低磷胁迫下光质对番茄幼苗生长及生理抗性的影响

为研究低磷胁迫下不同光质对番茄幼苗生长及生理抗性的影响,以番茄品种‘中杂9号’为试材,采用水培法,设置2种不同光质（蓝紫光、白光）与3个磷素水平（0.22、0.44、0.66 mmol/L）共6个组合处理。结果表明,与正常供磷水平相比,轻度、重度低磷胁迫下番茄叶绿素含量、叶片相对含水量、生物量均显著降低,总根长、丙二醛含量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性和可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量均显著增加。同时,低磷胁迫下,相较于白光处理,蓝紫光处理明显增加了番茄幼苗叶绿素含量、叶片相对含水量、总根长、总表面积、平均直径;同时降低了叶片和根系中的MDA含量,提高了可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量和抗氧化酶活性,进而促进了植株生物量的积累。综上,蓝紫光处理能够增强番茄植株对低磷胁迫的适应能力。     

白芨蔗糖转运蛋白基因BsSUT2的克隆和表达分析

蔗糖转运蛋白(SUTs)在介导蔗糖由源到库器官的长距离运输、植物生长发育以及抵抗逆境胁迫中发挥重要作用,研究白芨蔗糖转运蛋白BsSUT2的序列信息与表达模式,为揭示其蛋白结构及基因功能提供依据。基于白芨转录组数据,采用RT-PCR技术获得白芨Bs SUT2基因CDS全长,通过生物信息学软件分析Bs SUT2编码蛋白的分子特征,并对BsSUT2进行氨基酸序列比对与系统进化树分析;采用实时荧光定量PCR技术检测BsSUT2基因的组织表达模式。结果表明,克隆获得的BsSUT2基因CDS全长为1 584 bp,编码527个氨基酸。BsSUT2蛋白包含12个跨膜结构域,亚细胞定位预测表明BsSUT2蛋白定位于质膜,与铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰SUT2基因编码蛋白序列一致性高,隶属于SUT4亚族。Bs SUT2基因的表达具有组织特异性,其转录本在白芨幼苗的假鳞茎中表达量最高。推测BsSUT2基因在白芨生长发育和蔗糖的分配中发挥重要作用。本研究对白芨BsSUT2基因的序列特征与组织表达模式进行分析,为阐明Bs SUT2基因在蔗糖运输与分配、生长发育和逆境胁迫中的功能提供实验数据支持。     

低氮条件下黄瓜寡肽转运蛋白（OPT）基因的克隆及表达分析

根据黄瓜基因组数据库中Csa020719基因编码区全序列设计引物,通过RT-PCR扩增的方法从黄瓜品种津研四号的叶片中克隆得到寡肽转运蛋白基因(oligopeptide transporter gene, OPT)。基因编码区全长为2013 bp。该基因编码的蛋白由20种氨基酸组成,含有670个氨基酸残基,分子量和理论等电点分别为73 kD和8.65。预测由该基因转录的寡肽转运蛋白为疏水蛋白,有14个连续的疏水片断。预测该蛋白不存在信号肽,为非分泌蛋白,存在OPT家族保守结构域,亚细胞定位在细胞膜上,主要功能为参与转运和底物结合。同源性和进化树的预测分析显示,OPT蛋白与毛果杨和蓖麻寡肽转运蛋白同源性分别达到了81%和79%,所转运的底物除有寡肽外,还包含有金属离子-烟草胺的螯合物等。 qRT-PCR分析同一氮浓度处理OPT基因在不同部位表达结果显示,在无氮及低氮条件下,OPT基因在茎中表达量最高,其次为叶和茎尖。在高氮条件下,OPT主要在茎尖和叶中表达量较高,其次为茎,说明OPT基因在氮胁迫下存在于植物各个部位,并主要集中在生长旺盛的部位,为黄瓜的生长提供所需的能量。不同氮浓度下OPT在茎中表达分析结果显示,OPT基因在无氮及低氮下表达量增加,明显高于正常水平,并且随着氮浓度的降低,OPT的表达量增加,说明黄瓜OPT基因参与低氮胁迫应答反应,增强黄瓜耐低氮能力。     

利用水稻基因组阵列分析水稻耐旱性QTLs分离的表达图谱

植株会对干旱作出响应而改变其基因表达模式。有时，这种转录的变化是对干旱的适应性；而在另外一些情况下，植株最终不能适应胁迫环境而被认定为对此条件敏感。我们测定了21000份表现型各不相同的水稻材料及其基因渗透的分离后代材料中近一半基因的表达，以便建立受胁迫调控的基因的表达变化与渗透调节（OA，与耐旱性有关的性状）数量性状位点（QTL）间的关系。在亲本品系中，共有662个转录得到有效的表达。在中等脱水胁迫条件下，在OA较低的亲本CT9993中，只诱导了12个基因；而在OA水平高的亲本IR62266中，却诱导了200个基因。OA水平高的亲本和OA水平低的亲本对脱水胁迫具有完全不同的响应，这说明CT9993中缺少恰当的响应机制，而不只是其对干旱胁迫响应缓慢的缘故。所有OA水平高的品系中有69个基因被上调，其中，有9个基因在所有OA水平低的品系中都不能诱导。有4个基因，即编码蔗糖合成酶、孔蛋白、热击蛋白、LEA蛋白的基因，在保持较高的OA水平和膜稳定性方面起作用。在QTL区间相对应的3954套探针中，极少有在OA水平高的品系和OA水平低的品系间出现分化表达模式，这表明它们在表型变异中起一定的作用。然而，在包括snRNP辅助因子、LEA蛋白、蛋白磷酸酶2C、Sar 1同系物在内的5个QTL中都鉴定到几个有希望的候选材料。     

一个大豆GmXIP基因的克隆与表达分析

XIP(X Intrinsic Protein)亚家族蛋白作为水通道蛋白AQP(Aquaporin)的一个成员,最近在不同植物的基因组或表达序列标签(EST)文库中被鉴定出来。从前期通过Perl程序下载的大豆全基因组水通道蛋白序列中鉴定了一个大豆GmXIP基因,该基因含有一个长385 bp的内含子,且剪接方式是AG/AG,不同于植物普通的GT/AG剪接模式;与其他植物的XIP蛋白的氨基酸序列比对发现该蛋白也具有6个跨膜区,但MIP(Major Instrinsic Protein)家族蛋白保守的"NPA"基序突变为"NPI"和"SPA",暗示该蛋白负责的物质运输与其他植物XIP功能不同;半定量RT-PCR结果表明,该基因在叶和荚表达较弱外,在茎和叶部位的表达较强,而且随着植株的发育,在茎中的表达渐强,叶中则一直保持较高的表达,这表明该基因在营养物质的运输和供给过程中起着关键作用;同时根部组织在盐胁迫8 h时该基因表达达到了顶点,36 h时恢复到处理前的表达水平;利用发根农杆菌注射获得过表达GmXIP组合植株于干旱和盐胁迫处理后发现,该基因过表达后植株抵抗外界非生物胁迫的耐性大大降低,这暗示该基因的过表达可能增进了植物细胞的失水速度,导致植株死亡。这些研究为明确大豆XIP基因的结构和功能提供了理论支持和技术指导。     

玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT3J的克隆及生物信息学分析

植物蔗糖转运蛋白是植物中特有的一类跨膜蛋白,负责蔗糖经韧皮部从源到库的运输以及库组织的蔗糖供给。为了解析单子叶特异的玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT3的生物学功能,本研究利用RT-PCR方法,从玉米自交系‘吉853’的基因组中克隆得到蔗糖转运蛋白ZmSUT3基因,命名为ZmSUT3J。测序结果表明:开放阅读框(ORF)长度为1 527 bp,编码508个氨基酸的蛋白质即ZmSUT3,分子量为53.51 kD。利用生物信息学的方法分析ZmSUT3蛋白属于疏水的MFS蛋白超家族,含有多个磷酸化位点,主要定位在质膜和叶绿体类囊体膜上,具有12个弯曲交叉的螺旋结构,属于跨膜蛋白。系统进化树分析表明,ZmSUT3蛋白属于SUT3亚族,与高粱的Sb SUT3亲缘关系较近。启动子区域生物信息学分析结果显示,含有多个组织特异性调控元件,还有激素调节及胁迫诱导相关顺式作用元件,推测ZmSUT3在库组织中发挥作用,参与激素相关胁迫应答反应。为验证ZmSUT3J基因的生物学功能,本研究构建了植物表达载体,为研究ZmSUT3在玉米中的功能奠定了基础。     

异源表达盐单胞属(Halomonas)周质磷酸盐结合蛋白基因PBP降低转基因烟草砷积累研究

为探讨PBP基因在异源烟草中的生物学功能,筛选出低砷(As)积累亲本烟草种质。以转PBP基因烟草T₂代种子和野生型烟草(Nicotiana tabacum K326)种子为材料,利用Real-time PCR分析外源PBP的时空表达模式,测定As胁迫下转基因烟株抗氧化酶(AOEs)活性变化及分析转基因烟草株系中As积累差异。AOEs活性测定表明,As胁迫第5天时CK植株中SOD和POD酶活性达到极值,分别为80.25 U/g和152.02 U/g,显著高于转基因植株;在胁迫后期(3～5 d) CK植株中H₂O₂和MDA含量也显著高于转基因植株。另外,在第7天和14天时转基因植株中As含量比CK植株均显著降低。离子转运蛋白基因表达分析表明,As胁迫不仅诱导转基因植株PBP基因表达显著上调,而且也引起转基因和CK植株中HAK1和PHT4等通道蛋白基因的显著上调,且CK植株中HAK1和PHT4的平均表达水平为转基因植株的1.5倍和3.75倍。外源PBP基因导入可有效降低转基因烟草对As的积累。     

玉米ZmMGT0基因过表达载体的构建及拟南芥遗传转化研究

CorA/MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白在维持植物镁离子平衡中具有重要作用。为探讨一个表达受缺镁胁迫诱导的玉米MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白基因ZmMGT10在缺镁胁迫中的功能,构建了ZmMGT10的过表达载体并遗传转化拟南芥,获得了转基因拟南芥株系。同野生型拟南芥植株相比,过表达ZmMGT10增加了低镁胁迫生长下转基因植株的生物量、根长和叶绿素浓度。进一步研究表明,在低镁生长条件下,转基因植株的根和叶中积累的镁离子含量均明显高于野生型植株。此外,在低镁生长条件下,转基因植株根对镁离子的吸收能力明显强于野生型植株。结果表明,过表达ZmMGT10基因可以增强转基因拟南芥植株对低镁胁迫的抵抗。     

水杨酸通过提高抗氧化酶活性及基因表达缓解番茄低钾胁迫

探讨水杨酸(SA)对低钾胁迫下番茄幼苗生理指标及基因表达的影响,为研究SA和低钾胁迫之间的关系奠定重要的理论基础。研究喷施不同浓度(0.10,0.25,0.50,1.00 mmol/L)的SA对低钾胁迫下番茄幼苗氧化酶活性及基因表达的影响。结果表明,在低钾处理下喷施0.25 mmol/L的SA,番茄幼苗中Chl、Pro的含量、CAT、APX、POD、SOD的活性与对照组相比明显增加,MDA含量则明显降低。同时采用荧光定量PCR对幼苗叶片中的APX、CAT、POD与SOD基因表达模式进行分析,发现这4个基因的表达量在处理48,96 h后明显增加。推测在低钾胁迫下喷施0.25mmol/L SA能促进APX、CAT、POD与SOD基因的表达,进而降低活性氧ROS的积累,增强番茄幼苗对低钾胁迫的抗性。     

四种复合肥对春玉米植株磷吸收转运的影响

为了探讨几种复合肥对玉米植株磷吸收与转运的影响,于2013,2014年在通辽市辽河镇,以常规施肥为对照1(CK1)、不施肥为对照2(CK2),研究沃夫特(WFT)、红四方(HSF)、奥林丹(ALD)和世纪星(SJX)4种复合肥对玉米磷素养分吸收利用的影响。结果表明,HSF 2年产量均居第一位,SJX和WFT次之。穗粒数HSF、WFT和SJX 2年均较高,千粒质量HSF 2年均最大。除大喇叭口期外,茎和籽粒中磷含量各生育期均为SJX最高,叶片中磷含量CK1和SJX较高,穗部磷含量各生育期为CK1最高,植株磷积累量各生育时期均为SJX最高。吐丝前植株磷吸收比例WFT和ALD较高,吐丝后植株磷吸收比例SJX最高;磷转运量及转运率茎中CK1最高,叶片SJX最高,转运对子粒的贡献率茎和叶片均为SJX最高。所以,HSF产量较高,可作为西辽河平原高产复合肥选择之一,SJX可促进玉米植株对磷素养分的吸收,尤其生育后期吸收比例较高,生育后期叶片磷转运率亦较高,亦可作为提高磷肥效率的复合肥选择之一。     

盐胁迫对苗期番茄蔗糖代谢的影响

研究了不同浓度盐胁迫下番茄苗期蔗糖代谢相关酶（转化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶）的活性变化与糖积累的关系。结果表明：盐胁迫在一定程度上可以提高番茄幼苗体内的果糖和葡萄糖含量,降低蔗糖的含量。短期盐胁迫可以提高番茄幼苗体内转化酶的活性,使相应的可溶性酸性转化酶mRNA水平提高,处理后期转化酶活性及可溶性酸性转化酶mRNA水平下降;蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性降低,但与对照之间的差异不显著;表明盐胁迫主要通过调节转化酶表达与活性变化来影响番茄苗期的蔗糖代谢水平。     

小麦磷饥饿前后根系蛋白质组差异表达谱建立及差异表达蛋白的鉴定

以耐低磷的小麦基因型洛夫林10号为材料, 采用蛋白质双向电泳技术, 结合质谱鉴定, 分析了正常磷供应和无磷处理7天后根系中的蛋白质组表达谱差异, 以期为深入探讨小麦响应磷胁迫的分子机理提供蛋白水平上的数据和资料。研究发现, 在可重复检测到的1 144个蛋白点中, 有87个在磷胁迫处理前后发生了明显的表达改变,占总数的7.6%,包括磷胁迫前特异表达、磷胁迫后特异表达、磷胁迫后上调和磷胁迫后下调表达等4种差异表达模式。在87个差异蛋白点中,有39个通过质谱技术被成功鉴定,涉及到代谢、细胞生长和分裂、转录和翻译、抗病、信号转导、转座元件及未知功能蛋白等功能类别,说明小麦可能通过细胞的代谢状态和基因表达改变来适应磷胁迫,进而维持体内磷含量的平衡状态。最后,我们还对差异表达点与磷胁迫的关系进行了分析和讨论。     

棉花磷胁迫响应基因GhWRKY6克隆及功能分析

【目的】提高棉花在低磷胁迫下的抗性,挖掘棉花磷胁迫相关功能基因。【方法】用生物信息学方法分析Gh WRKY6基因的结构特征和进化关系;构建基因超表达载体转化拟南芥,分析转基因拟南芥在低磷胁迫下的抗性;利用荧光定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析拟南芥中磷信号途径Marker基因表达量的变化。【结果】以陆地棉cDNA为模板克隆得到Gh WRKY6基因,生物信息学分析表明该基因序列含有一个WRKY保守结构域,是WRKY家族转录因子。在低磷胁迫下,转基因拟南芥与野生型相比,种子萌发速度、主根长度、侧根数目、生物量均低于野生型,而在正常生长条件下两者并无差别。qRT-PCR分析表明GhWRKY6能够影响关键的磷转运蛋白基因的表达。【结论】GhWRKY6作为一个负调控因子参与到植物低磷胁迫响应信号途径中。     

低铁胁迫对不同耐低磷玉米生长及磷、铁养分吸收的影响

用营养液培养方法研究了耐低磷和低磷敏感玉米幼苗对低铁胁迫的基因型差异。结果表明,铁处理和基因型对玉米的生长和养分吸收影响显著,铁处理和基因型之间存在互作。低铁胁迫对各基因型玉米幼苗地上部生物重的影响十分明显,对低磷敏感基因型玉米地上部生物重的抑制作用显著大于耐低磷基因型。铁在玉米植株中集中分布在根部,与耐低磷特性无关。低铁胁迫显著降低了各基因型玉米幼苗叶片的叶绿素含量,但基因型间无明显差异。低铁胁迫对根系生长有一定的促进作用,可以诱导地上部同化产物向根系转运,促进根系代偿性伸长。     

转cry1C~*基因抗虫超级粳稻田间目的基因表达及抗螟虫性研究

为了研究转基因抗虫超级粳稻田间目的基因表达及抗螟虫性,将10个来自于不同独立抗性愈伤组织的转cry1C*基因抗虫超级粳稻品系种植于田间,利用实时荧光定量PCR方法检测孕穗期叶片、茎鞘和幼穗等器官目的基因mRNA,利用酶联免疫吸附(ELISA)法检测孕穗期叶片、茎鞘和幼穗及收获后糙米的Cry1C蛋白,利用田间目测调查二化螟危害的白穗率。结果显示,转基因超级粳稻不同品系及不同器官cry1C*基因田间表达量明显不同,cry1C*基因mRNA表达量:叶片茎鞘幼穗,蛋白质表达量:叶片茎鞘幼穗糙米。转基因超级粳稻田间目的基因表达,在mRNA水平和蛋白质水平,不同器官间存在正相关关系,各器官Cry1C蛋白质含量和糙米Bt蛋白质含量呈正相关。在本研究范围内,不论转基因粳稻植株Cry1C蛋白质含量高或低的品系,田间均表现为高抗二化螟。培育转基因抗虫粳稻品种时,应注意对目的基因适量表达的抗虫基因型的选择。     

外源亚精胺对干旱胁迫下谷子幼苗光合作用及碳水化合物积累的影响

以干旱敏感的谷子品种‘狼尾巴’为试验材料,在营养液栽培模式下,采用20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱,研究了外源亚精胺(Spd)对干旱胁迫下谷子幼苗光合特性、碳水化合物积累以及蔗糖、淀粉合成关键酶活性的影响。结果表明,干旱胁迫显著降低了谷子幼苗光合作用和碳水化合物积累,抑制植株的发育,而外源Spd处理能在一定程度上逆转这种效果,0.1mmol/L亚精胺处理后,谷子幼苗光合参数、叶绿素荧光参数均比干旱胁迫处理显著升高,同时蔗糖磷酸合成酶、淀粉合成酶等酶活性升高,并最终促进了蔗糖、可溶性总糖以及淀粉等破水化合物的积累,缓解了干旱胁迫对谷子幼苗生长发育的抑制。以上结果表明,干旱胁迫下,外源Spd能缓解叶片气孔的关闭,促进植株对CO2的吸收,提高植物的光合作用和碳水化合物积累能力,并最终提高了谷子幼苗的抗旱性。     

重金属Cd胁迫和添加Si后番茄根的转录组初步分析

为探究重金属镉(Cd)胁迫和添加硅(Si)后对番茄根基因表达变化特性,以期为番茄低吸收Cd育种和Si抑制Cd吸收提供基因资源和理论基础。以‘耐裂王’番茄为材料,设置3个处理组:未添加Cd和Si的对照(CK)处理,添加Cd处理,添加Cd一周之后添加2 mmol/L的Si处理。本研究测定了番茄植株生物量和番茄根中镉含量,利用Illumina HiSeq高通量测序法对番茄根进行转录组测序,对转录组进行GO分类和KEGG通路富集分析。结果表明:Cd可以抑制番茄植株的生长,添加Si后可以抑制根中Cd的积累。以上3个处理相互比较分别有1 054、1 061和204个基因显示了表达差异;对比CK来看,表达差异基因主要富集在细胞壁、氧化还原酶活性及有机酸运输等功能。Cd+Si处理组对比Cd处理组,表达差异基因主要富集在细胞壁、氧化还原酶活性及有机酸运输等功能;番茄根受到Cd胁迫的时候主要以上调基因表达的模式来应答胁迫,加入Si以后,虽然番茄根还是以上调基因表达为主,但有所降低,相比只有Cd的处理组,上调基因下降了11.1%。通过KEGG通路富集分析,发现Solyc07g061720.3 (GA2ox4)、Solyc06g082590.1 (SlCRF1)和Solyc12g009220.2 (SlJAZ2) 3个基因表达上调可能与Cd抑制番茄生长有密切关系;番茄根中脂类代谢相关基因的差异表达与Si抑制Cd吸收有密切关系;Solyc05g051200.1 (ERF1)表达上调与添加Si增强番茄抗性有关。本研究有助于认识Cd和Si对番茄生长和Cd富集在基因层面的影响,并且对今后重金属污染防治工作有一定的指导意义。     

甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3的克隆及功能分析

蔗糖作为光合产物的主要运输形式,其跨膜运输主要由蔗糖转运蛋白介导。本研究采用RACE技术,仍甘薯[Ipomoeabatatas (L.)Lam.]中兊隆得到甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3(GenBank登录号为MN233361)。IbSUT3基因全长1607 bp,开放阅读框为1518 bp,编码505个氨基酸。IbSUT3蛋白预测分子量为53.82 kD,等电点(pI)为9.19,含有12个跨膜结构域。序列比对表明, IbSUT3属于Group Ⅰ亚族,与其他物种的SUTs蛋白高度相似,但与Group Ⅳ亚族的蔗糖转运蛋白在进化上具有明显差别。利用酵母表达体系SUSY7/ura3证明IbSUT3编码有功能的蔗糖转运蛋白。亚细胞定位収现, IbSUT3蛋白定位在烟草原生质体膜上。实时荧光定量PCR结果表明, IbSUT3基因在甘薯不同组织中均有表达,但在叶片中表达最高;非生物胁迫(低温、高盐、干旱)和外源脱落酸均可诱导IbSUT3基因在叶片中的表达,表明该基因响应多种非生物胁迫,参与植物对脱落酸的响应。     

不同番茄品种对镉胁迫的耐抗性差异研究

为了优选Cd低积累或Cd高抗性番茄品种,以前期初步筛选的4个番茄品种(普罗旺斯、瑞提娜、凯特2号和908)为研究对象,通过水培试验详细对比镉胁迫下不同番茄品种幼苗生长与抗性指标的差异特征。结果表明:在不添加Cd的条件下,番茄品种908在株高、根长、总生物量以及MDA和叶绿素含量上均表现出最高的自然特征;普罗旺斯在CAT活性上表现最为突出;瑞提娜在POD活性上表现最高。在Cd胁迫条件下,低镉含量胁迫对普罗旺斯根系的生长有促进作用,比对照增长24.72%,其他品种变化不大;瑞提娜株高在中、高Cd含量胁迫下的响应最为敏感,受到了明显的抑制作用,其他品种无明显变化。4个番茄品种幼苗中的CAT活性在低、中等Cd胁迫时均明显增强,增幅为12.58%~84.91%;在高Cd胁迫时4个品种CAT活性大幅下降,抗性功能严重削弱。品种908的POD活性在中、高Cd胁迫时大幅增强,增幅为76.07%和72.65%;瑞提娜POD活性大幅下降,抗性严重遭受影响。在4个品种中,908地上部和根部的Cd含量最高,为其他品种的3~12倍,普罗旺斯最低,4个品种的转运系数均1。在同等Cd胁迫条件下,908植株吸收到体内的高Cd浓度诱导了抗氧化酶活性的高增加幅度,反映了品种908植株对活性氧清除能力强于其余3个品种。综上,在中、高Cd胁迫下选定普罗旺斯为Cd低积累番茄品种,908抗性最强且Cd含量较高,属于高Cd抗性品种。     

转ER-sHSP基因番茄植株的耐盐性检测

热激蛋白在植物应对各种环境胁迫的应答中执行重要的功能并存在交叉保护现象。前期结果表明内质网小分子热激蛋白（ER-sHSP）的过量表达能够显著增强转基因番茄的抗冷能力,为继续深入研究ER-sHSP的生理功能,本文对高盐胁迫下转ER-sHSP基因番茄的耐受性进行了检测,结果显示：与对照相比,转基因番茄抗性表型明显,持有较高的植物干鲜重,脯氨酸含量大幅度提高,SOD酶活性增加明显,而MDA含量和电导率则较低。说明ER-sHSP的过量表达提高了转基因番茄的抗盐胁迫能力