葡萄NHX基因家族的鉴定和表达分析

【目的】探究葡萄NHX基因家族生物信息学特性及在非生物胁迫下的表达情况,以期筛选出与非生物胁迫相关的家族成员,从而为葡萄抗逆性研究提供理论依据。【方法】以拟南芥、水稻及胡扬NHX基因序列为基础,对葡萄NHX基因进行同源克隆、染色体定位、氨基酸组成成分、理化性质、motif、蛋白质二级结构以及基因芯片表达等分析,同时利用qRT-PCR技术分析葡萄NHX基因家族表达情况。【结果】葡萄NHXs可分为2个亚族,主要分布在第1、5、7、14、15、19号染色体上,其外显子数为12～23个;VvNHX06的氨基酸数最少,有291个,VvNHX07的氨基酸数最多,有1141个。Motif分析发现,N端含有典型的锌指结构,蛋白质二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。亚细胞定位预测发现,葡萄NHX基因主要分布在细胞膜、内质网、线粒体、液泡和细胞质中。基因芯片表达显示,使用NaCl、ABA和PEG处理后,葡萄叶片中VvNHX02和VvNHX06基因表达量均呈上升趋势。qRT-PCR分析结果表明,在200 mmol·L~(-1)NaCl、100 mmol·L~(-1)ABA处理后的葡萄叶片中,VvNHX06表达量显著增加,分别是对照的30倍和60倍。用10%PEG处理实验材料6 h后,VvNHX05的表达量明显增加,是对照的5倍。【结论】VvNHX05和VvNHX06基因与植物耐盐和抗旱性有密切关系,可为葡萄的逆境胁迫机制研究提供参考。     

葡萄Trihelix转录因子家族生物信息及其基因表达分析

利用生物信息学分析、预测葡萄Trihelix转录因子家族基因的特性与功能,为葡萄抗逆基因的挖掘和利用提供理论依据。以‘红地球’葡萄(Vitis vinifera)试管苗为试验材料,对葡萄Trihelix转录因子家族进行理化性质、染色体定位、二级结构预测、亚细胞定位、基因结构分析、motif以及基因芯片表达分析,并利用qRT-PCR技术分析该家族基因在400 mmol·L~(-1) NaCl、100 mmol·L~(-1) ABA和10%PEG逆境下的表达情况。结果表明,该转录因子家族在葡萄基因组中总共有27个成员,分布于11条染色体上,其中有10个成员集中分布在第14号和17号染色体上;氨基酸残基为175～880个,大多数具有疏水性。亚细胞定位分析表明,该基因家族主要存在于细胞核中。结构域分析显示,同一亚家族蛋白保守域结构高度相似。基因芯片表达结果显示,非生物胁迫下,叶片中VvTrihelix6在PEG处理24 h后与对照相比呈显著上调趋势,当用NaCl处理4h和24h后,与叶片对照相比有下调表达趋势;用ABA处理果实3d后,该基因在果实中呈下调表达,处理10d后变化不明显。叶片中VvTrihelix19转录因子经PEG、NaCl和冷胁迫处理24 h后明显下调;果实用ABA处理3 d和10 d后均有明显下调趋势。qRT-PCR分析表明该转录因子家族所有基因对逆境胁迫具有响应作用,但是,不同成员在不同逆境胁迫下的响应程度存在一定的差异。转录因子VvTrihelix6在400 mmol·L~(-1) NaCl和100 mmol·L~(-1) ABA处理下表达量极显著高于对照,分别是对照的15倍和8倍;VvTrihelix19只在10%PEG胁迫处理后呈显著上调表达。     

葡萄APX基因家族的鉴定与表达分析

【目的】当植物遭受土壤盐碱、干旱和低温等非生物逆境胁迫时,其体内产生大量活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS),影响植物正常生长发育甚至死亡。抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate Peroxidase, APX)能够有效清除逆境胁迫下产生的ROS,从而保护植物免受损害。本研究旨在葡萄全基因组中鉴定出APX基因家族成员,并探究其在非生物胁迫下的表达情况,为后续葡萄抗逆基因的挖掘和功能研究提供理论依据。【方法】以生长30 d的葡萄‘黑比诺’试管苗为材料,通过生物信息学方法分析该基因家族的理化性质、系统进化、启动子顺式作用元件分布、基因芯片表达情况,利用qRT-PCR分析该基因家族成员在不同逆境胁迫下表达情况。【结果】葡萄APX基因家族具有7个成员,其氨基酸数目分布在104～421,等电点(Isoelectric Point, pI)介于5.75～8.77。系统进化分析发现,葡萄VvAPX与水稻OsAPX同源性较高,拟南芥AtAPX次之。蛋白质二级结构以α-螺旋和不规则卷曲为主。亚细胞定位预测发现,VvAPX基因在叶绿体、线粒体和细胞质中表达较高。VvAPXs基因均含有A活性位点、H结合位点以及motif1保守基序。顺式作用元件分析结果发现,VvAPXs基因家族所有成员中均含有干旱胁迫应答元件(MYB)和抗旱元件识别位点(MYC)。基因芯片表达图谱显示,在高盐、PEG、低温处理条件下,与CK3相比7个基因均上调表达,其中VvAPX04较明显。qRT-PCR结果表明,VvAPX04在200 mmol·L~(-1)NaCl处理下与对照相比显著性上调,是对照的14.5倍,在10%PEG处理下的表达量是对照的1.5倍。VvAPX05在10%PEG处理下与对照相比显著性上调,是对照的1.5倍。【结论】初步鉴定并提供了葡萄APX基因家族成员信息,预测了所具有的部分功能,为进一步研究葡萄APX基因参与非生物逆境胁迫的机制提供参考。     

柑橘CitMYB40转录因子的克隆与表达分析

【目的】分析R2R3-MYB家族成员Cit MYB40的生物学功能,为柑橘抗逆基因筛选和抗逆生理机制探索提供依据。【方法】以‘资阳’香橙(Citrus junos‘Ziyang’)为试材,采用生物信息学和基因表达技术,通过不同器官组织比较、植物激素和非生物胁迫处理,研究Cit MYB40的表达规律,并预测其基本生物学功能。【结果】Cit MYB40基因的开放阅读框(ORF)为984 bp,可编码297个氨基酸残基多肽。该基因含有3个内含子、4个外显子,与葡萄Vv MYB39、胡杨Pe MYB86、马铃薯St MYB34、麻风树Jc MYB34等同源蛋白的相似度为45.57%~53.51%。实时定量分析发现,Cit MYB40基因在植株不同组织器官间的表达具有明显差异,在花中的表达量最高,根中最低。在植物激素作用下,叶中的表达量明显高于根中,但ABA、SA、Me JA、ACC均可诱导Cit MYB40基因在根和叶中的表达。在非生物胁迫下,PEG6000、Na Cl和4℃低温均对Cit MYB40的表达有上调作用,且Na Cl处理时,Cit MYB40基因在根和叶中的表达模式与PEG6000处理相似。【结论】柑橘Cit MYB40在不同组织中的表达存在显著差异,并受不同植物激素和非生物胁迫诱导,推测其在柑橘生长发育和逆境响应中起到了一定的作用。     

杜梨PbNHX1基因的克隆、表达分析及功能验证

【目的】克隆1个杜梨Na~+/H~+逆向转运蛋白基因PbNHX1,并对其序列特征、表达特点及功能进行研究。【方法】采用RT-PCR和PCR克隆PbNHX1的c DNA和DNA序列,利用生物信息学方法进行序列分析,定量PCR检测其在非生物胁迫下转录水平变化,酵母互补试验检测PbNHX1基因的离子转运能力。【结果】杜梨PbNHX1基因c DNA编码区长1 704 bp,对应基因组DNA序列长3 594 bp,由13个外显子和12个内含子组成,编码蛋白含567个氨基酸。系统进化树显示,PbNHX1位于液泡膜型Na~+/H~+逆向转运蛋白分支上,与杨树液泡膜型Na~+/H~+逆向转运蛋白Pt NHX1.3基因亲缘关系较近。正常生长条件下,PbNHX1在杜梨叶片中表达量高于根。施加200 mmol·L-1Na Cl、10%(φ)PEG6000或100μmol·L-1ABA后,PbNHX1在叶片中的转录水平持续上升;其在根中的表达量先升后降,表达高峰依次出现在处理后6、3和6 h。PbNHX1的转入可恢复Na Cl、KCl和潮霉素B对nhx1缺失酵母菌株AXT3的生长抑制,转基因酵母细胞中Na~+和K~+含量显著增加。【结论】PbNHX1具有植物NHXs基因家族的固有特征,对盐碱、渗透胁迫和ABA处理均存在转录响应,转入该基因能够提高酵母nhx1缺失突变体AXT3对盐胁迫的耐受能力,部分恢复其对阳离子的转运功能,从而促进Na~+、K~+积累。     

一氧化氮对干旱胁迫下苹果砧木楸子耐旱性的影响

【目的】探讨干旱胁迫下楸子对外源一氧化氮(nitric oxide,NO)处理的生理响应特性与作用机制,综合评价后筛选缓解干旱胁迫的最佳NO处理浓度。【方法】以10叶龄的楸子[Malus prunifolia (Willd.) Borkh.]实生苗为试材,采用盆栽控水的方法,在中度水分胁迫(即含水量为土壤最大持水量45%～55%)下,喷施不同浓度外源NO(180μmol·L~(-1)、190μmol·L~(-1)、200μmol·L~(-1)、210μmol·L~(-1)),测定净光合速率(Pn)等光合参数、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性及以脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)含量、相对电导率(REC)等指标。【结果】相比于对照,外源NO处理缓解了水分胁迫下楸子叶片中MDA含量、Pro、REC、胞间二氧化碳浓度(Ci)以及过氧化物酶(POD)活性的上升幅度,同时也减缓了Pn、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、超氧化物歧化酶(SOD)与CAT酶活性的下降幅度,且具有明显的浓度效应。【结论】主成分分析(PCA)结果显示,特征根大于1的2个主成分的方差贡献率达92.932%,190μmol·L~(-1)硝普钠(SNP)处理得分最高,效果最佳。适宜浓度SNP处理能够激活水分胁迫下楸子幼苗的抗氧化酶系统,并可以保护细胞膜系统,及增强细胞光合性能,从而提高其耐旱性。     

葡萄类钙调磷酸酶B亚基蛋白基因VvCBL4的克隆与表达分析

【目的】在京秀(Vitis vinifera‘Jingxiu’)葡萄中克隆类钙调磷酸酶B亚基蛋白基因Vv CBL4及其启动子,分析Vv CBL4的表达特性与逆境胁迫的关系。【方法】用RACE技术克隆Vv CBL4的全长,实时荧光定量PCR检测Vv CBL4在不同逆境下的表达;用同源克隆技术获得Vv CBL4的启动子,在烟草叶片中瞬时表达分析Vv CBL4启动子的活性。【结果】Vv CBL4全长为959 bp,ORF为642 bp,编码213个氨基酸,具有3个EF手钙结合结构域。Vv CBL4在根部表达量最高,其次是果实。Vv CBL4的转录本能对干旱、低温和盐胁迫处理快速做出响应。Vv CBL4启动子富含与逆境响应相关的顺式作用元件。干旱、低温和盐胁迫处理能够增强启动子活性。【结论】获得Vv CBL4及其启动子序列,Vv CBL4的表达能对逆境胁迫做出响应,Vv CBL4启动子的活性受逆境胁迫诱导,说明Vv CBL4在葡萄逆境胁迫反应中具有重要的作用。     

钙处理对葡萄果实花青素含量及品质的影响

【目的】通过研究不同钙处理对葡萄花青素合成及品质的影响,确定适宜的喷钙时期、浓度、部位,为葡萄的优质高产提供理论依据。【方法】以6 a(年)生‘美人指’为试验材料,研究了不同钙处理水平(0、1、3、5、8 g·L~(-1))、施肥方式(叶果喷施和浸果)及时期(第1次膨大期和第2次膨大期)对葡萄果实品质和花青素含量的影响。【结果】钙处理可明显提高果实的单粒质量、可溶性固形物及花青素含量,并降低果实硬度和酸度,果实品质和花青素含量随着钙质量浓度的增加而提高,在5 g·L~(-1)时效果最好,同时还发现钙处理效果在葡萄第2次膨大期优于第1次膨大期,浸果处理优于叶果喷施处理。第2次膨大期5 g·L~(-1)钙溶液浸果处理的花青素含量为820.23 nmol·g~(-1)(约为对照的5.72倍)、可溶性固形物含量(ω)为16.23%(约为对照的1.28倍)、固酸比为63.40(约为对照的1.67倍),而总酸含量(ω)显著低于其他处理,为0.26%(约为对照的0.76倍)。【结论】在葡萄第2次膨大期采用5 g·L~(-1)钙溶液浸果处理,对于提高葡萄品质和果实花青素含量最为有利。     

叶面喷施ABA和PDJ对‘巨峰’葡萄果实着色及品质的影响

【目的】研究叶面喷施脱落酸(ABA)和二氢茉莉酸丙酯(PDJ)对‘巨峰’葡萄果实着色及品质的影响。【方法】在果实转色初期和中期,使用不同浓度ABA(A1:10 mg·L~(-1)、A2:25 mg·L~(-1)、A3:50 mg·L~(-1))和PDJ(P1:5 mg·L~(-1)、P2:10mg·L~(-1)、P3:25 mg·L~(-1))对‘巨峰’葡萄进行叶面喷施处理,并分析不同处理下成熟果实花色苷、叶绿素、类胡萝卜素、可溶性固形物、可滴定酸和类黄酮含量,以及穗重、单粒重等指标的差异,通过主成分分析对葡萄果实着色指标和内在品质进行综合评价,以确定最适宜的ABA和PDJ施用浓度。【结果】不同浓度ABA和PDJ处理均能显著增加果皮花色苷含量,降低叶绿素和类胡萝卜素含量,提高了颜色指数(CIRG)和红绿色差指标(a~*),并降低果实亮度(L~*)和黄蓝色差指标(b~*),从而提高果实着色程度;果穗重、单粒重增大,可溶性固形物和果皮类黄酮含量显著上升,但对果实可滴定酸无影响。【结论】不同处理的效果综合评价依次为A2P2A1A3P1P3CK,在所有处理中,A2处理对于促进果实着色以及提高果实品质的效果最好,P2处理次之,ABA处理效果整体上优于PDJ处理。     

野生毛葡萄芪合成酶基因双向启动子活性分析

【目的】研究中国野生毛葡萄‘丹凤-2’(Vitis quinquangularis‘Danfeng-2’)芪合成酶(stilbene synthase)基因双向启动子的启动活性与差异。【方法】通过染色体步移技术克隆中国野生毛葡萄‘丹凤-2’芪合成酶基因双向启动子,并与Uid A基因(β-葡萄糖苷酶基因,GUS)融合,利用真空渗透法在葡萄叶片中瞬时表达,组织化学染色和GUS蛋白定量法分别检测白粉菌接种、温度处理、茉莉酸甲酯、脱落酸和水杨酸处理对双向启动子活性的影响。以毛葡萄‘丹凤-2’和欧洲葡萄‘赤霞珠’不同成熟时期果实的c DNA为模板,通过荧光实时定量PCR的方法分析Vq STS12/Vv STS31和Vq STS33/Vv STS32的表达情况。【结果】Pvq DSTS12受到白粉菌、茉莉酸甲酯、高温和低温的诱导后,启动活性增强,对水杨酸和脱落酸处理不敏感;Pvq DSTS33在茉莉酸甲酯处理下启动活性增强,在高温和低温的处理下启动活性降低,对水杨酸、脱落酸和白粉病处理不敏感。荧光实时定量PCR结果显示,在果实发育的6个时期中,‘丹凤-2’Vq STS12和Vq STS33的表达量均高于‘赤霞珠’Vv STS31和Vv STS32。4个基因的基本表达趋势为:浆果转色期之前持续增长,转色后期下降,浆果半熟期达到最高峰,浆果成熟期表达降低。其中毛葡萄‘丹凤-2’Vq STS12的表达量在转色后期并未降低且增加到上一时期的2.3倍;欧洲葡萄Vv STS32基因在成熟期表达量升高为前一时期的1.42倍。【结论】双向启动子活性的研究为利用植物天然双向启动子提供依据。