3个水稻类病变基因的逆境胁迫及激素响应特征

水稻中已克隆出十几个控制类病变(lesion mimic,LM)性状的基因,其中以SPL(spotted leaf)命名的基因如Os SPL7、Os SPL11、Os SPL28分别编码不同功能的蛋白质。本研究首先分析Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28启动子序列,发现均含有大量应答激素和逆境的顺式作用元件,并采用实时定量PCR检测这3个Os SPL基因在水稻不同部位的表达情况,以及逆境和激素等不同处理对它们在转录水平表达的影响。结果表明:Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28在不同时期水稻组织中没有明显的时空差异表达;低温、盐、干旱胁迫和ABA、ACC、JA、SA四种激素在转录水平调控Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28表达,其中Os SPL7表达受低温、干旱、ACC和JA抑制而受ABA、SA诱导,Os SPL11表达受低温、干旱和JA抑制而受SA显著诱导,Os SPL28表达受到JA强烈抑制而对低温不敏感。研究结果可为进一步研究激素和非生物胁迫调控植物类病变发生的作用机制提供线索。     

水稻灌浆期籽粒中光信号相关基因鉴定与表达分析

光是影响水稻生长发育重要的环境因素,光作为信号物质调控水稻众多生长发育过程,但光信号在水稻籽粒灌浆中的作用研究较少。本研究利用高通量测序技术,对水稻灌浆期强、弱势粒中光信号途径相关基因进行了鉴定,从抽穗后10 d、15 d、21 d、27 d和35 d 5个灌浆时期,鉴定出了5个光受体基因,9个光信号途径调控因子基因,8个光信号途径其他基因共22个光信号相关基因。光受体基因包括光敏色素Os PHYB和Os PHYC,隐花色素基因Os CRY1b、Os CRY2和Os CRY-DASH。Os PHYB和Os PHYC在5个灌浆时期强、弱势粒中均表达;Os CRY-DASH在5个灌浆时期弱势粒中均表达,在强势粒中除21 d外其余4个时期均表达。调控因子基因Os PIL15、Os COP1、Os HY5、Os HFR、Os SPT、Os ELF3-1和Os ELF3-2在5个灌浆时期强、弱势粒中均表达。灌浆期基因表达动态分析表明,光信号途径基因在弱势粒中的表达量高于强势粒,光敏色素基因与调控因子基因之间在灌浆期协同表达。     

胁迫相关蛋白激酶基因OsSAPK2调控水稻抗白叶枯病反应

水稻蔗糖非酵解型蛋白激酶Sn RK2,又称胁迫相关蛋白激酶(stress-activated protein kinase genes in rice,Os SAPKs),在调控水稻非生物胁迫信号传导中起着重要作用。本研究对Os SAPK2的结构及其在水稻抗白叶枯病反应中的功能进行了初步研究。结果表明Os SAPK2被定位于细胞核和细胞质内,与Os SAPK1、Os SAPK3同属于Kulik’s II组。Os SAPK2-RNAi转基因水稻中Os SAPK2下调表达,人工接种水稻白叶枯病菌后,转基因水稻比受体对照的病斑长度显著增长,抗病相关基因Os LRR1、Os HIR1表达水平下降,感病相关基因Os MAPK5表达水平升高。此外,Os SAPK2具有自激活活性,可能与Os MAPK5等胁迫相关蛋白互作。上述结果为进一步研究Os SAPK2调控水稻抗白叶枯病的分子机制提供了信息。     

万建民团队揭示钙通道蛋白调控水稻抗稻瘟病分子机制

<正>近日,中国农业科学院作物科学研究所万建民院士团队克隆了调控水稻先天免疫的新基因Os CNGC9,并对其影响水稻苗期稻瘟病抗性的分子机制进行了深入研究。该研究建立了一条从病原菌识别到钙离子通道激活的免疫信号传导途径,填补了植物模式触发的免疫反应中缺失的重要一环,也为利用Os CNGC9进行水稻抗病遗传改良     

过量表达水稻EPFL家族基因影响拟南芥气孔的发育

气孔由两个保卫细胞围合而成是植物重要的与外界气孔交换的器官,其在发育过程中受到环境与内部因素的控制,表皮原母细胞由一次不对称分裂开始经过一系列分化,最终形成2个保卫细胞并形成气孔。最近在对EPFL家族基因(epidermis patenting factor like,EPFLs)研究中,发现EPFLs编码的小肽可能在气孔发育中起到调节作用,特别是对气孔密度及在气孔系细胞发生与发展都有调节作用。本研究利用生物信息学方法,比对了水稻(Oryza sativa)基因组,找到与拟南芥(Arabidopsis thaliana)同源的水稻EPFLs基因,构建载体转化拟南芥,以拟南芥为表型研究对象,研究水稻EPFLs在调控气孔形成过程中可能起到的作用,研究发现水稻EPFLs也具有调节气孔发育的作用,其中与Stomagen同源的Os01g0914400水稻基因的表型与拟南芥Stomagen表型非常相似,过表达都增加了气孔的数量与密度,水稻EPFLs中有3个基因Os04g0637-300、Os03g0672500、Os04g0457700转化拟南芥后表现气孔密度显著减少,研究说明水稻中也有调节气孔发育的相关基因,可能对水稻气孔发育与分布密度有影响作用。     

速递

<正>水稻SPL5基因在抗病应答中可起负调控作用Rice杂志最新研究表明,水稻SPL5(spotted leaf 5)突变体能自发产生类似超敏反应(hypersensitive response,HR)的细胞坏死斑(lesion),并显著增强对病原菌的抗性,说明SPL5基因在细胞死亡和抗病应答中起负调控的作用,但是SPL5介导的调控途径及其分子机制尚不清楚。该实验结果给SPL5基因调控机制提出了一个可能的模型:SPL5基因负调控转录因子Os WRKY14的表达,通过Os WRKY14介导水稻     

水稻OsCCCH基因家族的组织表达谱及胁迫诱导表达特征研究

CCCH型锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的转录因子,在多种植物生物学过程中起着关键的调控作用。在水稻全基因组中已发现67个CCCH基因,分为8个亚家族,而其中大部分基因的功能尚缺少研究。本研究通过荧光定量RT-PCR技术分析了水稻Os CCCH家族基因的组织表达模式以及盐、PEG、低温等非生物胁迫和脱落酸(ABA)对CCCH基因的诱导表达特征。结果表明,大部分Os CCCH基因在各组织中有不同的表达模式,约30%基因为低丰度表达,50%以上基因表现为中丰度表达,极少Os CCCH基因为高丰度表达,包括Os C3H2、Os C3H35、Os C3H41、Os C3H43、Os C3H58和Os C3H67这6个组织优势表达基因。多数Os CCCH基因都不同程度地受到盐、PEG、低温及ABA的诱导或抑制,表明这些CCCH锌指蛋白可能参与水稻的非生物胁迫响应;在四种胁迫下,有7个基因同时受到诱导,其中Os C3H17基因上调倍数高达17倍以上;有10个基因同时被抑制,其中Os C3H16基因下调倍数高达31倍以上。     

锌铁转运蛋白基因OsZIP5和OsZIP9参与水稻Zn^2+和Cd^2+的吸收和转运

锌(Zn)和镉(Cd)在水稻中的积累与世界粮食营养健康与安全息息相关。锌和镉具有相似的化学和物理性质,但在高等生物中具有不同的生理效应。在植物中,通过不同基因家族的不同转运蛋白参与锌和镉的吸收或转运。本研究对水稻锌铁转运蛋白(zinc-regulated transporters, iron-regulated transporter-like proteins,ZIPs)基因家族的16个成员进行生物信息学分析,并在锌缺乏或加镉胁迫条件下开展其表达模式分析,探究ZIP基因家族成员在水稻锌和镉吸收及累积过程中可能的生物学功能。研究发现,Os ZIP5和Os ZIP9同时受锌缺乏和镉胁迫的诱导表达。通过异源酵母表达验证了Os ZIP5和Os ZIP9具有Zn^2+和Cd^2+的转运活性,并进一步通过不同时期不同组织的表达模式分析发掘Os ZIP5和Os ZIP9在水稻Zn^2+和Cd^2+吸收或转运中的作用。本研究为水稻ZIP基因家族成员参与Zn2+和Cd2+的吸收和累积的相关研究提供参考。     

我国在水稻生长调控研究方面取得重要进展

正植物在生长发育中需要应对环境条件的不断变化,当环境条件适宜时,进行快速生长,当遇到不利条件时,植物会通过减慢或停止生长来应对。植物通过什么机制平衡并协调快速生长与应对逆境胁迫?最近,中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所李来庚研究组研究发现一个水稻Remorin基因(Os REM4.1),它将植物体内逆境响应和生长信号关联在一起,协     

水稻失控性细胞坏死突变体rcd1的鉴定与基因定位

本研究通过筛选水稻籼型恢复系明恢86的组培变异后代,获得一个失控性细胞坏死突变体rcd1(runaway cell death 1)。结果显示:从苗期后期起,rcd1叶片出现橙黄色类病斑;分蘖期后,类病斑性状加剧;抽穗期后,类病斑串联成片,茎、叶、穗干枯,并衰亡。q RT-PCR分析表明,Os PR1b、Os NAC4、Os PAL1、Os CHT1、Os CHT3、Os POC1等病程相关基因在rcd1类病斑叶片组织中表达量明显高于其在野生型叶片组织中的表达水平。田间调查发现,rcd1突变体表现出对胡麻斑病抗性增强。遗传分析显示,rcd1突变性状由单一隐性核基因控制。利用93-11与rcd1配制的F2群体进行基因定位,将rcd1定位在水稻第12染色体着丝粒附近In Del标记ID7909和ID8337之间约428 kb的区间。测序及共分离分析发现,rcd1与SL基因等位。在rcd1突变体中,SL基因编码区发生G1205T的单碱基突变,导致第370位氨基酸Arg→Leu的变异。本研究结果可为更深入解析rcd1调控水稻类病斑形成及抗病应答机制奠定了基础。     

水稻种子特异表达OsEnS58基因的克隆与表达分析

水稻是世界重要的粮食作物之一,胚乳是水稻营养物质运输与储存的场所。为探究水稻胚乳特异表达基因Os EnS58的结构与功能,本研究以粳稻‘中花11’为材料,通过生物信息学和分子生物学分析该基因的结构与表达。生物信息学分析显示,OsEnS58基因全长766 bp,其启动子包含多种胚乳特异表达、光响应和激素调控相关的元件。qRT-PCR分析发现,OsEnS58在授粉后10 d种子中高表达;原位杂交进一步证实该基因在授粉后7 d和10 d种子的内种皮中高表达,这说明OsEnS58为胚乳特异表达基因。共表达分析显示,与OsEnS58共表达基因参与水稻转录调控、胁迫响应和转运调控。本研究结果表明OsEnS58基因在水稻种子发育,尤其是储藏物质的合成、转运与储藏过程中发挥作用,为进一步研究其在水稻中的分子机制提供了科学依据。     

水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。     

OsVPE3参与GA、ABA调节水稻糊粉层细胞程序性死亡的发生

水稻(Oryza sativa L.)糊粉层细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)是水稻种子萌发过程的关键环节,为探究赤霉素(gibberellin acid,GA)与脱落酸(abscisic acid,ABA)在水稻糊粉层PCD中的作用,本研究以水稻"优Ⅱ128"种子为材料,通过采用实时荧光定量PCR技术、荧光染色方法及激光共聚焦扫描显微技术,对Os VPEs表达水平、VPE(vacuolar processing enzyme)活性以及水稻糊粉层细胞存活率等进行测定分析。结果表明:在萌发水稻种子及其胚、糊粉层中,Os VPE3的表达水平都显著高于Os VPE1、Os VPE2和Os VPE4,并且水稻糊粉层中的Os VPE3表达水平及其VPE活性均比水稻种子和胚的高,因此推测水稻糊粉层Os VPE3在水稻种子萌发中可能起着重要的作用。进一步的研究表明,GA显著地提高Os VPE3的表达水平及VPE活性水平,比对照分别提高333%和38%,相应地降低水稻糊粉层中细胞的存活率;而ABA则显著下调Os VPE3的转录水平和降低VPE的活性,分别减少49%和36%,却明显提高糊粉层中细胞的存活率。在ABA中加入GA后,则逆转了ABA的效应。以上结果证实,GA和ABA分别通过Os VPE3促进或抑制水稻糊粉层PCD进程,为进一步研究水稻种子萌发过程糊粉层PCD发生的分子机制提供理论依据。     

中间锦鸡儿CibHLH93基因克隆及表达分析

b HLH属于转录调控因子中的一个大家族,广泛存在于真核生物界,因具有保守性较高的b HLH结构域而得名。b HLH以二聚体形式特异性结合于DNA靶位点,调控多样化的生物过程,对真核生物的生长发育和次生代谢必不可少。植物中,b HLH转录因子通过与其他转录因子互作激活胁迫基因的表达,从而使植物免受非生物胁迫带来的伤害。本研究从实验室干旱转录组数据库中,得到一条中间锦鸡儿b HLH基因全长序列。序列分析显示该基因的开放阅读框为999 bp,编码332个氨基酸。比对分析结果发现其推导的氨基酸序列具有b HLH保守结构域,与拟南芥b HLH93蛋白一致性为68%,将其命名为Cib HLH93。实时荧光定量PCR结果显示,Cib HLH93受到Na Cl、冷、热和脱水的诱导,表达量随处理时间延长呈下降趋势,推测该基因在响应非生物胁迫过程中是一个下调基因。拟南芥叶肉原生质体瞬时表达实验表明,Cib HLH93主要定位于细胞核。以上结果,为进一步揭示Cib HLH93功能的研究提供了基础。     

OsWRKY67负向调控水稻耐旱性的功能分析

WRKY转录因子在水稻生物胁迫及非生物胁迫中均发挥重要作用。本实验室前期发现OsWRKY67正向调控水稻应答病害胁迫,为研究OsWRKY67在水稻非生物胁迫中的作用,本研究对低温、干旱、高盐、ABA、高渗透压和活性氧等多种非生物胁迫处理下的OsWRKY67基因的表达量进行测定,结果表明该基因的表达受上述非生物胁迫的影响。此外,本研究对OsWRKY67基因的过表达株系(OX5-2和OX6-5)、基因沉默株系(R9-4, R11-2和R14-2)和野生型‘日本晴’进行模拟干旱胁迫处理,结果表明沉默OsWRKY67基因可显著增强水稻的耐旱性,过表达OsWRKY67基因会显著降低水稻的耐旱性。进一步研究发现OsWRKY67能够调控部分耐旱相关基因(DREB1A, DREB1B, DREB2A和DREB2B)、ABA合成相关基因(NCED3和NCED4)及ABA通路相关基因(RaB16A, LIP9和LEA3)的表达。综合以上研究表明,OsWRKY67参与调控水稻响应多种非生物胁迫,通过ABA信号通路介导负向调控水稻苗期耐旱性。本研究揭示了OsWRKY67在水稻耐旱性中的调控作用,为利用该基因进...     

60Co辐射诱导水稻短穗小粒突变体sp18的表型鉴定与基因定位

利用⁶⁰Co辐射诱变贵州地方粳稻品种桥港珍珠米获得短穗小粒突变体sp18,鉴定其表型特征,并进行遗传与分子标记连锁分析,全基因组重组序列分析及突变基因分析。结果表明,与野生型相比,突变体sp18的株高增加,有效穗没有显著变化,而结实率、穗长、穗粒数和千粒重较野生型显著减少。利用水稻SSR标记进行初步定位,发现第11号染色体上的分子标记RM 167和RM 27150与目的基因连锁,物理距离分别为19.1 cM和41.5 cM处。突变体和野生型进行全基因组重测序分析,发现sp18在第11号染色体上缺失322 720 bp(7 189 868～7 512 630 bp之间)。在缺失区域内包括Os11g0235200、Os11g0235700、Os11g0235750、Os11g0236000、Os11g0236100、Os11g0236200、Os11g0237900、Os11g0238000、Os11g0238400、Os11g0238700、Os11g0239000、Os11g0239200、Os11g0239400、Os11g0239500、Os11g024060...     

中国科学院发现植物抗病反应与种子萌发的共同调控蛋白

<正>种子萌发是高等植物生命周期的又一个开始,其受到多种环境因子和植物激素的影响。其中最重要因素是赤霉素(Gibberellins,GAs)。当植物种子吸水后,胚开始合成GAs并释放到糊粉层细胞。糊粉层细胞接受到GAs信号后开始合成水解酶(如α-淀粉酶)并分泌到胚乳中水解淀粉为小分子糖,为种子萌发与幼苗生长提供能量。水稻抗病调控蛋白Os LOL1在水稻抗病中起到重要作用,但中国科学院     

水稻抽穗期分子遗传研究进展

水稻抽穗期是重要的农艺性状。随着水稻基因组学和分子遗传学研究的快速发展,水稻抽穗期的遗传学研究近年来取得了较大进展。在水稻抽穗期QTLs研究方面,目前已经定位了536个QTLs,抽穗期OTL的发现与材料、群体类型及环境均有关,在抽穗期遗传中上位性及QTL与环境互作同样具有重要作用;在基因克隆方面,有5个与水稻抽穗期有关的基因已被克隆,其中4个与长日植物拟南芥开花相关基因之间具有保守性;在水稻抽穗期信号传导路径研究方面,拟南芥的相关研究结果为水稻提供了很好的借鉴,研究发现水稻中存在与拟南芥类似的生物钟和光周期调控抽穗期的模式,并且水稻中生物钟调控抽穗期的路径有多条。植物成花分子遗传学研究主要集中在光周期及春化作用上,关于感温性的遗传研究很少。     

水稻B3转录因子OsL1的生信分析及表达模式

B3转录因子是植物特有的转录因子,与植物花形态建成、激素信号转导、种子生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关。前期研究中,利用穗发育芯片筛选到一个OsL1基因。生物信息学分析发现,OsL1基因位于水稻4号染色体,基因全长4 262 bp,编码433个氨基酸,蛋白分子量为48.7 kD,序列比对和系统发育分析表明Os L1属于B3家族转录因子,不含信号肽剪切位点和跨膜结构域,亚细胞定位于细胞核。启动子序列分析发现,该基因启动子中含有8个光响应元件及部分激素响应元件。实时PCR分析发现OsL1在水稻根、茎、叶、和穗中均有表达,其中在根和穗发育7期表达量较高,进一步克隆Os L1启动子区域,构建pCAMBIA1301-OsL1-GUS表达载体,遗传转化并鉴定获得转基因植株,The previous study在水稻根、茎、叶、和穗中均检测到了GUS信号,表明OsL1属于组成型表达。以上结果为深入研究OsL1基因在水稻生长发育过程的生物学功能提供了科学依据。     

水稻响应缺磷信号的分子调控机制

水稻是世界主要粮食作物之一,然而许多土壤环境中的缺磷现象成为限制水稻产量的主要原因。因此,了解水稻响应缺磷信号的分子机制对提高水稻产量和磷素利用效率都具有重大意义。水稻响应缺磷信号的分子机制由复杂的基因调控网络调节,有大量的转录因子、microRNA和磷酸盐转运蛋白等参与其中。本综述结合双子叶模式植物拟南芥中的磷素信号传导途径,总结了水稻磷素信号调控网络中磷酸盐转运蛋白与转录因子的功能,并阐明水稻响应缺磷信号分子调控机制的最新研究进展。除此之外,本综述还解析了未来对磷酸盐转运蛋白功能与作用机制的研究方向,并进一步对已知磷素平衡关键转录因子和转运蛋白在磷素高效利用水稻新品种创制上的应用前景与探索方向提出展望。本综述揭示了当前研究水稻响应缺磷信号的调控网络中未知的问题,为将来开展水稻缺磷响应机制研究,以及培育高效利用磷素新品种提供科学数据。