不同磷效率柱花草基因型对外源DNA活化利用能力的比较分析

本研究以不同磷效率的4个柱花草基因型L6、L8、L10和Y3为材料,分析不同磷源处理对柱花草生物量、全磷含量、根系酸性磷酸酶活性和紫色酸性磷酸酶基因Sg PAPs表达的影响。结果表明,相对于不加磷处理(-P),添加外源DNA(+DNA)和速效磷处理(+P)均显著增加了柱花草的干重和全磷含量,但是,在添加外源DNA处理下,磷高效基因型L10与Y3的干重和全磷含量显著高于磷低效基因型L6与L8。在不加磷和添加外源DNA处理下,柱花草的根系内源和分泌酸性磷酸酶活性均显著增加,但L10和Y3的根系分泌酸性磷酸酶活性显著高于L6和L8。Sg PAP7和Sg PAP10在4个柱花草基因型的根系中均受低磷胁迫(不加磷和添加外源DNA处理)诱导上调表达,且在L10和Y3中的相对表达量显著高于L6和L8。以上结果表明,磷高效柱花草基因型L10和Y3具有较高的根系分泌酸性磷酸酶活性和较强的活化利用外源DNA能力。当体内磷缺乏时,柱花草通过增加Sg PAP7和Sg PAP10的表达来调控酸性磷酸酶活性,从而增加对外源DNA的活化利用。本研究为磷高效柱花草的选育和遗传改良提供了理论依据和候选基因资源。     

甘蓝型油菜紫色酸性磷酸酶基因BnPAP17＿A05的克隆及遗传转化

磷是植物生长发育的必需元素之一,紫色酸性磷酸酶能够参与植物体内有机磷的降解,在油菜抗低磷胁迫中具有潜在的应用价值。本研究从甘蓝型油菜中克隆获得编码紫色酸性磷酸酶的基因BnPAP17＿A05,生物信息学分析发现该基因具有3个外显子和两个内含子,编码含有337个氨基酸的蛋白质,且该蛋白质在第7～29个氨基酸的位置有一个跨膜结构域。本研究构建了过表达载体2X35S::BnPAP17＿A05,并成功完成在甘蓝型油菜中的遗传转化,获得了11个转基因阳性株系,为深入研究BnPAP17＿A05在油菜抗低磷胁迫中的作用提供材料,也为油菜抗低磷胁迫的分子育种提供一定理论基础和实践意义。     

不同基因型玉米幼苗对低磷条件的响应

为探明低磷胁迫对不同磷敏感型玉米的形态及部分理化指标的影响,以不同基因型玉米品种（耐磷型66和磷敏感型163）为材料,采用溶液培养法,对玉米幼苗进行不同处理[加磷(+P)、缺磷(-P)],研究玉米叶绿素含量、磷酸酯酶含量以及根系的形态指标等的变化。结果表明,在低磷胁迫下(-P),2个玉米品种的酸性磷酸酶和根系的形态指标均明显大于正常供磷水平下(+P);叶绿素含量均呈现下降的趋势。另外,低磷条件下,磷敏感型品种163的主根长度远远大于耐磷型品种66的主根长度;而66的叶绿素含量和酸性磷酸酶含量均大于163。这些结果表明,不同基因型玉米品种在低磷条件下的适应性反应,为进一步研究磷饥饿响应基因在植物营养中的功能提供理论参考。     

玉米低磷响应基因ZmPAP18的表达特征与序列变异分析

紫色酸性磷酸酶(PAP)是金属磷酸酯酶家族的重要成员,在植物对低磷环境适应的过程中发挥重要作用。依据前期构建的低磷胁迫抑制消减文库,运用RT-PCR方法从耐低磷玉米自交系178中克隆了一个酸性磷酸酶基因的全长序列。该基因编码区全长1409bp,其中ORF为1371bp,编码457个氨基酸残基。经保守域分析发现,基因的推测氨基酸序列中含有紫色酸性磷酸酶所特有的5个保守基序和7个金属离子结合位点,属于紫色酸性磷酸酶类,被命名为ZmPAP18。通过实时荧光定量分析表明,ZmPAP18在根和叶中均受到低磷胁迫的诱导增强表达,且在诱导24h后表达量达到峰值;但在玉米根部的表达量高于叶片,表明ZmPAP18在玉米根部可能参与了根外磷素的活化与吸收以及无机磷由根部向其他组织的转运。此外,经序列分析发现,ZmPAP18的3’非翻译区存在一个Indel(TGTTG)位点,并在常用的14个玉米自交系中表现出丰富的多态性,为进一步开发该基因的分子标记及耐低磷种质分子改良提供了参考信息。     

植物对低磷胁迫的适应及其分子基础

植物如何适应低磷环境和高效利用土壤中的有限磷资源的问题成为国内外当前的研究热点。本文概述了植物在低磷环境下发生的一系列复杂的生理生化变化,重点从四个方面阐述了这些变化的分子生物学基础:(1)植物向外界分泌酸性磷酸酶、RNA酶以及有机酸对难溶性磷的活化;(2)植物根系形态的改变和高亲和力磷酸盐转运蛋白的表达来提高磷的吸收效率;(3)磷向地上部分的运输;(4)植物体内磷的再利用。本文为进一步揭示植物对低磷环境的响应对策并发掘植物有效利用磷素资源提供了有效参考,在经济上和环保上均有非常现实的意义。     

双角山羊草紫色酸性磷酸酶PAP1基因的克隆及生物信息学分析

通过对双角山羊草紫色酸性磷酸酶PAP1基因的核酸和氨基酸序列进行相关生物信息学分析,旨在进一步利用基因工程手段将Ae Bi PAP1基因转入到小麦中,为获得耐低磷胁迫能力增强的小麦品种提供种质基因。以双角山羊草叶片为材料,根据小麦中的PAP1基因和二穗短柄草的PAP1基因设计兼并引物,采用同源克隆的方法,获得了双角山羊草紫色酸性磷酸酶PAP1基因的c DNA序列,并将其命名为Ae Bi PAP1,该双角山羊草紫色酸性磷酸酶PAP1基因长1.124 kb,共编码335个氨基酸,相应的氨基酸分子量为38.131 k Da,等电点为5.77。与小麦中的PAP1基因相比,双角山羊草PAP1的c DNA编码区发生碱基替代的地方共有35处,包含13处颠换与22处转换,有15处编码的氨基酸残基不同,其序列一致性达95.52%。对Ae Bi PAP1基因编码的蛋白质进行生物信息学分析发现,该蛋白具有一个信号肽但却没有跨膜结构,对Ae Bi PAP1编码蛋白进行三级结构预测发现,该编码蛋白包含金属离子结合中心,预测它属于金属蛋白。因此,将其定位于质膜比分泌到胞外的概率要高,通过对同源蛋白质氨基酸序列进行系统进化树分析,结果表明,双角山羊草紫色酸性磷酸酶PAP1基因与普通小麦的亲缘关系最近,与粳稻、短柄草、谷子亲缘关系较近,与大麦、乌拉尔图小麦、水稻以及节节麦等植物的亲缘关系较远。     

巴西橡胶树水解酶基因克隆与表达分析

磷是植物生长发育所需的大量重要元素,而缺磷是提高橡胶产量的重要限制因子,研究橡胶树耐低磷胁迫的分子机制,对提高橡胶树磷养分的利用效率具有重要意义。利用低磷胁迫差减文库获得的EST,通过RT-PCR和RACE技术克隆橡胶树应答低磷胁迫基因,并利用实时荧光定量PCR技术进行表达分析。结果表明,从橡胶树中克隆到1个应答低磷胁迫的水解酶基因Hbhyd,全长1860 bp,包含1个1479 bp的完整阅读编码框(ORF),编码56.1 kD(492aa)蛋白,经NCBI同源性分析,HbHyd编码的氨基酸序列与蓖麻水解酶的氨基酸序列一致性为84%。利用荧光定量PCR分析Hbhyd的表达水平,可知在低磷磷胁迫处理下,HbHyd在橡胶树根中表达量明显上调。Hbhyd基因在橡胶树应答低磷胁迫过程中上调表达,该基因的克隆有助于提高橡胶树磷素吸收利用效率。     

植物磷胁迫条件特异性表达基因研究进展

磷是植物生长发育必须的元素,然而多数土壤中可利用磷的含量却很少能满足作物的需要,因而作物磷素营养研究成为广泛研究的课题。目前,磷素营养的研究已深入到分子水平。在磷缺乏时,植物根和茎中发现了许多磷缺乏特异性表达的基因,包括高亲和力磷转运子、有机酸的分泌相关基因、酸性磷酸酶、TPSI1/Mt4基因家族等。这些磷缺乏特异性基因的表达对植物吸收利用磷起到重要作用。磷缺乏特异性表达基因的研究为了解植物适应磷胁迫的机制、提高磷利用率改良作物奠定了基础。     

植物防止磷过量积累的分子机制研究进展

磷是植物生长和发育所必需的大量营养元素之一。由于自然或者人为原因,土壤中有效磷的分布严重不均。在长期的进化过程中,植物逐渐形成了复杂的响应机制以维持体内的磷的稳态。植物可以通过改变根系构型、形成菌根共生体、诱导高亲和磷酸盐转运体、诱导分泌有机酸和酸性磷酸酶等多种途径,提高植物吸收和利用磷的效率。目前关于植物对低磷胁迫信号转导和适应机制的研究已比较深入,但是关于植物如何在磷充足、磷富余情况下避免磷毒害方面的研究还尚未明确。为了增加水稻的产量,农民往往施加了过量的化肥,这不仅造成了环境污染,也造成了部分耕地中磷的过量积累。植物也具有精细的调控机制,避免高磷毒害。本研究主要针对植物防止过量积累磷的分子机制进行综述,并对该领域未来的研究重点进行了展望。     

低磷胁迫下水稻不同品种根系有机酸分泌的差异

以4个对低磷反应不同的典型水稻品种（系）为材料，对其在低磷胁迫下根系有机酸分泌这一根系生理特性进行了比较研究。结果表明，低磷胁迫能促使水稻根系分泌更多的有机酸，这在耐低磷品种中表现尤为明显。     

低磷胁迫对草莓幼苗根系生长和酸性磷酸酶活性的影响

为探讨低磷胁迫对不同品种草莓幼苗的根系生长和酸性磷酸酶活性(APA)的影响,试验选取4个草莓品种（‘红颜’、‘章姬’、‘甜查理’、‘童子一号’）,采用水培的方法,设正常磷处理(KH2PO4 1×10-3 mol/L)、低磷处理(KH2PO4 1×10-6 mol/L)2个处理,分别于处理后0、7、14、21、28、35 天,取样对其根系分泌酸性磷酸酶活性进行测定分析,并于处理后35天,测定其根鲜重、主根长、侧根数。结果表明,草莓幼苗受低磷胁迫后,其主根长度受到了抑制,而同期测定的侧根数、根鲜重、根冠比则显著增加。根系分泌的酸性磷酸酶活性在低磷处理早期就有显著提高,且随着低磷胁迫的延续,其活性持续升高;各项形态、生理指标显示,供试4种草莓品种中,‘甜查理’相对于其他供试草莓品种对低磷胁迫环境适应性较好,说明可以通过选择、改良草莓的根系特性来提高草莓的磷效率。     

超表达OsPup1基因可提高烟草低磷胁迫及减轻铝毒性

磷是植物生长的必需元素之一,对植物生长发育、生理代谢、产量与品质形成起着十分重要作用。研究耐低磷植物,有助于提高作物产量,降低化肥用量,提高化肥利用率。本研究通过在不同供磷条件下对转OsPup1基因植株的形态进行研究,阐明该基因在不同供磷水平对植株生长特性的影响。通过农杆菌介导法将OsPup1基因遗传转化烟草,经抗性筛选和PCR鉴定获得转基因植株。对不同转基因烟草株系,设置4个磷水平处理进行耐磷性及铝毒性分析。结果显示,转OsPup1基因烟草以0.25 mmol/L KH2PO4作为低磷处理较适合,与野生型植株相比,转基因株系植株根系数量增多,主侧根增加。在低磷胁迫及三氯化铝(Al Cl3)处理条件下转OsPup1基因烟草的生长情况明显优于野生型植株。说明转OsPup1基因对环境中的低磷胁迫逆境能产生明显应答,初步推断OsPup1基因的表达,具有增加植株根系,改善植株生长状态和延缓铝毒的生物学功能。本研究表明,OsPup1基因在介导植株不同供磷水平下的根叶形态建成发挥着重要作用。     

利用cDNA-AFLP技术分析小麦应答低磷胁迫的特异表达基因

以磷高效小麦品种石新828为材料,采用cDNA-AFLP技术,鉴定了短期(1~6 h)、中期(12~48 h)和长期(72~144 h)低磷胁迫根系特异上、下调表达基因的表达序列标签(EST)。共有非重复的上调ESTs 142个,下调ESTs 94个。胁迫下的前者分别含短、中和长期23、53和66个;后者分别含短、中和长期17、39和38个。对其功能比对发现,上调ESTs在功能上归属于信号转导、转录调控、代谢、逆境响应、发育、物质运输、脂类代谢和功能未知等类别,下调EST除上述类别外,还含有蛋白质合成和降解等类别。部分转录因子基因(如水稻OsPTF1和拟南芥ZAT10高度同源的转录因子基因)、促分裂原激酶基因MAPK1a、钙依赖蛋白激酶基因CPK1A和蛋白激酶基因(如serine/threonine kinase)、高亲和磷转运蛋白基因(PHT3和PT2)、过氧化物酶基因(如peroxidase 73)和谷胱甘肽-S-转移酶基因(glutathione S-transferase),受到低磷胁迫的特异增强诱导,在改善小麦植株对低磷胁迫的适应能力中可能具有重要作用。研究表明,小麦对低磷胁迫的响应,在分子水平上存在着植株感受低磷胁迫信号和信号转导、进一步在生理生化方面对胁迫信号产生应答等复杂的过程。     

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。     

富集小麦磷胁迫响应基因的cDNA差减文库构建和部分ESTs的功能鉴定

植物在形态学和生化代谢水平上对低磷胁迫逆境的响应,是特异表达基因在时空上精细协同作用的结果.以前期工作中鉴定的磷高效小麦品种石新828为材料.构建了富集不同低磷处理时间点特异表达基因的根系cDNA差减抑制杂交文库.获得的克隆总数为2 682个.对随机选取的文库克隆研究发现,克隆中插入的片段长度为250～750 bp.测序结果和功能比对发现,具有功能比对结果的克隆比例为70%,其中部分分别与小麦、大麦、水稻、玉米和拟南芥等植物种属高度同源,参与转录调控、蛋白质合成和代谢等多个生物学过程.该富集低磷胁迫响应基因文库为进一步鉴定小麦响应磷胁迫逆境的基因调控网络和克隆重要的磷高效相关基因奠定了坚实的基础.     

小麦应答低磷的钙依赖蛋白激酶基因TaCPK1A和TaCPK10的克隆和表达

采用构建富集磷胁迫特异表达基因cDNA差减文库、序列分析和cDNA-AFLP技术,鉴定了2个应答低磷胁迫的钙依赖蛋白激酶(CDPK)基因的表达序列标签。克隆、测序和比对结果表明,上述基因分别为TaCPK1A和TaCPK10。其cDNA长度分别为2 129 bp和1 696 bp,开放阅读框分别为1 599 bp和1 281 bp,分别编码532和426个氨基酸;具有CDPK的典型结构特征。系统进化分析表明,上述基因的核苷酸序列同源性低,分别来自不同的祖先。在对低磷胁迫的响应上,TaCPK1A在磷胁迫1~24 h范围内根系内的表达水平不断增强,叶内表达水平在1 h内明显被诱导,以后保持稳定;TaCPK10在相应磷胁迫时间范围根叶内的表达水平均呈低—高—低变化,在磷胁迫1 h的表达被诱导,以后又逐渐降至胁迫前水平。TaCPK1A和TaCPK10对氮、钾胁迫没有应答响应。结果表明,CDPK在介导小麦低磷胁迫的信号转导中具有重要作用,小麦中存在两种或多种CDPK介导的磷酸化过程参与低磷信号的转导。     

水稻LRR-RLK基因LP7的克隆及表达分析

LRR-RLK是类受体蛋白激酶RLK家族中最大的亚家族,在调控植物非生物胁迫等方面具有重要作用。为解析水稻LRR-RLK成员LP7(LOC_Os05g24010)在耐低磷胁迫中的作用,从水稻品种日本晴中克隆了LP7全长序列,分析其编码蛋白的氨基酸序列,研究其组织表达模式、亚细胞定位及低磷胁迫下的表达变化。结果表明,LP7基因全长2 832 bp,编码943个氨基酸,LP7蛋白具有典型的LRR-RLK成员特征,LP7蛋白与玉米中的同源蛋白NP_001131018同源性比较高,同源性高达77%。组织表达模式分析表明,LP7基因在根、茎、叶等组织中均表达,在叶中表达量最高。亚细胞定位结果表明,LP7蛋白定位于细胞膜上。实时荧光定量PCR分析表明,LP7基因受低磷胁迫诱导表达,其表达量较正常培养条件下增加15倍。初步推测该基因可能在水稻响应低磷胁迫中具有重要作用。     

磷胁迫对不同基因型甜菜根系形态及根分泌物的影响

选用了三种不同抗磷胁迫能力的基因型甜菜种质材料‘品14’、‘品17’和‘品20’,通过液培和沙培法对低磷胁迫下甜菜根长、根冠比、根系H+及有机酸分泌等形态和生理特性进行了研究。结果表明：（1）磷胁迫对甜菜根系的形态特征影响显著,与正常磷营养水平比,各基因型甜菜的根系长度和根冠比均有显著增加（p<0.05）,其中抗磷胁迫能力最强的‘品20’增加幅度显著高于其他两个基因型;（2）甜菜根系主要分泌草酸、乳酸、马来酸及反丁烯二酸,其中大部分为草酸和乳酸,在低磷胁迫下,只有抗磷胁迫能力最强的‘品20’此两种酸的分泌达到显著增加水平;（3）不同基因型甜菜受磷胁迫后,近根区生长环境变化各异,其中抗磷胁迫能力最强的‘品20’H+的分泌量的增幅显著高于其他两个基因型。     

大豆耐低磷胁迫研究进展

磷是作物生长发育不可缺少的营养元素之一,但它在土壤中有效性是非常低的.缺磷是限制目前农业产量的一个重要因子,传统的农业生产主要通过施肥和土壤改良来满足植物对磷的需求,近年来人们开始发掘磷高效利用植物来替代传统方法提高磷的利用效率.在缺磷胁迫下,植物会产生一系列的包括根系形态及生理方面的适应性变化.本文综述了低磷胁迫对大豆根系、光合作用等影响的研究进展,大豆耐低磷胁迫的遗传学研究进展,以及讨论当前大豆磷效率遗传研究中存在的主要问题.     

甜菜ERF转录因子基因克隆及非生物胁迫响应分析

ERF(Ethylene-responsive element binding factors)是调控植物生长发育和响应胁迫的重要转录因子，在植物应对生物及非生物胁迫反应、调控胁迫相关功能基因的表达、提高植物的抗逆性中起着重要的作用。分析甜菜ERF转录因子基因在非生物胁迫下的表达规律，旨在为深入研究ERF转录因子在甜菜逆境胁迫应答中的作用机制提供理论依据。本研究以高糖型甜菜品系‘BS02’为试材，利用RT-PCR方法克隆得到Bv＿ammr基因，并对其进行生物信息学分析。该基因CDS区长906 bp，编码301个氨基酸。蛋白质分子量为33.19 kD，理论等电点为8.61，其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主，具有一个AP2保守结构域；氨基酸序列的同源性和进化树分析显示其编码蛋白与马兜铃菌毛所编码的蛋白亲缘关系较近。采用实时荧光定量PCR方法观测非生物胁迫下该基因表达模式，结果表明，Bv＿ammr基因对低温、高温、干旱、盐、ABA等非生物胁迫有不同程度响应。