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。     

脱落酸(ABA)生物学作用研究进展

脱落酸(ABA)是目前公认的五大植物激素之一,本文主要综述了ABA在植物生长发育、非生物胁迫和生物胁迫中的多重作用,如在植物生长发育中ABA促进器官脱落、种子成熟和休眠,调节气孔,抑制种子萌发、生长和加速衰老,调节种子胚的发育及开花;在非生物胁迫中ABA可以促进植物对非生物胁迫的耐性,因此,ABA也称为应激激素或胁迫激素;在生物胁迫中ABA随着病原菌种类和入侵方式的不同起正调控或者负调控的作用。最后笔者对ABA在生物胁迫中的作用进行了展望,如其参与植物防御的动力学研究、作用方式及与其它激素信号的互作等有待进一步研究。     

WRKY转录因子与脱落酸在调控低温中的作用

为了探索WRKY转录因子与脱落酸在调控植物抵御低温的作用。本研究总结了低温对植物的影响,介绍了ABA作为低温信号通路载体的研究进展,归纳了ABA调控WRKY转录因子以及其他转录因子抵抗低温的研究以及调控低温中受ABA响应的转录因子,概括了WRKY在低温中的作用。最后指出低温胁迫对植物影响的分子机制及调控网络的研究是未来研究的方向。     

黑果枸杞LrDREB1基因克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

DREB(Dehydrate responsive element binding factor)转录因子是植物非生物逆境适应中的关键调节因子,该类转录因子具有保守的AP2/EREBP结构域,在低温、高盐等非生物逆境胁迫下,可调控下游逆境应答基因的表达,对增强植物的抗逆能力有重要作用。黑果枸杞具有极强的耐干旱、盐碱能力,为研究黑果枸杞DREB类基因在低温、盐碱响应中的功能,本研究以强抗盐灌木黑果枸杞总RNA为模板,基于前期转录组测序拼接序列,利用RT-PCR方法克隆得到一条DREB基因。该基因含有一个1116 bp的开放阅读框,编码372个氨基酸。系统进化树分析显示,Lr DREB1基因属于DREB亚家族A2组成员,与拟南芥AtDREB2B、AtDREB2E具有较高的相似性。荧光定量PCR结果显示,Lr DREB1受盐胁迫、ABA胁迫和低温胁迫诱导表达,可能参与依赖ABA的信号转导途径,调节黑果枸杞抗盐响应。本研究通过对黑果枸杞LrDREB1基因的克隆、序列分析和表达分析,为研究Lr DREB1的功能及黑果枸杞抗盐机理提供了帮助。     

转录因子TCP4参与植物生长发育和抗逆调节研究进展

转录因子TCP(TEOSINTE BRANCHED1,CYCLOIDEA,PROLIFERATING CELL FACTORS)家族具有bHLH(basic-Helix-Loop-Helix)二级结构域,根据结合位点碱基序列不同,将TCP家族分为两大类:Ι类(GGNCCCAC)和Ⅱ类(GTGGNCC).转录因子TCP4是植物特有的转录因子Ⅱ类TCP家族成员之一,调控植物的生长发育,影响多种植物激素的合成,参与植物抗逆调节.本研究综述了转录因子TCP4与植物其他转录因子家族相互作用参与植物种子萌发、表皮毛分化、叶片形态、开花等重要植物生长发育过程,以此适应外界不断变化的生长环境.植物在生长发育过程中会遇到各种不利环境,从而对其造成逆境胁迫.在非生物胁迫下转录因子TCP4与功能基因的顺式作用元件结合调控其表达,调控植物激素的合成,从而参与植物抗逆.在植物发育过程中TCP4还具有时空限制的表达模式,这些表达模式提高了TCP4在局部触发或拮抗激素信号传导的可能性.为转录因子TCP4如何调控植物生长发育和精准的参与植物激素合成提供参考依据和理论基础,对植物生长调节和逆境下优良品种的选育有重要指导意义.     

谷子转录因子基因SiNAC45在拟南芥中对低钾及ABA的响应

NAC(nascent polypeptide-associated complex)转录因子在植物生长发育和非生物胁迫响应等过程中发挥重要的调控作用,目前,关于NAC转录因子参与耐低钾胁迫的研究报道很少。本研究在前期工作对低钾胁迫的转录组测序基础上,对筛选出的一个低钾胁迫下表达量上调的NAC类转录因子基因SiNAC45进行了深入研究。结果表明,SiNAC45基因全长1383 bp,编码461个氨基酸,分子量为50.7 k D,等电点为6.92。SiNAC45在20~100个氨基酸之间有一段NAM保守结构域。系统进化树结果显示,SiNAC45位于NAC基因家族的第1亚族。基因表达谱分析显示,SiNAC45主要在谷子根部表达,并且能够被低钾和ABA诱导表达。亚细胞定位结果显示SiNAC45定位于细胞核。基因功能分析结果显示,在不同浓度低钾处理下,和野生型拟南芥相比,SiNAC45转基因拟南芥的根长和植株鲜重显著增加,说明过表达SiNAC45可以提高转基因植物对低钾胁迫的抗性。下游基因表达分析结果显示,在SiNAC45转基因植物中两种重要的钾离子转运体基因AKT1和HAK1的表达显著提高,证明SiNAC45通过调控植物钾离子转运体基因的表达影响植物对低钾胁迫的耐性。种子萌发试验结果显示,SiNAC45转基因拟南芥与野生型拟南芥相比对ABA的敏感性降低,说明SiNAC45可能负调ABA信号。     

干旱胁迫下植物的信号转导及基因表达研究进展

干旱是影响植物生长的主要因素之一,研究植物在干旱胁迫下的反应机制具有重要的现实意义。ABA、H2O2和NO在植物响应干旱胁迫反应中可能作为信号分子的作用。在干旱胁迫下,植物由“渗透感受器”感受外界胁迫信号。通过第二信使及其下游蛋白激酶级联传导反应,调控了一系列基因的表达。根据干旱信号转导过程中胁迫相关基因的表达是否依赖ABA,存在依赖ABA和非依赖ABA两途径。综述了植物干旱胁迫信号的感知、传递及其诱导的基因表达调控等方面的研究进展,对植物抗旱性的分子机理进行了展望。     

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。     

ERFs转录因子对植物生物胁迫和非生物胁迫反应调控的研究

植物在生长过程中,会遇见各种生物胁迫和非生物胁迫。在植物体内有一套系统的应对机制,通过各种转录因子来发挥作用。本研究介绍的是植物中特有的一个庞大的家族-ERFs,其结构特点是含有58~60个氨基酸组成的结构域。所有的植物中都存在该家族的转录因子。ERFs类转录因子参与脱落酸、茉莉酸,乙烯和水杨酸等信号途径的生物胁迫和非生物胁迫应答,而且是多个信号途径的连接因子。本研究对近年来有关植物中ERFs的结构特点、ERFs因子对生物胁迫应答和非生物胁迫应答反应调控进行了综述。     

毛竹(Phyllostachys edulis)PheGT8和PheGT16基因的克隆与表达分析

三螺旋转录因子在植物响应非生物胁迫过程中具有潜在的作用。本研究通过对毛竹(Phyllostachys edulis)中2个三螺旋转录因子基因进行生物信息学分析,并对其在不同胁迫条件下的表达水平进行研究,初步解析毛竹三螺旋转录因子基因的功能。本研究克隆得到2个毛竹三螺旋转录因子基因PheGT8和PheGT16,发现这两个基因在低温、干旱、盐胁迫以及脱落酸(abscisic acid,ABA)、吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)、水杨酸(salicylic acid,SA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)处理时,表达均呈现了不同程度的上调或下调,表明这两个基因参与了毛竹应对非生物胁迫的应答过程,具有潜在的调控作用。     

干旱胁迫下水稻转录因子表达变化

本研究是探索在干旱应激下水稻转录因子的变化及可能的调控机制。本研究整合GEO数据库中关于水稻耐旱研究的基因芯片数据，通过TAC软件对基因芯片数据分析筛选出差异基因，利用在线数据库DAVID 6.8 和Plant TF DB筛选出相应的转录因子。敏感品种有9个转录因子表达方向一致（同时上调表达的有7个转录因子，下调的有2个转录因子），耐旱品种有34个转录因子表达方向一致（同时上调表达的有23个转录因子，下调表达的有11个转录因子）。敏感品种和耐旱品种间有8个表达方向一致的重叠转录因子。干旱胁迫会显著影响转录因子的表达，不同水稻品种中，这些转录因子的表达既有较强的品种特异性，也有部分相似性。水稻可通过诱导和抑制转录因子的表达，来提高自身抗旱能力。     

甜菜ARF基因家族生信分析及种子萌发期差异表达

本研究旨在了解甜菜种子在萌发期,干旱环境条件下,ARF基因家族的表达差异。对处理组（15%PEG模拟干旱胁迫）和对照组（蒸馏水）萌发期3个阶段（干种子、种壳开裂、露白）甜菜样品进行了转录组测序。采用生物信息学方法对甜菜ARF基因系统进化、蛋白保守结构域、染色体分布、干旱下差异表达量进行了分析。氨基酸序列分析表明,甜菜萌发期ARF转录因子含有8个保守元件,8个保守元件的结构域所含有的氨基酸位点数量不一致,推测与相应的DNA分子进行结合和行使功能有关,在染色体上呈不均匀分布。转录组测序结果表明,干种子,种壳开裂和露白这3个时期,对照条件下和干旱条件下,EntrezID-104886784,104903260,104908672三种基因表达均量逐渐升高,且升高趋势明显。干旱胁迫条件下种壳开裂时,EntrezID-104886784表达量升高最为明显,其次是EntrezID-104903260,EntrezID-104908672表达量升高较少;对照中EntrezID-104908672,EntrezID-104886784表达量升高明显。而到了露白的时候,仅EntrezID-104903260表达量升高最为明显。甜菜基因组共有14个ARF转录因子,其中3个转录因子在干旱胁迫下差异表达,且预测干旱条件对EntrezID-104908672,EntrezID-104903260两个基因影响显著。     

甜菜MYB转录因子生信分析及种子萌发期差异表达

本研究旨在了解干旱环境下甜菜MYB基因家族的表达模式。主要研究方法为对利用15%PEG模拟的干旱胁迫处理试验组和蒸馏水对照组萌发期甜菜的转录组进行了高通量测序。结果表明,共获得79个MYB转录因子,其中42个在干旱胁迫下差异表达,氨基酸序列分析表明,甜菜萌发期 MYB 转录因子含有 8个保守元件,8个保守元件的结构域所含有的氨基酸位点数量不一致,推测与相应的DNA分子进行结合和行使功能有关。本研究通过对萌发期甜菜应答干旱胁迫的MYB 基因分析,为甜菜抗干旱胁迫育种提供基因资源和理论基础。     

全基因组分析PEG胁迫下水稻根系转录因子表达变化

转录因子在植物抗逆境中起重要的调节作用。本文使用Affymetrix水稻60K芯片全基因组研究PEG胁迫时2个耐旱性不同的水稻品种的转录因子及转录因子家族的变化,结果表明,在PEG胁迫下,耐旱品种湘丰早119根系共有95个转录因子转录本与对照处理比较表达发生变化(24个为转录水平下调表达, 71个为转录水平上调表达);干旱敏感品种爱华5号根系有129个转录因子转录本表达发生变化(转录水平上调的转录因子转录本60个,转录水平下调的转录因子转录本69个);2个品种PEG胁迫响应转录因子隶属的转录因子家族都为30个,但各转录因子所属的30个家族并不完全相同;PEG胁迫逆境中,PEG胁迫响应转录因子转录本表现出品种特异性,湘丰早119有72个为特异响应转录本,爱华5号有106个特异响应的转录因子转录本;2个品种在干旱胁迫下响应的转录因子有23个为重叠转录本,其中有16个在转录水平上调表达,7个在转录水平下调表达;2个品种的PEG胁迫响应转录因子基因在染色体上的分布不同,重叠转录因子基因主要位于第2染色体0.432~26.139 Mb和第5染色体0.076~20.597 Mb之间。     

抗旱基因在小麦抗旱基因工程中的应用进展

干旱严重影响小麦的生长发育及产量,小麦抗旱育种是保障小麦生产的重要措施,利用基因工程技术提高小麦抗旱性是优于传统育种的有效途径。抗旱基因主要包括调节基因（蛋白激酶、蛋白酶和转录因子基因）和功能基因。目前,已证实的可提高小麦抗旱性的基因主要为转录因子基因CBF/DREB1、MYB、NAC（NAM、ATAF1、ATAF2和CUC2）、HD-Zip和WRKY等和功能基因LEA蛋白基因、甜菜碱合成酶基因和海藻糖合成酶基因等。本文从转录因子基因和功能基因2个方面概述国内外利用基因工程技术提高小麦抗旱性的研究进展,并对目前存在的问题进行分析,以期为小麦抗旱遗传改良及育种提供参考。     

作物干旱研究进展

近年来由于环境变换加剧和水资源的日益匮乏,干旱对世界范围内的作物生长带来了巨大的影响。本研究系统介绍了干旱条件下植物在渗透调节、脱水保护、抗氧化防御系统、细胞结构及代谢途径等方面的调节机制,分别从信号因子、转录因子和功能基因3个方面综述了抗旱相关基因的研究进展。归纳出植物在干旱条件下通过细胞内多层次、多种途径的调节,激活多条干旱应答途径来应对干旱胁迫。最后讨论了干旱研究中存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。     

小麦TaWRKY44基因的克隆、表达分析及功能鉴定

WRKY是植物特有的转录因子基因, 在植物对外界胁迫响应及生长发育的过程中发挥重要作用。本研究克隆了一个新的小麦WRKY转录因子基因TaWRKY44, 获得其全长cDNA, 其中开放阅读框长度为897 bp, 编码298个氨基酸。半定量RT-PCR的结果表明, TaWRKY44在叶片中表达水平较高, 并且受干旱和低温胁迫诱导表达。转基因功能分析结果表明, TaWRKY44的拟南芥超表达株系叶片变小, 叶柄缩短, 并且叶片细胞也明显小于野生型。另外, 转基因系对ABA、干旱和盐等胁迫处理的敏感性也高于野生型, 说明该基因可能作为一个转录抑制子参与逆境胁迫信号转导过程。     

Performance of landraces, exotic elite populations and their crosses in pearl millet (Pennisetum glaucum) in drought and non-drought conditions

The crop cultivars targeted for drought prone areas need to combine drought tolerance and high yield. The present study was conducted to assess the performance of three selected pearl millet landraces, four exotic elite populations and their 12 crosses. They were evaluated for yield, yield components and a drought susceptibility index that was calculated using yield data from drought and non‐drought environments. In the non‐drought season, the exotic populations had significantly higher grain yield than landraces. However, in the severe drought season, the landraces produced significantly greater biomass, grain and stover yields than elite populations. There was a strong relation between panicle size and ability to produce panicles and delay in flowering under severe stress. The biomass and stover yield of crosses was significantly better than parental populations under both drought stress and near‐optimum conditions. The elite populations were most sensitive to drought while crosses were as drought tolerant as landraces because they combined larger panicle size of exotics and lesser delay in flowering of landraces. The results indicated that it is possible to combine drought adaptation with high yield potential through hybridization between adapted landraces and elite genetic materials.