不结球白菜病程相关蛋白基因BcPR5的克隆及表达分析

[目的]本文旨在研究不结球白菜病程相关蛋白基因Bc PR5的结构与表达特征。[方法]通过RACE技术,从抗病品种‘苏州青’叶片克隆到Bc PR5基因的全长c DNA序列。采用RT-q PCR方法分析该基因在霜霉病菌诱导,水杨酸(SA)、茉莉酸(Me J)和脱落酸(ABA)等激素处理条件下的表达模式。SDS-PAGE技术分析该基因的原核表达特征。[结果]Bc PR5基因的c DNA全长为954 bp,其中开放阅读框长度为732 bp,共编码243个氨基酸,相对分子质量为26.1×103,理论等电点是9.3。氨基酸同源系统进化分析表明,不结球白菜Bc PR5基因与同属植物的进化关系相近,其中与大白菜第6号染色体上的基因同源性最高(100%)。RT-q PCR分析表明,抗病品种‘苏州青’和感病品种‘矮脚黄’在霜霉病菌和非生物胁迫(SA、Me J和ABA)诱导过程中,Bc PR5基因的表达量均呈先升高后降低的趋势,且抗病品种高于感病品种。原核表达结果表明,该蛋白在终浓度为1.0 mmol·L-1的IPTG诱导4 h后能实现融合蛋白的高效表达。[结论]Bc PR5在不结球白菜抗霜霉病防御反应中发挥着重要作用,研究结果为该基因的功能验证提供理论基础。     

不结球白菜抗病相关基因BcCPR1的克隆和功能分析

[目的]本文旨在探究BcCPR1基因对灰霉菌的抗性及对霜霉菌和非生物胁迫的响应。[方法]采用同源克隆方法从不结球白菜中克隆BcCPR1基因CDS序列;利用MEGA 7软件对其进行同源性分析;利用农杆菌介导法在烟草中进行亚细胞定位研究及转基因拟南芥植株的获取;利用RT-qPCR技术,对BcCPR1基因在生物及非生物胁迫处理下的表达水平进行分析。[结果]BcCPR1基因含有1个1 221 bp的开放阅读框(ORF),编码406个氨基酸,与同属的甘蓝和芜菁进化关系最相近,分别为97.54%和92.66%。亚细胞定位结果显示,BcCPR1蛋白定位在细胞膜上。霜霉菌、脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)和盐处理BcCPR1基因均有响应,并存在时间表达差异。过表达BcCPR1基因的转基因拟南芥对灰霉菌抗性增强,同时茉莉酸(JA)途径标记基因PDF1.2表达量显著上升。[结论]BcCPR1蛋白定位于细胞膜,主要通过茉莉酸(JA)途径调节过表达拟南芥对灰霉菌的抗性,对霜霉菌及非生物胁迫均有响应。     

不结球白菜过氧化还原蛋白基因Brc2-Cys Prx的克隆和表达分析

[目的]双半胱氨酸型硫氧还蛋白过氧化物酶Brc2-Cys Prx是过氧化还原蛋白Peroxiredoxins(Prxs)的亚家族。Prxs是植物抗氧化酶防御系统的成员,对清除植物体内活性氧具有重要作用。本文旨在克隆和研究Brc2-Cys Prx基因在不结球白菜处于不同胁迫条件下的表达模式。[方法]以不结球白菜霜霉病抗病自交系‘苏州青’和霜霉病感病自交系‘矮脚黄’为试验材料,利用RACE技术克隆得到不结球白菜Brc2-Cys Prx基因。利用生物信息学方法对该基因进行信息学分析。采用qRT-PCR技术对不结球白菜叶片Brc2-Cys Prx基因在霜霉病菌侵染及NaCl、CdCl_2、PEG6000和ABA等非生物胁迫处理条件下的表达模式进行研究。[结果]Brc2-Cys Prx基因的c DNA全长为999 bp,其中开放阅读框长度为810 bp,共编码270个氨基酸。该蛋白不存在信号肽序列,预测相对分子质量为28.15×10~3,理论等电点为5.87。不结球白菜Brc2-Cys Prx蛋白的二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成。该蛋白含有1个PRX_Typ2cys结构域,属于硫氧还蛋白超家族。系统进化分析表明:不结球白菜Brc2-Cys Prx蛋白与同属植物的进化关系相近,其中与大白菜和甘蓝型油菜进化关系最近。霜霉病菌侵染条件下,Brc2-Cys Prx基因表达呈逐渐上调趋势,在‘矮脚黄’中的表达与‘苏州青’相比上调迟钝,且该基因在‘矮脚黄’中的表达量一直低于‘苏州青’。0.2 mol·L~(-1)NaCl和200 g·L~(-1)PEG6000处理抑制Brc2-Cys Prx基因的表达;150μmol·L~(-1)CdCl_2处理促进Brc2-Cys Prx基因的表达,在24 h达到最大值;100μmol·L~(-1)ABA处理后,Brc2-Cys Prx基因表达上调,而12 h后,表达受抑制。[结论]霜霉病菌侵染条件下,Brc2-Cys Prx在抗性系‘苏州青’和感病系‘矮脚黄’中的表达存在差异,并且在抗病系中的表达量较高,推测Brc2-Cys Prx基因的高转录水平是抗病品种较之感病品种对霜霉病菌侵染具有更高抗性的原因之一。在非生物胁迫条件下,Brc2-Cys Prx基因具有不同的应答模式,推测可能是涉及到不同的物质或信号途径的原因。     

菊花Cm14-3-3υ基因的克隆及表达分析

[目的]本文旨在克隆菊花‘神马’Cm14-3-3υ基因,并初步分析其表达特征,为其功能研究奠定基础。[方法]从菊花‘优香’转录组库中获得编码拟南芥同源基因14-3-3υ序列信息,根据NCBI比对确定基因的cDNA全长并进行克隆,再利用生物信息学方法对该蛋白的功能和活性位点进行预测,同时利用实时定量PCR分析了在非生物胁迫条件下该基因的表达变化。[结果]Cm14-3-3υ的ORF序列长774 bp,编码257个氨基酸;亚细胞定位表明Cm14-3-3υ定位在细胞质和细胞核;生物信息学分析表明该蛋白有19个Ser、7个Thr和7个Tyr潜在的磷酸化位点,在N-端有5个蛋白结合区;表达模式分析显示,Cm14-3-3υ基因在根、茎、叶、花中均有表达,且受脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(Me JA)、盐和冷胁迫的诱导表达。[结论]本文克隆得到菊花Cm14-3-3υ基因,表达模式分析表明其受ABA、Me JA、盐和冷胁迫诱导表达。     

通过定量蛋白组学研究OsGLO1对稻瘟病抗性的调控机制

[目的]水稻葡糖酸氧化酶1(OsGLO1)定位于水稻过氧化物酶体(peroxisome),参与过氧化氢的产生,但其是否参与水稻对稻瘟病抗性的调控还未见报道。本研究的目的是为了考察OsGLO1在水稻对稻瘟病抗性中的作用。[方法]以水稻‘日本晴’和稻瘟病病菌互作体系为研究对象,使用定量蛋白质组学技术,比较和分析了亲和型和非亲和型稻瘟病菌菌株侵染引起的水稻蛋白质表达变化。[结果]研究发现水稻OsGLO1蛋白的表达受到亲和型稻瘟病菌侵染的特异性抑制,但是在非亲和反应中的表达量变化则不明显。水稻原生质体过表达和沉默试验证明,OsGLO1的表达与水稻活性氧积累以及胼胝质沉积量呈正相关,且OsGLO1过表达诱发水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)等多种防卫信号通路相关基因的表达。[结论]OsGLO1可以激活水稻的早期防卫反应,并通过启动多种激素信号通路维持水稻对稻瘟病一定水平的抗性。考虑到其也参与植物对非生物胁迫抗性的调控,提示OsGLO1可能是水稻抵抗生物胁迫以及非生物胁迫中的重要因子。     

不结球白菜响应ABA和低温基因WRKY18的克隆及表达分析

[目的]WRKY转录因子是植物特有的一类转录因子,广泛参与植物的生长发育、生物及非生物胁迫响应。克隆和鉴定不结球白菜共同响应ABA和低温的WRKY基因,对研究不结球白菜抗逆分子机制和改良其抗逆性具有重要意义。[方法]采用电子克隆的方法在NCBI数据库中进行不结球白菜WRKY18基因全长拼接,然后在不结球白菜‘苏州青’中,克隆到1个与低温及ABA响应相关的WRKY基因,通过生物信息学手段和实时定量RT-PCR(qRT-PCR)技术分析了该基因的序列结构特征及其在低温和ABA处理下的表达变化。[结果]该基因全长为1080bp,含有978bp的开放阅读框,编码326个氨基酸,与油菜及拟南芥的WRKY18直系同源,氨基酸序列相似性分别为87%和73%,命名为BcWRKY18。序列分析表明,该编码蛋白为核蛋白,不含跨膜区,无信号钛,具有WRKYGQK基序(motif)约60个氨基酸残基的WRKY保守结构域,为WRKY转录因子家族成员。系统聚类分析指出了BcWRKY18蛋白的保守性及其在开花植物中的进化关系;序列结构和同源建模分析指出了BcWRKY18蛋白的保守结构域、蛋白质的二级及三级结构分布模型;qRT-PCR检测了BcWRKY18基因在ABA和低温胁迫下的表达,表明低温和ABA都能诱导BcWRKY18基因表达,其表达模式都存在相似的过程,且BcWRKY18基因对ABA的响应比对低温的响应更快、更明显。[结论]从不结球白菜中克隆获得1个新的WRKY类转录因子基因BcWRKY18,基因表达分析发现BcWRKY18可能存在对ABA和低温的共响应及自身反馈调控。     

芜菁花叶病毒对不结球白菜内源激素含量及代谢相关基因转录水平的影响

以不结球白菜感病品种‘矮脚黄’为材料,采用ELISA和Real-time PCR技术研究了芜菁花叶病毒(TuMV)侵染后不结球白菜内源生长素(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)的动态变化以及内源激素相关基因的表达差异。结果表明:TuMV侵染后,植株发病症状的严重程度与IAA含量呈正相关;光敏色素相关蛋白基因PAP1对IAA的合成起负调控作用。处理植株体内GA3含量及其代谢相关基因,即原表皮因子基因PDF1表达量均明显低于对照植株,而ABA含量则随着接种时间的延长不断积累,始终高于对照植株。且发病症状越严重的植株中,GA3含量越低,ABA含量越高。处理植株JA含量和JA诱导基因,即营养贮藏蛋白基因Vsp1表达量在接种后均出现2次上升,且植株病症越严重,JA含量越低。TuMV侵染后,植株中IAA/ABA和GA3/ABA的值则明显低于对照植株,表明TuMV的侵染破坏了内源激素的平衡,干扰了植物的正常生长发育。     

不结球白菜谷胱甘肽还原酶基因NhccGR1的克隆与表达分析

利用cDNA-AFLP技术,从芜菁花叶病毒(TuMV)侵染的不结球白菜(Brassica campestris ssp.chinensis Makino)幼叶中分离到1条编码谷胱甘肽还原酶的基因片段,通过电子克隆得到其cDNA全长为1 503 bp,编码501个氨基酸,命名为Nhc-cGR1。对该基因进行生物信息学分析,并利用实时定量PCR研究其在TuMV侵染和水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、乙烯(ET)诱导下的表达情况。结果表明:该基因作为病原相关基因参与了TuMV病害响应,并通过增加自身表达量来激活细胞内的信号转导途径,诱导各种防卫反应相关基因的表达;同时,SA和JA抑制该基因的表达,外施ET能诱导其正向表达。     

不结球白菜BcMPK4基因的诱导表达分析

为探索不结球白菜BcMPK4在菌核病防卫反应中的作用,试验选用核盘菌、草酸(OA)和抗病信号分子水杨酸(SA)、甲基茉莉酸(MeJA)、脱落酸(ABA)分别处理两个对菌核病抗性不同的不结球白菜品种,采用实时荧光定量PCR方法测定BcMPK4于各处理后在抗感品种中的表达变化。结果表明,在核盘菌和OA诱导早期,BcMPK4表达水平在抗病品种003-R-6中显著升高,在感病品种003-S-7中显著下降,并且在抗性品种中经核盘菌和OA诱导的BcMPK4上调表达趋势相似。SA能快速诱导BcMPK4上调表达,而MeJA抑制其表达,ABA对BcMPK4表达响应不明显。推测BcMPK4在核盘菌诱抗信号转导和SA信号通路中起关键作用。     

不结球白菜醛酮还原酶BcAKR4C9基因的克隆及表达分析

[目的]本文旨在探究醛酮还原酶AKR4C亚家族BcAKR4C9基因在不同激素处理及逆境胁迫中的表达模式,从而分析BcAKR4C9基因在不结球白菜作物中的生长代谢和逆境胁迫中可能发挥的作用。[方法]以不结球白菜‘苏州青’为材料,克隆了BcAKR4C9基因的全长,应用生物信息学分析了其氨基酸序列,并通过实时荧光定量PCR技术分析BcAKR4C9基因在不同组织,高温、低温、NaCl胁迫、伤害胁迫,以及水杨酸、茉莉酸甲酯和脱落酸等处理下的基因表达变化。[结果]序列分析表明,BcAKR4C9基因包含1个长度为948 bp的开放式阅读框(ORF),编码315个氨基酸。氨基酸序列多重比对和进化树分析表明,BcAKR4C9与其他植物AKR4C9基因同源性较高,具有高度保守性。荧光定量PCR分析表明,BcAKR4C9在叶片中的表达量高于根中,高温和低温处理下表达上调,且具有相似的表达模式。在0~20 g·L~(-1) NaCl质量浓度范围内基因相对表达量随NaCl质量浓度的升高而升高,伤害处理后能够迅速产生应激响应,并能够被水杨酸、茉莉酸甲酯和脱落酸诱导表达。[结论]不结球白菜BcAKR4C9基因能够被不同激素诱导表达,并且参与到多种逆境胁迫响应。     

毛果杨PtAREB1基因启动子的克隆及功能

为了研究杨树ABF2同源基因的表达规律,从毛果杨基因组DNA中克隆出Pt AREB1基因上游一段1 800 bp序列。序列分析结果表明,该序列含有逆境胁迫响应元件TC-rich repeats、ABA应答元件ABRE和茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,Me JA)应答元件TGACG-motif等胁迫相关元件。在序列分析的基础上,构建了Pt AREB1基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,利用农杆菌介导的花粉管通道法获得转基因拟南芥。结果表明Pt AREB1启动子可以在干旱、ABA、盐、Me JA和SA胁迫下,驱动GUS基因在转基因拟南芥的根、茎和叶中表达。说明Pt AREB1基因可能与干旱、高盐等胁迫应答紧密相关。     

陆地棉E3泛素连接酶基因GhPUB19D的克隆与功能分析

[目的]本文旨在克隆陆地棉U-box E3泛素连接酶基因GhPUB19D并分析其在抵御生物和非生物胁迫中的功能及其作用机制。[方法]利用PCR从棉花cDNA文库中扩增盐胁迫和大丽轮枝菌处理均上调表达的GhPUB19D全长cDNA;qRT-PCR分析GhPUB19D的组织表达特征及其对不同非生物胁迫处理的响应;构建pBIN-GhPUB19D-GFP载体并导入烟草叶片中,分析GhPUB19D的亚细胞定位;利用病毒介导的基因沉默(VIGS)和转基因过表达GhPUB19D基因分析该基因对植物的耐盐性和抗病性的影响。[结果]GhPUB19D基因ORF全长2 043 bp,编码680个氨基酸,其编码的蛋白质含有1个U-Box和3个ARM结构域,定位于高尔基体。GhPUB19D基因启动子区存在多种逆境胁迫响应顺式作用元件。GhPUB19D在棉花根和叶片中优势表达。聚乙二醇(PEG)、NaCl、脱落酸(ABA)、乙烯(ET)、水杨酸(SA)、赤霉素(GA3)处理后,均可诱导GhPUB19D在1 h达到表达峰值。VIGS沉默GhPUB19D棉花在接种大丽轮枝菌Vd991之后,叶片黄化和枯萎较正常植物更为严重,植株发病率和病情指数均极显著增加。转GhPUB19D基因可以提高拟南芥在ABA处理下的种子萌发率,但不能减轻ABA对幼苗生长的抑制作用;转GhPUB19D基因可以提高拟南芥幼苗的耐盐性,ABA的SnRK2.3/2.6信号通路下游的AtABF3和AtABF4对盐胁迫的响应增强,而AtRD26、AtMYB44、AtRAB18、SLAH3等对盐胁迫的响应减弱。转GhPUB19D基因可以显著减轻大丽轮枝菌病症,显著降低拟南芥植株中大丽轮枝菌含量,提高AtPR1、AtPR2、AtPR3、AtPR4、AtPR5、AtNPR1等系统获得抗性相关基因的表达及其对大丽轮枝菌的响应。[结论]过量表达GhPUB19D可显著提高植物的耐盐性和黄萎病抗性。     

植物在高温胁迫下的生理研究进展

高温是影响当前农业生产的主要的不利环境因子之一。根据高温胁迫下植物的生理机制研究进展,本文综述了植物在高温逆境下其生物膜的稳定性,氧化物和抗氧化系之间的平衡、胺的代谢、光合作用、热激蛋白的变化情况和其耐热性的机制,以及植物体内信号物质脱落酸(ABA),钙离子(Ca2 ),水杨酸(SA),茉莉酸(JA)对高温胁迫的响应。高温胁迫可以诱导内源脱落酸(ABA),钙离子(Ca2 ),水杨酸(SA),茉莉酸(JA)含量的增加,同时对应的几种外源的信号物质也可以提高植物的抗性。最后就今后这方面研究方向提出了思考。     

不结球白菜BcCNL基因的克隆及功能分析

[目的]CC-NBS-LRR(卷曲螺旋-核苷酸结合位点-富含亮氨酸重复,CNL)是高度保守的植物抗病蛋白家族。本文旨在克隆和研究CNL基因在不结球白菜抗霜霉病中的作用。[方法]以‘苏州青’c DNA为模板克隆获得BcCNL基因全长,并进行生物信息学分析、实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测、亚细胞定位及病毒诱导基因沉默(VIGS)验证。[结果]BcCNL基因含有2 790 bp开放阅读框,编码929个氨基酸,蛋白质相对分子质量为226.7,等电点为2.7。系统进化树结果显示,不结球白菜BcCNL蛋白与野甘蓝的进化关系最近,含有RX-CC、NB-ARC和LRR-3结构域;亚细胞定位显示其定位于细胞膜上。霜霉菌侵染后,BcCNL基因在抗病品种‘苏州青’中的表达量高于感病品种‘矮脚黄’; BcCNL基因的沉默降低了‘苏州青’对霜霉病的抗性。[结论]BcCNL蛋白在进化过程中保守性较高,定位于细胞膜上,BcCNL基因的沉默降低了‘苏州青’对霜霉病的抗性。     

失水处理诱导番茄中JA相关基因表达的研究

茉莉酸作为一种重要的植物激素,在调控植物对昆虫取食和腐生型病原菌等生物胁迫的抗性反应中具有重要作用。迄今为止,关于茉莉酸调控植物对非生物胁迫抗性的研究较少。以ABA和茉莉酸信号途径中一些番茄突变体为材料,利用荧光定量PCR方法研究失水处理对茉莉酸信号途径中相关标记基因的诱导情况,证明失水处理可诱导茉莉酸信号途径中相关标记基因的表达,这种诱导既依赖于ABA合成,又依赖于茉莉酸合成和信号传导,说明茉莉酸信号途径可能在调控番茄抗旱反应中发挥一定作用。     

葡萄抵御霜霉病菌侵染的生理生化防卫反应研究

为给葡萄抗霜霉病育种研究提供理论参考,通过田间调查结合室内接种的方法测定不同品种葡萄对霜霉病的抗性;测定接种葡萄霜霉病菌后,不同抗性品种叶片的SOD、POD、CAT活性及SA、H_2O_2、JA含量的变化;观察喷施SA、H_2O_2、JA对葡萄霜霉病抗性的影响,明确萄萄抵御霜霉病菌侵染的生理生化防卫反应。结果表明,与感病品种相比,抗性品种的POD、CAT活性在接种病菌后迅速增强;不同品种的SA、H2O2含量在接种病原菌后与对照相比都有明显升高,抗病品种升高出现早、生成量更高;不同品种叶片JA含量较对照虽有增加,但品种间无差异显著性;水杨酸、茉莉酸、过氧化氢有助于增强葡萄对霜霉病的抗性,水杨酸增强抗性较为明显,抗性增强44.87%。     

干旱胁迫对杂交鹅掌楸无性系叶片内源激素含量的影响(摘要)(英文)

[目的]研究干旱胁迫对杂交鹅掌楸无性系叶片内源激素含量的影响。[方法]挑选抗旱性强的杂交鹅掌楸无性系NE25、NE78与抗旱性差的无性系NE04、NE23的1年生扦插苗为试验材料,对干旱胁迫下各无性系叶片中脱落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素核苷(ZR)和茉莉酸(JA)4种内源激素的含量变化进行研究。[结果]干旱胁迫下,杂交鹅掌楸各无性系叶片ABA大量积累,抗旱性强的无性系含量变化不明显;IAA含量总体呈下降趋势,且抗旱性强的无性系含量变化较大;ZR含量变化各异,胁迫末期抗旱性强的无性系叶片ZR含量减少;抗性差的无性系叶片JA含量上升,说明抗性差的无性系需要维持较高的JA来抵御干旱胁迫。[结论]该研究结果为杂交鹅掌楸耐旱无性系的筛选、园林栽培及应用提供了科学依据。     

植物系统获得抗病性及其信号调控

植物系统获得抗性是诱导抗性的一种,是植物受到病原物感染后建立的新抗性;水杨酸(SA)是其重要的信号分子;经SA信号转导,可激活NPR1,而NPR1亦可以负反馈调控SA合成;NPR1可进一步与其下游WRKY和TGA等转录因子相互作用,诱导病程相关蛋白基因的表达,最终植物建立了系统获得抗病性;信号分子SA与脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)之间存在复杂的(被)调控平衡关系,从而影响着SAR是否启动。     

青蒿中AaWRKY3转录因子的克隆及表达分析

研究克隆得到了青蒿AaWRKY3基因,属Ⅱ类WRKY转录因子,其表达蛋白约为76kD。该基因在植物组织中广泛表达,在根中的表达量最高,且其表达量随叶片生长不断增加。其表达量受到低温、干旱和盐胁迫的强烈诱导,但对于甲基茉莉酸、乙烯、ABA及伤害处理不敏感。该研究结果表明,此基因可能通过ABA非依赖性信号转导途径来调节植物非生物胁迫应答。     

葡聚六糖诱导黄瓜结构抗性及系统信号传导机制

为研究葡聚六糖诱导黄瓜对霜霉病的系统抗性机制,采用生理生化方法测定了诱导后黄瓜不同叶位叶片中木质素和可溶性酚含量,苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)活性,Ca2+、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)的含量变化.结果表明:葡聚六糖可以诱导黄瓜对霜霉病的系统抗性,经葡聚六糖处理的植株不同叶位叶片木质素和可溶性酚含量,PAL和POD活性,Ca2+、SA和JA含量都明显升高,说明葡聚六糖是通过积累结构抗性物质,经SA和JA传递抗病信号,从而诱导黄瓜对霜霉病的系统抗性.