燕麦AsSnRK2.7编码蛋白的分子特征及基因表达特异性研究

蔗糖非发酵相关的蛋白激酶2（SnRK2）通过磷酸化在植物胁迫信号转导途径中起关键作用。为发掘并利用燕麦中的 SnRK2基因,本研究基于燕麦转录组数据的注释信息,利用RT-PCR技术从燕麦品种美达中克隆了 AsSnRK2.7基因,借助生物信息学、瞬时表达及实时荧光定量RT-PCR（qRT-PCR）技术分别对该基因或其编码蛋白进行分子特征分析、亚细胞定位和表达特异性研究。结果表明, AsSnRK2.7基因包含一个1 074 bp的开放阅读框,编码357个氨基酸,预测其编码蛋白含有一个STKc_SnRK2结构域和一个PKc_like superfamily结构域,属于SnRK2蛋白激酶家族成员。AsSnRK2.7蛋白一级序列中包含多个SnRK2家族特有的重要功能区。AsSnRK2.7蛋白与水稻的SnRK2蛋白激酶相似性最高,属于Group Ⅰ（SnRK2b）亚家族。亚细胞定位结果显示,AsSnRK2.7蛋白主要定位在细胞核中。qRT-PCR结果显示, AsSnRK2.7基因为组成型表达,在根、茎、叶和穗中的最大表达量分别出现在苗期、分蘖期、抽穗期和灌浆期;此外, AsSnRK2.7基因的表达不被ABA激活,但可以积极应答PEG、盐和低温胁迫。以上结果说明, AsSnRK2.7基因可能作为一个调节因子,通过非依赖ABA途径来调节干旱、盐和低温所引发的信号传导。     

番茄SlSnRK2s基因表达在促进叶片衰老中的作用

SnRK2(sucrose non-fermenting 1一related protein kinase2)是脱落酸(ABA)信号转导途径中的正调控因子,广泛参与了植物的生长发育、病虫害防御、ABA和非生物胁迫等多种信号的应答反应。从番茄中分离了3个与SnRK2.2、SnRK2.3和SnRK2.6同源的基因,分别命名为SlSnRK2.2、SlSnRK2.3和SlSnRK2.6,同时构建了SlSlSnRK2.2/2.3/2.6 RNAi载体,并通过根癌农杆菌介导的叶盘法转化番茄,得到转基因番茄植株。初步表型分析结果发现转基因植株呈叶片早衰的现象。通过对乙烯信号相关基因的检测可知,转基因植株中除了ERF2表达量低于野生型,其余3个基因(ACO4、ERF1B、ERF1)的表达量均高于野生型,表明SlSnRK2.2、SlSnRK2.3和SlSnRK2.6与叶片衰老有关,可能参与ABA和乙烯信号互作,此结果对揭示植物衰老机理具有重要意义。     

蓖麻SnRK2基因家族的鉴定和特征分析

SnRK2是一类植物特有的Ser/Thr类蛋白激酶。为研究其在蓖麻抗逆过程中的作用,基于蓖麻的基因组序列信息,利用生物信息学方法鉴定了6个蓖麻SnRK2蛋白激酶成员。分析发现这些蛋白具有亲水性属性,基因结构分析表明,植物SnRK2基因在进化过程中具有很高的保守性;系统与进化分析发现植物SnRK2蛋白在单、双子叶植物中分化显著,可能是独立演化的结果。高通量RNA-seq测序结果显示,大部分SnRK2基因在检测的各个组织中均有表达,且在不同组织间或种子发育的不同阶段没有明显的组织特异性;外源ABA处理种子后,Group 2的基因表达显著上调。进一步利用半定量RT-PCR技术检测外源(100μmol/L)ABA、(250mmol/L)Na Cl和(4℃)冷胁迫处理的幼苗,发现Group 2中的基因29908.m006067被这3种胁迫强烈激活,基因29772.m000313对ABA和冷胁迫有较强的响应。     

茶树CsSnRK2.1、CsSnRK2.2基因的克隆及在非生物胁迫中的响应

蔗糖非酵解型蛋白激酶（SnRK）是一类广泛存在于植物体内的丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶,其中SnRK2家族在植物非生物胁迫响应过程中起着十分重要的作用。为了探究茶树SnRK2家族基因响应逆境的分子机制,本研究克隆了两个茶树SnRK2家族基因,并分别命名为CsSnRK2.1（GenBank登录号：MG026837）和CsSnRK2.2（GenBank登录号：MF662805）,生物信息学分析表明CsSnRK2.1和CsSnRK2.2分别编码358个和337个氨基酸,与拟南芥和玉米SnRK2蛋白激酶的同源性很高,均具有保守的ATP结合位点和Ser/Thr激酶活性结构域。在高盐、干旱和ABA胁迫下,CsSnRK2.1均能被诱导表达,且呈现先升后降趋势,而在低温和高温胁迫下表达量变化不大;CsSnRK2.2能强烈响应高盐胁迫,也能被高温诱导上调表达;表明它们可能与茶树抗逆密切相关。     

茶树CsCIPK12与CsKIN10的互作鉴定及其表达分析

蔗糖非酵解-1相关蛋白激酶（Sucrose non-fermenting 1-related protein kinase,SnRK）在代谢调控和胁迫信号传递中发挥重要的作用。本文以茶树SnRK3亚家族的CsCIPK12基因和SnRK1亚家族的CsKIN10基因为研究对象,通过序列比对和进化分析,发现CsCIPK12和CsKIN10都具有N端激酶结构域和C端调节域;CsCIPK12具有与CBLs结合的NAF/FISL结构域,与拟南芥AtCIPK12,杨树PtCIPK17、18、19同源关系最近;而CsKIN10具有泛素相关的UBA结构域,与杨树PtSnRK1同源关系最近。通过酵母双杂交系统,证实了CsCIPK12和CsKIN10蛋白存在相互作用。表达分析发现,在自然冷驯化过程中,CsKIN10的表达模式与前期对CsCIPK12的研究结果一致,在龙井43、浙农12、大面白3个茶树品种中受低温不同程度地诱导;4℃短时低温处理发现,CsCIPK12和CsKIN10在成熟叶中受低温显著诱导（最高诱导水平分别为4倍和2.3倍）,而在新梢中,二者对低温的响应并不显著;ABA、葡萄糖以及蔗糖处理发现,CsCIPK12和CsKIN10在成熟叶中受这3种处理的显著诱导。结果表明,CsCIPK12与CsKIN10蛋白相互作用,参与ABA和糖信号途径,在茶树低温胁迫响应中可能发挥重要作用。     

长穗偃麦草EeSnRK2.6基因克隆及生物信息学分析

蔗糖非发酵相关蛋白激酶家族2(SnRK2)基因家族受各种逆境胁迫诱导表达,在提高植物的抗逆性中发挥着至关重要的作用。为继续深入挖掘有效的抗逆相关基因资源并为转基因小麦提供重要候选基因,基于同源克隆方法从抗旱、耐盐性极强的长穗偃麦草中克隆了EeSnRK2.6基因的cDNA序列,该基因全长1 096bp,编码364个氨基酸,推测分子量为41.73kD,等电点为5.98,是亲水性氨基酸,共有18处磷酸化位点和1处跨膜域。氨基酸序列同源性分析发现,长穗偃麦草EeSnRK2.6基因与其他目前已报道的抗逆效果显著的SnRK2家族基因有较高同源性,同大豆SnRK2.6基因同源性达到95%,且具有典型的丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶保守域。系统进化树分析表明,EeSnRK2.6与SbSnRK2.6属于同一进化分枝上。因此,推测该基因属于SnRK2基因家族成员,可能在参与逆境胁迫反应、增强植物的抗逆性中起着重要作用。     

大豆microRNA168调控植物低磷胁迫响应

为研究miR168在大豆响应低磷胁迫中的调控作用,从大豆中克隆了编码大豆miR168的基因MIR168,连接到植物表达载体后转化烟草,获得超量表达阳性转基因株系后鉴定其对低磷胁迫的耐受性。研究结果表明,超量表达MIR168烟草在低磷胁迫时长势强于对照,根长较对照长,地上部和地下部鲜重也显著高于对照,表明MIR168能够提高烟草对低磷的耐受性。MIR168过量表达烟草中miR168表达高于对照,其推定的靶基因AGO1的表达高于或与对照相当,表明miR168和AGO1之间存在相互调控。进一步分析miR168参与的信号调控发现,超量表达MIR168的烟草种子萌发受ABA和JA抑制,对GA3不敏感,表明miR168可能参与了ABA和JA信号调控。本文研究结果将有助于应用大豆miR168调控植物低磷胁迫,为培育磷高效植物提供基因资源。     

小麦SnRK2家族基因鉴定及进化分析

SnRK2是一种植物特异性的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在植物生长发育和胁迫耐受信号传递过程中发挥着至关重要的作用。为探索SnRK2在小麦抗逆中的作用，基于最新的小麦基因组信息，采用blastp和hmmer两种方法在普通小麦中共鉴定到30个SnRK2基因家族成员。系统发育分析表明，SnRK2基因在普通小麦及其祖先物种的进化过程中高度保守。利用RNA seq数据分析小麦SnRK2基因在不同组织以及不同胁迫条件下的表达模式，结果表明，小麦SnRK2基因家族成员在不同组织以及不同胁迫条件下表达量均存在差异，且具有显著的组织特异性。通过qRT PCR进一步验证6个小麦SnRK2基因的表达模式，发现不同基因之间的表达量存在明显差异，推测小麦SnRK2基因家族的部分成员出现功能分化。随后，利用已发表的六倍体小麦重测序数据，分析不同小麦群体中SnRK2基因的核苷酸多样性(P_i)和分化指数(F_st)，并解析单倍型，推测Ta 5B SnRK2.28基因的AA单倍型为优异等位变异。通过同源建模预测小麦SnRK2蛋白的三维结构，发现小麦SnRK2蛋白结构在进化上高度保守。     

小麦TaPP2C59基因的克隆及表达分析

2C型蛋白磷酸酶(PP2C)是ABA信号途径的关键组分,在ABA信号转导及植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。为给TaPP2C59基因功能的研究奠定基础,同时为小麦对非生物胁迫应答的信号转导机理研究提供参考,本研究从小麦中克隆了第一个PP2C基因TaPP2C59,并对其在逆境胁迫以及多种信号分子处理下的表达模式进行研究。序列分析表明,该基因开放阅读框(ORF)为855bp,编码284个氨基酸。进化树分析表明,该基因编码的蛋白与水稻OsPP2C45蛋白和拟南芥AtPP2C59蛋白的亲缘关系最近。多序列比对分析表明,TaPP2C59具有PP2C家族蛋白的保守结构特征。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受ABA、低温和高盐胁迫抑制。因此,可以推测TaPP2C59可能作为负调控因子参与ABA信号及非生物逆境胁迫应答。     

稻瘟病菌中蛋白激酶CK2的功能预测分析

通过生物信息学分析,初步掌握了稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)中蛋白激酶CK2三亚基的结构特点,生物进化树分析表明CK2的蛋白序列在进化上的高度保守性;利用酵母同源比对的方法预测分析了稻瘟病菌中潜在的互作底物,揭示了CK2可能参与的生理生化过程,并且重点预测分析了CK2与小G蛋白Rho3之间的互作关系,为进一步揭示稻瘟病菌蛋白激酶CK2的功能及其参与调控的信号通路提供了理论基础.     

Stress-Activated Protein Kinase OsSAPK7 Regulates Salt-Stress Tolerance by Modulating Diverse Stress-Defensive Responses in Rice

Soil salinity is an environmental threat limiting rice productivity. Identification of salinity tolerance genes and exploitation of their mechanisms in plants are vital for crop breeding. In this study, the function of stress-activated protein kinase 7(OsSAPK7), a SnRK2 family member, was characterized in response to salt stress in rice. Compared with variety 9804, OsSAPK7-overexpression plants had a greater survival rate, increased chlorophyll and proline contents, and superoxide dismutase and catalase activities at the seedling stage under salt-stress conditions, as well as decreased sodium potassium ratio(Na~+/K~+) and malondialdehyde contents. After salt stress, the OsS APK7 knockout plants had lower survival rates, increased Na~+/K~+ ratios and malomdiadehyde contents, and decreased physiological parameters compared with 9804. These changes in transgenic lines suggested that OsSAPK7 increased the salt tolerance of rice by modulating ion homeostasis, redox reactions and photosynthesis. The results of RNA-Seq indicated that genes involved in redox-dependent signaling pathway, photosynthesis and zeatin synthesis pathways were significantly down-regulated in the OsSAPK7 knockout line compared with 9804 under salt-stress condition, which confirmed that OsSAPK7 positively regulated salt tolerance by modulating diverse stress-defensive responses in rice. These findings provided novel insights for the genetic improvement of rice and for understanding the regulatory mechanisms of salt-stress tolerance.     

巴西橡胶树SnRK1家族基因的克隆与表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶I(Sn RK1)是植物糖信号途径的关键因子,广泛参与植物生长发育。以蓖麻Sn RK1基因序列为探针,采用同源克隆的方法获得了橡胶树Sn RK1家族2个基因的全长c DNA,分别命名为Hb Sn RK1-1(KX237690.1)和Hb Sn RK1-2(KX237691.1)。2个Hb Sn RK1基因均编码含515个氨基酸且序列高度一致(96.5%)的蛋白质;2个基因均含10个外显子、9个内含子,且外显子大小相近,但基因长度差异明显。在6种橡胶树组织中,2个Hb Sn RK1基因均有表达,但Hb Sn RK1-1在胶乳(产胶细胞乳管的细胞质)中的表达量明显高于Hb Sn RK1-2;在叶片发育不同时期,Hb Sn RK1-1的表达变化不显著,而Hb Sn RK1-2的表达随叶片发育明显下降;在胶乳中,Hb Sn RK1-1的表达显著受乙烯和茉莉酸诱导、受2,4-D抑制,但Hb Sn RK1-2表达受激素处理的影响较小,推测Hb Sn RK1可能参与胶乳再生的激素调控。     

小麦生理型雄性不育系花药内源JA与ABA含量动态变化及其代谢通路差异基因表达研究

为了进一步阐明化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育的分子机制,以西农1376为材料,采用RNA-seq技术,对PHYMS-1376及其对照可育系CK-1376四分体、单核早期、单核晚期、二核期、三核期花药进行转录组测序,筛选出差异表达基因,进行GO富集、KEGG富集和GSEA富集分析,并利用高效液相法分别检测了PHYMS-1376及CK-1376上述五个时期花药中ABA和JA含量,通过qRT-PCR技术分析了ABA和JA通路关键差异基因的表达模式。结果发现,与CK-1376相比,在PHYMS-1376花药中共筛选出了 36 058个差异表达基因,主要富集到植物激素信号传导、苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸的生物合成4个通路;JA含量在PHYMS-1376四分体花药中显著降低（P<0.05）,至单核早期显著升高,单核晚期又显著降低,二核期显著升高,三核期显著降低;ABA含量在PHYMS-1376四分体至三核期花药中含量均高于CK-1376,其中在单核早期、单核晚期和二核期差异显著,可能与不育系各时期花药中PP2C关键基因TraesCS1D02G271000表达量过低相关,致使PP2C蛋白含量减少,进一步激活BIN2/BILs激酶,使SnRK2s磷酸化,促进ABA含量增加。上述结果表明：PHYMS-1376各发育时期花药中JA含量的异常波动与ABA含量的显著增加及上述2个通路关键基因的差异表达可能与SQ-1诱导小麦花粉败育密切相关。本研究为深入揭示SQ-1诱导小麦生理型雄性不育机理提供了一定的理论基础。