一个快速响应干旱的F-box基因的克隆和表达分析

F-box是Skp1-Cullin1-F-box (SCF)型泛素连接酶E3的重要组成部分,在泛素化介导的蛋白质降解中选择性识别靶蛋白。本文从谷子苗期干旱胁迫条件下构建的转录组文库中克隆到与耐旱早期响应相关的F-box基因,命名SiFBX (GenBank登录号为KC252635.1)。该基因全长510 bp,编码170个氨基酸。蛋白质结构预测表明,该蛋白含有丰富的精氨酸、亮氨酸、丝氨酸,缺少跨膜结构域及信号肽序列。系统进化分析表明,该基因与已报道的EID1和FBW4亲缘关系较近。在该基因上游1.9 kb序列处,预测到启动子的核心序列及与多种逆境胁迫相关的调控序列。荧光定量PCR分析表明,该基因分别在正常干旱、PEG和ABA诱导下,表达量出现显著变化。     

枳2个F-box基因cDNA全长的克隆及其亚细胞定位分析

利用生物信息学方法,以拟南芥TIR1和F-box cDNA序列为模板,对柑橘EST数据库进行同源检索,筛选出柑橘TIR1和F-box基因的cDNA序列,并以枳花cDNA为模板,根据以上cDNA序列设计5'末端和3'末端扩增的特异引物,利用5'RACE和3'RACE技术,分别获得该基因的5'和3'末端,序列拼接后获得枳的TIR1和F-box cDNA全长。分别命名Pt-TIR1和Pt-F-box,大小分别是2 048,1 695 bp,在GenBank的登录号分别是FJ502240和FJ502241,其分别编码569和468个氨基酸全长。生物信息学分析表明,Pt-TIR1和Pt-F-box的cDNA序列中分别有microRNA393和microRNA394的识别位点,其与其他植物的F-box一样有着高度保守的序列即F-box结构域。构建Pt-TIR1和Pt-F-box亚细胞定位载体35S-GW-GFP-FJ502237/FJ502238,基因枪转化洋葱表皮细胞,暗培养24 h后激光共聚焦显微镜下观察。亚细胞定位结果表明Pt-TIR1和Pt-F-box均定位于细胞核中。转录因子Pt-TIR1和Pt-F-box均具有核定位功能。     

谷子CBL基因鉴定及其在干旱、高盐胁迫下的表达分析

CBL/CIPK信号网络系统在植物对逆境应答过程中起重要作用。本文利用生物信息学方法从谷子基因组中鉴定出7个候选CBL基因,命名为SiCBL1~SiCBL7。分析表明谷子CBL基因在蛋白质序列和结构上非常保守,所有预测SiCBL基因都含有7~8个内含子,而且其外显子序列同源性很高并且大部分外显子含有相同的碱基数目。预测SiCBL基因均含有4个EF-Hand功能域而且相邻EF-Hand功能域之间的氨基酸数目非常保守。进化和聚类分析结果表明, CBL基因在陆生植物早期的进化过程中就已经存在,所有CBL基因被分为4个亚组。7个候选SiCBL基因中, 4个基因(SiCBL1、SiCBL2、SiCBL3和SiCBL5)受干旱胁迫诱导表达,3个(SiCBL1、SiCBL3和SiCBL7)受高盐胁迫诱导表达。SiCBL3基因在干旱胁迫下被强烈诱导可能意味着其在干旱应答中起重要作用。本文报道的谷子CBL基因丰富和完善了植物CBL成员, 为进一步研究CBL/CIPK网络系统在抗逆作物谷子逆境响应中的功能、机制奠定了基础。     

谷子bHLH转录因子家族基因鉴定及生物信息学分析

碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)转录因子家族是动植物及微生物中最大的转录家族之一,参与植物生长发育、代谢调控以及应答逆境胁迫.本研究对谷子进行全基因组搜寻,获得bHLH基因家族并研究其理化性质、系统发育、染色体分布、保守结构域以及表达模式.结果表明,从谷子转录组数据库中共鉴定出151个bHLH基因(命名为SibHLH1～...     

谷子苗期对不同程度干旱胁迫的响应及抗旱性评价

以6份谷子材料为研究对象,研究了不同程度干旱胁迫（设水分充足、中度干旱、重度干旱3个处理）对谷子苗期生长及根系形态特征的影响,并进行了抗旱性鉴定。结果表明,谷子在水分充足条件下生长最好,随着干旱胁迫的加强,谷子的株高、顶三叶叶面积、根长、根表面积、根体积、根尖数均呈下降趋势。山西2010在中度干旱和重度干旱胁迫下根冠比增加的幅度均最大,分别为15.95%和25.36%,抗旱性较好。     

谷子Ⅲ型PRX基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫下表达分析

Ⅲ型过氧化物酶(Class Ⅲ peroxidase, PRX)是植物中特有的过氧化物酶家族,在植物生长发育以及非生物胁迫中发挥重要作用。谷子作为C4植物是禾本科抗逆研究的模式植物,然而目前对于谷子中Ⅲ型过氧化物酶家族基因功能鲜有报道。为探究谷子Ⅲ型过氧化物酶基因家族(SitPRXs)在干旱胁迫和ABA诱导下的表达模式,进行了全基因组表达分析。本研究利用生物信息学方法在谷子全基因组中鉴定出132个Ⅲ型PRX基因家族成员,并根据其在染色体上位置顺序依次命名为SitPRX1～SitPRX132。通过对谷子、拟南芥和水稻的系统进化分析将其分为5个亚家族,基因结构和保守基序分析表明同一亚家族具有较高的保守性。基因复制分析显示, 17个SitPRX基因(13%)存在片段复制,78个SitPRX基因(59%)存在串联复制,串联复制事件在SitPRX基因扩增中起重要作用。谷子与拟南芥、水稻和玉米的物种间同源性分析显示谷子中大多数SitPRXs是在双子叶植物和单子叶植物分化后形成的。转录组分析显示, SitPRX基因家族成员在谷子幼苗、根、茎、叶以及圆锥花序中表达存在差异。启动子顺式作用元件分析显示,...     

外源亚精胺对干旱胁迫下谷子幼苗光合作用及碳水化合物积累的影响

以干旱敏感的谷子品种‘狼尾巴’为试验材料,在营养液栽培模式下,采用20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱,研究了外源亚精胺(Spd)对干旱胁迫下谷子幼苗光合特性、碳水化合物积累以及蔗糖、淀粉合成关键酶活性的影响。结果表明,干旱胁迫显著降低了谷子幼苗光合作用和碳水化合物积累,抑制植株的发育,而外源Spd处理能在一定程度上逆转这种效果,0.1mmol/L亚精胺处理后,谷子幼苗光合参数、叶绿素荧光参数均比干旱胁迫处理显著升高,同时蔗糖磷酸合成酶、淀粉合成酶等酶活性升高,并最终促进了蔗糖、可溶性总糖以及淀粉等破水化合物的积累,缓解了干旱胁迫对谷子幼苗生长发育的抑制。以上结果表明,干旱胁迫下,外源Spd能缓解叶片气孔的关闭,促进植株对CO2的吸收,提高植物的光合作用和碳水化合物积累能力,并最终提高了谷子幼苗的抗旱性。     

谷子角质合成基因对干旱胁迫的响应

干旱是影响谷子产量的重要因素,以抗旱性强的谷子品种赤谷16（M79）及其母本赤谷10号（E1）,父本承谷8号（H1）作为研究材料,采用苗期自然干旱处理并设置对照,在干旱处理第6天（土壤水分含量约为20%）时取叶片进行转录组测序。用ExPASY分析基因的理化性质,GSDS 2.0分析基因结构,MAGA 7.0构建系统进化树,TMHMM Server v. 2.0预测跨膜结构域,SOPMA预测蛋白的二级结构。结果显示8个谷子角质合成基因编码的蛋白均为亲水性蛋白,且均为酸性;经干旱胁迫处理之后,M79、E1和H1中8个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.8G128800和Seita.7G197000表达明显上调;8个基因中有4个基因与玉米的基因具有同源性,有3个基因与水稻的基因具有同源性,编码蛋白部分有跨膜结构域。角质合成基因在谷子响应干旱胁迫过程中发挥作用,其调控机理较为复杂。本研究的结果为进一步探讨谷子角质与抗旱的关系提供了一定理论依据。     

不同基因型谷子品种(系)对干旱胁迫的响应及抗旱性评价

旨在为旱区谷子生产及抗旱育种提供理论依据。以10个谷子品种(系)为研究对象,采用管栽试验,研究了干旱胁迫对不同基因型谷子生长及产量相关性状的影响。结果表明,在干旱胁迫条件下,参试的10个谷子品种(系),叶绿素含量下降的幅度为4.90%~33.11%,株高降低的幅度为9.56%~30.93%,穗长减小的幅度为5.58%~30.90%,穗粗减小的幅度为3.42%~16.34%,单穗重降低的幅度为7.30%~45.71%,单穗粒重降低的幅度为11.83%~54.72%,出谷率降低的幅度为4.89%~16.60%。抗旱性评价结果表明,‘冀谷31’、‘沧谷5号’、‘冀谷19’等3个品种的抗旱性较好。     

谷子糖转运蛋白基因SiSTPs的鉴定及其参与谷子抗逆胁迫响应的研究

糖转运蛋白(sugar transporter proteins,STPs)是一类主要转运己糖的单糖转运蛋白,在作物的生长发育和抗逆过程中发挥着重要作用。谷子是绿色旱作农业的主栽作物,也是C₄光合作用机理和禾本科抗逆基因挖掘的模式植物,目前有关谷子STP基因功能的研究还鲜有报道。因此,本研究利用生物信息学方法,对包括谷子在内的6种禾本科作物的STPs基因进行全基因组鉴定,重点对谷子SiSTPs基因的理化性质、染色体定位、系统进化、基因结构、保守结构域、组织表达模式,并对其参与谷子干旱和低磷胁迫以及白发病抗性响应进行了深入分析。在谷子、狗尾草、高粱、玉米、小麦和水稻中分别鉴定出STP基因家族成员24、26、23、22、33和27个,系统进化分析聚为4类。谷子的24个SiSTP基因不均匀的分布在7条染色体上,其编码氨基酸的大小为499～581 aa,这些SiSTP蛋白都具有Sugar_tr (PF00083)保守结构域,并且在启动子区存在大量的光响应以及逆境响应元件,分析发现谷子SiSTPs基因在进化过程中受到了强烈的纯化选择压力,存在明显的组织表...     

干旱胁迫对不同基因型夏谷芽期的影响

用不同浓度的PEG-6000模拟干旱处理14个夏谷品种,统计相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数及相对芽长、根长。结果表明,除5%PEG处理外,PEG处理对14个品种夏谷的萌发均有抑制作用,但抑制程度不同。根据所有指标的隶属函数值将14个品种分为4个级别,200152和200131为强抗旱品种,安06-6082、郑06-3、沧344、济0404、济0515、06766-7和长生08为较抗旱品种,安04-4783、206058、沧555和冀谷19为弱抗旱品种,冀谷31为不抗旱品种。     

腐植酸对干旱胁迫下谷子幼苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响

为探讨腐植酸（HA）对干旱胁迫下谷子抗氧化系统的调节机制,以晋谷21号和张杂10号为材料,采用浸种法研究了不同浓度腐植酸（0、50、100、200、300mg/L）对干旱胁迫下谷子幼苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环的影响。结果显示,100和200mg/L腐植酸处理显著提高了干旱胁迫下谷子幼苗叶片抗坏血酸过氧化物酶（APX）和脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）的活性,促进了抗氧化物质AsA和GSH的再生,使AsA/DHA和GSH/GSSH值增加,有效缓解了活性氧的积累。研究表明,腐植酸可通过提高AsA-GSH循环相关酶活性及抗氧化物质含量,缓解干旱胁迫对谷子幼苗造成的氧化损伤,从而提高谷子的抗旱性。     

谷子DnaJ蛋白基因的克隆

DnaJ蛋白是近年研究较多的同热激等胁迫反应相关的基因。本研究用0.8%NaCl胁迫下的谷子幼苗提取RNA,用反转录酶M-MLV扩增得到第一链cDNA,再以第一链cDNA为模板进行PCR扩增,克隆获得了完整的谷子DnaJ蛋白基因,该基因cDNA全长1 260 bp,编码419个氨基酸,具有DnaJ蛋白分子伴侣系统的3个保守结构域。将谷子DnaJ蛋白基因构建入表达载体pGFP,获得了谷子DnaJ基因的表达载体。该基因的克隆和表达载体构建,为谷子DnaJ蛋白基因的功能分析以及谷子耐热抗旱机理研究有重要意义。     

谷子PP2C基因家族的特性

PP2Cs (2C type protein phosphatases)是一种单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号传导途径中起着重要的调控作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出80个PP2C候选基因,聚类分析将其分为12个亚族(A、B、C、D、E1、E2、F1、F2、G、H、I、J)。与拟南芥PP2C基因家族比对表明,A~I为2个物种共有的亚族,J亚族只存在于谷子基因组中,L亚族只存在于拟南芥中。将谷子A亚族的10个成员命名为SiPP2CA1-10。基因表达谱分析表明,A亚族基因不同程度受ABA、干旱、高盐、低温和低氮诱导表达,其中,SiPP2CA6、SiPP2CA8在5种处理下诱导表达量都高。对10个A亚族成员的启动子分析发现,在这些基因的启动子序列中含有多种参与逆境胁迫应答的顺式作用元件,其中,SiPP2CA5、SiPP2CA6、SiPP2CA7、SiPP2CA8的启动子中含有参与低氮胁迫响应的元件。进一步研究发现,SiPP2CA8主要在根部表达,且在低氮胁迫下一直有较高的表达水平。亚细胞定位结果显示SiPP2CA8定位在细胞膜、细胞质、细胞核中;双分子荧光互补试验(BiFC)结果表明,SiPP2CA8与一个ABA受体类似蛋白SiRCAR3(基因号Si018317m.g)在细胞膜、细胞质及细胞核上互作,表明SiPP2CA8在谷子中可能参与ABA信号传导过程。     

谷子体细胞无性系变异及其在育种上的应用

本研究对谷子(Setaria italica Beauv.)7个品种的体细胞无性系性状变异和遗传进行了分析. 结果表明: 以R2株系为计算单位的谷子体细胞无性系农艺性状变异频率平均为13.0%, 不同基因型的变幅为4.3%～32.9%; 变异涉及株高、抽穗期、穗粒重、出谷率、育性、抗病性、米色等多个性状; R1代表现半不育的植株, 其R2代出现变异的机率     

谷子高度雄性不育基因在常规品种选育中的应用

采用携带有隐性核不育基因，不育率为１００％、不育度为９５％的谷子高度雄性不育系与优良恢复系品种测配，根据育种目标，选择优良的杂种Ｆ１继续种植，从Ｆ２育性分离的群体中选择优良不育株，利用其不育基因改谷子自花授粉为异花授粉，进行谷子品种间复合杂交及不同轮回选择群体育种，选育出６个品种和一批具有优异特性的不同世代材料。