盐碱胁迫下水稻促生菌的筛选

水稻在生长过程中常受到各类非生物胁迫的影响,例如土壤盐碱化、干旱等,进而导致水稻大量减产。为促进盐碱胁迫下植物的生长,从黑龙江省安达盐碱地植物根际土壤中分离得到了6株植物根际促生菌（PGPR）,并对其促生作用进行初步研究。结果表明,分离到的6株植物根际促生菌能够显著促进拟南芥、水稻和玉米在盐碱条件下的生长,使生物量大幅提高。这些PGPR均属于芽孢杆菌属（Bacillus）,有良好的抗逆性,其分泌的促生物质不尽相同,说明这些根际促生菌具有不同的促生机制。     

促生细菌挥发性有机物调控根部质膜H+-ATPase 活性提高植物耐碱胁迫能力

根际促生细菌的挥发性有机化合物（VOCs）可以促进植物生长并提高植物对盐、旱和病菌的抵抗力。分析了芽孢杆菌PDR1产生的VOCs对拟南芥耐碱胁迫能力的影响及其生理机制。在芽孢杆菌PDR1存在或不存在的条件下,对拟南芥进行培养;检测对照和碱胁迫条件下拟南芥根部的各种离子含量;用pH指示剂（溴甲酚紫）和pH计检测拟南芥的根际酸化能力;检测拟南芥根部质膜H⁺-ATPase活性。结果显示,芽孢杆菌PDR1的VOCs改善了同一空间中碱胁迫下拟南芥的根长和根部离子平衡;来自芽孢杆菌PDR1的VOCs增强了拟南芥根中质膜H⁺-ATPase的活性,并提高了拟南芥植物的根际酸化能力。研究结果将促进对芽孢杆菌调节拟南芥生长和抗逆性机制的理解,并为其在农业生产和生态保护中的广泛应用奠定基础。     

拟南芥高迁移率族蛋白B族基因At2G34450的表达及功能鉴定(摘要)(英文)

[目的]研究高等真核生物细胞核中的高迁移率族蛋白B(HMGB)在植物胁迫反应的转录调控中的作用方式。[方法]克隆了拟南芥中编码HMGB蛋白的基因At2G33450,将其分别转化拟南芥并筛选出超表达的转基因植株,检测干旱、高盐等非生物胁迫对转基因拟南芥的影响。[结果]在盐或干旱胁迫下,过度表达At2G33450的转基因拟南芥与野生型相比,出现萌发及生长迟缓现象。[结论]HMGB蛋白家族中的At2G33450蛋白对各种胁迫条件下拟南芥的生长发育具有重要作用。     

大蒜己糖激酶基因AsHXK2的克隆及其参与根际促生菌缓解干旱胁迫的表达分析

为明确AsHXK2基因在根际促生菌缓解干旱胁迫下的作用,采用TA克隆方法克隆得到乐都紫皮大蒜AsHXK2基因序列,并对其基本特性进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析了AsHXK2基因在大蒜不同组织和干旱胁迫、根际促生菌等条件下的表达情况。结果表明,AsHXK2开放阅读框全长1 500 bp,可编码499个氨基酸,分子量约为57.77 ku,理论等电点为6.37;亚细胞定位预测结果显示,AsHXK2蛋白主要定位于叶绿体,含有一个特异位点,属于己糖激酶2家族。在进化关系上,大蒜AsHXK2与天门冬科的芦笋HXK2亲缘关系最为接近。qRT-PCR分析表明,AsHXK2基因表达具有明显的组织特异性,其中鳞芽中的表达量最高。此外,不同组织中AsHXK2对根际促生菌作用下的干旱胁迫表现出不同的响应模式。干旱胁迫能够显著上调大蒜根、叶和鳞芽的AsHXK2表达水平;而在干旱胁迫施加根际促生菌的处理下,仅在叶中AsHXK2表达量显著高于干旱胁迫,表明叶片中AsHXK2对根际促生菌缓解干旱胁迫的响应较为明显。本研究为进一步探究根际促生菌缓解大蒜干旱胁迫的作用机制奠定了基础。     

拟南芥高迁移率族蛋白B族基因At2G34450的表达及功能鉴定

[目的]研究高等真核生物细胞核中的高迁移率族蛋白B（HMGB）在植物胁迫反应的转录调控中的作用方式。[方法]克隆了拟南芥中编码HMGB蛋白的基因At2G33450,将其转化拟南芥并筛选出超表达的转基因植株,检测干旱、高盐等非生物胁迫对转基因拟南芥的影响。[结果]在盐或干旱胁迫下,过度表达At2G33450的转基因拟南芥与野生型相比,出现萌发及生长迟缓现象。[结论]HMGB蛋白家族中的At2G33450蛋白对各种胁迫条件下拟南芥的生长发育具有重要作用。     

lncRNA 基因At3NC026490 启动子克隆与功能分析

lncRNAs是一类长度大于200 nt的非编码RNA,它们通过调控基因表达或直接影响蛋白功能,在植物生长发育与胁迫响应过程中发挥重要作用。At3NC026490是拟南芥中的一个lncRNA,目前尚未见该lncRNA功能方面的报道。从启动子角度对At3NC026490的功能进行探索,首先利用生物信息学手段分析At3NC026490启动子的特性,发现该启动子具有响应光、激素、胁迫等作用元件;随后构建At3NC026490启动子驱动GUS基因的表达载体并转入拟南芥中;GUS染色分析表明转基因株系的根、幼苗、叶等营养组织以及花器官的花瓣具有明显的GUS表型,而在不同发育时期的种子中并未观察到GUS表型,说明该启动子具有典型的组织驱动特性,表明At3NC026490基因可能在应答光、激素、胁迫刺激以及特定组织中发挥作用,该研究为后期深入阐释lncRNA的功能提供了重要信息和研究思路。     

植物促生根际菌减轻农作物盐胁迫研究进展

盐胁迫降低许多农作物生长和产量。植物促生根际菌通过多种途径减轻盐胁迫对植物的不利影响,主要包括根际细菌接种植物有较好的根苗生长、营养吸收、叶绿素含量和抗病力,根际细菌通过产生植物激素和1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶、促进植物根际养分循环和对植物病原微生物的控制赋予植物对胁迫不同程度的耐受,根际细菌通过提高植物渗透调节物质的积累、增加K+浓度和维持高K~+/Na~+比减轻盐胁迫。     

铝胁迫诱导的植物有机酸分泌研究进展

酸性土壤中离子态铝对植物具有毒害作用,是植物生长的主要限制因子。铝胁迫下植物通过根分泌有机酸螯合根际活性铝是其主要外部抗铝胁迫方式。本文综述了铝胁迫下有机酸代谢相关酶活性及其基因表达特征、阴离子通道蛋白及其编码基因特性等对有机酸分泌的影响、蛋白质可逆磷酸化对铝胁迫下阴离子通道活性的调控作用及IAA在铝胁迫下植物有机酸分泌调控中的作用等研究进展,以期能够为铝胁迫诱导有机酸分泌信号转导途径研究提供理论参考,并通过本文认为:丝裂原活化蛋白激酶在铝胁迫下IAA信号调控的阴离子通道有机酸分泌中的作用研究将成为铝胁迫诱导有机酸分泌信号调控机理的研究方向之一。     

人参Defensin基因表达载体构建及对锈病抗性分析

通过人参Defensin基因在拟南芥中的过表达,研究其在人参锈病菌胁迫过程中的抗性作用。采用RT-PCR技术克隆人参Defensin基因,其全长为240 bp,编码80个氨基酸,预测其蛋白分子量为12.091 1 ku。通过农杆菌介导浸花法将人参Defensin基因转到拟南芥中,经过抗性筛选及分子鉴定获得转基因拟南芥。以野生型拟南芥作对照,分析植株对锈病菌的抗性作用。结果表明:经锈病菌胁迫5 d,转基因拟南芥的生长状态明显优于野生型拟南芥,Defensin基因在转基因拟南芥中的表达量极显著高于野生型对照。人参Defensin基因对人参锈病菌具有一定的抗性作用。     

长链非编码 RNA 在园艺植物中的研究进展

长链非编码 RNA（Long non-coding RNA,lncRNA）是广泛存在于植物基因组中的一种 RNA,其在植物多种调控过程中起着至关重要的作用。lncRNA 是指核苷酸长度大于 200 nt 且不具备或几乎不具备蛋白编码能力的 RNA,植物 lncRNA 大多由 RNA 聚合酶Ⅱ转录而来,主要由基因结构变异、基因复制、染色体重组或转座子插入等方式产生。植物 lncRNA 种类繁多,根据其产生的相对位置及作用形式可以分为不同种类。lncRNA的结构与 mRNA 相似,具有帽子和 poly（A）结构及可折叠性,但其转录本比 mRNA 长,转录丰度低,表达特异性极高,且保守性低。园艺植物 lncRNA 的作用机制复杂,可以在转录前后、翻译前后以及表观遗传等方面发挥作用,主要通过顺反式调控邻近基因转录、作为 miRNA 前体或内源性靶标模拟物、与转录因子相互作用、调整 mRNA 可变剪接、调整蛋白重定位及参与染色质重塑等方式发挥作用。园艺植物与人类生活密切相关,园艺植物的研究是农业发展的重要组成部分。随着测序技术的不断发展,植物 lncRNA 的研究也从拟南芥等模式植物拓展到园艺植物,不同种类及数量的 lncRNA 在园艺植物中被鉴定,并被发现参与种子萌发、生殖生长等生长发育过程,以及病虫害等生物胁迫和高温、冷害、干旱、盐分等非生物胁迫的响应等多种调控作用。本文综述了近年来 lncRNA 在园艺植物中的研究进展,概述了园艺植物 lncRNA 的产生、特点、分类、作用机制以及目前园艺植物中所鉴定到的 lncRNA 及其主要生物学功能,并对未来园艺植物 lncRNA 的研究方向提出展望,以期对园艺植物中 lncRNA 的深入研究提供参考及基础。     

二穗短柄草DREB1G基因表达模式分析和在拟南芥中的异源过量表达

CBF/DREB基因是一类植物特异性转录因子,通过调控下游抗逆相关基因的表达,在植物逆境胁迫应答过程中发挥重要作用。为了研究新型的禾本科模式植物二穗短柄草DREB基因的功能,克隆BdDREB1G的cDNA序列,分析该基因在各种非生物胁迫条件下的表达,构建过表达载体,获得转基因拟南芥。结果表明:高温、低温和水杨酸胁迫处理显著诱导BdDREB1G的表达,暗示该基因响应高温和低温胁迫。初步观察结果说明,该与野生型拟南芥相比,转基因植株生长发育迟缓。这些为研究该基因响应非生物胁迫的功能奠定基础。     

马铃薯StTrxF基因的克隆与功能分析

为探究马铃薯硫氧还蛋白基因(StTrxF)的耐盐生理机制,通过RT-PCR方法从马铃薯品种中薯5号中克隆得到全长549bp硫氧还蛋白基因(StTrxF)。该基因编码182个氨基酸,预测蛋白质分子量为44.17ku,理论等电点(pI)为5.23,具有典型的Thioredoxin结构域。由StTrxF基因推导的氨基酸序列与番茄、拟南芥、芝麻和赤霞珠等TrxF蛋白质氨基酸序列的同源性为96.02%～59.28%。构建植物过表达载体,导入拟南芥中,获得转基因拟南芥纯系植株。通过对转基因拟南芥植株的耐盐离体和盆栽鉴定,表明转基因植株的耐盐性显著提高。同时盐胁迫下,转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量显著提高,丙二醛(MDA)含量显著降低。结果表明,表达StTtxF基因通过增加转基因植株脯氨酸含量,提高SOD活性,降低MDA含量,以维持细胞渗透平衡并激活ROS清除系统,具有提高转基因拟南芥植株耐盐性的显著效果。     

SSU72参与气孔大小发育和干旱胁迫应答

植物在受到外界环境干旱胁迫时,会启动一系列的生理反应,包括气孔的关闭和ABA的产生,然而,植物如何平衡干旱胁迫和生命周期,并不清楚。SSU72编码C末端结构域(C-terminal domain , CTD)的磷酸化酶,抑制拟南芥(Arabidopsis thaliana)的开花时间。研究发现SSU72参与拟南芥的干旱胁迫应答,SSU72定位于细胞核中,功能缺失的SSU72失水速率快、气孔大,并且气孔的关闭对ABA不敏感;进一步检测下游的基因RD29B, RD22, RD29A 和 COR15A的表达水平,表明SSU72参与ABA和非ABA途径干旱基因的激活。因此,SSU72很可能是对环境适应的重要调节因子,平衡非生物胁迫和生长周期。     

拟南芥免疫相关基因启动子对免疫信号分子的响应强度分析

为对比不同的植物抗病相关基因对植物免疫激发子的响应强度,筛选出响应强度较高的报告基因,从拟南芥中克隆5个植物免疫相关基因(WRKY33、FRK1、WRKY29、PR2和PDF1.2)的启动子序列,构建目的基因启动子驱动的萤光素酶(Luciferase,LUC)表达载体,并将其转化到拟南芥原生质体中瞬时表达;经植物免疫激发子(FLG22与PEP1)处理后,进行LUC活性检测,判断目的基因启动子的激活情况,分析上述目的基因启动子对免疫信号分子的响应强度。结果显示:经FLG22与PEP1处理后,拟南芥原生质体细胞中WRKY33响应强度为最高,与对照相比分别上调11.2与4.5倍,WRKY29响应强度次之,分别为对照的10.0与3.1倍;与WRKY相比,FRK1响应强度明显降低,而PR2与PDF1.2均无明显响应。上述结果表明在拟南芥原生质体瞬时表达体系中WRKY33可高效响应植物免疫激发子,pWRKY33::LUC原生质体表达体系可作为一种高效的PTI反应报告系统,用于新型植物免疫激发子的筛选鉴定。     

人参锈腐病拮抗细菌的筛选鉴定

为获取对毁灭柱孢菌(Cylindrocarpon destructans(Zinss.)Scholtan)防治效果优良的菌株,从人参根际土壤中分离到113株细菌,采用平板对峙法筛选出13株拮抗性良好的拮抗细菌,生长速率法对经过滤和灭菌的菌株发酵液进行抑菌谱测定,采用盆栽试验研究其对人参锈腐病的防治效果及其人参植株促生效果。SZ-2菌悬液对毁灭柱孢菌的抑制率达88.80%,同时具有广谱抑菌能力。盆栽试验结果表明,菌株SZ-2对人参锈腐病的防治效果为68.50%;其对人参植株具有一定促生作用,经其处理后的人参平均植株高度、整株鲜质量、整株干质量、根长、根鲜质量和根干质量均有不同程度的增加,其中整株干质量、根干质量和根长增长量高达79.39%、131.51%和86.90%;与对照组相比具有显著差异(P0.05)。经形态学、生理生化特征、16SrDNA及gyrB基因测序等分析,确定菌株SZ-2为甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus),在GenBank中序列登录号为KC511107。     

印度梨形孢对高丹草生长及Cd吸收与积累的影响

为探究植物和微生物联合修复对镉（Cd）的作用效应,以一年生草本植物高丹草（Sorghum Hybrid Sudangrass）为试验材料,通过水培试验,研究印度梨形孢（Piriformospora indica）在不同浓度Cd胁迫（0、5、10、30、50、100 mg·L^-1）下高丹草生长和生理特性,以及重金属Cd在高丹草植物体内转运、富集和分布特征。结果表明：在5 mg·L^-1低Cd浓度下,高丹草株高、叶片数、生物量均有一定程度的增加;随着浓度的增加,高丹草株高、叶片数减少,生物量降低,黄叶数增加,生长受到抑制,接菌后能够促进高丹草生物量的积累,缓解叶片发黄现象,改善生长状况。接菌提高了高丹草在Cd胁迫下的抗性生理指标。随着浓度的增加,高丹草未接菌组的可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性总体上逐渐升高,过氧化物酶活性逐渐降低。接菌提高了可溶性蛋白、可溶性糖含量以及酶活性,降低了丙二醛含量。不同Cd浓度条件下,高丹草体内Cd含量呈根>叶>茎的分布,且含量随着浓度增加而增加,接菌后高丹草地下部Cd含量增加,地上部Cd含量降低,接菌减少了Cd从地下部向地上部的转移,减轻了Cd对高丹草地上部的毒害。研究表明印度梨形孢能有效降低Cd对高丹草生长的抑制作用和毒性损伤。     

12种植物挥发物对哈茨木霉的抑制效应

为研究植物挥发物对木霉菌丝生长和产孢量的影响,采用气体扩散法研究了经12种植物挥发物处理后对哈茨木霉菌丝生长和产孢量的影响。结果表明:12种挥发物对木霉的生长和产孢量均有抑制作用,但不同挥发物的抑制效果有较大的差异,其中抑制作用最强的化合物分是反-2-己烯醛,8μL处理时对菌丝生长和产孢量的抑制率分别为76.07%、81.30%。说明挥发物对木霉的菌丝生长和产孢量普遍存在抑制作用。     

异源表达玉米ZmWRKY114基因增强拟南芥对盐胁迫的敏感性

WRKY转录因子参与调控植物对各种非生物胁迫的应答反应。从玉米中分离得到一个响应高盐胁迫的WRKY基因,将其命名为ZmWRKY114。亚细胞定位实验表明ZmWRKY114定位于细胞核内且和ZmCaM2可以发生相互作用。为进一步研究ZmWRKY114基因的生物学功能,将ZmWRKY114基因构建到植物表达载体pCAMBIA1301上,并采用农杆菌转化法转化拟南芥,扩繁后对T3代转基因拟南芥进行了耐盐性试验。结果表明,转基因株系的绿苗率在高盐胁迫条件下显著低于野生型拟南芥,并且高盐胁迫对转基因拟南芥的主根抑制程度更大。同时,ZmWRKY114在拟南芥中的异源过表达还可以导致丙二醛的积累和相对电解质渗透率的增加,从而使转基因植物对盐胁迫的耐受性显著降低。上述结果表明ZmWRKY 114基因可能是盐胁迫反应的负调控因子。     

亚硝基谷胱甘肽还原酶 GSNOR1正调控植物对疫霉菌的抗性

疫霉属（ Phytophthora）卵菌引致马铃薯晚疫病等作物灾难性病害,严重威胁作物的可持续生产。由于病菌毒性变异,导致品种抗病性丧失问题突出。因此,挖掘植物广谱和持久抗病基因,并探索其在抗病育种中的有效利用具有重要的科学意义。亚硝基谷胱甘肽还原酶1（GSNOR1）是植物氮信号通路中高度保守的关键还原酶,其参与调节r基因介导的植物抗性和非寄主抗性。然而, GSNOR1参与抗疫霉菌的免疫功能和作用机理尚不清楚。本研究中,借助拟南芥与寄生疫霉菌互作的模式体系,首先发现拟南芥T-DNA插入突变体 gsnor1-3对寄生疫霉菌呈现感病表型。进一步利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）降低烟草叶片中 GSNOR1同源基因的表达量,在此基础上,通过抗病表型分析以及一系列抗性相关功能的检测,结果表明,沉默本氏烟草 GSNOR1同源基因能够在寄生疫霉菌侵染植物的过程中削弱植物体内的活性氧（ROS）迸发、病程相关基因（PR genes）的诱导表达以及MAPK信号转导,从而增强了植物对疫霉菌的感病性。本研究揭示了植物 GSNOR1对疫霉菌具有高度保守的抗性功能,并初步解析了 GSNOR1正调控植物抗疫霉菌的作用机理,为进一步探索 GSNOR1在马铃薯抗晚疫病中的功能及其在抗病育种中的有效利用奠定了重要的理论 基础。