番茄SlMIP基因参与转基因拟南芥的渗透调节

本实验以野生型（WT）和转番茄SlMIP基因的拟南芥为材料,研究NaCl胁迫条件下对二者体内渗透调节特征的影响。结果发现, 在NaCl胁迫下,转SlMIP基因的拟南芥细胞膜损伤程度较轻,组织渗透势显著降低,并保持较高的组织含水量,生长受抑制程度明显低于野生型植株。转基因植株体内Na+ 含量和Na+/K+ 比值显著低于野生型拟南芥,K+含量虽有所下降但仍显著高于野生型植株,而且在盐胁迫下脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型拟南芥,表明转入番茄SlMIP基因后的拟南芥,通过增加水分子的吸收,减少钠离子的进入,增加了细胞内脯氨酸和可溶性糖的含量,进而影响植物的有机渗透调节能力,与此同时可能通过离子化区隔机制以及与质膜Na+/H+逆向转运蛋白的相互作用更有效地调节细胞内外的无机离子交换能力,使植物更有效地抵御盐害,表明番茄SlMIP水通道蛋白基因在植物盐胁迫下具有重要的渗透调节作用。     

燕麦AsKUP1的克隆与功能分析

植物钾离子转运蛋白中的Na~+不敏感性KUP/HAK/KT转运蛋白对植物耐盐胁迫起着重要作用。为了阐明钾离子转运蛋白基因AsKUP1在燕麦中响应盐胁迫的表达模式和鉴定其生物学功能,从燕麦中克隆了AsKUP1,利用RACE方法获得AsKUP1全长序列,并对其进行生物信息学分析;构建了pCAMBIA1301-AsKUP1植物过表达载体,转化拟南芥,并运用实时荧光定量PCR方法分析AsKUP1在拟南芥中的表达情况。结果表明,AsKUP1全长2 951bp,包含2 334bp的ORF序列,预测编码777个氨基酸,等电点为8.55,分子量为87.0k D。序列分析表明,AsKUP1与山羊草和小麦KUP/HAK/KT家族亲缘关系较近,预测该蛋白有14个疏水跨膜结构域,位于细胞质膜的概率较大。此外,盐胁迫下,T2转基因种子萌发率为57%,野生型为43%;经潮霉素筛选分离比为3∶1的2个转基因株系后代T3转基因株系根长分别是野生型的1.46倍和1.34倍,T3转基因植株鲜重、干重分别是野生型的1.56倍和1.44倍,Na~+含量无显著差异,而K~+含量为野生型的1.25倍,说明AsKUP1的表达提高了拟南芥植株的耐盐性。本研究结果为揭示钾离子转运蛋白家族基因AsKUP1在植物中的耐盐机制和通过转基因技术提高植物耐盐能力奠定了基础。     

拟南芥CycD2基因在水稻中的表达及初步分析

细胞周期蛋白CycD2基因是在拟南芥（Arabidopsis thaliana）基因组中发现的，对调节细胞周期具有重要作用的调控因子。研究利用RT-PCR技术由拟南芥幼苗mRNA扩增了CycD2基因，构建了超量表达载体并对单子叶植物水稻（Oryza sativa ssp. japonica）进行了转化。对获得的转基因植株进行半定量RT-PCR分析表明，CycD2 mRNA的确能够在水稻中积累。超量表达CycD2的转基因水稻植株在发育早期生长与发育加快，表现为幼苗植株根长和株高均显著高于对照（转空载体植株），加快了水稻的生长速率。     

胡杨PeAPY1和PePY2在提高植物抗旱耐盐性上的功能解析

胡杨（Populus euphratica Oliv.）是典型的抗旱耐盐树种,广泛用于干旱盐碱地带的造林绿化。本实验室前期研究结果表明,盐胁迫下胡杨腺苷三磷酸双磷酸水解酶（Apyrase）基因（PeAPY）的转录水平上调,表明该基因可能在胡杨的抗盐性功能上发挥作用。已有研究证明APY是水解eATP的关键酶,而eATP是植物细胞重要的信使分子,调控植物的生长发育及抗性反应。本研究以PeAPY过表达拟南芥株系、拟南芥apy1、apy2突变体和野生型拟南芥为实验材料,分析了胡杨PeAPY对植物抗旱和耐盐能力的影响。研究结果表明,PeAPY1和PeAPY2转基因株系的抗旱性明显提高,这可能与PeAPY1和PeAPY2过表达减少了叶片表皮的气孔密度,降低了叶片的失水速率,从而提高了植株的保水能力有关。此外,我们还发现PeAPY1和PeAPY2转基因株系耐盐能力有所提高：在盐胁迫条件下,过表达PeAPY1和PeAPY2转基因植物的种子萌发率和生长、成活率均明显高于突变体apy1、apy2和野生型拟南芥（NaCl处理的浓度分别为0,50 mmol/L,100 mmol/L,150 mmol/L,200 mmol/L）。这可能是由于盐处理条件下,PeAPY通过降低盐诱导的eATP浓度,阻止了eATP诱导的细胞凋亡。综上所述,胡杨PeAPY的过表达能够提高植物对盐胁迫、干旱胁迫的耐受性,PeAPY对eATP浓度调控及其对植物抗逆性的具体机制有待进一步研究。     

非生物胁迫下植物水通道蛋白的应答与调控

【目的】水分不仅是细胞中各类生命物质合成的必需底物,而且也参与植物体内的养分代谢和渗透平衡的调节。植物中水分的跨膜转运主要是由水通道蛋白(AQPs)所介导的,因此,无论是在植物整体水平还是细胞水平上,水分的吸收以及跨细胞膜系统的转运对于植物的生长发育都是至关重要的。近年来,水通道蛋白作为调节水分的吸收与转运的关键,已成为植物营养与分子生物学特别关注和研究的热点之一。本文从水通道蛋白的种类结构,底物特异性,基因表达特征和调控机制四个方面对水通道蛋白转运水分的机理和转运水分过程中对胁迫的响应机制进行了详细阐述;从水通道蛋白的水分运输和渗透调节功能及其养分运输功能两方面说明了水通道蛋白在植物生长过程中的生理作用;阐述了光照、干旱和低温与水通道蛋白功能之间的关系,明确了水通道蛋白通过表达量的增加或者降低来响应相应环境条件的变化。【主要机理】水通道蛋白通过保持一定结构及对底物运输的特异性来实现对水分的高效运输,通过调整基因的表达量和翻译后修饰等过程实现对水分的高效转运;同时,水通道蛋白可以通过水分的运输实现植物渗透平衡的调节,对部分小分子养分的吸收等功能更是实现了对植物生理和养分吸收的调节;另外,水通道蛋白不仅可以提高植物的抗旱、抗盐能力,对低温胁迫也有一定的响应,还可以与多类逆境胁迫蛋白发生相互作用,共同调节植物的水分和渗透平衡,提高植物应对逆境胁迫的能力,表明植物水通道蛋白对非生物胁迫下的应答机制有待于进一步探索,为植物水通道蛋白的应用研究提供科学的理论支持与材料支撑。     

拟南芥甘油二酯激酶(AtDGK7)基因抗逆的生理作用

构建表达载体PBI121-AtDGK7,转化拟南芥（Arabidopsis thaliana）获得过表达转基因植株。通过抗逆生理指标测定、ABA、NaCl和甘露醇抗性试验, 以及半定量RT-PCR方法,对拟南芥甘油二酯激酶(AtDGK7)基因的抗逆生理功能进行初步研究。结果表明,过表达AtDGK7转基因拟南芥对高浓度ABA的敏感性比野生型要低,能更好地抵御盐胁迫。通过测定脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量以及超氧物歧化酶(SOD)活性,进一步证实过表达AtDGK7转基因拟南芥植株的耐低温能力增强。     

植物抗旱的分子机制研究

干旱是影响植物生长发育最主要的逆境因子。植物在水分胁迫下会引起一系列分子反应和信号传递，干旱胁迫诱导基因表达一些重要的功能蛋白和调节蛋白以保护细胞不受水分胁迫的伤害，目前已研究证实相关蛋白有跨膜运输蛋白（水通道蛋白、ATP酶等）、水分胁迫调节剂（K^ 、Na^ 、蔗糖、脯氨酸、甜菜碱等）、运输或合成相关的酶、Lea蛋白、抗氧化作用相关的酶（SOD、CAT等）、水分胁迫蛋白、调控蛋白（蛋白激酶、转录因子）等。干旱胁迫诱导基因的活化至少涉及4条途径：植物细胞可能通过膨压变化或膜受体的构象变化感知水分胁迫，将胞外信号转为胞内信号，从而触发相应的信号途径，并可导致第二信使（Ca^2 、IP3等）生成，在这原始信号被逐级传递放大的过程中，其中2条传递途径是依赖ABA的，另外2条传递途径是不依赖ABA的。通过基因表达调控已分析鉴定出一些水分胁迫有关的顺式作用元件（ABRE、DRE、Myc等）和转录因子（bzip、DREBP、MYC／MYB等）。     

亚洲棉NCED3基因克隆及其抗旱功能分析

9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是脱落酸(ABA)合成过程中的关键限速酶,被证实广泛参与植物的生长发育进程及对非生物胁迫的应答。为了挖掘、鉴定棉花抗旱相关的NCEDs基因,本研究克隆了亚洲棉(Gossypium arboreum)GaNCED3基因,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析了干旱胁迫下该基因的表达特性;并遗传转化拟南芥(Arabidopsis thaliana),研究了该基因在干旱应答中的功能。结果显示,GaNCED3基因开放阅读框(ORF)全长为1 794 bp,其编码的蛋白质包含597个氨基酸。该基因在干旱胁迫处理后上调表达,在处理3 h的根中表达量最高,是对照的27.6倍。在萌发期进行甘露醇模拟的干旱处理,超表达GaNCED3的转基因拟南芥种子萌发率和绿苗率均高于野生型。在幼苗期进行自然干旱处理后,转基因拟南芥植株叶片丙二醛含量显著低于对照(P<0.05),游离脯氨酸积累量显著高于对照(P<0.05)。本研究初步证明了外源超表达GaNCED3基因使植株抗旱能力增强,为进一步研究GaNCED3干旱应答的分子机制提供了理论依据,为抗旱育种提供了候选基因资源。     

小麦胁迫相关蛋白基因TaSAP12-D的耐盐性分析

胁迫相关蛋白（SAPs）是一类具有A20/AN1锌指结构域的蛋白,在植物中主要参与逆境胁迫响应。为探究小麦胁迫相关蛋白基因TaSAP12-D在耐盐胁迫中的功能,本研究以小麦品种旱选10号为试材,克隆得到TaSAP12-D基因,利用农杆菌瞬时注射烟草叶片进行亚细胞定位,利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)进行不同组织和盐胁迫条件下的表达模式分析,利用蘸花法将TaSAP12-D转化到拟南芥（Arabidopsis thaliana L.）中并进行耐盐性分析。结果表明,TaSAP12-D基因全长519 bp,编码172个氨基酸,预测蛋白分子量为18.41 kDa,等电点为9.21。亚细胞定位显示,TaSAP12-D在烟草细胞核和细胞质中均有表达。qRT-PCR结果显示,TaSAP12-D在小麦萌发期和幼苗期的胚芽、根和叶中均有表达,其中在幼苗期的叶中表达量最高。在盐胁迫条件下,TaSAP12-D的表达量显著上调。在150 mmol·L-1NaCl处理条件下,过表达TaSAP12-D拟南芥的存活率显著提高,表明TaSAP12-D可以增强转基因拟南芥的耐盐性。另外,在转基因拟南芥中盐胁迫相关...     

干旱胁迫及复水对大豆关键生育时期叶片生理特性的影响

以“辽豆15”为试材，在开花期和鼓粒期设置轻度干旱（土壤相对湿度65%±5%）和重度干旱（土壤相对湿度50%±5%）以及对照（土壤相对湿度80%±5%）处理，开展大豆干旱及复水控制试验。干旱处理持续7d、14d和21d，并在胁迫结束后进行复水，复水水平与对照处理一致。达到胁迫时间当日和复水后第7天取大豆倒三叶叶片，测定叶片可溶性蛋白和丙二醛（MDA）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性，研究干旱胁迫对以上生理指标的影响以及复水后补偿效应。结果表明：开花期，轻度干旱和重度干旱胁迫均使叶片可溶性蛋白和MDA含量以及POD活性显著升高，轻度干旱胁迫使SOD活性显著升高。鼓粒期，大豆受干旱胁迫影响后，叶片可溶性蛋白含量、MDA含量、SOD活性显著升高，但POD活性显著降低。复水对大豆叶片可溶性蛋白含量、MDA含量和SOD活性均出现补偿效应，但对POD补偿效应不明显。由此可见，干旱会对大豆叶片造成过氧化伤害，主要表现在抗氧化酶和渗透调节物质含量的提高，同时复水可使大豆叶片由干旱造成的过氧化伤害得到缓解，表现出不同程度的补偿效应。     

多选择标记植物表达载体的构建

具有多选择标记的植物基因表达载体有利于转基因植物研究中的转基因植株的筛选。本研究对植物基因表达载体pCAMBIA1301进行了改造,产生了1个具有可溶性的红移绿色荧光蛋白基因（smRS-GFP）、抗除草剂Basta、葡萄糖苷酸酶（GUS）及潮霉素（Hpt）的多选择标记的新的植物基因表达载体。运用这一表达载体的多选择标记可以有效降低检测和筛选转化植株时的假阳性率。此外,如此的基因表达载体也能满足实验室的不同筛选方法的需求。     

甘蓝型油菜苗期耐旱性综合评价与耐旱性鉴定指标筛选

我国油菜生产经常遭受干旱胁迫而影响产量和品质,综合评价油菜种质资源的耐旱性,筛选耐旱种质,确定耐旱性鉴定指标,是耐旱新品种培育和耐旱机理研究的基础性工作。本研究利用229份甘蓝型油菜种质资源,在苗期设置干旱胁迫组和正常灌溉(对照)组,测定地上和地下部鲜重和干重及叶片过氧化物酶活性、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和相对含水量10个性状,采用耐旱系数、聚类分析、隶属函数、主成分分析和灰色关联度分析等方法对其耐旱性进行综合评价。结果显示,苗期干旱胁迫使甘蓝型油菜幼苗地上和地下部干重和鲜重及叶片相对含水量和可溶性蛋白含量显著降低,使叶片过氧化物酶活性、丙二醛含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量显著升高,而地下部干重在正常灌溉组与干旱胁迫组之间差异不显著。229份种质资源划分为8个类群,各类群表现出不同的耐旱特性。RR002、9801C、炎81-2、07037、浙油758和09-P64-1为耐旱材料, 11-P30、CY16PXW-35、08-P35、09-P36、甲972和A148为干旱敏感材料。地上部鲜重、叶片脯氨酸含量和可溶性糖含量可作为甘蓝型油菜苗期综合耐旱性快速、简便、准确的鉴定指标。     

月季RhASP1的克隆与抗逆功能初步分析

天冬氨酸蛋白酶(aspartic proteases,APs)是植物体内一类蛋白水解酶,在植物的生长发育过程中发挥极为重要的作用。为了明确月季(Rosa hybrida)中APs的初步功能,本研究以切花月季萨蔓莎(R.hybrida'Samantha')为材料,采用c DNA末端快速扩增PCR(rapid amplification of c DNA ends,RACE-PCR)的方法克隆到一个天冬氨酸蛋白酶基因(APs),命名为Rh ASP1(Gen Bank No.:MG384616),通过q RT-PCR和异源过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)的方法对Rh ASP1的表达特性和在拟南芥中的生物学功能进行了初步研究。结果表明Rh ASP1开放阅读框(ORF)包含1 287 bp,编码428个氨基酸,属于B类型APs;Rh ASP1的表达受盐处理诱导,乙烯处理24 h和失水胁迫3 h显著提高了Rh ASP1的转录水平(P0.05)。通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法转化野生型拟南芥,获得3个超表达转基因株系,并对盐胁迫下转基因植株的表型和生理指标进行了测定。不同盐胁迫浓度处理下,Rh ASP1转基因植株的发芽率、初生根伸长量和侧根数目均显著高于野生型拟南芥(P0.05);与野生型相比较,Rh ASP1转基因株系的叶片和植株染色较浅,O2·和H2O2相对积累量少,且显著低于野生型植株(P0.05)。上述结果初步明确了Rh ASP1的生物学功能,为月季的逆境育种提供了基因储备和理论参考。     

表达液胞膜AtNHX1的转基因白三叶提高了耐盐性

以白三叶吸胀种子的子叶为转化体,用农杆菌介导法将拟南芥液胞膜Na+/H+ 逆向转运蛋白基因AtNHX1转入白三叶,经过筛选、分化和再生,得到了具有卡那霉素抗性的转基因植株。对这些植株进行PCR、Southern 印迹和 Northern 杂交分析,结果表明,外源目的基因已经整合到白三叶基因组中并且得到了表达。室内耐盐性试验结果表明,表达AtNHX1的转基因植株总叶面积和地上部分干重都显著高于非转基因对照,说明液胞膜上的AtNHX1基因有助于提高白三叶耐盐性。     

不同水分胁迫下转W16小麦回交株系基因表达特性及其抗旱机制

干旱应答元件结合蛋白(DREB)转录因子调控植物抗逆相关功能基因的表达,对提高植物抗逆境胁迫具有重要作用.本研究采用盆栽法在小麦(Tritium aestivum)拔节至抽穗期进行不同水分胁迫条件下,分析了野生型和转基因小麦回交株系转录因子基因W16的表达特点,并对其抗旱性的生理生化指标进行了测定.半定量RT-PCR结果表明:野生型在无干旱胁迫时,W16有微弱表达,随胁迫增强,表达上调,当表达量达到峰值后(12 h),随胁迫的加剧,表达量迅速下降,呈现“上升-峰值-下降”特点,而整个干旱胁迫过程中转基因植株W16在Ubiquitin启动子作用下表达恒定且表达水平较高;抗旱性生理生化机制分析表明:不同水分胁迫条件下,转基因株系的叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、水分利用效率的变化均高于受体对照,尤其在重度干旱(SD)胁迫下的差异更显著.产量结果显示,在各水分条件下转基因株系产量都高于受体对照,其抗旱指数属于较强抗旱等级.研究结果说明了转基因小麦回交株系中W16的超表达,改良了转基因小麦抗旱性的生理生化特性,提高了转基因小麦的抗旱性能.为抗旱转基因小麦品种选育提供理论和方法参考.     

小金海棠Fe（II）转运蛋白基因在拟南芥突变体中的功能互补研究

MxIrt1基因是从小金海棠（Malus xiaojinensis Cheng et Jiang）中克隆得到的Fe（II）转运蛋白基因，具有“ZIP基因家族”的保守功能域，推测该基因与苹果中铁的转运吸收有关。本研究构建MxIrt1基因的植物表达载体pCWIrt，通过农杆菌介导转化拟南芥IRT1突变体irt1-1。GUS染色以及Southern杂交检测结果显示，MxIrt1基因已经整合到拟南芥基因组中。在缺铁胁迫条件下，转基因植株提高了突变体irt1-1的耐缺铁能力，表明MxIrt1基因参与了铁的吸收。     

北苍术对持续干旱的生理和转录组响应分析

为了探究北苍术响应干旱胁迫的生理和分子机制，本试验采用穴盘育苗法，分析持续自然干旱3～18 d北苍术响应干旱胁迫的生理特征；利用高通量转录组测序技术，分析干旱胁迫下北苍术的分子响应特征。结果表明，持续干旱6 d起，北苍术植株相对含水量极显著低于对照，可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量、抗氧化酶活性均显著或极显著高于对照；复水15 d时，北苍术过氧化氢酶（CAT）活性和植株相对含水量恢复到与对照无显著差异，但其他指标均仍极显著高于对照。主成分分析结果表明，可溶性糖和总蛋白含量、超氧化物歧化酶（SOD）和CAT活性可较好地反应北苍术的抗旱能力，干旱胁迫下北苍术隶属函数综合评价D值为0.765～0.865。转录组分析共获得14 538个差异表达基因（DEGs）,GO功能注释最多的Unigene与细胞组分相关，KEGG分类中注释最多的Unigene是糖代谢；注释到萜类与聚酮类代谢途径的Unigene共71条，其中12条编码倍半萜和三萜类生物合成途径中的7个关键酶。综合分析可知，干旱胁迫影响北苍术相关功能基因表达，进而影响其生理特征。本试验为北苍术的抗旱机理和主要活性成分生物合成途径研究提供了参考。     

野生大豆与栽培大豆抗旱性对接种丛枝菌根真菌的响应

采用盆栽试验,分别对栽培大豆和野生大豆接种AM真菌进行研究,同时设不接种对照。接种和不接种处理均下设2种水分处理:植物生长期间全程正常供水和前期正常供水后期干旱处理,研究了水分胁迫下接种丛枝菌根(AM)真菌对栽培大豆和野生大豆生理生化特性的影响及菌根水孔蛋白基因GintAQPF1和GintAQPF2表达量的变化。结果表明:干旱胁迫下接种AM真菌能刺激野生大豆和栽培大豆根系伸长生长,对茎秆的促进作用并不明显;干旱胁迫下脯氨酸含量与过氧化氢酶(CAT)活性显著高于未接种对照组,其中接种AM真菌的野生大豆脯氨酸含量、CAT活性增幅最大;未接种AM真菌的栽培大豆与野生大豆丙二醛(MDA)含量与相应接种AM真菌组比显著增加;接种AM真菌的野生大豆与栽培大豆中GintAQPF1和GintAQPF2表达量均显著增加,其中野生大豆GintAQPF2表达量显著高于栽培大豆。说明接种AM真菌能够促进脯氨酸积累,增加CAT活性,提高GintAQPF1和GintAQPF2基因表达,刺激根系的伸长生长。     

OsUgp2和otsAB基因共转化增强水稻抗旱抗寒能力

本研究通过农杆菌介导的转化技术,将水稻尿苷-2磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基N（OsUgp2）与大肠杆菌海藻糖-6-磷酸合成酶／海藻糖-6-磷酸合成酶磷脂酶融合基因（otsAB）共表达载体转化水稻愈伤组织,对获得的转基因植株分别进行干旱和寒冷处理,试图明确0sUgp2和otsAB共表达是否可以进一步提高转基因水稻植株的抗胁迫能力。表型观察结果显示0sUgp2和。拈AB共表达植株（ABu）经干旱和寒冷处理后恢复生长的能力,较otsAB和OsUgp2分别过量表达的转化植株（AB和U）均有所提高。定量PCR检测结果显示：经干旱处理后,转化植株ABU中0tsAB和OsUgp2的表达量较未处理植株分别提高1．92倍和1．67倍,与转化植株AB和I中0tsAB和OsUgp2表达的增加量相近;而寒冷处理后,转化植株ABU中otsAB和OsUgp2的表达量分别增加2．68倍和2．04倍,明显高于转化植株AB和u中otsAB和OsUgp2表达的增加量。液相色谱检测结果显示：OsUgp2和otsAB共表达和单表达均可以提高转化植株中海藻糖的生物合成量,且共转化植株ABU中海藻糖的含量在干旱和寒冷处理前后均是最高的。干旱和寒冷处理后,共转化植株ABU中蔗糖含量的增加也较明显。本研究结果表明OsUgp2和otsAB共表达可以增加转基因水稻植株中海藻糖和蔗糖分子的含量,同时转基因水稻植株的抗旱和耐冷胁迫的能力也得到了一定提高。     

植物耐旱机制研究进展

干旱环境下植物通过不同耐旱途径抵御干旱胁迫。简介了植物耐旱机制中的渗透调节、质膜保护和抗氧化防御系统,水孔蛋白及其在水分平衡和抗脱水中的作用,胚胎发育晚期丰富表达蛋白(Lea蛋白)等研究进展。