水分胁迫下外源ABA提高甘蔗抗旱性的作用机制

以抗旱甘蔗品种ROC22为材料,调查水分胁迫及胁迫加喷施脱落酸(ABA)对甘蔗内源ABA合成及相关生理生化作用的影响。结果表明,干旱及干旱加外施ABA的条件下,甘蔗内源ABA合成水平上升,但干旱加ABA处理增幅更显著,甘蔗叶内的脯氨酸(Pro)、H₂O₂、丙二醛(MDA)含量增加,而ABA处理能缓解MDA的积累,使其含量处于低水平,ABA处理能防止叶绿素降解并对干旱引起的最大光能转化效率(F_v/F_m)、PSII实际量子效率(Φ_PSII)下降有明显的缓解作用。干旱条件下,H₂O₂的积累伴随着抗氧化作用的酶CAT、GPX、GR和APX的活性提高,而ABA处理能进一步提高这些相关酶的活性而逐渐降低H₂O₂的含量,表明干旱条件下,外施ABA能增强甘蔗的抗氧化防护系统,提高抗旱性。     

拟南芥bZIP1转录因子通过与ABRE元件结合调节ABA信号传导

ABA作为一种重要的植物激素和生长调节剂,介导了高等植物在营养生长阶段对各种外界环境的响应和适应。bZIP类转录因子可以通过ABA依赖途径和ABA非依赖途径调节植物的生长发育和对非生物胁迫的耐性。本研究通过AtbZIP1 T-DNA插入突变的拟南芥植株ko-1 (SALK_059343)和ko-2 (SALK_069489C)在ABA处理后的表型实验,验证了AtbZIP1参与ABA依赖的信号传导通路。采用“三引物法”,分别在DNA水平和RNA水平通过PCR和RT-PCR验证了AtbZIP1基因在拟南芥突变体中的沉默效果。定量分析数据表明,在种子萌发阶段,经过0.6 μmol L^–1 ABA和0.8 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株萌发率和叶片展开/绿色率比野生型植株高,在幼苗生长阶段,经过50 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株根长比野生型植株长。为了确定AtbZIP1基因参与ABA信号传导是否依赖于ABRE元件,在大肠杆菌中表达了AtbZIP1 HIS6融合蛋白,并设计了核心序列为CACGTG的ABRE元件。凝胶阻滞电泳结果表明AtbZIP1融合蛋白可以与ABRE元件特异性结合。半定量RT-PCR分析表明,AtbZIP1基因的缺失改变了下游的ABA响应基因的表达。该结果表明AtbZIP1可以通过与ABRE元件结合调节植物对ABA处理的敏感性和下游ABA响应基因的表达,从而参与植物的ABA信号传导通路。     

ABA和NO在印度梨形孢提高玉米苗期抗旱性的作用

为明确脱落酸(ABA)和一氧化氮(NO)在印度梨形孢调控玉米耐旱性中的作用,本研究采用15%的聚乙二醇(PEG)对接种及未接种印度梨形孢的玉米幼苗进行模拟干旱胁迫,比较分析两者在受干旱胁迫后ABA含量、NO含量以及NO处理后程序性细胞死亡(PCD)相关基因表达水平的差异。分析表明:接种印度梨形孢能明显缓解PEG模拟干旱胁迫对玉米生长的抑制作用。在干旱条件下,印度梨形孢接种处理的玉米叶片中的ABA含量高于未接种处理玉米叶片。接种印度梨形孢能显著诱导玉米叶片中ABA合成关键基因ZEP的表达,与叶片中ABA含量的积累情况类似。在干旱胁迫条件下,接种印度梨形孢的玉米叶片中NO含量高于未接种处理的玉米叶片。在NO供体硝普钠(SNP)处理5 d后,ZEP基因的表达量在根和叶片中显著增加。在SNP处理3 d和5 d后,玉米叶片中抗病相关基因Rp1-D21上调表达,而在根中Rp1-D21基因的表达被抑制。接种印度梨形孢能诱导Rp1-D21基因在玉米根和叶中的表达。Bax-I基因在接种印度梨形孢的玉米叶片和根系中相较于未接种的植株更早且更剧烈地被诱导表达。研究表明,印度梨形孢通过调节ABA、NO以及程序性细胞死亡相关基因的表达来提高玉米的抗旱能力。     

水稻中乙稀通过ABA途径调控根生长

<正>中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室根据水稻黄化苗乙烯反应建立了一个快速高效的突变体筛选体系,并利用该体系分离鉴定了一系列水稻乙烯反应突变体mhz。其中mhz4呈现根顿感而胚芽鞘过敏感的乙烯反应表型。MHZ4编码4蛋白,可能参与调控脱落酸(ABA)合成途径中紫黄质向新黄质的转化。MHZ4突变造成ABA缺失     

过量表达拟南芥NPR1基因提高小麦纹枯病的抗性

拟南芥NPR1基因是植物重要的抗病调控因子,转基因过表达该基因可以赋予植物广谱抗性.为明确该基因在小麦抗纹枯病基因工程中的应用潜力,本研究构建了由玉米ubiquitin启动子驱动的拟南芥NPR1表达载体,采用基因枪介导法导入到小麦品种扬麦12号中,获得20株转基因植株.对14个外源基因纯合株系的半定量RT-PCR和测序分析结果显示,外源拟南芥NPR1基因已经导入转基因小麦并有不同水平的表达,部分转基因株系拟南芥NPR1基因发生重排;纹枯病抗性鉴定结果表明,转基因株系中拟南芥NPR1基因的正确表达可以减轻纹枯病菌引起的病症发展,提高转基因小麦的纹枯病抗性.     

非生物胁迫激活ABA途径ACO3基因的表达

DNA甲基化在植物生长发育和应答非生物胁迫过程中起重要作用。本研究揭示了ABA途径相关基因ACO3应答非生物胁迫的分子机制。定量PCR (quantitative PCR, qPCR)的检测结果表明用野生型拟南芥(Col-0)作对照,被干旱、低温和盐处理的拟南芥植物中ACO3基因表达水平显著增加。重亚硫酸盐测序的数据分析表明非生物胁迫能够诱导ACO3启动子DNA去甲基化并激活该基因的表达。RNA介导的DNA甲基化(RNA directed DNA methylation, RdDM)途径突变体ago4和dcl3中ACO3基因表达水平明显增加,暗示RdDM途径在调控ACO3基因应答非生物胁迫过程中起重要作用。     

中国科学院发现水稻中乙烯通过ABA途径调控根生长

<正>目前乙烯信号转导研究主要集中在拟南芥等双子叶植物,人们对单子叶植物中乙烯信号传递及其作用机制还知之甚少。中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室张劲松课题组和陈受宜课题组根据水稻黄化苗乙烯反应建立了一个快速高效的突变体筛选体系,并利用该体系分离鉴定了一系列水稻乙烯反应突变体mhz。其中mhz4呈现根顿感而胚芽鞘过敏感的乙烯反应表型。克隆发     

种子引发技术及其提高抗旱性的机制

干旱是农业生产中重要的限制因素,抑制种子萌发和幼苗生长,降低农作物产量.种子引发是在种子萌发前用天然或人工合成化合物处理种子,提高植物抗逆性的一种简单而有效的方法.在干旱条件下,采用引发剂对植物种子引发后,种子萌发提前,幼苗生长代谢增强,成株生殖生长得到促进,抗旱相关生理生化指标提高,植物抗旱能力增强,最终产量及品质得...     

异源表达棉花GhPRP5基因增强了拟南芥对盐和ABA的敏感性

富含脯氨酸的蛋白(proline-rich proteins, PRPs)代表一类富含脯氨酸和羟脯氨酸的细胞壁结构蛋白质,最先在伤害诱导的胡萝卜贮藏根中被发现。越来越多的证据显示这类蛋白在应答多种生物和非生物胁迫中起作用。我们之前从棉花cDNA文库中分离了一个命名为GhPRP5的编码富含脯氨酸蛋白的基因,为研究其功能,构建了GhPRP5的过量表达载体,转化拟南芥,获得GhPRP5高表达的8个株系的纯合体。在正常培养条件下,转基因株系和野生型种子的萌发率一致,但盐胁迫和ABA处理显著抑制了转基因拟南芥株系种子的萌发。盐胁迫条件下野生型的绿苗率明显高于转基因拟南芥株系,与正常生长条件相比,ABA处理抑制转基因拟南芥主根伸长的程度更大。利用Quantitative RT-PCR技术分析几个胁迫相关标记基因的表达情况表明,盐和ABA诱导了RD29A、RD29B和KIN1的表达,但诱导水平在转基因株系和野生型中不一样,说明GhPRP5参与调控拟南芥胁迫相关标记基因的表达,但具体参与的胁迫应答信号传导途径仍需进一步研究。     

过表达马铃薯气孔密度调节因子StEPF1增强拟南芥抗旱性

表皮模式因子1 (epidermal patterning factor 1,EPF1)是气孔发育的负调控因子,对于植物生长发育和环境胁迫响应至关重要.为了明确马铃薯EPF1在气孔发育过程中的功能,本研究从'大西洋'(Atlantic)马铃薯品种中克隆得到气孔密度表皮模式因子StEPF1,并对该基因的表达特性及功能进行...     

含异位表达花生AhNCED1基因的拟南芥提高耐渗透胁迫能力

AhNCED1是干旱胁迫下调控花生ABA生物合成的关键基因。以pCAMBIA1301为基本双元表达载体,分别构建CaMV35S启动子和拟南芥AtNCED3基因启动子(AtNCED3p)驱动花生AhNCED1基因的2个植物双元表达载体p35S::ORF和pAtNCED3p::ORF,通过根癌农杆菌介导法将上述两个表达载体分别转化野生型和129B08/nced3突变体拟南芥,经潮霉素筛选和PCR鉴定分别获得35S::ORF-WT和A3p::ORF-B08转基因植株,RT-PCR证实花生AhNCED1基因已在转基因植株中稳定表达,并对野生型、129B08/nced3突变体和转基因拟南芥进行外源ABA敏感性和耐渗透胁迫能力分析。结果表明,129B08/nced3突变体对外源ABA的敏感性下降,而花生AhNCED1基因在拟南芥中的异位表达提高了对外源ABA的敏感性。在山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体种子的相对萌发率明显低于野生型的,而A3p::ORF-B08转基因拟南芥种子的相对萌发率与野生型的相当,显著高于129B08/nced3突变体的,且300mmolL–1山梨醇胁迫下,35S::ORF-WT转基因拟南芥种子的相对萌发率明显高于野生型的。在300mmolL–1山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体幼苗叶片高度黄化,根的形成和幼苗生长受到严重抑制,而A3p::ORF-B08转基因突变体与野生型相似,叶片仅轻度黄化,幼苗生长势良好;35S::ORF-WT转基因植株幼苗生长未受明显影响。这些结果说明,拟南芥129B08/nced3突变体对山梨醇诱导的非离子渗透胁迫有超敏性,异位表达花生AhNCED1基因能恢复该突变体对山梨醇的超敏性,提高拟南芥的耐渗透胁迫能力。     

拟南芥中的SmD1蛋白、RNA质量控制机制与转录后基因沉默机制

RNA质量控制(RQC)是细胞内降解功能障碍RNA的机制。SmD1蛋白属于核糖核蛋白颗粒(RNP),影响转录后基因沉默(PTGS)机制。SmD1不通过参与si RNA的生成,也不通过剪接作用影响PTGS。其影响效果的强弱与拟南芥品系自身沉默诱导的强度有关。RQC途径和PTGS途径竞争相似的RNA底物,RNA底物共享可能仅在RQC途径变得低效或受损时发生。内源基因难以产生si RNA并进入PTGS途径。相反,转入基因更易产生大量的异常RNA,从而引发PTGS。SmD1通过限制RQC机制降解转入基因产生的异常RNA,允许异常RNA进入细胞质si RNA体,以促进PTGS。     

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。     

拟南芥VHA-c1基因对非生物胁迫的响应

为初步探讨V-ATPase c亚基VHA-c1基因在植物生长发育及信号转导中的作用,通过农杆菌介导,将设计的ds DNA片段整合到拟南芥基因组上,筛选获得了能够特异沉默VHA-c1基因的转基因株系c1-1,并对其进行Na Cl、ABA和6%葡萄糖胁迫处理。结果表明:在Na Cl处理后,沉默株系c1-1的主根伸长量和种子萌发率都有明显的降低,且在浓度为50,100 mmol/L Na Cl胁迫处理下,转基因株系c1-1的主根伸长量被显著抑制。在特定浓度的ABA和6%葡萄糖处理后,转基因株系c1-1的主根伸长量和种子萌发率也都有一定程度的抑制。然而,在4,8μmol/L ABA处理后,野生株系的主根伸长量被显著抑制,与转基因株系c1-1的主根伸长量被抑制效果相比达到了显著水平。沉默VHA-c1基因后,降低了拟南芥对Na Cl的耐受性,影响了其生长发育,然而对ABA和葡糖糖的抑制作用却表现为很不敏感,这可能是因为H+-ATPase在盐胁迫信号通路和ABA信号通路中起着不同的调控功能。     

ABA处理对香蕉果实淀粉代谢的影响

以巴西蕉为试验材料,用0.5 mmol/L ABA(生产中常用浓度)分别处理抽蕾20 d和抽蕾60 d的香蕉果穗,研究其对香蕉果实中4种不同类型淀粉含量的影响。结果表明:刚采收时,与对照(水处理)相比较,ABA处理的香蕉果皮颜色呈绿黄色,淀粉颗粒形状未发生明显改变;但果实中总淀粉、直链淀粉、抗性淀粉含量分别下降了1.0%、8.18%、0.39%,支链淀粉含量上升了7.18%。可食期与对照相比较,采前ABA处理的香蕉果实总淀粉和支链淀粉的含量分别上升了0.88%和0.5%;直链淀粉和抗性淀粉含量分别下降了1.97%和5.24%;相关性分析表明,采前ABA处理与不同类型淀粉含量变化密切相关,相关系数r=0.829 0,但未达到差异显著水平。     

外源ABA对小麦抗旱性和产量性状的影响

研究了干旱胁迫下外源ABA对杭旱小麦品种晋麦47号不同生长阶段的杭旱性的效果。结果表明,一定浓度的外源ABA浸种能分别提高小麦种子发芽势211.99%、发芽率63.00%、相对发芽率62.87%,利于苗齐苗壮,增强发芽期杭旱性。苗期喷施ABA能促进幼苗生长,幼苗株高、茎叶干重、根干重分别显著提高12.74%,9.60%,13.00%,伤害率比对照降低11.51%。孕穗期喷施ABA,促进了光合作用,增强了抗旱能力,叶片相对含水率提高46.39%,叶绿素荧光参数Fv/Fm。值极显著提高,增加产量9.26%。     

促生细菌通过miRNA调节拟南芥根部关键基因的表达

促生细菌在生态和农业领域的应用前景,已经引起了广泛关注,但目前对促生细菌对植物生理影响的分子机理的研究还比较少。miRNA被视为植物中重要的一类转录后调控因子,通常以转录因子为靶标,并参与多种生理过程的调节。本研究发现在拟南芥主根促生细菌枯草芽孢杆菌ACCC 01380处理下,长度明显高于普通细菌大肠杆菌处理;采集两种处理下拟南芥植株根部样本,进行小RNA测序,比较两种处理下拟南芥根部miRNA表达情况;筛选出表达受到促生细菌枯草芽孢杆菌ACCC 01380影响的miRNA;利用拟南芥丰富的生物信息数据,预测两种处理下差异表达miRNA的靶基因,分析其功能;最后对差异表达miRNA及其靶基因进行实时定量PCR验证。本研究为揭示促生细菌对植物生理影响的分子机理,以及这一过程中miRNA的作用提供了理论基础。     

拟南芥VHA-c基因在非生物胁迫响应中的作用

利用RT-PCR技术检测VHA-c基因对高盐、水和ABA胁迫的响应,结果表明所有的VHA-c基因都参与了V-ATPase的抗盐胁迫反应;在响应水胁迫的反应中VHA-c2、VHA-c4和VHA-c5基因的表达量增加;在ABA胁迫反应中VHA-c1,VHA-c2,VHA-c3和VHA-c4基因的表达水平均提高,但是VHA-c1和VHA-c3基因只在早期的ABA胁迫中增加其表达量。