巴西橡胶树HbEPSPS基因逆境响应功能解析

草甘膦除草剂的靶标酶为5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)。为研究HbEPSPS基因在橡胶树中的逆境响应功能,分析其在草甘膦、机械伤害、白粉菌侵染和不同激素处理下的表达模式。结果表明:草甘膦、机械伤害和IAA处理诱导HbEPSPS显著上调;干旱、ABA、SA和ETH处理亦能诱导HbEPSPS显著上调;H2O2处理橡胶树叶片中HbEPSPS表达呈现双峰规律;白粉菌侵染叶片,HbEPSPS表达显著下调。不同部位表达分析结果表明,HbEPSPS基因在花中表达量最高,其次是树皮和叶,在胶乳中表达量最低。此结果表明,HbEPSPS基因在橡胶树草甘膦药害和激素信号响应中具有重要作用,为研究其在橡胶树抗逆机制中的作用奠定良好基础。     

巴西橡胶树HbMlo9基因的功能

Mlo基因是一种负向调控植物防卫机制的基因。为了解巴西橡胶树HbMlo9基因的功能,通过基因表达分析,探究HbMlo9基因在橡胶树不同组织中的表达情况,以及在机械损伤、干旱、白粉菌、脱落酸(ABA)、乙烯利(ETH)、茉莉酸(MeJA)和过氧化氢(H_2O_2)处理下的表达模式。结果表明:HbMlo9基因主要在树皮和花中表达,在胶乳和树叶中表达量较低。在处理早期机械伤害会诱导该基因显著上调表达。在干旱处理下该基因表现出复杂的应答模式。白粉菌侵染不能诱导HbMlo9基因表达量发生变化。ABA、ETH、MeJA和H_2O_2处理早期,该基因表达水平显著上调,随后显著下调。这说明HbMlo9基因参与橡胶树的激素信号传导以及逆境响应过程,但不参与抗白粉病作用机制。     

巴西橡胶树逆境响应基因HbPRX53 的克隆与表达分析

在干旱胁迫下,橡胶树过氧化物酶活性显著增加。为了研究干旱响应的过氧化物酶基因功能,从橡胶树中克隆了HbPRX53全长DNA。生物信息学分析结果表明,HbPRX53含有334个氨基酸和1个植物过氧化物酶结构域。聚类分析结果发现,其与拟南芥过氧化物酶At PRX53最相近。HbPRX53在橡胶树树皮、叶片、胶乳和花中均有表达,但在叶片中表达量最高,白粉菌侵染、机械伤害和干旱显著上调叶片中HbPRX53的表达。此外,吲哚乙酸、脱落酸、水杨酸乙烯、过氧化氢和茉莉酸处理也会上调HbPRX53表达。这说明HbPRX53与橡胶树对生物和非生物胁迫的响应密切相关。     

巴西橡胶树HbMlo1-1基因克隆及其表达

为探究Mlo基因在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis Muell.Arg.)中的功能,利用橡胶树‘热研7-33-97’的叶片转录组文库,扩增得到橡胶树Mlo基因,并对其进行基因表达分析。该基因推导的蛋白质大小为57.76 k D,由510个氨基酸编码组成。蛋白结构分析发现其具有一个Mlo蛋白特征性的Mlo Superfamily保守结构域,含有7个跨膜结构域,无信号肽,无核定位信号,定位在内质网膜上。这与HbMlo1和At Mlo1的结构相似性很高,被命名为HbMlo1-1。基因表达分析发现,该基因主要在橡胶树的树皮中表达,其表达量在机械伤害、白粉菌作用下显著上调。干旱诱导HbMlo1-1基因表达水平显著下降。IAA、ETH、JA、H2O2均能诱导HbMlo1-1基因上调表达。说明HbMlo1-1参与橡胶树植物激素信号传导途径和抗逆响应机制,但不具有抗白粉病的功能。     

小麦重要自噬相关基因ATG18的鉴定和表达分析

【目的】克隆小麦重要自噬相关基因ATG18,分析其编码产物的序列特征和高级结构,了解其在生物、非生物胁迫及激素处理条件下的表达模式,阐明其生物学功能。【方法】利用EST拼接和RT-PCR方法从白粉菌侵染的小麦叶片中克隆ATG18 cDNA序列,利用生物信息学方法进行基因的外显子-内含子结构分析、编码蛋白的结构域和保守氨基酸预测、高级结构分析和物种间同源蛋白的进化分析。采用实时荧光定量PCR方法研究基因表达对白粉菌侵染和外源激素处理的响应模式及对高盐、干旱、低温黑暗和缺氮培养等逆境胁迫处理的响应模式。【结果】获得了4个小麦ATG18家族成员（TaATG18a、TaATG18b、TaATG18c和TaATG18d）cDNA。4个基因高度相似,均含有1 158 bp开放阅读框（ORF）,编码385个氨基酸的蛋白质。4个基因的编码蛋白在一级结构上均含有典型的WD-40结构域、磷脂酰肌醇-3-磷酸（PI3P）结合基序和保守的ATG2结合位点氨基酸残基。4个基因均具有2种转录后的可变剪接方式,2种剪接产物mRNA分别编码完整的有功能蛋白和N端截短导致结构域和功能位点缺失的无功能蛋白。TaATG18a蛋白在高级结构上折叠成与其他WD-40蛋白类似的β-推进器样构象,PI3P结合基序位于推进器第五叶片的折叠4和第五、六叶片的连接部分,ATG2结合位点位于连接第二叶片和第三叶片的loop上。TaATG18s能够被白粉菌侵染诱导表达,但具体的诱导表达模式在抗、感白粉病反应之间存在明显差异。在广谱抗白粉病基因Pm21和小种专一性抗白粉病基因Pm3f介导的抗病反应中,TaATG18s均呈现接种白粉菌后0-36 h期间的2次诱导表达模式,2次诱导表达时间与白粉菌侵染进程密切相关。在中感材料扬麦158遗传背景上的感病反应中,TaATG18s尽管也呈现2次诱导表达,但第一次诱导表达持续时间短且强度低于含Pm21的近等基因系上抗病反应中的表现,相反第二次诱导表达强度高于抗病反应中的表现。高感材料Chancellor遗传背景上的TaATG18s响应白粉菌侵染的表达波动较小。外源乙烯或SA处理对TaATG18s表达的调控作用在抗、感白粉病材料上明显不同,在感病材料上表现激活作用,而在抗病材料上表现抑制作用。激素处理对TaATG18s表达的调控不仅作用于转录水平,还作用于转录后的mRNA剪接环节。高盐、干旱、低温黑暗和缺氮培养等逆境处理也能够上调TaATG18s的表达。【结论】推测鉴定的4个TaATG18s编码蛋白具有通过结合PI3P定位于自噬膜表面和通过形成ATG18-ATG2复合物参与小麦自噬过程的功能。TaATG18s及其参与的自噬过程与小麦对白粉菌侵染的免疫反应密切相关,也与小麦响应非生物逆境胁迫环境相关。抗、感材料TaATG18s对同种激素信号的不同响应模式可能是导致抗、感白粉病表型差异的原因之一。     

青稞核糖体蛋白基因HbRPL19的克隆、序列分析及原核表达

【目的】克隆青稞核糖体蛋白基因HbRPL19,分析其序列特征并在大肠杆菌中诱导目的蛋白,为后续的研究奠定基础。【方法】根据鉴定得到的青稞HbRPL19的序列设计了引物,从青稞叶片的c DNA中扩增得到目的片段,并对目的基因序列进行了测序鉴定和序列分析,同时构建了原核表达载体p ET28a-RPL19,转化入大肠杆菌BL21(DE3)后利用IPTG诱导外源蛋白质表达并检测。【结果】成功扩增出了青稞核糖体蛋白基因HbRPL19的CDS全长序列,大小为654 bp。根据生物信息学分析的结果,HbRPL19编码的蛋白质含有217个氨基酸,相对分子质量为24.47 KD,理论等电点(p I)为10.42,总平均亲水性(GRAVY)为-0.353,不稳定系数为53.46,存在典型的SH3-like结构域和核糖体蛋白L19结构域。系统进化分析表明,HbRPL19与小麦和山羊草的RPL19具有较近的亲缘关系。蛋白表达结果显示,重组蛋白主要以包涵体形式存在于沉淀中。【结论】获得了青稞抗寒相关基因HbRPL19的序列和蛋白。     

苦瓜McMLO11基因克隆及其表达模式分析

【目的】克隆苦瓜McMLO11基因并研究其在白粉病和非生物胁迫下的表达规律,为阐明其在逆境调控中的作用提供参考。【方法】从苦瓜叶片中克隆McMLO11基因,利用生物信息学对其分子特征进行分析,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法,检测McMLO11基因在苦瓜不同组织（茎、卷须、老叶、嫩叶、根）及白粉菌侵染和盐、干旱胁迫下苦瓜真叶中的表达模式。【结果】苦瓜McMLO11基因含有1个1 662 bp的开放阅读框(ORF),共编码553个氨基酸;McMLO11属于MLO基因家族,包含典型的Mlo超家族保守结构域。McMLO11蛋白的相对分子质量为63.83 ku,理论等电点为8.53,含7个跨膜域,无信号肽,属于不稳定蛋白;其二级结构主要由无规则卷曲和α-螺旋组成。系统进化树分析表明,McMLO11与黄瓜、南瓜、冬瓜等瓜类的MLO同源性较高。qRT-PCR检测发现,McMLO11基因在苦瓜不同组织中的相对表达量依次表现为茎＞卷须＞老叶＞根>嫩叶;与对照相比,白粉菌侵染后苦瓜叶片中的McMLO11表达量升高,至接种24 h达到峰值,推测其在白粉菌侵染苦瓜的早期产生应答反应;与对照相比,在盐胁迫6 h和干旱胁迫12 h时苦瓜叶片中的McMLO11相对表达量达到峰值,分别为对照的56.7和9.07倍,提示McMLO11基因可积极响应干旱和盐诱导。【结论】成功克隆了苦瓜McMLO11基因,其表达具有组织特异性,该基因可能参与白粉菌胁迫和多种非生物胁迫的调控过程。     

小麦抗白粉病基因Pm21抗病差异的蛋白质组学研究

 【目的】对小麦白粉菌侵染后的叶片进行差异蛋白质组学研究,以期发现抗白粉病基因Pm21转入后,对抗病机制起重要作用的蛋白。【方法】以对小麦白粉病敏感（百农3217）和对小麦白粉病免疫（W2132-6,携带抗病基因Pm21）的2个小麦近等基因系为材料,分别提取2个材料拔节期接种48 h后的叶片蛋白,应用双向电泳联合质谱(MALDI-TOF-MS)技术分析Pm21基因转入后差异蛋白表达。【结果】双向电泳后,CBB染色,用ImageMasterTM 2D Platinum软件分析检测出12个差异蛋白点,经过质谱（MALDI-TOF-MS）分析和数据库检索,鉴定出9个蛋白质,其中7个分别与能量代谢、基因调控、防卫和稳定蛋白质相关,参与了增强能量代谢、基因调控、抗氧化、细胞壁加厚和木质化等抗病生理反应。【结论】抗白粉病基因Pm21转入后,材料对白粉菌侵染响应发生变化,脯氨酸富集蛋白等胁迫反应蛋白得到增量表达,这些蛋白可能与小麦抗白粉病有一定相关性。     

巴西橡胶树小橡胶粒子蛋白（SRPP）基因启动子的克隆及其功能分析

小橡胶粒子蛋白(SRPP)是巴西橡胶树中参与橡胶生物合成的重要蛋白因子之一。SRPP的氨基酸序列与橡胶延长因子(REF)和菜豆胁迫相关蛋白(PVSRP)的同源性分别为72%和68%。为了进一步研究SRPP基因表达及其调控的机制,作者采用接头连接介导的PCR散步法(ligation-mediated PCR),克隆了SRPP基因的启动子。序列分析表明,SRPP基因启动子中与光诱导相关的顺式元件占39%,可能属于光诱导型启动子,因此,SRPP基因的表达可能受光信号的调控。此外,SRPP基因启动子还具有热激响应元件(HSE)、干旱胁迫响应元件(MBS)、防卫和胁迫响应元件(TC-richrepeats)、脱落酸响应元件(ABRE)、赤霉素响应元件(GARE)和激发子响应元件(EIRE,Wbox)等,这表明橡胶树SRPP基因不仅参与调控橡胶生物合成,而且可能是橡胶树中响应逆境信号的抗性基因,在橡胶树抵御逆境胁迫的生理过程中发挥重要作用。     

SGT1正调控橡胶树白粉菌在拟南芥上激活的抗病性

通过在拟南芥野生型Col-0和突变体sgt1b、eds1上接种橡胶树白粉菌Oidium heveae HN1106,分析了白粉菌细胞进入率、叶片发病症状、菌丝生长状态、细胞死亡和活性氧产生等表型。结果表明,与野生型Col-0相比,橡胶树白粉菌在拟南芥sgt1b上激发的早期抗病性、后期抗病性以及抗病反应部分降低,暗示着SGT1在稳定识别橡胶树白粉菌的抗性蛋白方面发挥着非常重要的作用。     

巴西橡胶树铁螯合物还原酶基因(HbFRO)的克隆及表达

在橡胶树转录组测序的基础上,通过RT-PCR方法扩增到橡胶树的1个铁螯合物还原酶基因,命名为Hb FRO。该基因包含1个2 217 bp的开放阅读框,可编码739个氨基酸的多肽。生物信息学分析结果表明,Hb FRO蛋白除了含有Ferric_reduct,FAD_binding和NAD_binding保守结构域外,还含有10个跨膜结构域;Hb FRO蛋白的氨基酸序列与木薯、蓖麻、杨树和拟南芥的FRO蛋白同源,同源性分别为85%,80%,73%和63%。半定量分析结果表明,Hb FRO基因在胶乳、花和叶片中的表达丰度明显高于在树皮和芽中的表达;当橡胶树受到炭疽病菌和白粉病菌侵染时,Hb FRO基因在叶片中的表达被明显抑制。以上数据暗示Hb FRO基因在不同组织中的表达存在差异,可能参与植物的抗病应答反应。     

橡胶树白粉菌诱导寄主及非寄主植物产生活性氧积累的研究

采用DAB染色法观察了橡胶树、马占相思、芒果树和假败酱等植物叶片在接种橡胶树白粉菌后不同时间点的活性氧的积累和白粉病菌的侵入情况.结果表明,橡胶树叶片在接菌后24 h才能检测到微弱活性氧的积累,接菌后48 h活性氧的积累量略有增强,接菌后72 h达到最大强度,之后减弱,接菌后120 h白粉病菌产生分生孢子并且成功侵入叶片组织.马占相思叶片接菌后白粉菌与植物叶片互作的整个过程中活性氧变化规律与橡胶树观察结果相同,接菌后24 h出现活性氧积累,此后随时间的变化活性氧积累先增强后减弱,120 h白粉菌可以产生分生孢子并顺利侵入叶片组织.芒果树叶片接菌后12h即可检测到大量的活性氧产生,整个互作过程中,活性氧积累量大,接菌后120 h时白粉菌虽然可以产生分生孢子,但未能导致芒果叶片发病.假败酱叶片接种白粉菌后,接菌后12h可观察到强烈的活性氧积累,随时间的变化染色程度不断加深,染色斑范围扩大,接菌后72 h观察到白粉菌无法继续扩展,最终无法成功侵入叶片组织.观察结果揭示了活性氧,尤其是浸染早期活性氧的积累在植物抵抗白粉病侵染中发挥的重要作用.     

小麦钙联蛋白基因TaCNX60.0的克隆与表达分析

钙联蛋白(Calnexin)是一类结构和功能非常保守的分子伴侣,在调控生物代谢和Ca2+信号传导等方面发挥重要作用。本研究通过筛选Yr5近等基因系cDNA文库,分离获得1个钙联蛋白基因,将其命名为TaCNX600.。序列分析发现,该cDNA片段包含1个1 921bp的开放阅读框,推测其编码包含535个氨基酸残基的蛋白质。利用半定量RT-PCR分析该基因的表达谱,发现小麦受到植物激素ABA、低温和干旱胁迫处理后,TaCNX600.的表达受到抑制,而条锈菌小种CYR32和白粉菌混合菌系侵染能诱导TaCNX600.表达量增加,说明小麦钙联蛋白基因TaCNX600.可能在植物防卫反应和抵抗逆境胁迫过程中发挥作用。     

ATAF2正调控拟南芥对橡胶树白粉菌的抗病性

橡胶树白粉菌(Oidium heveae)侵染拟南芥野生型Col-0,激发拟南芥的抗病反应。该抗病反应依赖于EDS1（enhanced disease susceptibility 1）,EDS1在TIR-NB-LRR（Toll-Interleukin1 Receptor-nucleotide binding-leucine-rich repeat）类抗性基因介导的抗病信号通路中发挥非常重要的作用,但目前还不清楚具体的EDS1上、下游作用元件是什么。为了进一步研究橡胶树白粉菌在拟南芥上激发的抗疾信号通路,本实验室对接种橡胶白粉菌oidium heveae HN1106的拟南芥野生型Col-0进行了RNA-Seq数据分析,结果表明,拟南芥Col-0在接种橡胶树白粉菌4 d后,NAC家族 (ATAF1,2 and CUC2, NAM)转录因子ATAF2基因上调表达20倍,并且正调控拟南芥对橡胶树白粉菌的抗病性。另外,笔者通过体外蛋白质pull-down试验和体内原生质体免疫共沉淀试验,发现ATAF2可以直接与EDS1发生相互作用,这为将来进一步阐明EDS1抗病信号通路奠定了很好的基础。     

HvSAPK3基因在‘凤大麦7号’抗白粉病中的功能研究

克隆了一个与‘凤大麦7号’抗白粉病相关的SnRK2类基因,并利用病毒诱导的基因沉默技术对该基因进行了初步研究。结果表明:该基因编码的部分氨基酸序列与SnRK2蛋白激酶家族典型的结构域Cdd:cd14662相似度很高,因此命名为Hv SAPK3基因。进化树分析表明,Hv SAPK3蛋白与粗山羊草Ag SAPK3蛋白亲缘关系最近。Hv SAPK3基因在受白粉菌侵染24 h的‘凤大麦7号’叶片中上调表达;而在感白粉病品种‘花30’叶片中下调表达。沉默‘凤大麦7号’的Hv SAPK3基因后,沉默植株叶片上的白粉菌形成次生菌丝,表明Hv SAPK3基因可能在大麦抗白粉病中发挥作用。     

橡胶树白粉菌MAPK级联信号途径全基因组鉴定及途径模型建立

从全基因组水平鉴定橡胶树白粉菌(Oidium heveae)的MAPK级联信号途径基因,并对其进行Blast比对、蛋白质结构域及聚类分析,构建橡胶树白粉菌中的MAPK级联途径简图,为深入研究其MAPK级联途径的功能奠定基础。利用橡胶树白粉菌基因组数据库和小麦白粉菌(Blumeria graminis)的同源序列进行比对,获得25个MAPK信号途径相关基因。在橡胶树白粉菌基因组中发现了2个MAPK基因、2个MAPKK基因和5个MAPKKK基因。多重序列比对与保守位点分析表明,橡胶树白粉菌MAPK信号途径的激酶结构域均高度保守。在橡胶树白粉菌中构建Fus3/Kss1MAPK、Hog1 MAPK、Slt2(Mpk1)MAPK 3条MAPK级联途径,为深入探究植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。     

橡胶树HbHMGS1启动子对光照、干旱及热击处理的表达响应

克隆了橡胶树HbHMGS1基因上游长1 656 bp的启动子序列及其一系列5′缺失片段,并利用PlantCARE启动子预测软件对其进行分析,同时,以GUS基因作为报告基因,构建植物缺失表达载体并通过农杆菌介导的方法转化烟草和拟南芥,并对GUS蛋白的表达活性进行定性及定量检测分析。结果表明:该启动子能够在烟草叶片和T2代转基因拟南芥植株幼苗时期及成熟期不同组织器官中驱动下游GUS基因的表达,且叶片染色呈现明显的蓝色。将包含有HbHMGS1启动子的转基因拟南芥苗进行光周期处理发现,GUS蛋白活性在光照96 h处理时瞬间增大到处理72 h时的3.2倍,黑暗条件下处理72,96 h后叶片GUS活性也显著增加,分别是处理48 h时GUS活性的1.38和2.13倍。通过定量检测HbHMGS1启动子及其各缺失启动子响应热击及干旱处理的GUS蛋白活性发现,-699到起始密码子-1处的699 bp序列可能是主要的热击响应区域;干旱响应区域则主要位于-213到起始密码子-1处的213 bp序列中。结果表明,HbHMGS1启动子在调控HbHMGS1基因响应光照、热击及干旱诱导表达方面起到重要作用。     

启动子WY172和WY195在暹罗炭疽菌中的活性研究

为了探究来自橡胶树白粉菌（Erysiphe quercicola）的WY172与WY195启动子在真菌内的功能,以pJNARG载体为骨架,分别构建WY172与WY195和绿色荧光蛋白（GFP）基因连接的重组表达载体（WY172-GFP和WY195-GFP载体）。通过原生质体转化法将重组载体导入侵染橡胶树的暹罗炭疽菌（Colletotrichum siamense）内。荧光显微检测结果表明WY172与WY195均可驱动GFP基因的表达,具有稳定的启动子活性。在暹罗炭疽菌侵染橡胶叶片不同进程中均可稳定驱动GFP表达;在不同环境条件下测定GFP表达量,发现长光照条件下可提高WY172启动子驱动GFP的活性,并且23℃低温处理和光处理可提高WY195的活性。本研究表明WY172与WY195在暹罗炭疽菌（Colletotrichum siamense）中具有稳定的启动子活性,并且增加光照和低温处理能诱导启动子活性的提升。     

巴西橡胶树HbRALF34的克隆及表达分析

依据橡胶树胶乳转录组数据,利用RT–PCR技术鉴定了一个快速碱化因子(rapid alkalinization factor,RALF)家族基因cDNA序列。该cDNA长度为767 bp,开放阅读框长度为411 bp,编码136个氨基酸。序列比对显示该RALF基因与AtRALF34有较高相似性,因而命名为HbRALF34。以热研7–33–97无性系橡胶树为材料,采用实时荧光定量PCR对不同组织及乙烯、茉莉酸、伤害、过氧化氢、高盐、低温、干旱等处理下HbRALF34的表达模式进行分析。结果表明:HbRALF34在橡胶树叶片、花、树皮以及胶乳中均有表达,其中胶乳中表达量最高;与健康橡胶树相比,HbRALF34在死皮橡胶树胶乳及树皮中的表达量显著上调;乙烯、茉莉酸、过氧化氢及伤害处理能诱导该基因表达,而低温、干旱及高盐处理则抑制该基因表达,表明HbRALF34可能参与橡胶树的信号传导、产排胶调控以及胁迫响应。     

橡胶树白粉病菌在疏水介质表面的侵染特征和RNA提取

将白粉菌孢子接种到石蜡膜(parafilm)介质表面,观察不同温度条件下橡胶树白粉菌(Oidium heveae B.A.Steinmann)菌株孢子在疏水介质上的侵染过程,确定0~24 hpi孢子侵染结构发育特征,提取侵染发育过程白粉菌的总RNA,采用RT-PCK扩增分析18S保守基因并评价其质量。结果表明:橡胶树白粉菌孢子在15~34℃温度条件下接种于parafilm介质表面能萌发并形成附着胞,萌发和附着胞形成的适温范围22~28℃,最适离体诱导温度22℃。孢子在parafilm介质表面0~24 hpi(hour Post moculation)侵染发育过程可分为未萌发(0hpi)、萌发(4 hpi)、附着胞形成(6,8 hpi)和次生附着胞形成(16,24 hpi)等4个阶段;采用改良Trizol方法提取白粉菌孢子侵染发育过程4个阶段总RNA,可满足转录组文库要求,并扩增18S序列,进化分析显示其与白粉菌科物种为同一分支。结果表明,病原菌孢子在22~28℃温度条件下能够在介质表面形成侵染结构,0,4,6,8,16,24 hpi侵染发育阶段总RNA可用于转录组测序分析研究。