7 277类蛋白结构域;GO注释到18 602个Unigene分为细胞组分、分子功能及生物学过程等三大类的51个功能组,其中大量Unigene与细胞部分、细胞、催化活性、结合活性、代谢进程及细胞进程相关;根据KEGG数据库,可将7 619个Unigene定位到119个代谢途径分支,其中有1、3、35、61、13和70个Unigene分属于花色素苷、黄酮、类黄酮、N-多糖、二萜类和萜类骨架生物合成路径,它们可能参与这些活性物质的生物合成。本研究结果为后续深入开展黄秋葵花青素、黄酮类等物质代谢合成途径及相关功能基因研究奠定了基础。     

盐碱胁迫下野生大豆CBL-CIPK通路表达分析

野生大豆(Glycine soja)是栽培大豆(Glycine max)的近缘野生种,含有栽培大豆中不存在的优异基因。为了明确类钙调磷酸酶B蛋白(CBL)与其互作蛋白激酶(CIPKS)组成的CBL-CIPK通路蛋白在野生大豆抗盐碱胁迫中的功能,本研究在盐碱胁迫下高耐及敏感野生大豆材料转录组分析的基础上,利用在线生物学工具对野生大豆CBL-CIPK通路蛋白结构、亚细胞定位、磷酸化位点及系统发育进行了分析。结果发现,10个野生大豆CBLs蛋白均含有3个EF手结构;7个CBLs蛋白定位于细胞核,另外3个分别定位于细胞质、叶绿体和内膜系统。38个CIPKs蛋白均含有ATP结合结构域、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性结构域和NAF结构域;20个CIPKs蛋白定位在细胞质中,9个定位在叶绿体中,6个定位在细胞核中,另有3个分别位于细胞器膜、线粒体和内膜系统。野生大豆与栽培大豆的CBL-CIPK通路基因高度同源,但野生大豆GsCIPK5_like基因与栽培大豆GmCIPK5亲缘关系较远,栽培大豆GmCIPK21基因与野生大豆GsCIPK21亲缘关系较远。在盐碱胁迫处理0和10 h后,GsCBL10基因在高耐材料中的表达量比敏感材料显著上调;在盐碱胁迫处理0 h后,GsCIPK10基因在高耐材料中的表达量也比敏感材料显著上调。本研究为阐明CBL-CIPK通路对野生大豆耐盐碱胁迫中的功能奠定了理论基础。     

低温胁迫下苦瓜叶片转录组差异基因分析及生理响应特征

苦瓜在生长季节遇到低温会影响其生长发育和产量,限制了种植分布区域.为了研究苦瓜耐寒性的分子机制,本研究以苦瓜自交系43为试验材料,在8℃低温胁迫处理后观察其表型并测定相关生理生化指标,再利用转录组测序技术从生理角度结合分子水平对苦瓜低温胁迫机制进行生物信息学分析.结果表明,在8℃低温胁迫下,苦瓜表现出耐低温适应性,在低...     

干旱、高盐及低温胁迫下植物生理及转录因子的应答调控

干旱、高盐及低温等非生物胁迫是限制植物生长发育的主要环境因子。这些环境胁迫因子通常导致植物体内生理代谢改变,并参与非生物胁迫调控转录因子的差异表达。植物抵御上述非生物逆境的能力与转录因子调控逆境相关功能基因的表达密不可分。近年来,发掘植物非生物胁迫相关转录因子的功能及揭示转录因子介导植物非生物胁迫响应的调控机制,已成为植物营养分子生物学关注的热点之一。因此,了解植物非生物胁迫下的生理应答及转录因子参与的调控机制,对建立植物适应性改良途径具有重要科学意义。本文从干旱、高盐和低温三方面阐述了非生物胁迫下植物生理生化的适应性变化,概述了MYB、bZIP、AP2/EREBP、WRKY和NAC五类与植物抗逆相关的转录因子的结构与功能特征,着重论述了转录因子介导植物抵御非生物胁迫的分子调控机制。植物遭遇非生物胁迫时,通常表现为生长速率、叶面积和叶片数量下降,蒸腾及光合速率降低。同时,植物体内活性氧逐渐累积,使细胞膜脂过氧化程度加剧,造成细胞损伤。为适应不利环境,在生理上植物表现为体内抗氧化酶活性增强,渗透调节物数量增多;在分子水平上,植物对非生物胁迫适应性的增强,通常与转录因子识别抗逆基因启动子特异性元件及调控逆境防御基因的转录有关。本文对于深入阐明干旱、高盐及低温胁迫下植物生理生化应答与转录因子的分子调控机制提供了全新的科学启示。     

北苍术对持续干旱的生理和转录组响应分析

为了探究北苍术响应干旱胁迫的生理和分子机制，本试验采用穴盘育苗法，分析持续自然干旱3～18 d北苍术响应干旱胁迫的生理特征；利用高通量转录组测序技术，分析干旱胁迫下北苍术的分子响应特征。结果表明，持续干旱6 d起，北苍术植株相对含水量极显著低于对照，可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量、抗氧化酶活性均显著或极显著高于对照；复水15 d时，北苍术过氧化氢酶（CAT）活性和植株相对含水量恢复到与对照无显著差异，但其他指标均仍极显著高于对照。主成分分析结果表明，可溶性糖和总蛋白含量、超氧化物歧化酶（SOD）和CAT活性可较好地反应北苍术的抗旱能力，干旱胁迫下北苍术隶属函数综合评价D值为0.765～0.865。转录组分析共获得14 538个差异表达基因（DEGs）,GO功能注释最多的Unigene与细胞组分相关，KEGG分类中注释最多的Unigene是糖代谢；注释到萜类与聚酮类代谢途径的Unigene共71条，其中12条编码倍半萜和三萜类生物合成途径中的7个关键酶。综合分析可知，干旱胁迫影响北苍术相关功能基因表达，进而影响其生理特征。本试验为北苍术的抗旱机理和主要活性成分生物合成途径研究提供了参考。     

南方型紫花苜蓿叶片响应盐胁迫蛋白质组和转录组关联分析

为了从基因和蛋白质水平上揭示南方型紫花苜蓿适应盐胁迫环境的分子机制,以南方型紫花苜蓿Millennium为材料,对正常培养和盐胁迫条件下的2个样品叶片进行转录组和蛋白质组关联分析。结果表明,定量蛋白和基因关联系数为0.2485;变化趋势相反差异蛋白和基因表达的关联系数为-0.2440;变化趋势相同差异蛋白质和基因表达的关联系数为0.8122。鉴定出109个与差异基因表达趋势相同的差异蛋白,其中77个上调,32个下调,这些差异蛋白功能涉及光合作用、抗氧化物、信号传递、翻译后修饰、翻译和分子伴侣、胁迫防御、能量产生与转运、代谢和其它未知功能蛋白等。下调表达的蛋白主要与光合作用相关,而上调表达的蛋白主要参与了抗氧化物、信号传递和胁迫防御等。此外,关联发现了与紫花苜蓿盐胁迫响应相关的III类过氧化物酶、铁蛋白、谷胱甘肽S-转移酶、磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C、LRR类受体激酶、ABA反应蛋白、钙联接蛋白2、液泡H+-ATP酶C亚基和NADP-苹果酸酶等差异蛋白。本研究通过高通量多组学数据的关联分析,发现一些可能作为紫花苜蓿耐盐潜在靶标蛋白(基因),这为深入认识紫花苜蓿盐胁迫的应答分子调控机制奠定了坚实的基础。     

大豆抗胞囊线虫4号小种转录组测序及分析

大豆胞囊线虫(soybean cyst nematode,SCN)(Heterodera glycines)是一种世界性的大豆(Glycine max)病害.本研究以抗SCN4号生理小种的黑豆为研究对象,对大豆胞囊线虫侵染后的两个发育时期进行转录组测序和生物信息学分析,宏观了解大豆的抗病机制.通过Illumina HiSeqTM2500测序共获得1.96× 1010 bp的数据.经过分析后,接种后第9天(第一时期)和接种后第17天(第二时期)分别得到2 180个和4 210个差异表达基因,同时,对差异表达基因进行基因本体(Gene Ontology,GO)注释,蛋白质直系同源簇(Clusters of Orthologous Groups of proteins,COG)注释,结果显示,GO注释和COG注释分别将差异表达基因分为了58和25个功能类别.另外,京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析结果表明,可将两个时期的差异表达基因分别定位到83和105个具体的代谢途径分支.其中,参与到激素信号转导途径,苯丙氨酸代谢,能量代谢等过程中的差异基因最多,这些数据为进一步筛选抗病关键基因及功能验证等研究提供了依据.     

盐敏感型与耐盐型高粱对盐胁迫反应的转录组差异分析

  【目的】  研究高粱盐胁迫的生理学差异及其分子机制,发掘高粱在盐胁迫过程中的关键调控基因,筛选高粱耐盐和盐敏感材料,探讨高粱耐盐胁迫的机制。  【方法】  本试验以耐盐材料“67B”及盐敏感材料“3560R”为研究对象,加入150 mmol/L NaCl溶液进行盐胁迫,测定叶片生长指标、进行转录组测序和生物信息学分析。  【结果】  盐分胁迫下,耐盐材料生长速率快,表现出较强的耐盐性,耐盐材料可以提高Na+的选择吸收及其在植株体内的积累与分配。盐胁迫下耐盐材料可以维持较高的过氧化氢酶活性,受到盐胁迫后该酶活性升高幅度相对较大,进而保持了较强的过氧化氢清除能力,能够及时清除过量积累的活性氧。盐胁迫下两个品系共有5040个差异表达基因。盐敏感材料和耐盐材料对盐胁迫的响应途径是相同的,两者差异表达基因在KEGG各pathway中的分布趋势差别很大,排名前五的基因数条目有3条相同,分别为苯丙烷类合成、植物激素信号转导和碳代谢通路,盐敏感材料中另外两条不同的条目为淀粉与蔗糖代谢及氨基酸生物合成通路,与基础代谢有关,盐敏感材料中差异基因主要集中在基础代谢和次生物质合成途径,是造成两个材料耐盐性差异的重要原因。  【结论】  高粱的耐盐机制调控是一个复杂的过程,是由不同通路一系列基因表达共同作用的结果,依赖于多个基因在复杂网络中的平衡表达。     

植物生长调节剂对干旱胁迫下大豆幼苗生长的影响

采用盆栽试验,研究了在模拟干旱胁迫下喷施植物生长调节剂对大豆幼苗生长发育和生理生化指标的影响。结果表明,植物生长调节剂可促进大豆幼苗茎叶生长和主根伸长,增加侧根数,加大根冠比,提高叶绿素含量、脯氨酸含量和过氧化物酶(POD)活性,从而增强了植株的抗旱能力。喷施宝、云大120、地中宝、福施壮4种植物生长调节剂对不同大豆品种幼苗生长的影响基本一致,以喷施宝的效果最好,其次为云大120。     

干旱胁迫对春大豆氮代谢关键酶活性的影响

为探讨不同大豆品种各关键酶活性间的差异与抗旱性的关系,以耐旱型大豆品种黑农44和敏感型品种黑农65为试验材料,研究不同时期干旱胁迫及复水对大豆叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰氨合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)3个氮代谢关键酶的影响。结果表明:在正常供水条件下,随着生育进程的推进,大豆叶片NR活性呈单峰曲线,GS和GOGAT活性呈双峰曲线。苗期2个品种在轻度和中度胁迫下NR活性相差不大,在重度胁迫下活性明显下降;GS酶活性随干旱胁迫程度增加而升高;GOGAT活性随干旱程度的增加而降低。不同时期干旱复水后,耐旱型品种黑农44的NR活性明显大于正常供水处理,而敏感型品种黑农65明显低于正常供水处理;但GS活性与NR恰好相反;GOGAT活性升高,但仍低于正常供水处理。耐旱型品种黑农44叶片NR、GS和GOGAT活性均高于敏感型品种黑农65,因此可通过提高NR、GS和GOGAT活性来减轻干旱胁迫对大豆的伤害。本研究可为大豆品种的筛选和抗旱栽培提供理论依据。     

干旱胁迫下不同茸毛性状辣椒植株抗旱性比较

干制辣椒种子经60Coγ射线辐照后种植,获得一株茸毛变异株。以多年自交的多茸毛系及其姊妹系无茸毛系和少茸毛系为试验材料,研究干旱胁迫条件下辣椒体表不同茸毛状态与抗旱性的关系。结果表明:在干旱胁迫下多茸毛系植株抗萎蔫的能力显著优于无茸毛系和少茸毛系;干旱胁迫前期主要表现为抑制植株生长,多茸毛系的株高,茎粗和节间数分别比对照降低3.38%,7.25%和2.7%,降低幅度显著低于其他系;持续到结果期,多茸毛系的抗旱能力优势表现在产量降低量较少,为22.94%,而无茸毛系降低69.91%,少茸毛系降低42.94%,表明辣椒体表茸毛性状在干旱胁迫下能有效降低辣椒经济产量的损失率,耐旱能力与茸毛多少有关。     

冀东野生大豆(Glycine soja)耐盐碱性鉴定及耐性生理指标测定

为充分利用盐碱地资源,明确野生大豆耐盐碱生理机制,本研究对采集于冀东地区的349份野生大豆种质资源进行耐盐碱性鉴定,测定了高耐材料2010-12和敏感材料2012-34、2012-49在0、100和200 mmol·L^-1盐碱胁迫下的丙二醛、脯氨酸和可溶性糖含量、电解质外渗率以及脯氨酸代谢关键酶吡咯琳-5-羧酸合成酶(GmP5CS)、吡咯琳-5-羧酸还原酶(GmP5CR)、脯氨酸脱氢酶(GmPDH)及谷胱甘肽S-转移酶19(GsGST19)相关基因的表达量。结果表明,表现耐性等级1级的高耐材料有2份(Yong 2和2010-12),表现耐性等级2级的耐性材料有22份,表现耐性等级3、4、5级的材料各有80、77和161份。与CK相比,高耐野生大豆材料2010-12在盐碱胁迫下脯氨酸及可溶性糖含量显著升高,丙二醛含量及电解质外渗率无显著差异。在高耐盐碱野生大豆材料中,GmP5CS、GmP5CR和GsGST19基因表达量上调,GmPDH基因表达量下调。以上结果表明高耐野生大豆材料在盐碱胁迫下脯氨酸合成通路激活,脯氨酸含量升高,说明脯氨酸在野生大豆对抗盐碱胁迫中发挥重要...     

PEG模拟干旱胁迫下花生品种萌发特性与抗旱性评价

为了解新疆8个主栽品种的耐旱性,本试验采用不同浓度的PEG-6000溶液模拟干旱胁迫,对9个花生品种的萌芽期耐旱性进行综合评价。结果表明,9个花生品种不同测定指标中均存在一定差异性,平均隶属函数值表现为花育25号(0.8144)花育51号(0.6444)花育52号(0.4694)花育951号(0.4616)山花7号(0.4597)中花16号(0.4036)山花9号(0.2928)花育22号(0.2296)花育33号(0.1227)。由此可见,花育25号的抗旱性较强,花育33号的抗旱性最差。本研究结果对新疆选育抗旱花生品种具有一定指导意义。     

大豆蛋白在山葡萄酒澄清处理中的应用研究

大豆蛋白即大豆产品所含蛋白质,是植物性的完全蛋白质,绿色安全。本文研究了大豆蛋白对山葡萄酒的澄清作用。确定了大豆蛋白作为山葡萄酒下胶剂的最佳作用条件,即在作用温度：20℃;PH值：3.00条件下,添加0.06%大豆蛋白,以边加边搅拌,每天在振荡器中振荡1h,持续3d,静置,自然澄清的作用方式,使山葡萄酒的澄清度达到89%。并与常规下胶剂明胶进行比较。大豆蛋白比明胶的澄清作用、稳定性更强,口感也更加醇和。     

基于RNA-seq的谷子萌芽期抗旱相关基因挖掘与分析

为了明确响应干旱胁迫的关键基因,解析谷子抗旱机制,本研究以谷子抗旱品种山西2010和干旱敏感品种K359*M4-1为材料,应用RNA-seq技术对两个品种干旱胁迫前后萌发期种子进行转录组测定。结果表明,在山西2010和K359*M4-1中分别鉴定出2 300个和3 652个差异表达基因(DEG),包括编码类锌诱导的促进因子、类萌发素蛋白、蛋白磷酸化酶、转运蛋白、胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)、转录因子、过氧化物酶等基因。通过对鉴定到的DEG进行GO和KEGG代谢途径富集分析,发现山西2010和K359*M4-1中的DEG分别富集在52个和21个生物学过程。KEGG 富集分析发现,DEG主要富集在淀粉和蔗糖代谢, 植物激素信号转导,光合作用-天线蛋白,苯丙素生物合成,角质、亚氨酸和蜡生物合成,次生代谢物生物合成等途径。本研究结果为挖掘谷子抗旱关键基因、解析谷子抗旱机制奠定了基础。     

干旱处理下不同烤烟品系的生理差异研究

为培育抗性优良的烤烟品种,探究烤烟的耐旱特性及机理,以烤烟品系LY1306、中烟100和红花大金元为试验材料,研究在聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫和水分控制的干旱处理下,各烤烟品系叶片抗氧化酶类活性,丙二醛(MDA)和脯氨酸含量变化,以及光合生理特性和叶片细胞超微结构的差异。结果表明,25%PEG-6000胁迫下,LY1306能保持较好的生理状态,具有较高的SOD活性和较强的脯氨酸渗透调节能力;中烟100的个别叶片出现萎蔫,SOD活性较LY1306低,较对照组POD和CAT活性显著降低,MDA含量较高;红花大金元叶片出现严重萎蔫,CAT活性降低幅度最大,脯氨酸积累量较高。在反复缺水干旱条件下,LY1306能够维持较高的CAT活性,MDA积累量少,水分利用率较高,蒸腾速率较低,细胞中叶绿体数量和叶绿体形态维持正常。红花大金元的POD活性增长明显,脯氨酸含量显著增长,但MDA积累量较大,叶绿体变形且数量明显减少。中烟100的POD活性较高,脯氨酸积累量较大,叶绿体结构较完整。综上,LY1306在干旱胁迫下具有较强的清除活性氧和脯氨酸渗透调节能力,综合抗旱能力较好。本研究结果为培育抗旱烤烟品种提供了理论依据。     

大豆蛋白在山葡萄酒澄清处理中的应用研究

大豆蛋白即大豆产品所含蛋白质,是植物性的完全蛋白质,绿色安全。本文研究了大豆蛋白对山葡萄酒的澄清作用。确定了大豆蛋白作为山葡萄酒下胶剂的最佳作用条件,即在作用温度:20℃;PH值:3.00条件下,添加0.06%大豆蛋白,以边加边搅拌,每天在振荡器中振荡1h,持续3d,静置,自然澄清的作用方式,使山葡萄酒的澄清度达到89%。并与常规下胶剂明胶进行比较。大豆蛋白比明胶的澄清作用、稳定性更强,口感也更加醇和。