马铃薯StMAPK4响应低温胁迫的功能解析

马铃薯易受低温危害,造成减产。MAPK基因广泛参与多种环境胁迫,研究发现其参与低温调控。为探究马铃薯StMAPK4在响应低温胁迫过程中的功能,本研究以马铃薯栽培品种‘Atlantic’为试验材料,分析其在低温(4℃)胁迫下不同时间点在马铃薯根茎叶中的表达特性,并对StMAPK4基因进行生物信息学分析及对其编码的蛋白进行亚细胞定位分析,构建StMAPK4的过表达和RNAi干扰表达载体,转化马铃薯获得转基因植株,并分析了在4℃处理下非转基因(NT)、过表达和RNAi干扰表达转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量的变化。结果显示,StMAPK4蛋白的等电点为4.97,属于酸性蛋白,该蛋白定位于细胞核和细胞膜;低温胁迫下,StMAPK4在根茎叶中的表达量显著升高;StMAPK4过表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显升高,而MDA含量明显降低;StMAPK4干扰表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显降低,而MDA含量明显升高;通过表型观察发现,非转基因和RNAi干扰表达植株的叶片萎蔫严重,而过表达植株的叶片受影响较小。因此,过表达StMAPK4基因可以增强马铃薯植株对低温胁迫的耐受性。     

马铃薯StMAPK4响应低温胁迫的功能解析

马铃薯易受低温危害,造成减产。MAPK基因广泛参与多种环境胁迫,研究发现其参与低温调控。为探究马铃薯StMAPK4在响应低温胁迫过程中的功能,本研究以马铃薯栽培品种‘Atlantic’为试验材料,分析其在低温(4℃)胁迫下不同时间点在马铃薯根茎叶中的表达特性,并对StMAPK4基因进行生物信息学分析及对其编码的蛋白进行亚细胞定位分析,构建StMAPK4的过表达和RNAi干扰表达载体,转化马铃薯获得转基因植株,并分析了在4℃处理下非转基因(NT)、过表达和RNAi干扰表达转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量的变化。结果显示,StMAPK4蛋白的等电点为4.97,属于酸性蛋白,该蛋白定位于细胞核和细胞膜;低温胁迫下,StMAPK4在根茎叶中的表达量显著升高;StMAPK4过表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显升高,而MDA含量明显降低;StMAPK4干扰表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显降低,而MDA含量明显升高;通过表型观察发现,非转基因和RNAi干扰表达植株的叶片萎蔫严重,而过表达植株的叶片受影响较小。因此,过表达StMAPK4基因可以增强马铃薯植株对低温胁迫的耐受性。     

辣椒MIKC型MADS-box基因家族鉴定及胁迫响应

MADS-box家族在花的诱导和发育中作用广泛,有些基因在明显不相关的发育阶段具有多种功能。本研究通过生物信息学对辣椒MIKC型MADS-box家族系统发育树、保守结构、基因特征、GO和KEGG富集分析、时空表达等进行系统分析。在辣椒中共鉴定到25条MIKC＿MADS基因,均具有MIKC＿MADS的N端SRF-TF和C端K-box保守结构域,氨基酸数为122～278 aa,为两性亲水性蛋白。Motif分析发现,25条CaMADS-box基因均含有Motif1、Motif2、Motif4共3个保守基序。染色体定位发现,25条基因不均匀地分布在12条染色体上,其中染色体Chr02定位基因最多,共计5条基因。共线性分析发现MIKC＿MADS在野生种Chiltepin中存在多个共线性区块。GO富集分析发现,MIKC＿MADS主要参与植物生长初期发育过程,主要是花器官、胚乳发育过程,KEGG富集到甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢(ko00260),乙醛酸盐和二羧酸盐代谢(ko00630),碳代谢(ko01200)。顺式作用元件发现,与光响应元件、水杨酸、胚乳等元件相关。在时空表达过程中,MIKC＿MA...     

大豆TRK-HKT家族基因结构及逆境胁迫响应机制

植物TRK-HKT家族基因广泛介导植物Na+/K+运输,参与植物耐逆境胁迫调控。本研究以6个大豆钾利用效率差异品种为材料,利用in silico技术克隆到4个大豆TRK-HKT家族成员(Gm HKT1;1、Gm HKT1;2、Gm HKT1;3和Gm HKT1;4),采用q RT-PCR技术解析这些基因在低钾及逆境胁迫下的表达机制。结果表明,Gm HKT1;2在大豆幼苗根中对低钾胁迫的响应明显高于其他3个基因,且钾高效大豆品种这种响应更明显;同时Gm HKT1;2对不同逆境胁迫(低温、干旱、高盐和ABA)也有较强的响应。蛋白结构分析表明,仅Gm HKT1;2具有4个MPM结构域,4个保守的氨基酸残基空间上形成一个"漏斗样"结构,充当K+/Na+转运通道,通过邻近的ATP结合结构域,为K+/Na+转运提供能量。基因结构分析显示,这些基因均含3个外显子和2个内含子,不同基因间的第一个外显子和内含子片段大小差异显著,导致各基因的基因组DNA(g DNA)大小各异。启动子分析揭示,大豆TRK-HKT家族成员包含参与种子功能定位和各种激素及逆境胁迫应激反应的重要顺式作用元件;进化上该家族基因位于第一进化分支,含保守的Ser–Gly–Gly–Gly基序。     

南京农业大学作物疫病团队揭示马铃薯广谱抗病基因的作用机制

正马铃薯晚疫病是全球农业生产中的毁灭性病害之一,具有流行快、变异快等特点。随着诸多马铃薯抗病基因被晚疫病菌克服,全球抗病基因资源日益匮乏,发掘和保护广谱抗病基因已成为当务之急。近日,南京农业大学作物疫病团队在《PNAS》上发表了研究论文,破解了马铃薯广谱抗病基因Rpi-vnt1.1的识别分子机制。     

拟南芥NSP家族基因序列分析及响应干旱胁迫表达分析

芥子油苷是十字花科植物中的一种重要的次生代谢产物,它被酶水解的降解过程与植物响应逆境胁迫有关。NSP蛋白是一类能与黑芥子酶结合从而改变芥子油苷降解途径最终生成腈类物质的特异蛋白,其与ESP家族蛋白在功能上存在冗余。本研究以拟南芥NSP家族基因为对象,对家族成员基因序列、蛋白质序列、启动子序列进行生物信息学分析,并使用实时荧光定量PCR技术检测了该家族基因在干旱胁迫下的表达量。结果表明:该家族成员基因分布于3条染色体上,外显子数目2～4个;AtNSP5蛋白亚细胞定位于细胞核,其他成员定位于细胞质;结构域预测显示,该家族蛋白均含有4个Kelch结构域,除AtNSP5外,其他四个成员还含有1～2个Jacalin结构域;启动子序列中均含有CAAT-box、TATA-box核心元件及数量不一的逆境响应元件;干旱胁迫表达量分析显示,该家族中AtNSP5基因受干旱胁迫诱导表达,其他成员响应干旱胁迫不显著。本研究为进一步研究NSP蛋白在植物响应干旱胁迫中的分子机制提供依据,并为植物抗旱基因工程提供潜在候选基因。     

贵州辣椒光合生理特性对干旱胁迫的响应

辣椒是贵州省特色经济作物之一,是农业产业结构调整的主导和优势产业,但贵州省大部分地区属喀斯特地貌,土壤保水性差,极易发生干旱,探明辣椒在干旱胁迫处理后的调节机制和变化规律,对实现贵州地区辣椒优质高产有重要的理论价值和实际生产意义。选取贵州省辣椒主栽品种辣丰三号,研究以土壤田间持水量80%为对照组（CK）,在轻度（土壤田间持水量为70%,LD）、中度（60%,MD）、重度（40%,SD）和特重（20%,TD）胁迫下,辣椒的产量、生长量、光合特性和果实生理特性的调节机制和变化规律。结果表明,随着干旱胁迫程度的增加,辣椒的果长、果粗、茎粗、株高、单果重以及干物质含量显著下降,且下降趋势随着干旱胁迫程度的增加越加明显。同一处理辣椒的净光合速率（P_n）表现出先上升后逐渐平稳的趋势,随着干旱程度的增加而逐渐降低,最大净光合速率（A_max）、表观量子效率（Q）、气孔导度（G_s）、胞间CO₂浓度（C_i）和蒸腾速率（T_r）都显著下降,水分利用效率明显上升。干旱胁迫抑制了辣椒植株的生长,辣椒的粗脂肪和粗纤维含量较CK处理显著下降,LD处理二氢辣椒素含量显著低于CK处理,但是随着干旱程度的增加,辣椒素和二氢辣椒素含量逐渐增大（除LD和TD处理外）。综上可知,在贵州喀斯特干旱地区,轻度至中度干旱胁迫（田间持水量60%~     

水稻OsGPRP家族基因克隆及其对非生物胁迫的响应

富含脯氨酸和甘氨酸的蛋白基因GPRPs广泛分布于高等植物中,在植物的生长发育和逆境适应中具有重要的作用。为了克隆水稻中的OsGPRP基因,利用生物信息学分析,结合RT-PCR和测序等方法,共获得了3个水稻OsGPRP的cDNA序列,分别编码197,180,170个氨基酸,其蛋白序列均含有3个典型的植物GPRP蛋白保守结构域:N端的XYPP重复、中部富含A的疏水区和C端的HGK重复。为了初步探讨这些OsGPRP基因的功能,利用在线工具Plant CARE database分析,结果发现有3个水稻OsGPRP基因的启动子中包含有许多与植物生长发育、激素和逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。为了进一步探究OsGPRP基因在水稻适应非生物逆境胁迫过程中的生物学功能,利用实时荧光定量PCR分析了3个OsGPRP基因在水稻幼苗适应干旱和低温胁迫过程中的响应情况。结果显示,这些OsGPRP基因对干旱和低温胁迫均有不同程度的响应;在干旱胁迫下,这些OsGPRP基因在水稻幼苗不同组织中的表达量均表现出上升的趋势,表达模式较为相似;而在低温胁迫下,其表达模式却存在一些明显的不同,其中,OsGPRP1和OsGPRP3的表达量上升,而OsGPRP2的表达量却下降。结果表明,3个OsGPRP基因在水稻适应非生物逆境中具有重要的作用。     

石榴CBF基因家族的鉴定及响应冷胁迫的表达模式

冷胁迫是限制石榴生产的主要非生物胁迫之一。C-repeat binding factors (CBFs)是一种可被快速诱导的关键信号基因,在植物的低温应答中起着至关重要的作用。然而,CBF家族在石榴中尚未阐明,该家族在低温诱导条件下的表达模式尚不清楚。本研究在石榴基因组中鉴定了7个Pg CBF家族基因,并分析了它们的蛋白保守结构域、蛋白理化性质、基因结构、系统进化、启动子顺式作用元件以及低温诱导条件下的表达模式。结果表明,7个Pg CBF蛋白均具有AP2/ERF结构域;7个PgCBF基因分布在1号(5个)和4号(2个)染色体;系统进化分析发现,7个Pg CBF蛋白分为3个亚类;启动子顺式作用元件分析发现,石榴CBF可能参与激素响应、非生物胁迫响应过程。冷胁迫处理下,除PgCBF4外,其余6个PgCBF基因均被显著诱导,表明PgCBF基因参与响应冷胁迫生物学过程,本研究为后续深入开展石榴抗性分子设计育种研究提供一定理论基础。     

香蕉TCP家族的全基因组鉴定及对低氮胁迫的响应

TCP(Teeosinte branchedⅠ,Cycloidea,Proliferating cell fatcors 1和2)是含有一个高度保守非典型的bHLH(basic-Helix-Loop-Helix)保守结构域的植物特有转录因子基因家族之一,参与调控植物生长发育和非生物胁迫响应等生理过程。为了探究香蕉(Musa acuminata)TCP基因家族对低氮胁迫的响应,本研究从全基因组的分布、蛋白质理化性质、保守结构域等生物信息学方面阐述了香蕉MaTCPs基因家族成员的基本特征,并且对香蕉叶片和根在低氮胁迫下的MaTCPs基因家族成员的表达模式进行了分析。结果表明,香蕉TCP转录因子家族共包含48个成员,可分为ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CYC/TB1和CIN)两个亚家族,所有成员均定位于除Chr.09和chrUn_random以外的染色体上,且存在多个串联重复基因对。在低氮胁迫下,香蕉MaTCPs基因家族大部分基因表达量上调,且在不同的组织中表达模式不同。同一亚家族基因在根和叶中表现出一致的表达模式。这些结果表明Ma TCPs家族成员可能参与了香蕉对于低氮胁迫的响应。本研究将为香蕉低氮胁迫的机制研究和香蕉TCP转录因子家族的功能分析提供理论基础,为香蕉抗逆育种提供参考。     

南京农业大学陈发棣团队揭示菊花响应黑斑病菌侵染的时序免疫反应

正菊花黑斑病是菊花生产上的重要病害,由真菌链格孢属链格孢菌侵染引起。发病初期菊花叶片上零星地分散着很多较小的、褐色的坏死斑点,随后病斑逐渐扩大,形成圆形、椭圆形和不规则形的黑色病斑。陈发棣教授团队从分子生物学角度展开菊花响应链格孢菌侵染的研究,明确菊花抗黑斑病的分子机理是制定抗病育种策略的重要依据。     

4种木本园林植物水分胁迫生理响应及耐旱性评价

为了揭示水分胁迫对不同植物生理特性的影响,研究4种木本园林植物在不同水分胁迫条件下,植株形态、光合气体交换、叶绿素荧光等参数变化,并通过形态评分、主成分分析对它们的耐旱性进行评价。本研究以‘重瓣’榆叶梅(Amygdalus triloba f. multiplex)、紫藤(Wisteria sinensis)、中华金叶榆(Ulmus pumila’Jinye’)和‘绚丽’海棠(Malus’Radiant’)二年生盆栽幼苗为试验材料,通过欠量灌溉法对其进行5个不同灌溉量、4个周期的水分胁迫,观测不同灌溉条件下各植物形态、光合和荧光等指标变化,并观察恢复灌溉1个月后植株生长状况。结果显示,水分胁迫后4种植物叶片出现不同程度的萎蔫、焦边及落叶的情况;叶片含水率、叶面积均随灌水量的减少及灌溉周期的增加而显著降低;净光合速率(A)显著下降并伴随着蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)和水分利用率(WUE)的下降;最大光合效率(Fv/Fm)变化不显著、光合性能指数(PIABS)随水分胁迫的加重而逐渐降低。通过对不同植物评价结果的综合比较和分析发现,4种木本园林植物中,中华金叶榆的耐旱性最强,‘重瓣’榆叶...     

辣椒4CL基因家族成员的鉴定与生物信息学分析

4-香豆酸：辅酶A连接酶(4-coumarate:CoA ligase, 4CL)基因家族调控植物木质素代谢、参与类黄酮和其他次生代谢产物合成。为了解辣椒Ca4CL基因家族的分子特性及生物学功能。本研究基于辣椒的全基因组测序结果鉴定4CL基因家族,并进行生物信息学分析。结果共鉴定获得8条辣椒4CL基因,不均匀的分布于基于3、7、11和12号染色体,其中Ca4CL06和Ca4CL08未锚定;辣椒Ca4CL的外显子数目在5～6之间,基序分析结果保守;分析顺式作用元件发现,在辣椒Ca4CLs上游2 000 bp序列中存在多个响应元件,包括光、Me-JA、厌氧诱导、低温等响应元件。辣椒4CL基因家族表达分析发现Ca4CL01在根、茎、叶、果皮(开花期后25 d,绿果期,转色期,转色10 d)、胎座(转色期,转色5 d,转色10 d)中均无表达,其余Ca4CLs表达具有较强组织特异性,Ca4CL04在叶、根、果皮等时期高表达。本研究为进一步分析Ca4CLs基因在生长发育、胁迫等条件下的功能和相应的信号转导途径提供了理论依据。     

辣椒Whirly基因家族的鉴定及表达分析

为了探索辣椒Whirly基因家族成员的功能和进化关系,通过生物信息学分析了其基因结构、保守基序、进化关系及表达模式,通过荧光定量PCR测定其在脱落酸、高温、低温、疫病等胁迫下的表达量。结果表明,从辣椒CM334中鉴定了2个Whirly基因家族成员,CaWHY1和CaWHY2。辣椒CaWHY1和CaWHY2同其他物种Whirly基因理化性质相比,差别不大,结构相似性高,CaWHY2基因和番茄的SlWHY2基因结构完全一样,在系统进化树中聚在一起。CaWHY1与SlWHY1聚在一起,但它们的基因结构不同,说明Whirly蛋白在进化过程中,结构保守。表达模式分析发现,CaWHY1和CaWHY2在辣椒CM334中均能表达,但在不同组织和果实发育时期的表达水平存在差异。CaWHY1和CaWHY2在不同胁迫处理下受到不同程度的诱导,其中CaWHY1明显受疫病的诱导,CaWHY2在低温处理和脱落酸胁迫下的表达量变化趋势相反。由此可知,Whirly基因家族在辣椒的生长发育中起调控作用,在各种逆境胁迫中也发挥一定作用。     

miRNA参与逆境胁迫的研究进展及抗病育种展望

MicroRNA(miRNA)是一类19～24 nt的非编码小分子RNA,由一段具有发卡结构的单链RNA前体剪切后生成,在植物的生长发育和胁迫响应中发挥重要作用.本研究总结了植物miRNA的合成途径和作用机制,miRNA参与植物生物胁迫和非生物胁迫响应的机理和作用等,并对其在作物抗病育种中的前景进行分析,从而为miRN...     

甘蔗热带种金属硫蛋白家族基因的克隆及响应重金属胁迫的表达分析

金属硫蛋白是一类富含巯基的低分子量蛋白,在植物的重金属解毒及细胞氧化还原调控等方面起重要的作用。本研究以甘蔗热带种Badila组培苗为材料,分别测定了其在CdCl2、ZnSO4和CuCl2水溶液培养条件下地上部和地下部的重金属含量,结果显示其对上述3种重金属有较强的耐受与富集能力。继而克隆了ScMT1(登录号为KJ504373)、ScMT2-1-5 (登录号为MH191346)和ScMT3 (登录号为KJ5043704) 3个金属硫蛋白家族基因,它们分别属于植物MT亚家族中的MT1、MT2和MT3型基因。ScMT1含有1个内含子和2个外显子,开放阅读框(Open Reading Frame, ORF)长228 bp,编码75个氨基酸; ScMT2-1-5含有2个内含子和3个外显子, ORF长246 bp,编码81个氨基酸; ScMT3含有1个内含子和2个外显子, ORF长198 bp,编码65个氨基酸。RT-qPCR显示, Cd2+胁迫下,在甘蔗地上部和地下部, ScMT2-1-5均连续显著上调表达,而ScMT1的上调应答出现延迟。ScMT3在地上部的上调应答出现延迟,在地下部呈"扬–...     

独行菜种子DREB类转录因子家族及LaDREB表达对幼苗冷胁迫响应

DREB是广泛存在于植物中的一类重要的转录因子,其调控一些参与非生物胁迫相关基因的表达,在植物抗逆方面起重要作用。本研究在转录组数据基础上,比较了独行菜(Lepidium apetalum Willd.)种子在实验室条件耐受和不能耐受低温萌发的两组样本,对其DREB转录因子家族成员进行了分析,并对该家族成员表达差异极显著的基因LaDREB进行了克隆、序列分析、结构预测,研究了其表达在独行菜幼苗中对低温胁迫的响应。结果表明,萌发中的独行菜种子,至少有13个DREB转录因子表达,相对于低温萌发停滞组,在低温萌发耐受组的独行菜种子中,有1个下调、10个上调、2个表达差异不显著。其中表达量最显著上调的c18023_g1序列,包含639 bp的开放阅读框,功能注释到DREB类基因,与宽叶独行菜LiDREB序列一致性最高,因此该基因命名为LaDREB。其编码210 aa的蛋白质、具有典型AP2结构域、分子式为C1927H3217N639O815S124、理论等电点为5.18、分子量为52.352 9 k D。定量表达分析表明,LaDREB在独行菜幼苗期,经低温处理后,其表达量快速显著上调,表明LaDREB可能在独行菜幼苗抵抗低温胁迫中起调控作用,为深入探讨LaDREB转录因子在独行菜幼苗耐受低温中的作用提供理论参考。     

高温胁迫下4种杜鹃叶片的生理生化响应

为了研究高温对4个杜鹃花品种耐热性生理机制的影响,本研究以‘凤冠’(FG)‘、御代之荣’(YDZR)、‘红阳’(HY)、‘幻境’(HJ) 4个杜鹃(Rhododendron simsii Planch.)品种为试材,于人工气候箱进行环境控制试验。以25℃/17℃为对照(CK),设置30℃/22℃,35℃/27℃,40℃/32℃共3个高温处理,分别在处理5 d后测定杜鹃叶片的各项生理指标,以期探究高温对不同杜鹃品种耐热性影响的生理机制。结果表明,(1)杜鹃叶片的丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化性谷胱甘肽(GSSG)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性总体随胁迫程度加深呈先升高后降低的变化规律,且在35℃处理5 d后达到峰值;(2)杜鹃叶片的可溶性蛋白(SP)、抗坏血酸(AsA)含量随温度升高呈显著下降趋势‘,凤冠’和‘幻境’显著低于‘御代之荣’和‘红阳’;(3)‘御代之荣’和‘红阳’的Pro、GSH、GSSG含量、SOD、CAT、POD、APX、GR活性均高于...     

本氏烟草NbRS基因克隆及响应镉胁迫中的功能初步分析

为了研究精氨酰-tRNA合成酶(arginyl-tRNA synthetase,RS)在植物响应镉胁迫中的作用,本研究扩增本氏烟草NbRS基因,进行生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR和BSP技术对镉胁迫下基因的表达和甲基化状态进行分析;利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术下调该基因表达,分析该基因下调对植物发育...     

磷脂酶Ds的逆境胁迫响应功能与作用机理研究进展

膜磷脂是产生胞内信号信使的重要来源,磷脂酶Ds可催化磷脂产生磷脂酸,从而参与信号过程。PLDs是一类重要的磷脂酶家族,拟南芥中已发现了12种PLD,其中10种为C2-PLDs,其生化特性有明显差异。磷脂酶Ds和磷脂酸在不同胁迫下执行相同或独特的细胞信号转导功能：干旱胁迫下PLDα1、PLDδ、PLDα3正向调节ABA信号的应答;盐胁迫下PLDα1、PLDδ、PLDα3、PLDζs和PLDε做出应答;冷冻胁迫下PLDδ-PA和PLDα-PA表现出相反的作用;在磷缺失胁迫下,PLDζ1和PLDζ2正向调节根生长;PLDε在不同氮胁迫水平下应答不同。PLDs的作用机理主要分为三大类：细胞调节、膜脂重组与膜脂降解。其中细胞调节包括信号转导方式,PLD可通过直接作用于蛋白,如与GPA1、GAPC结合;或通过PLDs的产物,如PAs,来应答胁迫。本研究将综述磷脂酶Ds的生化特性,以及在逆境胁迫中的功能与作用机理。