假俭草R2R3-MYB基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下的表达模式分析

R2R3-MYB家族是植物中最大的转录因子家族之一,广泛参与各种生理响应和分子调控。本研究利用假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.))基因组数据和生物信息学手段鉴定了R2R3-MYB转录因子,并对系统进化、结构、顺式作用元件等进行分析;同时对R2R3-MYB转录因子响应干旱胁迫的表达模式进行分析。结果显示,假俭草中有113个R2R3-MYB成员;蛋白二级结构和三级结构都表明R2R3-MYBs蛋白都含有螺旋-转角-螺旋结构;顺式作用元件分析发现启动子区含有大量植物激素响应和胁迫响应元件,为R2R3-MYB基因进化分析提供了依据。基因表达模式分析表明,与野生型相比,抗旱突变体叶中有39个基因、根中有58个基因在一个或多个干旱时期表达量提高,推测这些R2R3-MYB基因在响应干旱胁迫过程中发挥着重要作用。本研究结果为进一步深入研究假俭草R2R3-MYB基因家族的功能奠定了基础。     

白羊草R2R3-MYB转录因子的挖掘及对干旱胁迫反应的研究

本文以白羊草（Bothriochloa ischaemum）为材料,利用其目前已有的转录组序列,通过搜索、比对、功能域多态性分析、进化树构建和基因表达分析等手段,对白羊草R2R3-MYB型转录因子进行挖掘和干旱胁迫下的表达模式分析。结果从白羊草挖掘出43个R2R3-MYB转录因子,它们具有高度保守的[W]-X（19）-[W]-X（19）-[W]-X（n）-[W]-X（18）-[W]结构,主要参与生长发育、次生代谢和逆境响应等生物过程。通过进一步的分析,本研究筛选出8个可能参与干旱胁迫响应的R2R3-MYB转录因子。这为白羊草R2R3-MYB基因的功能研究和开发利用奠定了基础。     

全基因组水平紫花苜蓿TCP基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下表达模式分析

紫花苜蓿是世界最重要的豆科牧草之一,干旱是影响其产量和地理分布的关键瓶颈。在紫花苜蓿响应干旱胁迫过程中,转录因子发挥着重要的调控作用。TCP（teosinte branchesd 1/cycloidea/pro-liferating cell factors）为植物特有的转录因子,在植物生长、发育、响应逆境胁迫中都具有重要的生物学功能。截至目前,该基因家族在紫花苜蓿中的分布以及响应干旱胁迫的生物学功能仍未见报道。因此,为进一步挖掘紫花苜蓿中响应干旱胁迫功能基因,本研究利用生物信息学方法在全基因组水平对TCP基因家族进行了鉴定,并对其系统进化、基因结构、染色体定位、共线性分析以及干旱胁迫下的表达模式进行了分析。结果表明,紫花苜蓿基因组中共鉴定出40个MsTCP基因,不均匀地分布于20条染色体上,其中包括17对旁系同源基因对,且都是基因片段复制事件。系统发育和保守结构域分析发现,MsTCP基因可以分为2个大分支和3个亚家族（PCF, CIN与CYC/TB1）,同一分支中的成员具有相同氨基酸数目的TCP结构域,同亚家族中的成员具有相似的保守基序与基因结构。此外,通过分析紫花苜蓿响应干旱转录组数据共鉴定出4个可能与紫花苜蓿响应干旱胁迫有关的MsTCP基因（MsTCP23,MsTCP27,MsTCP29,MsTCP33）。qRT-PCR结果进一步表明PEG模拟干旱胁迫处理后,这4个基因的表达量在根和叶中均显著上调,进一步确定了这些基因的确响应紫花苜蓿干旱胁迫。该研究为后期深入解析紫花苜蓿响应干旱胁迫理论以及通过基因工程技术创制高抗旱紫花苜蓿新种质奠定基础。     

干旱和高温胁迫下紫花苜蓿PEPC酶活性变化及其基因序列分析

紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是一种分布极其广泛的多年生优质豆科牧草,分析干热胁迫下其磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)酶活性变化及PEPC蛋白的生物信息学。本研究以‘阿尔冈金’紫花苜蓿和云南德钦县野生紫花苜蓿为材料,测定其在干旱胁迫和高温胁迫下的PEPC酶活性的变化,同时扩增了PEPC基因,并对PEPC蛋白进行了生物信息学分析和系统发育分析。结果表明,在胁迫第12 h酶活性达到峰值,两种胁迫下野生紫花苜蓿的酶活性基本高于‘阿尔冈金’紫花苜蓿,两种紫花苜蓿PEPC蛋白均为不稳定蛋白和亲水性蛋白。干旱胁迫与高温胁迫都对紫花苜蓿PEPC酶活性产生了较大的影响,且两种紫花苜蓿PEPC氨基酸序列保守性均较高。本研究可为提高高温和干旱条件下紫花苜蓿的光合特性进而增加产量提供理论依据。     

紫花苜蓿GPAT基因家族鉴定及在盐碱胁迫下的表达模式分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphate acyltransferase, GPAT)是甘油生物合成的限速酶,参与多种脂类的生物合成途径,在植物生长发育和抗逆过程中具有重要作用。为了解GPAT基因在紫花苜蓿(Medicago sativa)应对非生物胁迫过程中的作用,本研究利用生物信息学方法共鉴定出73个紫花苜蓿MsGPATs基因。研究表明,MsGPAT基因在染色体上不均匀分布,大多数基因存在大片段复制现象。系统进化树分析将其分为3个亚组。基因结构和蛋白质保守基序分析表明MsGPAT基因家族成员多数含有2～3个外显子或11～12个外显子,至少含有1个保守基序。顺式作用元件分析表明不同MsGPATs基因含有不同的光、生长素和胁迫应答元件。基因表达谱分析显示,分别有10,5,18个MsGPATs基因积极响应高盐、高碱和混合盐碱胁迫,可作为紫花苜蓿耐盐碱研究的候选基因。     

紫花苜蓿耐盐性相关NAC转录因子的挖掘及表达分析

NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)是植物特有的一类转录因子家族,可调控植物响应盐胁迫。本研究基于盐胁迫下紫花苜蓿(Medicago sativa L.)耐盐品种GIB和盐敏感品种LS根和叶的转录组数据,通过生物信息学方法筛选出17个差异表达的MsNAC转录因子家族成员,并对其序列特征、系统进化、顺式作用元件及盐胁迫下的表达模式等进行分析。结果显示,17个MsNACs均具有NAC典型的NAM结构域,且蛋白结构相似。系统进化分析将17个MsNACs分成8个亚族,各亚组成员具有高度相似的保守基序。顺式作用元件分析发现,有15个MsNACs具有ABA响应顺式元件ABRE。转录组数据表达模式分析与RT-qPCR验证结果显示MsNAC1,MsNAC2,MsNAC35,MsJUB1和MsNAC40基因在盐处理下GIB叶中上调表达,在LS叶中下调或者未发生变化,推测这些基因参与调控紫花苜蓿的耐盐反应。本研究为进一步研究紫花苜蓿NAC转录因子响应盐胁迫功能提供参考依据。     

紫花苜蓿SAUR基因家族的鉴定及其在非生物胁迫中的表达模式研究

SAUR(small auxin-up RNA)是植物早期响应生长素的一类基因,参与植物生长发育与非生物胁迫响应等一系列生物过程。在拟南芥、水稻、棉花等物种中已经对SAUR基因家族进行了系统鉴定与分析,但是,在世界上最重要的豆科牧草紫花苜蓿中关于SAUR基因家族的研究尚未开展。本研究利用生物信息学的方法在紫花苜蓿参考基因组共鉴定到433个MsSAUR成员,并对其基因组位置、基因结构、启动子顺式作用元件以及不同组织中的表达模式进行了分析。同时,利用紫花苜蓿在不同非生物胁迫下的转录组数据,发现有5、11、19以及12个MsSAUR成员分别响应干旱、盐、冷以及碱胁迫,MsSAUR14/94/254可以同时响应干旱和盐胁迫,MsSAUR297可以同时响应干旱、盐以及碱胁迫,MsSAUR306可以同时响应干旱、盐以及冷胁迫。本研究结果可为后期通过基因工程技术创制高产抗逆新种质提供重要的候选基因。     

一氧化氮对干旱胁迫下紫花苜蓿氮代谢的影响

为揭示NO对渗透胁迫下紫花苜蓿含氮化合物及氮代谢过程的调控机制,以紫花苜蓿为材料,通过外源施加NO供体硝普钠(SNP)和NO清除剂(c-PTIO)对紫花苜蓿种子及幼苗进行处理,研究NO在PEG模拟的渗透胁迫下紫花苜蓿氮类化合物含量及氮代谢关键酶活性变化规律中的影响.结果表明:与PEG处理相比,外施0.1 mmol·L-...     

干旱胁迫对不同紫花苜蓿品种生产性能的影响

为了解不同紫花苜蓿品种对干旱胁迫的响应,探讨了干旱胁迫对8个紫花苜蓿品种生产性能的影响。试验采用随机区组设计,包括3个土壤水分梯度,水分梯度分别为80%(对照)、55%和30%的田间最大持水量。结果表明,随着干旱胁迫的加剧,8个紫花苜蓿品种的地上生物量和地下生物量逐渐降低,BC-9紫花苜蓿和肇东苜蓿的地上生物量受干旱胁迫的影响较轻,均值分别为3.11和2.75 g/盆;地下生物量分别为1.34和0.65 g/盆;干旱胁迫严重影响了河南苜蓿和博维,地上生物量分别为1.87和1.85 g/盆,地下生物量分别为0.75和0.91 g/盆。随着含水量的减少,8个紫花苜蓿品种的分枝密度、株高以及干旱胁迫前后的变异系数逐渐减小。生物量、分枝密度和株高随着含水量的降低而降低,呈正线性关系(R~2=0.96～0.99)。     

紫花苜蓿CAMTA基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析

钙调蛋白结合转录激活因子(CAMTA)是一类重要的钙调素结合蛋白,在激素信号转导、发育调控和环境胁迫耐受中发挥着重要作用。本研究采用生物信息学技术,基于紫花苜蓿“新疆大叶”参考基因组,对紫花苜蓿中CAMTA家族成员进行鉴定,并对这些基因的理化性质、系统发育树、保守结构域、染色体上位置、顺式作用元件、转录表达谱进行分析和验证。结果表明,共鉴定出17个MsCAMTA基因,MsCAMTA家族成员可划分为3个亚家族,亚家族成员在基因结构、保守基序位置上较为相似。染色体定位结果显示,MsCAMTA家族成员不均匀地分布在7条染色体上。启动子区具有大量响应低温、盐胁迫及植物激素信号相关的顺式作用元件。此外,采用RT—qPCR对盐(300 mmol·L^-1 NaCl)、模拟干旱(400 mmol·L^-1甘露醇)、低温(10℃)和脱落酸(100μmol·L^-1)处理下紫花苜蓿叶片中MsCAMTA1、MsCAMTA3、MsCAMTA11和MsCAMTA12的表达模式进行了初步研究。结果表明,4个MsCAMTA候选基因在各胁迫处理下均有一定程...     

PEG模拟干旱胁迫下硅对紫花苜蓿萌发及生理特性的影响

在已知硅能提高植物抗逆性的基础上,采用实验室发芽法研究PEG干旱模拟下,硅对紫花苜蓿(Medicago satiava L.‘Sadie7’)萌发及生理的影响。初步探讨硅肥对紫花苜蓿抗旱性的调控机制,以期筛选出有效提高紫花苜蓿抗旱性的适宜硅肥浓度。结果表明:在一定干旱程度和适宜硅浓度下,紫花苜蓿种子发芽率、发芽势和胚根长有所提高,过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增加,而丙二醛(MDA)含量降低。在10%PEG胁迫下,施用1.00mmol·L~(-1)硅酸钾显著提高紫花苜蓿种子发芽势和发芽率,当硅酸钾浓度达到2.50mmol·L~(-1)时会抑制其发芽。在10%和15%PEG浓度下,1.00 mmol·L~(-1)硅酸钾处理后胚根长显著(P0.05)大于对照。在5%和10%PEG胁迫下,2.00mmol·L~(-1)硅酸钾处理显著提高了紫花苜蓿幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性;在15%PEG浓度下,2.50mmol·L~(-1)硅酸钾处理显著降低了幼苗丙二醛(MDA)含量,且提高过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性。干旱胁迫程度不同,所适宜的能提高紫花苜蓿抗旱性的硅酸钾浓度不同。研究表明,硅从紫花苜蓿种子萌发开始就作用其生理生化过程,并且提高其抗逆性。     

六个苜蓿品种幼苗对水分胁迫的响应及其抗旱性

在水分胁迫情况下,选择草原3号等6个在内蒙古种植的苜蓿品种,测定幼苗地上部相对损伤率、细胞膜相对透性、游离脯氨酸含量和POD活性等指标.经综合评价,苗期抗旱性为敖汉苜蓿最强,草原3号、草原1号、草原2号和德国苜蓿次之,阿尔岗金较弱.     

生物炭与干旱胁迫对接种紫花苜蓿光合效率及生长的影响

试验以接种根瘤菌'Sm1021'的紫花苜蓿(Medicago sativa L.)为材料,将土壤和生物炭按比例混合(0％,0.5％,1％,1.5％,2％),然后进行不同程度(正常土壤水分处理,轻度,中度,重度)干旱胁迫,旨在研究土壤中添加不同水平生物炭与干旱胁迫对接种根瘤菌紫花苜蓿光合效率及生长的影响,探讨生物炭多孔性...     

干热胁迫对紫花苜蓿光合特性的影响

为了解紫花苜蓿（Medicago sativa L.）在干热胁迫条件下光合特性的变化规律,对其6个品种的叶片净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、胞间二氧化碳浓度（C_i）、气孔导度（G_s）、水分利用效率（WUE）进行测定。结果表明,随着干热胁迫强度的增加,各紫花苜蓿品种叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率整体呈下降趋势;而胞间二氧化碳浓度整体呈上升趋势（P<0.05）。且经过一定时间的复水处理,WL525的蒸腾速率和气孔导度得到了明显的恢复（P<0.05）,与胁迫前的状态接近,且其他品种的蒸腾速率和气孔导度也得到一定程度的恢复;而供试品种的净光合速率、胞间CO₂浓度及水分利用效率均没有得到明显改善。相关分析表明,在干热胁迫条件下,净光合速率与蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率均成极显著正相关（P<0.01）,而与胞间二氧化碳浓度成极显著负相关（P<0.01）。     

紫花苜蓿资源抗旱性鉴定评价方法研究

采用反复干旱法对176份苜蓿(Medicago sativa L)种质资源进行了苗期抗旱性鉴定,开展了鉴定指标与评价方法的研究。结果表明:地上生物量、地下生物量、株高、根长、分枝数和根冠比均与平均抗旱系数、平均抗旱指数呈极显著相关性,均适宜作为苜蓿抗旱性鉴定指标,其中地上生物量、株高相关系数较高;通过对不同评价方法分析比较,明确了DRC适宜种质资源抗旱性评价,IDRI适宜抗旱品种筛选,DRI适宜旱地条件下高产品种的筛选;抗旱性等级划分采用群体逐级分类法;采用DTIg、DRIv、DTIv方法分别对参试材料进行抗旱性分级,一级(抗旱性极强)材料数量分别为30份、25份、21份,对照敖汉苜蓿均处于中等水平。     

紫花苜蓿抗旱性主成分及隶属函数分析

应用主成分及隶属函数分析法对国内外10个紫花苜蓿种质资源的抗旱性进行评价,结果表明:17个差异显著的抗旱指标通过主成分分析归纳成生物量因子、株型因子、根系因子和胁迫指数因子4个主成分;10个紫花苜蓿种质资源的抗旱性顺序由强到弱依次为:陇东、BL-02-388、敖汉、BL-02-312、BL-02-344、公农1号、中苜1号、BL-02-353、新疆大叶和BL-02-329。     

干旱对苜蓿叶片可溶性蛋白的影响

利用SDS-PAGE电泳分析法探讨干旱对供试苜蓿品种叶片可溶性蛋白的变化及其与干旱强度的关系。结果表明:可溶性蛋白的变化与干旱强度有直接关系,随着干旱胁迫强度的增加某些可溶性蛋白的变化表现为先增强后减弱;干旱胁迫诱导蛋白量的变化各异,抗旱性强的品种能诱导基因更强的表达以适应干旱胁迫,而抗旱性较弱的品种可能减弱或丧失其自我调节能力,产生的干旱诱导蛋白量比前者少;在干旱15d时,抗旱性强的品种均被诱导产生新的蛋白带,只有两个抗旱性弱的品种出现该谱带;供试苜蓿品种的抗旱性存在明显的遗传多样性,其中抗旱性强的品种是苜蓿抗旱性选育的重要种质资源。     

不同生育期干旱对紫花苜蓿生长和根系ABA含量的影响

为了探索紫花苜蓿(Medicago sativa L.)对干旱胁迫的响应机制,本研究通过温室栽培试验探索了3个品种紫花苜蓿在不同生育期对干旱胁迫的形态和生理响应。结果表明:紫花苜蓿在不同生育期对干旱胁迫的响应比较一致,但是不同品种间存在差异。综合紫花苜蓿的3个生育期,‘敖汉’和‘中苜1号’紫花苜蓿的地上生物量受干旱胁迫影响较大,对干旱胁迫响应迅速;‘三得利’的地上生物量对轻度干旱胁迫无明显响应,对中度或重度干旱有一定的响应。‘敖汉’和‘中苜1号’紫花苜蓿的根冠比对干旱胁迫的响应比‘三得利’要灵敏,‘敖汉’苜蓿根冠比增加最显著;花期3个品种紫花苜蓿的根冠比以及根冠比增加幅度均为3个生育期中最大。在3个生育期干旱胁迫下‘敖汉’和‘中苜1号’根系ABA含量均呈升高趋势;分枝期干旱胁迫下‘三得利’根系ABA含量也呈升高趋势,但在花期和结荚期其根系ABA含量对干旱胁迫的响应滞后。