水稻多逆境响应新基因OsMsr9的表达与克隆

为发掘水稻新的耐逆基因,研究植物在应答逆境胁迫时的分子机制,我们采用Affymetrix水稻表达芯片分析了超级稻两优培九母本培矮64S全基因组在多种逆境胁迫下的表达水平,筛选出一批表达水平显著改变的基因。其中基因OsMsr9(Oryza sativa L.Multiple Stresses Responsive Gene9,GenBank登录号为EU276058)的表达量在高温、低温、干旱处理后在多个组织器官、发育时期均有显著提高。实时定量PCR分析其特定时空表达量的结果与基因芯片的结果基本吻合。通过RT-PCR法,得到包含OsMsr9完整ORF(open reading frame)的cDNA克隆。根据生物信息学分析,该ORF编码一个包含168个氨基酸残基的蛋白质,与玉米(Zea mays)中含F-box结构域的全长蛋白有大约58%的相似性,而F-box蛋白可能与植物抗逆性有关。基于上述实验及分析结果,OsMsr9可能是一新的水稻耐逆功能基因。     

的克隆及表达分析

 逆境对于水稻产量和品质有很大影响，研究在逆境下水稻基因的表达变化对于研究水稻抗逆有着重要意义。该实验运用荧光差异显示(Fluorescence Differential Display, FDD)技术，从低温处理的水稻中克隆到OsRAN1基因并通过半定量PT-PCR分析该基因在低温和高盐逆境下的表达。该基因cDNA序列全长为984bp，含有一个编码221个氨基酸残基的开放阅读框，推测分子量为25.0 KD，此氨基酸序列具有GTPase活性区域，属于小G蛋白Ran亚家族，通过氨基酸相似性比对发现，Ran家族氨基酸序列高度保守，OsRAN1与TaRAN1和AtRAN1相似性分别达到98.19%和92.76%。通过半定量PT-PCR分析，发现在低温胁迫下，OsRAN1在根和叶鞘中表达量均有增加，尤其是高盐胁迫下根中OsRAN1表达量有迅速升高然后降低的变化。推测该基因在水稻逆境应答中起着重要作用。     

一个水稻小G蛋白OsRan1的克隆及表达分析

逆境对于水稻产量和品质有很大影响,研究在逆境下水稻基因的表达变化对于研究水稻抗逆有着重要意义。运用荧光差异显示（Fluorescence Differential Display,FDD）技术,从低温处理的水稻中克隆到OsRAN1基因并通过半定量PT-PCR分析该基因在低温和高盐逆境下的表达。该基因cDNA序列全长为984bp,含有一个编码221个氨基酸残基的开放阅读框,推测分子量为25.0KD,此氨基酸序列具有GTPase活性区域,属于小G蛋白Ran亚家族,通过氨基酸相似性比对发现,Ran家族氨基酸序列高度保守,OsRAN1与TaRAN1和AtRAN1相似性分别达到98.19%和92.76%。通过半定量PT-PCR分析,发现在低温胁迫下,OsRAN1在根和叶鞘中表达量均有增加,尤其是高盐胁迫下根中OsRAN1表达量有迅速升高然后降低的变化。推测该基因在水稻逆境应答中起着重要作用。     

水稻OsKAT2基因的克隆及表达分析

为获得抵抗逆境胁迫的相关基因,利用电子克隆方法从水稻中获得了1个新基因,将其命名为OsKAT2(GenBank登陆号为KJ010541)。生物信息学分析结果表明OsKAT2的cDNA序列开放阅读框长1 806 bp,编码蛋白质由601个氨基酸组成;OsKAT2蛋白质包含K+通道的保守结构域,属于Shaker家族第II组。通过实时定量荧光PCR分析发现,OsKAT2主要在地上部表达;在干旱、高盐和外源脱落酸(ABA)胁迫处理下,水稻地上部OsKAT2的表达量均降低。初步推测OsKAT2可能在水稻抵抗逆境胁迫中发挥作用,是一个水稻抗非生物逆境改良的候选基因。     

OsBELL4A调控水稻WOX家族基因表达及水稻幼苗生长和耐逆

根系不仅对地上部分起着重要的支撑作用,也是植物吸收水分和养分的主要器官。为了研究BELL家族因子在植物生长发育及逆境胁迫应答中的功能,通过与拟南芥序列对比,鉴定到水稻4个BELL4同源基因,它们的启动子含有ABRE、GARE、ERE、ARE和DRE等应答逆境胁迫和激素信号的元件。在水稻根中进行实时定量PCR分析表明,这4个BELL4同源基因不仅受到干旱、低温以及盐等逆境胁迫诱导,而且还受到植物激素乙烯、赤霉素以及脱落酸的调控,表明这些基因可能应答多种激素及逆境胁迫。进一步分析OsBELL4A干扰材料表型发现,抑制OsBELL4A基因能够促进WOX家族基因的表达水平,并抑制水稻苗期初生根生长,但使冠根数量增多。这些结果表明水稻BELL4同源基因OsBELL4A在水稻根系发育及逆境胁迫应答中可能具有重要的调控功能。     

水稻黄嘌呤脱氢酶基因OsXDH克隆及表达分析

[目的]克隆水稻黄嘌呤脱氢酶(Xanthine dehydrogenase,XDH)基因(OsXDH),分析其生物信息学特性及表达特性,为研究XDH在水稻生长发育和响应逆境胁迫中的调控机制提供理论依据.[方法]以粳稻品种日本晴为材料,采用同源克隆技术克隆OsXDH基因,应用生物信息学方法对其氨基酸序列进行分析.利用实时荧光定量PCR (qPCR)检测OsXDH基因的组织表达特性及逆境胁迫下的表达情况,并对不同转基因株系乳熟期剑叶OsXDH基因表达量、XDH活性和叶绿素含量进行比较分析.[结果]克隆获得OsXDH基因的开放阅读框序列(ORF)(GenBank登录号LOC4333171),其长度为4110 bp,编码1369个氨基酸.OsXDH蛋白分子量大小为150.23 kD,理论等电点(pI)为6.54,与小麦、高粱、玉米、谷子和油菜等作物XDH蛋白氨基酸序列的相似性分别为84.54%、84.07%、81.52%、76.35%和69.22%,表明XDH蛋白氨基酸序列具有高度保守性.OsXDH基因在水稻不同组织部位均有表达,灌浆期的表达量显著高于苗期和分蘖盛期(P<0.05),且受干旱、黑暗、高温和盐胁迫诱导高效表达.OsXDH过表达水稻转基因株系乳熟期剑叶的XDH活性和叶绿素含量高于野生型,OsXDH干扰转基因株系的XDH活性和叶绿素含量低于野生型.[结论]OsXDH基因受水稻生长发育和逆境胁迫因子诱导表达,推测其是调控水稻生长发育和响应逆境胁迫的关键基因.     

水稻CCCH型锌指蛋白亚家族Ⅰ基因的表达分析

CCCH型锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的转录因子,与植物的抗逆性密切相关。水稻CCCH锌指蛋白家族包括67个成员,分为8个亚家族。本研究采用实时定量PCR技术分析水稻CCCH亚家族Ⅰ基因的组织表达模式以及盐、干旱、低温、高温等多种非生物胁迫和脱落酸(ABA)对CCCH基因表达水平的调节。结果表明,多数CCCH基因都不同程度地受到这些非生物胁迫及ABA的诱导或抑制,其中C3H10、C3H24、C3H33、C3H37和C3H67的表达量在不同胁迫处理后表现出不同程度的升高,C3H35、C3H50和C3H52在盐、干旱、ABA、低温和高温处理后表达水平呈下降趋势,表明这些CCCH锌指蛋白可能参与水稻的非生物胁迫响应。     

茶树TLP家族基因鉴定及其对高温干旱和炭疽菌侵染的响应

类甜蛋白(TLP)家族基因在植物抵御逆境胁迫过程中发挥着重要作用.本研究利用生物信息学方法对茶树TLP家族基因进行分析和预测,并通过qRT-PCR检测了其在炭疽菌侵染和高温干旱胁迫下的表达水平.从茶树基因组中共鉴定出31个TLP基因,命名为CsTLP1～CsTLP31.系统进化分析表明,31个TLP基因分成10个类群,其中,类群5中的成员最多,且集中在13、14号染色体上.结合基因的表达特征可知,类群5和类群6中的较多成员在逆境胁迫下呈现差异表达.qRT-PCR验证表明：在炭疽菌侵染胁迫下,CsTLP20、CsTLP21、CsTLP23、CsTLP27的表达量与对照相比显著上调;在高温干旱胁迫下,10个TLP基因的表达量与对照相比存在显著差异,其中,CsTLP20、CsTLP21、CsTLP22、CsTLP23、CsTLP28的表达量显著上调,CsTLP7、CsTLP16、CsTLP27的表达量显著下调,CsTLP15、CsTLP26的表达量在部分时间点显著上调.综合来看,CsTLP20、CsTLP21、CsTLP23的表达量在炭疽菌侵染和高温干旱胁迫下均显著上调,表明它们是TLP家族...     

水稻质体磷酸盐转运体OsPPT家族成员的功能分析

磷酸烯醇式丙酮酸/磷酸盐转运体(PPT)是植物质体磷酸盐转运蛋白家族(pPTs)成员之一,介导细胞质中的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)进入质体基质的同时,将磷交换到细胞质中。为对水稻OsPPT基因家族进行综合分析,探索其在水稻中的潜在功能。利用水稻原生质体瞬时转化分析OsPPT的亚细胞定位,通过酵母异源表达实验分析OsPPT的磷酸盐转运能力。设置正常供磷和缺磷等非生物胁迫水培实验处理,阐明OsPPT家族成员的组织特异性表达模式,以及对非生物胁迫逆境的响应。结果表明,OsPPT基因家族4个成员均定位于叶绿体膜,而且OsPPT可以在酵母中介导磷酸盐的跨膜转运。此外,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)展示了OsPPT基因家族在应对环境胁迫时表达模式上的动态变化,比如磷饥饿,以及脱落酸(abscisic acid, ABA)、水杨酸(salicylic acid, SA)、氯化钠等非生物胁迫环境。OsPPT基因家族可能参与磷酸盐在细胞质和叶绿体之间的运输,同时也可能参与植物对逆境胁迫的响应。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

水稻AP2/EREBP转录因子响应非生物胁迫的表达谱分析

 【目的】了解AP2/EREBP家族基因参与逆境反应分子机理,为水稻抗逆相关基因的克隆及揭示水稻抗逆分子调控机理奠定基础。【方法】采用基因芯片技术分析AP2/EREBP家族基因在水稻幼苗受PEG、低温、高盐、ABA、GA等处理下的表达谱变化,并通过实时定量PCR技术对部分具有明显表达特点基因的胁迫表达谱进行验证。【结果】点制了水稻AP2/EREBP转录因子家族的基因芯片,检测到42个胁迫差异表达的AP2/EREBP基因。实时定量PCR所得结果与基因芯片结果基本吻合,说明芯片结果可靠。两个AP2/EREBP基因对所有胁迫反应相同,其它差异表达的AP2/EREBP基因对不同胁迫反应各不相同。【结论】研究发现两个AP2/EREBP基因在水稻应对外界胁迫反应中起核心分子调控作用;不同差异表达AP2/EREBP基因在水稻响应不同胁迫反应过程中具有相同或者不同的分子应答机理。     

Identification of differentially-expressed genes of rice in overlapping responses to bacterial infection by Xanthomonas oryzae pv.oryzae and nitrogen deficiency

Bacterial blight of rice caused by Xanthomonas oryzae pv.oryzae(Xoo) is one of high nitrogen(N) responsive diseases.Rice plants became more disease resistant with decreasing N suggesting that the crosstalk between disease resistance and N utilization pathways might exist.However,the co-regulatory components in such crosstalk have not been elucidated.Here,we comparatively analyzed the gene expression profiling of rice under Xoo inoculation,low N treatment,or a combination of both stresses,and identified the differentially-expressed genes(DEGs) in overlapping responses.These DEGs were involved in different biological processes,including innate immunity and nitrogen metabolism.The randomly-selected DEGs expression was validated by quantitative real-time PCR assays.Temporal expression of six genes from different functional categories suggested that N condition was the dominant factor when both stresses were present.These DEGs identified provide novel insights into the coordinated regulatory mechanism in biotic and abiotic stress responses in rice.     

Regulation of brassinosteroid signaling by a GSK3/SHAGGY-like kinase

GSK3/SHAGGY is a highly conserved serine/threonine kinase implicated in many signaling pathways in eukaryotes. Although many GSK3/SHAGGY-like kinases have been identified in plants, little is known about their functions in plant growth and development. Here we show that the Arabidopsis BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 2 (BIN2) gene encodes a GSK3/SHAGGY-like kinase. Gain-of-function mutations within its coding sequence or its overexpression inhibit brassinosteroid (BR) signaling, resulting in plants that resemble BR-deficient and BR-response mutants. In contrast, reduced BIN2 expression via cosuppression partially rescues a weak BR-signaling mutation. Thus, BIN2 acts as a negative regulator to control steroid signaling in plants.     

5个水稻蛋白激酶的克隆、表达及活性研究

蛋白激酶在生长发育、表达调控、逆境反应、信号传导等几乎所有的生命过程中发挥着重要作用,蛋白激酶的研究具有重要的理论和应用价值。全基因组测序结果表明,水稻基因组中至少有1500个蛋白激酶。本研究利用已有的蛋白激酶序列,通过PCR扩增和重组克隆,将5个重要的蛋白激酶在酿酒酵母系统中进行了表达,它们的编号分别是:NM-189878,NM-194133,NM-190508,NM-197522和NM-197571,其中NM-194133具有较强的自我磷酸化活性。同源性分析表明,这些激酶在水稻中可能的作用包括:碳代谢的生物合成调控、种子形态发生、细胞分裂调控、生物和非生物刺激的反应调控等。这项工作为进一步的体外酶活分析及蛋白质-蛋白质相互作用研究等提供了基础,也为高通量克隆表达水稻蛋白激酶提供了一个有效的系统。     

水稻多逆境响应基因OsMsr13的克隆与功能分析

为了深入研究作物耐逆境胁迫的分子机制和发现新的水稻耐逆基因,采用Affymetrix基因芯片技术与水稻表达芯片(含51,279个转录本),分析了培矮64S不同生长发育时期、不同组织器官全基因组在低温、干旱、高温逆境胁迫下的表达水平变化,筛选出一批耐多逆境候选功能基因.OsMsr13是其中一个受低温、高温与干旱诱导,在各生长发育时期与组织器官均显著上调的基因.根据序列生物信息学分析,OsMsr13含有7个外显子和6个内含子,cDNA全长序列为1603bp,完整的ORF为1317bp,编码一个含438个氨基酸残基的蛋白质;在OsMsr13启动子区域发现多个与逆境应答相关的顺武作用元件;数据库查找和蛋白质多序列的比对表明Os Msr13的预测蛋白属于钙调素结合蛋白家族.为了进一步研究OsMsr13基因的功能,通过RT-PCR方法扩增到包含OsMsr13完整ORF的cDNA克隆,构建了含有OsMsr13重组基因的过量表达载体pCAM-JIT-OsMsr13,并经农杆菌介导法将重组基因导入到水稻中.转OsMsr13株系苗期的抗逆性试验表明OsMsr13过量表达能显著地提高水稻的耐寒性,但在抗旱和耐高温方面,转基因植株和野生型9311没有观察到多大差别.     

高温干旱胁迫下水稻花器官中敏感基因的筛选

以水稻品种N22为材料,通过数据库检索和文献挖掘,筛选出47个在高温胁迫和高温干旱复合胁迫下在花药和授粉雌蕊中均差异表达的敏感基因,并对其进行表达模式分析和生物信息学分析.结果显示:47个敏感基因主要富集到HSP20、HSP70、四肽重复、ClpA/B、DnaJ、FKBP型肽脯氨酰顺反异构酶和EF–hand蛋白结构域,且绝大多数敏感基因在高温胁迫和高温干旱复合胁迫下的花药和授粉雌蕊中表达上调,有利于水稻花器官对抗胁迫诱导的胞内蛋白损伤;47个敏感基因主要参与了与胁迫相关的生物学过程和代谢途径,与类固醇激素受体的HSP90伴侣循环和蛋白质甲基化也有关.通过预测,获得13个敏感基因的28个上游miRNAs,其中osa–miR164、osa–miR156和osa–miR5162可能是水稻生殖期间逆境胁迫下对水稻育性、抽穗、衰老以及磷脂代谢中起关键作用的miRNAs.     

水稻WOX家族基因鉴定及其种子在逆境萌发中的表达分析

【目的】开展水稻WOX基因家族成员的鉴定及在种子逆境萌发中的表达分析,可为探究WOX家族基因的功能、作用机制及水稻遗传改良提供理论参考。【方法】对水稻WOX基因家族成员进行鉴定,利用生物信息学软件对其系统进化关系、理化性质、基因结构、保守结构域、保守基序、顺式作用元件和染色体定位等进行分析,并利用实时荧光定量PCR（q...     

黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析

【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据,利用生物信息学手段,对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定,并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式,为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件,利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID,并利用在线工具Pfam和SMART进行验证,最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据,利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析,检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况,利用TBtools软件绘制表达热图,分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因,分布于7条染色体上,编码氨基酸个数在78—684,分子量8.70—73.82 kD;系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族,...