茶树△12-脂肪酸去饱和酶基因FAD2和FAD6的克隆与表达分析

本研究在茶树转录组测序的基础上,以铁观音茶树的芽叶为材料,采用RT-PCR技术,克隆了茶树不饱和脂肪酸合成途径中的关键限速酶—△12-FAD(12-脂肪酸去饱和酶)基因的包含完整ORF的cDNA序列(CsFAD2和CsFAD6)。生物信息学分析结果表明,CsFAD2的全长为1 184 bp,其开放阅读框(ORF)长度1 149 bp,编码382个氨基酸,定位于内质网上,其氨基酸序列与油茶FAD2的同源性最高达97%;CsFAD6的全长为1 425 bp,其ORF长度为1 311 bp,编码436个氨基酸,定位于叶绿体上,其氨基酸序列与葡萄FAD6同源性达81%。荧光定量PCR结果表明,铁观音茶树幼苗在4℃低温胁迫处理72 h过程中,这两个基因的表达均受低温的诱导,其表达量随着处理时间的延长而升高,在处理48 h时,表达量水平最高;在100 g·L-1的PEG胁迫处理12 h过程中,这两个基因的表达均受PEG胁迫处理的诱导;在ABA(100μmol·L-1)胁迫处理72 h过程中,在处理6~24 h期间,CsFAD2的表达量显著升高,而CsFAD6的表达不受ABA处理的影响,CsFAD6的表达量在处理72 h时显著降低;在Na Cl(250 mmol·L-1)胁迫72 h过程中,CsFAD2的表达量全程降低,而CsFAD6在处理24~72 h期间表达量显著升高。     

茶树CsASR基因的克隆及其表达分析

逆境胁迫影响茶树生长发育及茶叶品质,ASR(abscisic acid,stress,ripening-induced)基因在植物抗逆响应中具有重要功能。本研究以龙井43品种茶树为材料,从中克隆了CsASR基因的全长cDNA序列、基因组序列及其启动子序列,分析了该基因的生物信息学特征及在组织间和不同胁迫处理下的表达模式。结果显示,CsASR的cDNA序列全长875 bp,含有546 bp的ORF序列,编码181个氨基酸,蛋白质分子量19.89 kD,理论等电点5.69;CsASR蛋白结构序列中74.5%的序列为无序结构,是一种无序蛋白;CsASR的C-端含有ABA/WDS功能结构域,主要定位于细胞质和细胞核中;茶树CsASR与海枣的ASR相似性最高,为87%,而在进化树中与枣的关系最近。CsASR基因含2个外显子,第1个外显子长363 bp,第2个外显子长183 bp,内含子较大为2 750 bp,内含子中含7种简单重复序列和2种DNA转座子序列。克隆获得起始密码子ATG上游2 554 bp的启动子区序列,该启动子上含有干旱、低温、高温以及ABA等相关的顺式作用元件。CsASR在根中的表达量最低;ABA抑制CsASR的表达,而干旱、NaCl和低温胁迫能够显著上调CsASR的表达。表明CsASR基因可能与茶树抗逆密切相关。     

大豆RNA依赖的RNA聚合酶基因GmRDR1的克隆与表达特性分析

为了寻找大豆抗病新基因,培育大豆新型抗性品种,利用同源克隆的方法从大豆品种科丰1号中分离出1个新的GmRDR1基因,并对其进行序列分析,组织表达、抗逆境胁迫表达分析及该基因的亚细胞定位研究。结果表明:GmRDR1基因位于大豆基因组的第2号染色体,基因全长为3 956 bp,其中ORF为3 378 bp,编码1 125个氨基酸,相对分子量和等电点分别为279.72×103和4.63;GmRDR1含有RDRs家族的保守序列"DLDGD";该基因在所有被检测组织中均表达,并且在叶中的表达量最高;荧光定量结果发现:在大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus,SMV)处理下,GmRDR1在抗病材料科丰1号中的表达量显著高于感病材料南农1138-2。盐及干旱胁迫下,48 h之内,该基因的表达量明显升高,SA诱导条件下该基因在6 h出现了早期响应,冷害处理下24 h表达量出现了突然的升高。GmRDR1基因的亚细胞定位结果表明:该基因所编码的蛋白定位在细胞核里。根据以上结果判定GmRDR1基因参与了大豆对SMV的抗性反应,并且能够强烈响应盐和干旱的胁迫,因此该基因在大豆抗逆分子育种中具有较好的应用价值。     

橡胶树HbWRKY3的克隆及其响应逆境胁迫的表达分析

通过RACE技术扩增获得橡胶树HbWRKY3基因,并对该基因及其所编码氨基酸序列进行生物信息学分析和响应逆境胁迫的表达分析,结果表明：该基因含有2个WRKYGQK结构域和2个C2H2锌指结构,属于WRKY基因家族第Ⅰ类;由4个外显子和3个内含子组成,DNA序列全长3 780 bp;开放阅读框长度为2 211 bp,编码由737个氨基酸组成的多肽。该基因定位于细胞核中,在橡胶树叶片、树皮、花、胶乳等不同组织中都有表达,以花中的表达水平最高。盐、PEG、茉莉酸、水杨酸等非生物胁迫均可诱导HbWRKY3的表达,但干旱、ABA、乙烯和低温胁迫的诱导较为明显。     

采后荔枝果皮中谷胱甘肽转移酶基因的表达与酶活分析

为探明荔枝谷胱甘肽转移酶基因(Lc GST)的表达与果皮褐变之间的关系,在荔枝c DNA芯片中获得了荔枝Lc GST全长c DNA序列(ABR15777)。该序列全长913 bp,5′-UTR长53 bp,3′-UTR长215 bp,含一个645 bp的完整开放阅读框,编码含214个氨基酸残基的多肽。该氨基酸残基序列与沙梨等物种的谷胱甘肽转移酶蛋白相似性较高。基因表达分析表明,Lc GST在常温储存条件下基因的最大表达量出现在24 h,在保湿储存条件下,Lc GST的最大表达量出现在48 h。GST酶活性测定结果表明,在常温储存条件下酶活性的最大值出现在24 h,在保湿储存条件下酶活性的最大值出现在48 h。说明Lc GST在荔枝果皮褐化过程中起重要作用。     

小桐子ＡＣＯ１基因的克隆与表达分析

     为探讨ACO1基因在小桐子抗逆中的作用,本研究基于小桐子最新注释的基因组数据库,首次克隆了小桐子ACO1基因的全长编码框序列,命名为JcACO1,并对其功能结构域、系统进化、基因结构及器官和低温表达特性进行了分析。结果表明,克隆的JcACO1基因全长为1 022bp,编码319个氨基酸,预测分子量为36.0kDa,等电点5.5。序列比对表明,小桐子JcACO1在序列中部保守性较高,具有1个Pcbc superfamily保守结构域。进化树分析显示,小桐子JcACO1基因与毛果杨、橡胶树、木薯的同源性较高。qRT-PCR表达分析表明,小桐子幼苗JcACO1基因存在器官表达特异性,在叶与茎中表达量较高,而在根中表达量较低。另外,JcACO1基因在三种器官中都受低温诱导,低温胁迫24h时,基因在根与茎中表达量最大。说明JcACO1基因表达量升高,以响应小桐子的抗冷胁迫。     

菠萝NAC转录因子基因AcoNAC1生物信息学及表达分析

NAC转录因子作为植物中数量最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及各种逆境胁迫中发挥非常重要的调控作用。本研究以菠萝为试验材料,采用RT-PCR技术克隆得到基因AcoNAC1(GenBank登录号:XM₀20225830),对其进行生物信息学及表达分析。生物信息学分析表明,该基因cDNA序列全长1723 bp,ORF为1062 bp,编码353个氨基酸,相对分子量为38.34kDa,理论等电点为8.88;其编码蛋白的二级结构由20.40%的α-螺旋(H)和15.30%的β-折叠(E)以及59.21%的无规则卷曲(C)组成,具有NAC典型结构保守域。基因表达分析表明,AcoNAC1基因的表达受低温和干旱胁迫诱导,低温胁迫24 h和干旱胁迫12 h时的表达量最高;在不同成熟期品种中表现出持续的诱导表达,但诱导强度逐渐下降,其中早熟品种谢花后20～50 d及晚熟品种谢花后20～60 d基因表达量均处于较高水平。因此,推测AcoNAC1基因可能参与菠萝逆境胁迫响应以及果实发育与成熟的调控。     

甜瓜自毒作用相关MYB转录因子的克隆和表达分析

根据甜瓜自毒作用相关MYB转录因子核心区序列设计引物,采用RACE技术获得MYB c DNA全长。生物信息学分析表明,该转录因子全长1 164 bp,包括174 bp的5′非翻译区,105 bp的3′非翻译区,885 bp的开放阅读框,编码294个氨基酸,属于MYB类转录因子中R2R3-MYB类型,与黄瓜R2R3-MYB类转录因子的氨基酸序列的同源性达97.28%。实时荧光定量PCR结果表明,该基因在植株浸提液胁迫处理2 d时表达量最高,推测该转录因子可能参与了甜瓜自毒相关基因初期的诱导表达,使植株对自毒胁迫做出主动的系统性应答反应。     

马银花愈伤组织RoWUS基因及其启动子的克隆与表达分析

WUSCHEL(WUS)基因是植物干细胞的标志基因。采用同源克隆法结合RACE技术从马银花愈伤组织中克隆得到Ro WUS c DNA全长序列,采用染色体步移法克隆得到该基因的启动子序列,登录号分别为KF365488、KF861578。马银花Ro WUS c DNA全长1 123 bp,编码302个氨基酸;DNA序列2 001 bp,包含2个内含子和3个外显子;启动子序列3 122 bp。生物信息学分析表明:Ro WUS亚细胞定位于细胞核,是不稳定的亲水蛋白,无信号肽,具有跨膜结构,包含homeodomain功能位点。系统进化树分析结果表明:Ro WUS单独形成一个分支,与葡萄、大豆和苜蓿的亲缘关系最近。对Ro WUS的启动子进行分析表明,该启动子除了含有丰富的TATA-box和CAAT-box等基本元件以外,还含有多个光响应元件、逆境胁迫响应元件、激素应答元件和其他功能元件。q PCR结果表明:Ro WUS基因在马银花愈伤组织不同生长时期中呈先上升后下降的趋势,在第5个继代周期时表达量最高。外源赤霉素和脱落酸浓度为15 mg/L时表达量最高,说明Ro WUS基因在该浓度时对赤霉素和脱落酸的响应最强。     

大豆GmNAC115基因克隆及特征分析

NAC转录因子在植物发育和逆境应答中具有重要的作用。本研究从大豆中克隆了1个NAC基因GmNAC115。该基因c DNA全长1 383 bp,开放阅读框长912 bp,编码303个氨基酸,预测分子量约为34.278 k D,p I8.37。推测的氨基酸序列中含有1个高度保守的NAM结构域。Gm NAC115基因组包含3个外显子和2个内含子。进化树分析发现Gm NAC115和Pv NAC为1个分支。转录活性分析结果表明,Gm NAC115转录因子具有转录激活功能。SDSPAGE电泳分析表明,p ET-28a-Gm NAC115最佳诱导表达条件为在37℃下1.0 mmol·L-1IPTG诱导2 h。组织特异性表达模式分析表明在检测的所有组织中Gm NAC115都有表达,在根中表达量最高,在种子中表达量最低。     

玉米DCL1基因鉴定及其自然等位变异分析

根据生物信息学分析,同源性克隆分离玉米DCL1候选基因,鉴定该基因组织与逆境响应等表达特征,并分析其自然等位变异。结果表明,目标候选基因全长7 408 bp,与拟南芥和水稻DCL1基因氨基酸序列高度保守,相似度分别为91%和77%。mRNA定量PCR分析表明,该基因在幼叶和吐丝期雌穗中表达丰度分别是幼茎的75.35倍和16.21倍;高盐、脱水、ABA、低氮、低磷胁迫处理条件下,幼苗中高盐和ABA处理呈下调表达,低氮和低磷处理呈显著上调表达,脱水处理无显著变化。核苷酸与氨基酸序列的保守性、组织与逆境响应差异表达特征均与拟南芥和水稻等相似。87份玉米自交系10×全基因重测序数据分析结果表明,该基因遗传变异丰富,共83个位点存在自然变异,但外显子区域和主要的功能结构域序列相对保守,约2/3的自然变异集中在内含子区域,外显子区域的27个自然变异位点只有8个位点在16个材料存在氨基酸差异。     

水稻促分裂原活化蛋白激酶基因OsMPK14的克隆及表达分析

促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)是生物体内信号转导的重要组分,受多种生物及非生物胁迫的刺激活化。利用RT-PCR方法克隆了水稻促分裂原活化蛋白激酶基因OsMPK14的cDNA序列(GenBank登录号为GQ265780)。该序列全长1660bp,包含1个1629bp的开放阅读框,编码蛋白由542个氨基酸组成,包含典型的蛋白激酶结构域及磷酸化位点TDY基序。序列比对和分析显示,OsMPK14基因位于水稻第5染色体上,其编码区由9个外显子和8个内含子组成。采用半定量RT-PCR技术,检测了光照、低温、高盐、干旱和脱落酸对该基因在水稻地上部分和根中表达的影响。结果显示高盐、低温、脱落酸都能上调其表达,而干旱对其表达具有微弱的抑制效应,光照可以降低该基因在水稻地上部分的表达,提高在根中的表达。基因可能在水稻非生物胁迫的应答中具有重要作用,其表达受多种因素调控。     

海藻精对玉米种子萌发及苗期水分胁迫的影响

盆栽条件下,以珠玉甜1号、珠玉糯1号为材料,研究重度干旱、中度干旱、轻度干旱、正常供水、轻度淹水和重度淹水等6个不同水分条件下,4个不同浓度的海藻精对两个鲜食玉米品种种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,在水分胁迫下,海藻精对两个鲜食玉米种子萌发无显著效果;在玉米苗期施用海藻精0.50 g/L可促进根长增长、根条数增加,提高保护酶活性。在重度干旱和重度淹水下,珠玉甜1号幼苗叶片丙二醛(MDA)含量较未施用分别减少8.6%、22.3%,可溶性糖分别增加33.2%、42.1%。表明施用海藻精可减轻水分胁迫对细胞膜的损害,并积累可溶性糖进而增强鲜食玉米苗期的抗逆性。在水分胁迫频繁发生的背景下,华南地区种植鲜食玉米时施用海藻精有利于其稳产和高产。     

玉米蜕皮激素合成酶基因ZmCYP92A1的克隆和表达分析

采用RT-PCR结合RACE技术,从玉米中克隆ZmCYP92A1,GenBank登录号为KY270496.1。该基因全长1 713 bp,开放阅读框为1 551 bp,编码517个氨基酸。预测ZmCYP92A1蛋白分子量为58.58 kD,理论等电点为6.44,存在2个跨膜结构域,1个信号肽,有1个P450保守结构域。多序列比对表明,ZmCYP92A1蛋白与其他物种的CYP92A1蛋白具有极高的相似性。系统发生分析揭示,CYP92A1蛋白与属于CYP75亚家族的类黄酮3-单加氧酶的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR结果发现,非生物胁迫(干旱、高盐、低温和脱落酸)均诱导ZmCYP92A1基因的表达,表明该基因参与植物抵御非生物胁迫。     

外源褪黑素对盐碱胁迫下小黑麦种子萌发幼苗生长、抗氧化能力的影响

为了解外源褪黑素对盐碱胁迫条件下小黑麦种子萌发、幼苗生长及抗氧能力的影响,以小黑麦品种东农96026为材料,通过种子萌发试验和水培试验分析了盐碱胁迫(NaCl、NaHCO3摩尔比1∶1混合)条件下外源褪黑素(浓度200μmol·L^-1)添加后,小黑麦种子萌发指标、生长指标、渗透调节物质含量、抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环系统相关酶活性和物质含量的变化。结果表明,外源褪黑素可显著提高盐碱胁迫条件下小黑麦的种子发芽率、发芽势和发芽指数,增加幼苗地上部分和根系的生物量,提高根系可溶性糖和可溶性蛋白含量。褪黑素可显著增强盐碱胁迫下小黑麦幼苗单脱氢抗坏血酸还原酶、脱氢抗坏血酸还原酶、抗坏血酸过氧化物酶及谷胱甘肽还原酶活性,提高AsA和GSH含量及AsA/DHA和GSH/GSSG比值。由此说明,外源褪黑素能促进盐碱胁迫下小黑麦种子萌发和幼苗生长,提高渗透调节能力和抗氧化能力,从而有效地缓解盐碱胁迫对小黑麦生长发育的抑制效应。     

大豆GmNCED1基因的克隆及表达模式分析

本研究以抗逆性强的大豆旱碱一号为材料,首次从中克隆了编码9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED）的GmNCED1基因全长cDNA片段,该基因编码区含有1 836个核苷酸,编码611个氨基酸。通过同源性比对分析发现GmNCED1与花生、菜豆等双子叶豆科植物NCED的同源性高达84%以上。同时,利用荧光定量PCR分析发现高盐、低温、干旱、外源ABA以及NAA处理均可以诱导该基因在大豆叶片及根中表达。本研究初步揭示GmNCED1基因在植物逆境胁迫中的作用,为基因工程育种提供优质的候选基因。     

小麦耐冷相关基因TaCTR的克隆及其表达特性分析

低温冷害是小麦生长发育过程中面临的重要非生物逆境因素。为了挖掘小麦耐冷功能基因,本研究采用同源克隆的方法从普通小麦品种小偃22中分离到一个耐冷相关基因TaCTR,该基因序列全长2 192 bp,含有12个外显子、11个内含子,编码区全长为1 407 bp,编码468个氨基酸,分子量约为53.43 kDa;系统进化树分析表明,该基因在进化关系上与山羊草最近;亚细胞定位结果显示,该基因编码的蛋白为膜蛋白;实时荧光定量PCR（RT-PCR）结果表明,TaCTR在不同品种、不同组织和不同发育阶段低温特异表达;在干旱、高盐及GA处理下,TaCTR的表达量显著上升,说明该基因可能参与调控小麦的抗逆反应。     

氯化胆碱浸种处理对盐胁迫下小麦种子萌发以及幼苗生长的影响

为了明确氯化胆碱对盐害的缓解作用,以小麦品种周麦18为材料,采用不同浓度（0、200、400、600和800 mg·L^-1）的氯化胆碱溶液浸种处理,研究氯化胆碱浸种对NaCl（150 mmol·L^-1）胁迫下种子萌发以及幼苗生长的影响。结果表明,盐胁迫下小麦种子的萌发受到抑制,叶片叶绿素含量以及根系活力下降,叶片质膜透性增大,丙二醛和脯氨酸含量上升;而400 mg·L^-1氯化胆碱浸种处理能明显提高盐胁迫下小麦种子的萌发率,缓解幼苗叶绿素的降解,增加可溶性糖含量,提高根系活力,降低叶片质膜透性,减少丙二醛和脯氨酸的积累。由此说明,氯化胆碱浸种可以缓解盐胁迫引起的小麦幼苗的失水伤害以及膜脂过氧化,从而增强小麦幼苗的抗盐性。     

6-BA浸种对HgCl2胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的影响

为探讨6-苄基腺嘌呤（6-BA）浸种对HgCl₂胁迫下小麦种子萌发及其幼苗生长的缓解作用,以3个小麦品种为材料,研究了不同浓度6-BA浸种对200 mg·L^-1HgCl₂胁迫下小麦种子发芽、幼苗生长、抗氧化酶活性、可溶性蛋白和丙二醛含量的影响。结果表明,200 mg·L^-1HgCl₂处理后,3个小麦品种种子的发芽势、发芽率、根长、芽长和鲜重降低,幼苗的抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量降低,丙二醛含量增加。一定浓度6-BA浸种可以缓解HgCl₂胁迫对小麦种子萌发的抑制作用,但对小麦的根长、芽长和鲜重的影响因小麦品种而不同。HgCl₂胁迫下,3个小麦品种幼苗的SOD、POD活性和可溶性蛋白含量随着6-BA浓度的增加均基本呈先升高后降低的趋势,最佳6-BA浓度因品种而不同;3个小麦品种的MDA含量均呈先降低后升高的趋势,以6-BA浓度为15 mg·L^-1时MDA含量最低。说明一定浓度6-BA浸种能够缓解HgCl₂胁迫对小麦种子萌发和幼苗生长的毒害作用,但最佳6-BA浓度因小麦品种的不同而不同。     

外源甜菜碱和脯氨酸对盐胁迫下大麦种子萌发及幼苗生长的影响

为探讨盐胁迫条件下外源甜菜碱（GB）和脯氨酸（Pro）对不同大麦品种种子萌发及幼苗的效应,以课题组前期筛选到的耐盐品种中川大麦和盐敏感品种ZY218为材料,在萌发期和苗期以200 mmol·L^-1NaCl为胁迫条件,分别施加浓度为0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol·L^-1的外源GB和浓度为0、5.0、15.0、30.0、45.0 mmol·L^-1的外源Pro进行处理,测定并分析了不同处理下大麦萌发及幼苗相关指标。结果表明,与不添加外源物质的对照相比,施加外源GB和Pro均可有效缓解盐胁迫对大麦种子萌发及地上部分生长的抑制作用;提高叶片过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性及叶绿素含量;外源Pro可以显著增加幼苗的总根长、总根体积和总根表面积,有效缓解盐胁迫对大麦幼苗根系生长的抑制作用,且对盐敏感品种效应更大。因此,施加外源GB或Pro可有效缓解盐胁迫对大麦种子萌发和幼苗生长的抑制作用。