MebZIP9转录因子的表达定位及转录激活活性分析

木薯作为一种重要的粮食作物,其产量和品质经常遭受到各种环境胁迫的影响。因此,通过研究木薯中可能参与抗病抗逆的相关基因,可对木薯的抗胁迫研究提供一定帮助。碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,b ZIP)转录因子家族早已被鉴定出在植物的许多方面都起着重要的作用,但迄今为止,有关于木薯b ZIP转录因子研究的相关报道仍然非常少。本研究以木薯华南124号为材料,克隆了木薯b ZIP9转录因子的基因序列。荧光定量分析表明,细菌鞭毛蛋白及其N端一个保守的22个氨基酸的多肽(22 amino acids flagellin peptide,Flg22)、木薯细菌性枯萎病菌(Xanthomonas axonopodis pv.Manihotis)、水杨酸(salicylic acid,SA)和过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)的处理都可诱导该基因的表达。亚细胞定位的结果表明MebZIP9蛋白定位于细胞核上。此外,酵母体内的转录激活活性分析的实验结果表明MebZIP9转录因子在酵母体内具有转录激活活性。以上研究结果为研究MebZIP9转录因子在木薯应答胁迫下的功能提供了一定的技术帮助。     

小麦转录因子基因TaNF-YB2;1表达特征及遗传转化对植株抵御干旱和盐分逆境能力的影响

NF-YB型转录因子在介导植物抵御非生物逆境中发挥着重要作用。为揭示小麦该家族成员Ta NF-YB2;1在干旱和盐分逆境下的表达特征及超表达Ta NF-YB2;1对植株抵御上述逆境能力的影响。利用半定量RT-PCR技术,研究Ta NF-YB2;1的表达特征,采用农杆菌介导的遗传转化技术,建立了超表达Ta NF-YB2;1的转基因烟草植株。结果表明,Ta NF-YB2;1 c DNA全长序列为958 bp,编码163个氨基酸残基。在24 h PEG模拟干旱和盐分处理条件下,Ta NF-YB2;1的转录本数量明显上调。正常培养下,与野生型植株相比,转基因植株的生长和干物质积累量未发生改变;但在干旱和盐分处理下,转基因株系植株的生长较野生型植株明显改善,表现为植株个体体积增大,单株干物质积累量增多。因此,Ta NF-YB2;1的表达受到干旱和盐分逆境的明显诱导,通过对干旱和盐分逆境应答,该基因在介导植株抵御上述环境逆境中发挥着重要功能。     

胡杨核转录因子PeNF-YB1克隆及其干旱响应表达

为阐明木本植物中核转录Y因子B亚基蛋白(NF-YB)及其编码基因在抗旱转录调控中的机制,运用生物信息学知识和方法,采用PCR克隆技术,以模式树种毛果杨基因组核转录Y因子B亚基蛋白同源序列为参考,从胡杨叶组织基因组材料中反转录获取了核酸长度为543 bp的目标基因PeNF-YB1。该基因编码的蛋白具有螺旋-环-螺旋二级结构,含有NF-YB蛋白保守结构域和功能氨基酸,不含核定位信号肽;GFP亚细胞定位表明该基因在核中表达;PEG6000溶液干旱胁迫下,该基因表达具有早期上调、延后转为下调的响应变化。研究认为克隆的PeNF-YB1是植物NF-YB亚基基因家族成员,并在干旱早期响应过程中起转录表达作用。研究结果不仅说明了NF-YB转录因子在木本植物中的抗旱作用,也为树木抗旱调控机制的阐明提供了重要参考。     

紫花苜蓿转录因子MsNF-YB4的克隆及其耐盐作用的评价

核因子Y的B亚基(NF-YB)可以在植物的生长、发育和抗逆响应中调节多种基因的表达,在植物的各种生理活动中发挥重要作用。紫花苜蓿是重要的牧草,具有较强的抗逆能力。本研究从紫花苜蓿中克隆了一个NF-YB基因,即MsNF-YB4(Gen Bank登录号为KX966286)。该基因的开放阅读框长度为405 bp,编码134个氨基酸残基。经过比对发现,该基因与蒺藜苜蓿的NF-YB4(Mt NF-YB4)在m RNA的编码区内同源性为92%,而在蛋白水平上的同源性为94%。通过比对分析,发现MsNF-YB4含有典型的NF-YB转录因子保守结构域。我们通过qPCR的方法对MsNF-YB4基因的表达模式进行了分析,结果发现,在盐碱和干旱胁迫下,根瘤和根中的表达量显著上调,暗示该基因在盐碱和干旱胁迫的响应中发挥作用。我们构建了植物表达载体pCBC-MsNF-YB4,并通过农杆菌介导法获得了过量表达MsNF-YB4基因的转基因烟草。对T1代转基因烟草的耐盐性测试结果表明,MsNF-YB4基因的表达提高了转基因烟草的耐盐性,转基因烟草幼苗可以在含有1.4%Na Cl的培养基上生长。这些结果表明,MsNF-YB4在紫花苜蓿的盐胁迫响应中发挥重要作用。     

木薯MYB转录因子基因MeMYB60表达特征分析及其互作蛋白筛选

Myeloblastosis (MYB)类转录因子在植物对非生物胁迫的响应过程中起重要调控作用。本研究在分析栽培木薯MYB家族成员表达模式的基础上,筛选并克隆到了一个R2R3-MYB转录因子基因MeMYB60。基因表达特性分析表明,该基因在叶片特异表达,受干旱、低温负调控,同时对ABA处理也有响应。启动子活性分析发现,MeMYB60可以在保卫细胞表达,预示着该转录因子基因的表达可能与木薯气孔开闭调节有关。MeMYB60编码蛋白主要定位于细胞核中,具有转录激活活性,其转录激活结构域在蛋白C端第194～343氨基酸残基范围内。以MeMYB60蛋白N端第1～194氨基酸残基片段为诱饵,从干旱胁迫后木薯叶片的cDNA文库中筛选到18种可能与MeMYB60互作的蛋白,酵母双杂确定了MeCatlase1和MeCatalase2分别与MeMYB60存在互作关系。本研究为深入研究转录因子MeMYB60在木薯响应非生物胁迫过程中的功能并解析其调控网络奠定了基础。     

R2R3-MYB转录因子GmMYB184调节大豆异黄酮合成

异黄酮是一类主要含在豆科植物中的次生代谢物, 在植物防御体系中发挥重要作用, 并与人类健康密切相关。大豆异黄酮含量受多基因和复杂代谢网络控制, 调控代谢途径上的结构基因不能显著改变大豆异黄酮含量, 与异黄酮代谢途径相关的转录因子的鉴定和应用可能会有效解决这个问题。本研究克隆了一个与大豆异黄酮合成相关的R2R3类型MYB转录因子GmMYB184, 并进行了初步的功能验证。亚细胞定位研究结果表明GmMYB184转录因子定位于细胞核。组织表达分析结果表明该转录因子基因与IFS2 (异黄酮合酶2编码基因)的表达模式相同。同时, GmMYB184和IFS2的表达模式与异黄酮的积累模式相似。谷胱甘肽诱导表达分析表明该转录因子基因与IFS2共同被诱导, 说明这两个基因可能参与同一或相似的生物过程。采用双荧光素酶报告系统分析其对异黄酮合成途径关键基因的转录激活活性影响, 发现GmMYB184能够促进IFS2和CHS8启动子表达活性分别提高5倍和7倍。最后, 通过发根农杆菌介导的遗传转化系统, 找到该转录因子在异黄酮合成调控中的直接作用证据。沉默GmMYB184导致大豆毛状根异黄酮含量的显著下降。但是, 过表达GmMYB184不足以显著提高毛状根中异黄酮的含量。总之, 本研究为大豆异黄酮合成分子机制探索及大豆异黄酮品质改良提供了理论依据。     

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。     

转化同源Golden Like转录因子提高番茄品质的研究

Golden like(GLK)转录因子在植物叶片和果实叶绿体发育及形成过程中具有重要的调控作用。本研究以转化GLK1和GLK2基因的栽培番茄Solanum lycopersicum(加工番茄M82)为研究材料,检测转基因材料果实中叶绿素含量以及调控叶绿体形成相关转录因子在果实不同发育时期的表达分析。结果表明,过表达转录因子GLK1和GLK2均能够明显提高果实中叶绿素含量3~8倍,并且与叶绿素合成相关转录因子的表达与叶绿素含量呈正相关,在一定程度上提高可溶性固形物的含量。同时从转基因GLK1共抑制植株叶片的表型中,证明GLK1转录因子对叶片中叶绿体的形成具有明显的调控作用。因此,GLKs转录因子通过调控叶绿素的合成,对提高番茄果实的品质有重要作用。     

小麦TaNF-YB6基因亚细胞定位和非生物胁迫表达分析

本研究以小麦山融3号为材料,克隆出基因Ta NF-YB6,其全长为435 bp,预测该基因编码蛋白分子量为16.06 k D,等电点为8.48。生物信息学分析显示,该基因与其他植物中NF-YB家族成员具有较高同源性,其中与一粒小麦Tm NF-YB5同源性最高,为74.15%。亚细胞定位结果显示,该基因编码蛋白在细胞膜和细胞核中均有分布。利用Real-time PCR对该基因在多种非生物胁迫下进行表达分析,结果表明:该基因不受Na Cl的诱导,但受PEG6000、Me JA、SA和ABA的诱导,并表现出不同的表达模式,可能在小麦抵御多种非生物胁迫过程中发挥作用。下游胁迫响应基因表达量检测显示,该基因可能在ABA依赖和ABA不依赖两条非生物胁迫响应途径中发挥作用,尤其在与RD20相关途径中发挥重要作用。     

橡胶树胶孢炭疽菌效应蛋白基因CgE35对孢子产量的影响

橡胶树炭疽病是橡胶树的重要真菌病害之一,主要由胶孢炭疽菌引起。效应蛋白是病原菌侵染植物的重要致病因子,在寄主与病原菌的相互识别中发挥重要作用。为了进一步阐明橡胶树炭疽菌的致病机理,课题组前期对橡胶树胶孢炭疽菌的效应蛋白在基因组水平上进行了预测,其中一个编码候选效应蛋白的基因被命名为CgE35。本研究对CgE35基因进行了扩增,并对其所编码的效应蛋白CgE35进行了生物信息学的分析,分析结果表明,该基因编码一条由200个氨基酸组成的多肽,分子质量约为21.7 kD,其氨基段含有一段由24个氨基酸组成的典型信号肽序列,且该蛋白不含任何跨膜结构域和已知的保守结构域。为了进一步研究该基因的功能,我们根据同源重组原理,构建了 CgE35基因的敲除载体pCB1532-CgE35,通过PEG介导的原生质体转化法将其转入胶孢炭疽菌原生质体细胞中进行同源交换,经过对转化子进行抗性筛选和分子鉴定,获得CgE35基因的敲除突变体ACgE35,并对其孢子产量和菌落生长情况进行分析,发现胶孢炭疽菌CgE35基因的敲除突变体ACgE35的孢子产量明显低于野生型菌株,而二者的菌落生长情况没有差异。以上结果表明,橡胶树胶孢炭疽菌CgE35基因编码一个未知功能的分泌蛋白,该基因与胶孢炭疽菌的产孢能力有关,但与其菌丝的生长关系不大。本研究结果为阐明胶孢炭疽菌的致病机理,建立新型橡胶树炭疽病防控策略提供理论依据。     

橡胶树Ago蛋白基因家族分析

Ago蛋白基因家族成员与不同的小RNA结合,广泛参与细胞的生长发育及抵抗外源DNA的入侵。对Ago蛋白基因家族成员的研究有利于进一步了解各成员的功能,同时有助研究小RNA的功能。橡胶树的Ago蛋白基因家族及小RNA的研究均较少,为了弄清楚橡胶树Ago蛋白基因家族成员情况及其初步功能,本研究对橡胶树(Hevea brasiliensis)所有蛋白质序列进行了分析。用HMMER及BLAST等软件分析发现橡胶树有18个Ago蛋白,这些Ago蛋白进行分类及理化性质分析,发现其可分为3类,大多数Ago蛋白定位于细胞核,蛋白序列长度在577 aa至1 237 aa氨基酸之间,等电点在8.66至9.47间。通过qPCR技术研究橡胶树Ago蛋白的表达,发现18个Ago蛋白在不同叶龄间有差异,在白粉病菌对橡胶树进行感染处理后各Ago蛋白的表达也有差异,说明不同的Ago蛋白参与了不同的生理过程。这些结果为进一步研究各Ago蛋白在橡胶树的生长发育及抗病抗逆过程中的功能提供了理论依据。     

菠萝蜜锈病分级标准及田间病害调查

海南省是菠萝蜜的重要产区之一。自2016年起对海南省11个菠萝蜜规模化种植地区的果园进行了菠萝蜜锈病普查,对发病较严重的5个市县进行了连续两年的固定点监测。结果表明:万宁、定安、澄迈、琼海等地的菠萝蜜锈病发病率极显著高于其他地区;除琼海外,其它市县菠萝蜜果锈病发病率4～6月的均高于9～11月;发病率最高的是2017年五指山,达20.00%,最低的是2018年澄迈,为9.33%;病情指数方面五个监测点2017年均大于2018年。单苞和单果锈病严重度均为5级。综上,4～6月是菠萝蜜锈病发病的高峰期;综合两年比较,各地区的平均发病率与平均病情指数均有所下降,病果数量也在下降。通过提出锈病分级标准,为明确锈病害发生规律,提高防治水平提供参考依据。     

白木香倍半萜合酶基因AsVS的克隆与表达分析

法尼基焦磷酸(farnesyl diphosphate, FPP)是植物萜类化合物合成途径的重要前体之一,经不同的酶催化可形成各类萜类化合物,Vetispiradiene合酶可催化FPP形成Solavetivone和Lubimin的前体Vetispiradiene。本研究利用白木香转录组数据,首次克隆了编码白木香Vetispiradiene合酶的基因(命名为As VS, Genbank登录号为MH378283),AsVS基因序列全长为1 632 bp,编码543个氨基酸,该氨基酸序列与马来沉香倍半萜合酶聚类于同一分支,具有较近的亲缘关系,该蛋白植物倍半萜的保守性结构域DDXXD,NST/DTE和R(R)X8W,相对分子量为62.73 kD,理论等电点为5.51,包含40个磷酸化位点;二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主;不含跨膜结构域。RT-qPCR分析结果表明AsVS基因在结香剂处理过程中于白木香茎干样品中持续上调表达,其第6天及第9天的表达量分别为对照处理的2.36和5.02倍。此结果为进一步研究As VS基因在白木香萜类化合物的合成及沉香致香成分富集中的功能提供了理论基础。     

木薯叶片及根际土水浸液对花生发芽的化感效应

采用室内培养法研究了木薯叶片及根际土水浸液对花生种子萌发和幼苗生长的化感效应。结果表明:与对照比较,1)3种浓度木薯根际土水浸液对花生种子的发芽率、发芽指数、活力指数和综合效应均有不同程度的促进作用,浓度越高促进效果越明显,当浓度为10mg/mL时,花生种子的发芽率与对照之间达到显著水平,发芽指数和活力指数与对照达到极显著水平,当浓度为20mg/mL时,花生种子的芽长和根长显著高于对照。2)3种浓度木薯叶片水浸液对花生种子的发芽率、发芽指数、活力指数、芽长和根长均起到抑制作用,但与对照均无显著差异。3)叶片水浸液和根际土水浸液处理对5个花生发芽指标平均效应的影响,以活力指数的平均效应最强。     

菠萝AcSAP转录因子对非生物胁迫和生物胁迫的应答响应

STERILE APETALA (SAP)是调节花序、花和胚珠发育,调控分生组织细胞的增殖和器官大小的多功能基因。本研究利用生物信息学的方法对菠萝SAP转录因子进行序列分析,并通过qRT-PCR技术研究了非生物胁迫和生物胁迫对菠萝SAP基因表达的影响。结果表明,菠萝SAP蛋白为稳定疏水酸性蛋白且含有3个WD40重复区域,蛋白质二级结构显示,菠萝SAP蛋白主要结构元件为延伸链和无规则卷曲;qRT-PCR分析显示,逆境胁迫下,AcSAP的表达量与对照差异显著。在H2O2、NaCl、SA、ABA、Eth、低温(4℃)和病菌侵染胁迫下,AcSAP的表达量显著升高。研究表明,逆境胁迫能使AcSAP基因的表达受到影响,进而直接或间接影响植物生长发育,为今后菠萝的抗逆研究和分子育种提供了理论依据。     

香蕉BADH基因序列及表达特性分析

甜菜碱醛脱氢酶(BADH)是植物体内甜菜碱合成过程中的关键酶,对植物抵御逆境具有重要作用。为研究香蕉BADH基因序列及表达特性,本研究利用香蕉基因数据库对香蕉BADH基因序列及蛋白序列进行生物学信息分析,采用qTR-PCR技术对香蕉幼苗中BADH基因进行表达分析。结果表明:MaBADH基因属单克隆基因,含有15个外显子,14个内含子;顺式调控元件预测显示在MaBADH启动子区域存在15种激素和逆境胁迫相关的顺式调控元件;蛋白结构域和功能分析有一个甜菜碱醛脱氢酶结构域具有氧化还原酶活性;亚细胞定位在叶绿体中,多重序列比对发现其具有N-端信号肽和C-端信号肽两种信号肽;系统进化树显示其与水稻、玉米、菠萝亲缘关系最近。基因表达分析发现MaBADH具有组织特异表达特性,在叶片中相对表达量最高,假茎次之,根最低;此外,茉莉酸甲酯能够诱导香蕉幼苗根和叶中MaBADH差异表达,其中对叶片的诱导能力更强。本研究为激素信号调控甜菜碱分子保护机制和利用基因工程提高香蕉抗逆性提供了参考依据。     

香蕉皮多酚和多糖的提取工艺及其抗氧化性

国内外研究表示,香蕉皮作为农业生产中的废弃物,富含多种活性成分,具有良好的抗氧化性,其中多糖和多酚的含量相对较高。为将其废物资源化利用,文章对香蕉皮多糖和多酚的抗氧化能力和提取工艺进行了归纳与总结,通过对比这两种物质的提取方法、提取时间、提取率和提取物的性质,确定超声辅助提取法为提取的较优方法。抗氧化能力的研究内容包括多酚在油脂、自由基、亚硝酸盐等七种体系中的作用效果,以及在Fe2+--Vc体系诱导下的线粒体脂质抗氧化的特点,多糖对人乳腺癌MCF_7细胞的增殖有明显抑制作用,可降低动、植物两种不同油脂的氧化,且在体外对自由基有清除能力。研究明确了香蕉皮多糖和多酚在医疗保健、化妆品、食品等领域的潜在应用。     

芒果MinSPS1基因的克隆及表达载体的构建

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)既是调控蔗糖合成的关键酶又是限速酶,为了研究其在芒果果实中蔗糖合成的作用机理,本研究从芒果果肉中克隆得到一个与蔗糖合成相关的基因,将其命名为MinSPS1,其cDNA全长序列为3 344 bp,开放阅读框为3 168 bp,编码1 055个氨基酸,蛋白质分子量为118.13 k D,等电点为6.08,对MinSPS1基因编码的蛋白进行系统发育分析,发现其与柑橘具有较近的亲缘关系。采用qRT-PCR对该基因在后熟处理的贵妃芒果肉中的表达量进行分析,结果显示在完熟期贵妃芒果肉中表达量较高,而在青熟期表达量较低。本研究为深入了解芒果蔗糖合成的分子机理,进一步构建了p CAMBIA1301-MiSPS1过表达载体,为MinSPS1的功能鉴定提供理论依据。     

剑麻悬浮细胞体系的建立

为了获取良好的剑麻悬浮细胞体系,以剑麻无菌幼苗嫩叶为诱导材料,对剑麻胚性愈伤组织的获得,建立细胞悬浮系和影响悬浮细胞增殖的主要影响因子进行了探讨。结果表明:幼叶在培养基为MS+2.0 mg/L 2,4-D+1.0 mg/L 6-BA上诱导的愈伤组织,经1～2次继代培养后获得了颗粒状、浅黄色的胚性愈伤组织;接种于液体培养基接种量为2 g (鲜重),继代周期为7 d,经4～5次继代震荡培养建立了细胞悬浮系,细胞生长符合"S"型曲线,细胞浓度可达6.1×105～4.6×106个/m L以上;在悬浮细胞生长前期,pH值明显下降,在细胞对数生长期,pH值略有升高,并趋于平缓;最适宜的细胞悬浮培养基为(MS+1.5 mg/L 2,4-D+4.0 mg/L6-BA+350 mg/L水解酪蛋白, 30 g/L蔗糖, pH值为5.8)。通过建立剑麻悬浮细胞培养体系的方法,为进一步应用于剑麻悬浮细胞转化体系和多倍体育种等研究。