玉米耐盐基因ZmHKT1;5在烟草中的功能验证

HKT类基因是与植物耐盐性密切相关的一类基因。在作物中HKT蛋白可通过排出Na+来维持植物体内的Na~+/K~+平衡,从而影响植物耐盐性。通过在烟草中过表达玉米ZmHKT1;5基因,验证该基因具有提高植物耐盐性的作用。结果表明,过表达ZmHKT1;5基因的T0代材料即显示出叶片耐盐能力的明显提高;T2代转基因株系种子在含盐培养基上的发芽能力明显强于野生型材料,T2代转基因株系幼苗阶段的耐盐能力也得到了明显的提高。通过比较在盐胁迫后2月龄的转基因材料和野生型材料的生理指标,发现野生型材料中MDA和H_2O_2的含量相较转基因材料发生了更为明显的上升,说明转基因材料中过表达ZmHKT1;5基因有效降低了盐胁迫引起的过氧化物积累。综合转基因验证的结果,证明ZmHKT1;5基因具有提高植物耐盐性的作用。     

大豆GmDof2.2 提高转基因烟草对盐胁迫的敏感性

Dof转录因子参与植物对非生物胁迫应答。本研究对大豆GmDof2.2进行克隆及耐盐性功能鉴定。实时荧光定量PCR结果显示GmDof2.2在大豆幼苗中可以响应非生物胁迫,GmDof2.2基因开放阅读框全长867 bp,编码288个氨基酸的蛋白,其分子量31.4 kDa,等电点10.23,蛋白质序列中含有一个保守的Dof结构域。GmDof2.2启动子区含有3种胁迫响应相关的顺式作用元件（ARE、MBS和WUN-motif）和3种激素响应相关顺式作用元件（ABRE、P-box和TCA-element）。将GmDof2.2构建植物表达载体并转化烟草,共获得4株GmDof2.2异源表达的转基因烟草株系（OE1-OE4）,OE1中GmDof2.2的表达量最高,其次为OE2。盐胁迫处理后,转基因烟草萎蔫程度高于野生型烟草,转基因烟草叶片的叶绿素、可溶性糖及脯氨酸含量均显著低于野生型烟草,而丙二醛含量则高于野生型烟草。表明GmDof2.2的异源表达提高了转基因烟草株系对盐胁迫的敏感性。本研究为大豆Dof转录因子抗逆机制研究及应用提供理论依据。     

大豆GmWRKY35基因的克隆及其增强烟草耐旱能力研究

大豆易遭受干旱、盐、低温等非生物胁迫,严重导致产量下降。利用分子生物学技术提高作物抗性是作物育种的有效途径。锌指蛋白是植物中常见的重要转录因子,能够调控多种胁迫诱导基因的表达,有效提高综合抗性。在这项研究中,利用RT-PCR方法克隆大豆(Glycine max L.)GmWRKY35基因。其cDNA为1 500 bp,编码一个499个氨基酸的蛋白质,预测其分子量为54.89 kD,等电点(p I)为6.74。亚细胞定位分析表明,GmWRKY35定位于细胞核。实时荧光定量PCR分析显示,GmWRKY35转录能被干旱诱导。把GmWRKY35基因通过农杆菌介导转化烟草(Nicotiana tabacum L.)中。在干旱胁迫下,与野生型烟草相比,转基因烟草植株表现出主根较长,叶子萎焉少,POD和SOD活性较高,MDA含量和电解质渗漏率较少。主要功能验证表明,GmWRKY35基因在烟草中表达增强了干旱胁迫耐受性。这项研究表明大豆RING-H2型锌指蛋白在植物逆境中有重要作用,同时也为大豆抗性育种提供一个优良的候选基因。     

异源表达玉米ZmWRKY11基因增强拟南芥对盐胁迫的耐受性

从玉米中分离得到响应高盐胁迫的WRKY基因,将其命名为ZmWRKY11。构建过量表达载体pCAMBIA1301-ZmWRKY11,采用花序侵染法转化拟南芥,研究ZmWRKY11基因的生物学功能,扩繁后对T3代转基因植株进行耐盐鉴定试验。结果表明,转基因株系的绿苗率在盐胁迫处理后显著高于野生型拟南芥,同时,野生型株系中丙二醛含量和相对电解质渗透率相较于转基因植株发生了更为显著的上升,但脯氨酸含量的上升幅度则小于转基因株系。结果表明,ZmWRKY11在拟南芥中的异源过表达增强了转基因植物对盐胁迫的耐受性。     

盐生草HgNHX1基因在大麦株系中的功能验证

为了探讨盐和干旱环境胁迫对转盐生草液泡膜型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因HgNHX1大麦幼苗生长及抗逆性生理指标的影响,以转HgNHX1基因大麦及野生型株系为材料,分析盐(150 mmol· L^-1 NaCl)和自然干旱环境下转基因大麦幼苗的生长特性及生理指标的变化。结果表明,在盐胁迫条件下,随着胁迫时间的延长,转基因株系中HgNHX1 基因相对表达量逐渐上升;干旱胁迫条件下,转基因株系中HgNHX1 基因相对表达量呈先上升后下降的趋势,在处理3 d时达到最高。且在胁迫处理的三个不同时间点,转基因株系的相对含水量和游离脯胺酸含量均高于野生型株系,而相对电导率和丙二醛含量均低于野生型株系。这些结果说明,转基因株系中HgNHX1基因能够应答盐和干旱胁迫,具有提高大麦耐盐、抗旱性的功能。     

转Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(AlNHX1)大豆纯合系筛选及生理分析

为了获得转Na+/H+逆向转运蛋白基因(Al NHX1)大豆纯合株系并验证其盐胁迫条件下生理反应,对转Al NHX1基因T3代材料进行了PCR筛选和RT-PCR鉴定,并在水培条件下研究了纯合系植株耐盐性、K+/Na+比值、丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)含量和相关抗氧化酶活性变化。结果显示经PCR和RT-PCR鉴定,野生型植株没有出现目的条带,而转基因株系有相应的目的条带,表明Al NHX1基因已经整合到大豆基因组中并正常转录。在盐胁迫条件下,转基因各株系成活率明显高于野生型对照,地上部干重和根部干重较野生型显著增加,达到了显著差异水平(P0.05)。此外,在盐胁迫条件下,转基因幼苗能维持根和叶中较高的K+/Na+比值,同时伴随着植株体内MDA和H2O2含量的下降以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化酶(POD)的增加。本研究结果表明供试外源Al NHX1基因在大豆高代材料中超表达,提高了转基因大豆耐盐能力,可为进一步培育适应盐渍化土壤环境下生长的大豆新品种提供重要的种质资源。     

玉米花粉管通道法转化脱水素BDN1基因

通过花粉管通道法将脱水素基因BDN1转入玉米自交系合344中,并对转化后代进行PCR和RT-PCR分子检测以及耐盐性功能鉴定,筛选耐盐性较高的转基因玉米新种质.结果表明,实验共获得88株T0代除草剂抗性植株,其中31株PCR检测呈阳性,14株RT-PCR检测呈阳性,对T4代转基因株系苗期进行300 mmol/L NaCl溶液的盐胁迫处理, 2个转基因株系耐盐性比对照提高两个级别.     

小麦 TaGF14m基因的克隆及其盐胁迫响应分析

14-3-3蛋白家族在真核生物中广泛存在且高度保守,可结合多种靶蛋白参与植物代谢、发育以及胁迫响应等多种生理过程和信号途径。 TaGF14m基因是14-3-3基因家族成员之一。本研究以中国春为材料,对其进行了克隆和分析,并通过在拟南芥中过表达,分析该基因在盐胁迫下的功能。结果表明, TaGF14m基因含有5个外显子和4个内含子,开放阅读框为789 bp,编码262个氨基酸;小麦幼苗叶片中 TaGF14m基因在盐胁迫下上调表达;与野生型拟南芥相比,过表达 TaGF14m的转基因拟南芥在盐胁迫下生长受到明显抑制,根长也显著变短;SOS途径相关基因表达分析显示, TaGF14m基因可能通过SOS途径负调控盐胁迫耐受性。     

寒地冬小麦TaEXPA7同源基因的遗传转化及其功能分析

膨胀素是一类具有非酶活性的细胞壁松弛蛋白,广泛参与植物生长的各个阶段,其表达受非生物胁迫如低温等调控。为了探究寒地冬小麦(Triticum aestivum)膨胀素基因 TaEXPA7-A/B/D的功能,本研究将 TaEXPA7-A/B/D三个基因分别转入拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,利用抗性筛选和PCR鉴定,分别获得了过表达 TaEXPA7-A/B/D三个基因的转基因拟南芥植株,分别观察并测定了 TaEXPA7-A/B/D三个基因对转基因拟南芥生长和低温胁迫下生理指标的影响。结果表明,转基因拟南芥的根长、侧根数目、株高、开花后2周内的花序和角果数目均显著高于野生型;4℃低温处理后,转基因植株中抗氧化酶SOD、POD和CAT的活性及可溶性糖的含量相比于野生型均维持在较高的水平,且MDA的积累量较低。以上结果表明, TaEXPA7-A/B/D三个基因的过表达显著促进了转基因拟南芥的生长,并使植株在低温条件下维持更好的抗氧化和渗透调节能力。     

大豆GmPRP转基因拟南芥抗盐性鉴定

为研究大豆脯氨酸富集蛋白基因Gm PRP在植物应对盐胁迫中的作用,利用前期克隆的Gm PRP基因,以p PZP为植物表达载体,构建了由组成型启动子Ca MV35S驱动Gm PRP基因的植物表达载体。通过Floral dip法对拟南芥进行遗传转化,获得7株阳性转基因株系。盐处理后,转基因拟南芥的种子萌发率高于野生型且叶片中丙二醛含量极显著低于野生型,表明Gm PRP提高了转基因拟南芥的抗盐性。     

铜麦6号苗期耐高铵与耐盐特性的鉴定及TaGS基因的表达模式分析

为鉴定小麦品种铜麦6号的耐高铵及耐盐特性,对铜麦6号、中国春及抗逆性较强的烟农19、三抗10号、矮优王、烟农21、山农25的发芽势和发芽率进行测定,发现铜麦6号的耐铵指数位列第一,耐盐指数位列第二。以中国春为对照品种,在高铵、高盐及其双重胁迫处理下,测定其苗期的叶片鲜重、根鲜重、主根和第一叶叶片长度以及根冠比,发现高铵、高盐及其双重胁迫处理7 d后,铜麦6号的上述指标均不同程度高于中国春(除铜麦6号的根冠比在高盐处理1 d后低于中国春外),说明铜麦6号具有较强的耐高铵和耐高盐特性。进一步采用qRT-PCR检测小麦苗期谷氨酰胺合成酶TaGS基因家族成员(根中TaGS1;1、TaGS1;2和TaGS1;3基因以及叶片中TaGS2基因)的表达模式,发现高铵、高盐及其双重处理均可诱导铜麦6号苗期TaGS基因上调表达,且高盐处理下上调表达更明显,其中除高铵与高盐双重处理7 d后的TaGS1;2基因以及高铵和高盐处理1 d后的TaGS2基因在铜麦6号中的表达量低于中国春外,其他三种处理不同时间点铜麦6号中这两个基因的相对表达量均不同程度高于中国春。这些结果说明,铜麦6号苗期TaGS基因家族与其耐高...     

偃麦草ErABF1基因克隆及功能分析

抗逆相关bZIP (Basic leucine zipper) 转录因子家族基因主要参与ABA、干旱、高盐等胁迫应答反应,其过表达能够显著增强植物的抗逆性。本研究从偃麦草（Elytrigria repens L.）中分离到一个抗逆相关 ErABF1（E. repens ABA Binding Factor 1）基因,氨基酸序列比对分析发现,该基因与小麦、玉米、拟南芥等bZIP转录因子基因同源性较高,亲缘关系较近;ErABF1基因的表达受到ABA、干旱、高盐、低温的强烈诱导;在2% PEG、200 mmol·L^-1 NaCl胁迫培养基上初步功能分析表明, ErABF1过表达提高了转基因烟草对干旱、高盐的胁迫耐性。     

小麦耐冷相关基因TaCTR的克隆及其表达特性分析

低温冷害是小麦生长发育过程中面临的重要非生物逆境因素。为了挖掘小麦耐冷功能基因,本研究采用同源克隆的方法从普通小麦品种小偃22中分离到一个耐冷相关基因TaCTR,该基因序列全长2 192 bp,含有12个外显子、11个内含子,编码区全长为1 407 bp,编码468个氨基酸,分子量约为53.43 kDa;系统进化树分析表明,该基因在进化关系上与山羊草最近;亚细胞定位结果显示,该基因编码的蛋白为膜蛋白;实时荧光定量PCR（RT-PCR）结果表明,TaCTR在不同品种、不同组织和不同发育阶段低温特异表达;在干旱、高盐及GA处理下,TaCTR的表达量显著上升,说明该基因可能参与调控小麦的抗逆反应。     

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。     

玉米ZmFAR1基因的克隆与表达分析

FARs为脂酰辅酶A还原酶，在植物生长发育和抵御非生物胁迫过程中起着重要作用。为进一步研究FARs在玉米中行使的生物学功能，在玉米中克隆1个脂酰辅酶A还原酶1基因(ZmFAR1)，该基因全长1 883 bp，开放阅读框长1 491 bp，编码496个氨基酸，分子量为55.983 k Da。生物信息学分析表明，ZmFAR1蛋白的分子式为C₂₅₂₂H₄₀₁₀N₆₉₀O₇₀₁S₂₄，为稳定的碱性亲水蛋白，存在59个磷酸化位点，未发现信号肽，存在跨膜结构域，最大可能定位于细胞质。氨基酸残基组成中主要以α螺旋和无规则卷曲为主。系统进化树分析表明，ZmFAR1蛋白与南荻和高粱的FAR蛋白相似度最高。利用实时荧光定量PCR技术对ZmFAR1在模拟盐、干旱两种非生物胁迫条件下对根、茎、叶3种组织的表达模式进行研究，结果表明，ZmFAR1呈现组织特异性表达，在叶中的表达量最高。盐和干旱处理下，ZmFAR1的表达量出现明显变化，推测ZmFAR1可能在不同程度参与了玉米对非生物胁迫的应答。     

转异苞滨藜BADH基因玉米高世代株系苗期外源基因表达及耐盐性功能分析

以转来自耐盐植物异苞滨藜的甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)玉米T8代株系BZ-136及受体对照自交系郑58(耐盐)为试材,采用盆栽种植方法,分析转基因植株中外源基因的表达情况,检测耐盐相关生理指标。结果表明,转基因株系BZ-136中的BADH酶活性及甜菜碱含量显著高于受体对照,随着盐胁迫时间的延长,其表达量先增加后减少,在胁迫7 d时分别达到了最大值。转基因株系幼苗株高和干重从盐胁迫第3天开始显著高于对照,鲜重和含水量在胁迫第5天和第7天时转基因株系显著高于对照;转基因株系根总体积显著高于对照,直径和根尖数在胁迫第5天时显著高于对照;转基因株系电导率和丙二醛含量均低于对照,分别在胁迫第3天和第7天开始达显著差异,叶绿素含量高于受体对照,从第3天开始二者差异达显著水平。由于外源BADH基因的表达显著提高了基因株系的耐盐性。     

玉米耐冷基因ZmCOLD1的结构和表达模式分析

低温冷害是影响玉米生产的重要环境因素之一。基于水稻中调控耐低温的OsCOLD1基因编码序列,通过Blast比对获得高度同源的玉米ZmCOLD1基因编码序列,进而对ZmCOLD1基因的分子特征和编码蛋白的亚细胞定位进行分析,并进行ZmCOLD1基因过表达遗传转化载体的构建。结果表明,ZmCOLD1基因编码区长度为1 647 bp,编码548个氨基酸,理论等电点(pI)4.95,估计分子量为137 457.13 Da,属疏水蛋白。利用ClustalX进行蛋白质序列的比对,进行ZmCOLD1基因系统进化树分析,ZmCOLD1氨基酸序列与水稻的亲缘关系较近。通过构建目的蛋白与GFP融合的表达载体pCAMBIA1302-GFP-ZmCOLD1并注射烟草,发现ZmCOLD1蛋白主要集中在细胞质膜中。     

立枯丝核菌RsCAT基因的克隆及在菌核形成中的表达分析

在玉米纹枯病菌Rhizoctonia solani AG-1-IA中克隆CAT基因,利用生物信息学软件推测其理化性质、结构域、二级结构并构建该蛋白的三维模型,分析过氧化氢酶(CAT)在立枯丝核菌菌核形成中的作用。系统进化树分析表明,该蛋白与Laccaria bicolor同源性最高。利用real-time qPCR分析RsCAT在正常情况下和H_2O_2胁迫条件下的表达差异,结果表明,RsCAT在菌核形成过程中表达量持续升高,在第6天时表达量最高然后开始下降。在H_2O_2胁迫条件下,处理组CAT基因的表达量、菌丝生长速率均高于对照组,表明H_2O_2在菌核形成过程中作为一种信号分子促进了CAT基因的表达。初步判断RsCAT参与了玉米纹枯病菌菌核的形成,并且起到清除H_2O_2等自由基的作用。