红麻海藻糖生物合成关键酶基因HcTPPJ的克隆及响应逆境的表达分析

海藻糖生物合成关键酶基因TPP在植物响应各种非生物胁迫过程中具有重要作用。为了明确红麻TPP基因在应对非生物胁迫过程中的作用,本研究根据转录组CL541.Contig2Unigene序列设计特异性引物,通过PCR获得红麻TPP基因的cDNA全长序列。生物信息学分析表明,该基因最大开放读码框为1128 bp,编码一个含有375个氨基酸的蛋白质。序列一致性分析发现,该蛋白质氨基酸序列与其他物种TPPJ氨基酸序列的一致性为71.18%,故将该基因命名HcTPPJ。表达模式分析表明,该基因在根、茎、叶中均有表达,在盐、干旱胁迫下,随着胁迫时间的延长,HcTPPJ表达显著上调,表明该基因参与红麻的盐、干旱胁迫响应过程。在盐、干旱胁迫下, HcNCED3显著上调表达,而外源喷施脱落酸时,HcTPPJ表达变化不明显。由此推测,在红麻响应盐、干旱胁迫过程中,该基因的表达可能不受脱落酸信号分子的调控。这将为进一步阐明该基因在红麻响应盐、干旱胁迫过程的作用奠定基础。     

烟草NtCYP734A1基因的克隆及表达分析

油菜素内酯是一种参与胁迫响应的甾醇类植物激素,CYP734A1基因是油菜素内酯代谢通路上的关键基因。为探索CYP734A1基因在烟草响应非生物胁迫时发挥的功能,本研究以普通烟草品种K326为材料,克隆CYP734A1基因,通过生物信息学技术分析NtCYP734A1蛋白的理化性质及进化关系,运用实时荧光定量法分析CYP734A1基因在不同组织、不同非生物胁迫处理下的基因表达模式。结果表明,CYP734A1基因全长1 638 bp,编码545个氨基酸;亚细胞定位预测NtCYP734A1蛋白存在于内质网。qRT-PCR分析表明,烟草CYP734A1基因在不同组织均有表达,叶中表达量最高,茎中的表达量最低。非生物胁迫处理下,CYP734A1基因在各组织的表达量显著改变,在干旱、盐和低温胁迫下根的CYP734A1基因表达上调;在干旱、盐、高温和低温共4种胁迫下,叶中CYP734A1基因表达下调。     

利用WGCNA鉴定玉米非生物胁迫相关基因共表达网络

加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)是一种经典的系统生物学分析方法,可用来鉴定协同表达的基因模块,探索模块与目标性状的生物学相关性,并挖掘模块网络中的核心基因。本文收集了低温胁迫、高温胁迫、干旱胁迫和盐胁迫处理下玉米(Zea mays L.)根、茎、叶等组织的58份转录组数据,利用WGCNA方法鉴定玉米非生物胁迫的基因共表达网络模块。过滤转录组数据中12,552个低表达基因后,利用余下27,204个高表达基因构建共表达网络,分析得到25个模块。根据玉米中已报道非生物胁迫相关基因与差异表达基因在模块中的分布,筛选出与低温胁迫、高温胁迫、干旱胁迫和盐胁迫最相关的mediumpurple4、ivory、coral2、darkseagreen4模块和响应多种胁迫的green模块。随后对这5个模块的基因进行GO富集分析,发现在这些模块内与非生物胁迫相关基因的在非生物胁迫调控相关功能显著富集,如胁迫响应、过氧化物酶活性等。对这5个模块作相关性分析,预测出Zm00001eb072870、Zm00001eb32...     

茶树CsbZIP4转录因子正调控拟南芥对盐胁迫响应

bZIP转录因子是真核生物中一类多功能蛋白家族,参与种子成熟、光信号调节、胁迫响应等多种生物学过程,拟南芥中根据序列相似性和保守域主要分为10个亚家族(A-I和S)。本文以茶树的C亚家族转录因子CsbZIP4为研究对象,调查非生物胁迫下的表达模式,及转化拟南芥后CsbZIP4过表达对耐盐性的影响。结果显示,在4℃低温、外源ABA、盐和干旱胁迫处理后,CsbZIP4的表达在茶树叶片中呈上调模式,特别是在盐和干旱胁迫下其表达分别上调2.9倍和2.2倍;而在根中,低温、盐和干旱胁迫均能显著抑制CsbZIP4的表达,其中盐胁迫能将其表达抑制2倍;荧光显微镜下观察CsbZIP4-GFP融合蛋白,将CsbZIP4定位于细胞核中;CsbZIP4的过表达能够降低转基因株系种子萌发时对外源ABA、盐胁迫的敏感性,在300mmolL~(-1)NaCl盐胁迫下,转化拟南芥植株过表达CsbZIP4增强抗性,其叶片的SPAD值较高,同时过表达株系中盐胁迫响应基因AtSOS1的表达显著增强。根据CsbZIP4正调控拟南芥的盐胁迫响应,推断CsbZIP4与茶树抵御盐胁迫密切相关。     

普通小麦春化处理过程中wcor14a基因的表达分析

为进一步完善普通小麦春化特性理论基础,从不同春化特性小麦品种RNA-Seq结果中筛选得到一个春化诱导上调表达的EST序列Unigene3230,经NCBI比对与小麦wcor14a基因序列一致。为进一步明确该基因在春化过程中的功能,利用荧光定量PCR分析了wcor14a基因在非生物胁迫下的表达特性,结果显示,wcor14a基因能够响应低温、ABA、干旱等非生物胁迫。对wcor14a基因在不同春化发育特性小麦品种中的表达分析表明,该基因在不同发育特性小麦品种中的表达总体表现为春性半冬性冬性强冬性,而且表达时间表现为冬性和强冬性早于春性和半冬性。     

扁桃AcCBF2基因的克隆及其在逆境胁迫下的表达分析

本研究根据扁桃生物信息学数据库,采用PCR的方法从扁桃(Amygdalus communis L.)中克隆了一个CBF转录因子基因,命名AcCBF2,基因开放阅读框(open reading frame,ORF)为717 bp,编码238个氨基酸,预测其分子量26.59 kD,等电点为5.29。氨基酸多重序列比对显示,AcCBF2基因编码的氨基酸与其它植物冷胁迫相关的CBF氨基酸序列具有高度同源性,含有一个AP2功能结构域和2个特征基序;系统发育树分析显示,AcCBF2基因属于DREB家族中的A-1亚族,荧光定量显示,AcCBF2基因只对低温和干旱胁迫有响应,对盐胁迫和ABA(脱落酸)没有明显响应。在低温胁迫下,表达量上调;而在干旱胁迫下,表达量先上调后下调。初步预测AcCBF2基因可能对扁桃非生物胁迫有重要的调控作用。     

棉花GhCYSTM9基因的克隆及在非生物胁迫下的表达分析

CYSTM是真核生物中广泛存在的一类小分子蛋白,其在细胞信号转导、逆境防御反应中发挥着非常重要的作用。为了研究CYSTM基因在棉花非生物胁迫响应中的功能,本研究利用RT-PCR方法从陆地棉中克隆了GhCYSTM9基因。该基因c DNA全长237 bp,编码78个氨基酸,所编码蛋白具有一个C端保守的富含半胱氨酸的TM螺旋和特异的N端胞质元件。多重比对发现,GhCYSTM9与拟南芥CYSTMs具有较高的相似度,其中与AtCYSTM9 (NP566703.4, AT3G22240.1)序列一致性最高,达68.33%。荧光定量PCR分析其组织表达特性发现,GhCYSTM9基因在雄蕊、花瓣、根和花萼中显著高表达,在叶片、茎和雌蕊中表达量较低。进一步研究发现,GhCYSTM9基因的表达受到低温、干旱和盐胁迫的诱导,在胁迫处理下,其表达水平均呈现显著的上调表达。非生物胁迫下的基因表达分析结果显示,该基因在棉花非生物胁迫响应中有重要作用。本研究为进一步开展GhCYSTM9基因功能研究奠定了理论基础。     

玉米中低温应答ERF基因鉴定及表达分析

ERF转录因子在植物的多种发育过程和非生物胁迫反应中发挥重要作用。在玉米中,虽然ERF家族基因对盐胁迫和干旱胁迫的响应研究已经有报道,但尚没有研究从全基因组水平鉴定ERF家族基因对低温胁迫的响应。本研究采用高通量测序技术Illumina HiSeq,分别在5℃和22℃处理下构建玉米叶组织转录组,从中筛选出57条低温响应ZmERFs,包括53条上调表达的Zm ERFs,4条下调表达的Zm ERFs。不同的Zm ERFs在不同组织部位和发育阶段的表达模式有很大变化。蛋白保守结构域分析表明ZmERFs蛋白中共有20个保守基序,EAR基序出现在组B1成员中,LWSY基序出现在A1,A5和B2成员中。启动子分析显示,多种逆境相关元件ABRE、ARE、LTR和MBS在低温响应ZmERFs的启动子中高度富集。RT-qPCR结果进一步显示GRMZM2G544539和GRMZM2G040664基因可以同时受低温、盐和干旱胁迫诱导表达,GRMZM2G434203基因可以同时受低温和干旱胁迫诱导表达,表明ERF转录因子可以参与包括低温在内的多重非生物胁迫反应。此外,启动子中含有7个ABRE元件的GRMZM2...     

烟草转录因子NtNAC080在非生物胁迫下的表达分析及功能鉴定

NAC作为植物特有的转录因子,广泛参与植物生长发育、衰老及胁迫响应等生物学过程。为探究烟草NtNAC080在非生物胁迫响应中的功能,利用qRT-PCR技术分析了不同胁迫处理下NtNAC080的表达模式,结果表明,NtNAC080的表达受干旱、高盐胁迫以及ABA、MeJA和SA激素的诱导;以NtNAC080基因的敲除突变体及野生型(K326)烟株为材料,分析敲除株系在高盐和干旱胁迫下抗逆表型。试验表明,与野生型相比,2个敲除株系的耐盐抗旱能力均明显增强;干旱和盐胁迫下敲除株系的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性以及可溶性蛋白、脯氨酸含量显著高于野生型,而丙二醛含量显著低于野生型。相反地,异源表达NtNAC080的转基因拟南芥与野生型(Col-0)相比对盐和干旱的耐受性明显减弱。qRT-PCR分析发现在干旱和盐处理后胁迫相关基因(NtDREB1A、NtKAT2、NtNHX1等)在NtNAC080基因敲除株系中表达水平显著高于野生型。以上结果表明,NtNAC080在烟草的非生物胁迫响应中起负调控作用,这可能是通过调控抗氧化酶活性及胁迫相关基因的表达来实现的。     

小麦B-box基因家族全基因组鉴定与表达分析

B-box (BBX)是一类含有1个或2个B-box结构域的锌指蛋白,在植物生长发育中起着重要作用。本研究明确小麦B-box转录因子的数量、基因结构和分类进化关系,研究各基因成员在不同组织中的特异性表达以及对非生物胁迫的响应。从小麦全基因组中鉴定得到87个B-box基因家族成员,所有TaBBXs蛋白均含有B-box结构域。TaBBXs编码146～489个氨基酸,理论等电点为4.32～10.42。染色体定位分析表明,TaBBXs分布在除1A、1B和1D之外的18条小麦染色体上。通过系统发育分析将TaBBXs划分为5个亚家族,有0～4个内含子。在同组内同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构。qRT-PCR分析的20个TaBBXs基因,具有不同的组织表达模式, 16个基因在叶中有较高表达, TaBBX10和TaBBX39仅在叶中有较高表达,而TaBBX74在穗中表达, TaBBX43在根中特异性表达。在不同逆境胁迫下, TaBBXs呈现不同表达模式, 11个基因在低温胁迫后上调表达, 12个基因在ABA处理后下调表达,盐胁迫后10个基因出现上调表达,干旱胁迫后7个基因出现下调表达,TaBBX10、TaBBX39、TaBBX60、TaBBX67和TaBBX74基因在2种或2种以上胁迫下有显著的上调表达。     

小麦盐胁迫相关基因TaMYB32的克隆与分析

在对小麦全长cDNA克隆进行大规模测序及转录因子功能研究中,筛选到一个盐胁迫相关的MYB转录因子基因,将其命名为TaMYB32。TaMYB32的全长cDNA序列为1250 bp,开放阅读框为732 bp,编码一个具有244个氨基酸的R2R3-MYB转录因子。根据该基因的cDNA序列设计引物,分别在小麦二倍体祖先种乌拉尔图小麦UR206、拟斯卑尔脱山羊草Y2006和粗山羊草Y2282以及六倍体普通小麦中国春和茶淀红中克隆了TaMYB32的基因组和cDNA序列。序列分析表明TaMYB32在小麦二倍体祖先种中存在2种序列,在六倍体小麦中存在4种序列,其中1种序列在进化上非常保守,在二倍体和六倍体中完全相同。对TaMYB32的基因组和cDNA序列比较分析表明它是一个没有内含子的基因。电子定位发现TaMYB32在小麦第六同源群上,每个基因组中有2个拷贝,这与测序结果相吻合。同源序列分析发现,TaMYB32与来自水稻和玉米中的MYB蛋白的相似性分别为72.4 %和73.7%。组织表达特性分析表明该基因在小麦根、茎、叶、雌蕊和花药中均有较强的表达。半定量与实时定量RT-PCR结果表明TaMYB32是一个受盐胁迫诱导表达的基因。     

玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析

在本实验室前期研究的干旱胁迫相关的抑制差减文库(SSH)中,发现一个玉米干旱胁迫诱导表达的EST序列,与拟南芥AtCKS2和AtCKS1基因有较高的同源性。应用生物信息学手段和同源克隆的方法,分离得到该基因,命名为ZmCKS2。序列分析表明该基因开放阅读框区267bp,编码88个氨基酸。ZmCKS2蛋白含有真核生物中高度保守的CKS(cyclin-dependent kinase regulatory subunit)结构域。应用在线分析软件预测该基因上游2kb序列表明,该序列具有启动子的核心序列和增强子序列,同时还具有与干旱等多种逆境胁迫相关的调控序列。应用实时荧光定量PCR分析表明该基因在幼穗中表达量最高,且受干旱和MeJA诱导上调表达,受低温和外源ABA诱导下调表达。     

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。     

烟草(Nicotiana tabacum)非生物胁迫抗性分子机制研究进展

非生物胁迫影响烟草的生长发育,是制约作物产量和品质的重要因素。本综述阐述了非生物胁迫对烟草的影响以及最新的信号调控机制,包括干旱、盐、低温胁迫。在此基础上,综合分析了某些信号基因可能介导两因素甚至多因素调控过程,以及一些转录因子参与植物对冻害、干旱、盐害等非生物胁迫的应答调控,证明其对植物非生物胁迫的调控往往是多效性的。从分子水平上解析烟草在各种胁迫条件下的适应机制,对烟草种质资源保存、抗逆育种以及提高产量具有重要意义,为进一步研究植物的非生物胁迫应答提供理论依据。     

人工合成小麦幼苗耐低温特性鉴定

为了鉴定不同小麦品种的耐低温特性,筛选耐低温种质资源,本文以59个栽培二粒小麦/节节麦和硬粒小麦/节节麦人工合成小麦,在室温（18℃）和低温（4℃）处理下测定萌发15天的幼苗形态指标,采用性状相对值（各性状低温与室温下测定值的比值）和隶属函数法相结合的方法,综合评价人工合成小麦品种的抗低温特性。结果表明,栽培二粒小麦/节节麦人工合成小麦的耐低温特性总体较硬粒小麦/节节麦人工合成小麦强;筛选出一批耐低温特性强的栽培二粒小麦-节节麦人工合成小麦材料,可用于小麦耐低温育种。     

Applicability of Aegilops tauschii drought tolerance traits to breeding of hexaploid wheat

Few genes are available to develop drought-tolerant bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. One way to enhance bread wheat’s genetic diversity would be to take advantage of the diversity of wild species by creating synthetic hexaploid wheat (SW) with the genomic constitution of bread wheat. In this study, we compared the expression of traits encoded at different ploidy levels and evaluated the applicability of Aegilops tauschii drought-related traits using 33 Ae. tauschii accessions along with their corresponding SW lines under well-watered and drought conditions. We found wide variation in Ae. tauschii, and even wider variation in the SW lines. Some SW lines were more drought-tolerant than the standard cultivar Cham 6. Aegilops tauschii from some regions gave better performing SW lines. The traits of Ae. tauschii were not significantly correlated with their corresponding SW lines, indicating that the traits expressed in wild diploid relatives of wheat may not predict the traits that will be expressed in SW lines derived from them. We suggest that, regardless of the adaptability and performance of the Ae. tauschii under drought, production of SW could probably result in genotypes with enhanced trait expression due to gene interactions, and that the traits of the synthetic should be evaluated in hexaploid level.     

非生物胁迫诱导的GmMYB的克隆与表达分析

本研究室根据一段抗逆的EST序列, 从栽培大豆东农42中克隆到4个开放阅读框均是外显子和内含子间隔构成的R2R3-MYB基因, 其中Gm02g01300、Gm03g38040和Gm10g01340与已公布的Willams 82基因组序列完全一致, Gm19g40650第375位的单核苷酸突变导致多肽链第125位的氨基酸发生置换(GAG³⁷⁵→GAC³⁷⁵, E¹²⁵→D¹²⁵)。以人工气候箱内模拟非生物胁迫(盐、碱、干旱和低温)处理栽培大豆东农42芽期, 选择适宜时间点, 采用荧光定量PCR技术, 检测R2R3-MYB基因的表达。结果表明, 4个基因的表达水平都存在明显波动, 呈诱导后短暂上调或下调两种表达模式, 但表达时间、强度和趋势存在明显差异; Gm02g01300受干旱诱导明显, Gm03g38040受多种胁迫条件诱导表达强烈, 推测这些基因在大豆非生物胁迫的调控中起到重要作用; 另外, 在子叶与胚间, 单个基因的表达也存在差异; 多种非生物胁迫条件下, 基因的表达不仅存在时空差异, 可能也具有调控模式的差异。     

小麦胁迫相关基因TaLEAL3的克隆及分子特性分析

第3组LEA蛋白(late embryogenesis abundant protein)介导干旱、高温、高盐等非生物胁迫响应, 关于普通小麦LEA基因的研究鲜有报道。利用噬菌体原位杂交技术, 从小麦苗期干旱胁迫条件构建的cDNA文库中筛选出LEA蛋白基因TaLEAL3, 其全长750 bp, 编码区长501 bp, 编码166个氨基酸, 含有一个明显的核定位信号区。氨基酸同源性分析发现, TaLEAL3属于第3组LEA蛋白, 序列中含有由11个氨基酸组成的3个不完全重复的基序和α-螺旋的LEA结构。电子定位结果显示, TaLEAL3基因位于4BL、4DL和5AL染色体上, 主要在茎中表达, 而在根中几乎无表达。实时荧光定量PCR分析表明, 在干旱、低温和ABA诱导下, TaLEAL3基因表达量明显增加。在该基因上游1.7 kb序列处, 预测具有启动子的核心序列和增强子序列, 及与干旱和低温等多种逆境胁迫相关的调控序列。本研究为深入分析小麦LEA蛋白基因的功能, 初步解析LEA蛋白的作用机制提供了数据。     

甜菜抗非生物胁迫研究进展

本研究主要从旱涝、盐碱、高低温以及土壤重金属污染4方面综述了非生物胁迫对甜菜生长发育、生理生化及分子水平的影响。研究发现甜菜在非生物胁迫下净光合速率下降,渗透调节物质浓度改变,活性氧代谢物质含量产生变化,生长发育受到影响;甜菜抗水分胁迫基因包括PSC5、PSCR、2-cysprx、NADK、cprx1、AVP1、Bv-txas等,MYB转录因子和NAC转录因子也在非生物胁迫中起重要作用;甜菜M14品系具有抗旱、耐盐等优良特性。WRKY家族转录因子、BvM14-Tpx、BvM14-CCoAOMT等基因、过氧化酶BvpAPX及各类盐应答蛋白质在抵抗盐胁迫中起促进作用;甜菜抗高低温研究较少,研究表明低温胁迫产生了甜菜抽薹基因的差异表达,甜菜SbSEC14基因在逆境条件下起到信号传导的功能;甜菜抗重金属胁迫研究进展近些年发展迅速,BvGS、BvMTP11、BvHIPP24、BvGST基因陆续被克隆。本研究提出今后应进一步加强甜菜抗非生物胁迫机制及应用的挖掘与创新;充分挖掘野生种中DREB基因,通过转基因技术培育抗逆性强的甜菜品种（系）;在单一逆境研究基础上,进一步开展多逆境条件下的抗逆研究;在生产上应用外源调控物、抗氧化剂、硅等抵御非生物胁迫对甜菜的生长发育影响。     

谷子SiPRR37基因对光温、非生物胁迫的响应特点及其有利等位变异鉴定

从谷子品种延谷11号克隆生物钟基因SiPRR37,通过生物信息学分析、组织特异性表达分析、4种不同光温组合条件的昼夜表达模式分析以及对NaCl、ABA、PEG、低温、Fe 5种非生物胁迫的响应特点分析,揭示SiPRR37参与谷子光温互作调控以及应对非生物胁迫的作用机制;并对160份谷子材料重测序检测SiPRR37基因的突变位点进行单倍型分析,探究该基因对谷子主要农艺性状的影响。结果表明,SiPRR37基因蛋白质编码区(sequence coding for amino acids in protein,CDS)全长2247 bp,编码748个氨基酸,含有REC和CCT 2个结构域,基于PRR37蛋白的系统进化分析发现,谷子与糜子、高粱、玉米亲缘关系最近;启动子预测分析发现,SiPRR37启动子区存在光、温、生长素、赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯、干旱和盐胁迫等多种应答元件。SiPRR37相对表达量从高到低依次为根、穗颈、穗、顶叶、次顶叶、茎秆;4个光温组合条件SiPRR37均只在光照期出现1个表达峰,无论高温(27℃)还是低温(22℃),短日照相比长日照表达峰均要提前,无论长日照还是短日照,低温(22℃)相比高温(27℃)表达峰均要提前;NaCl、低温(15℃)胁迫能够抑制SiPRR37表达,PEG模拟干旱胁迫和Fe胁迫能够诱导SiPRR37基因表达,SiPRR37参与了ABA信号传导过程。位于SiPRR37 CDS区的10个SNP将160份谷子材料分为19个单倍型,其中3个单倍型(Hap_7、Hap_10、Hap_19)是改善穗部性状的有利单倍型。谷子SiPRR37基因表达具有昼夜节律性,同时受光周期和温度调控,并且参与了谷子对盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫和铁胁迫的应答反应,同时SiPRR37与抽穗期和多个穗部性状相关,在开展谷子高产分子辅助选育中具有一定应用潜力。