大蒜芥Δ′-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(P5CS)的克隆及表达分析

Δ′-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物渗透胁迫下脯氨酸合成谷氨酸的关键酶。利用RACE结合RT-PCR技术克隆获得大蒜芥(Sisybrium altissimum)SaP5CS1基因全长cDNA序列,该基因全长1 907bp,其中开放阅读框为1 719bp,编码573个氨基酸,预测编码蛋白质的等电点为4.95,分子量为156.279kDa。同源分析显示,SaP5CS1与甘蓝型油菜(Brassica napus)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的蛋白序列相似性分别为98%和96%。实时荧光定量PCR分析表明,在干旱逆境胁迫条件下,大蒜芥SaP5CS1基因在根和叶的相对表达量受胁迫的诱导均上调。SaP5CS1基因的克隆及序列分析将为其功能分析和分子育种奠定基础。     

四翅滨藜AcDREB2转录因子编码基因的克隆及其表达

脱水应答元件结合蛋白(DREB)在植物响应盐和干旱胁迫中发挥重要作用.为研究DREB在耐盐碱耐干旱的先锋植物四翅滨藜(Atriplex canescens)中的功能及其应用前景,本研究设计了一对简并引物,通过PCR扩增和RACE法克隆得到四翅滨藜DREB转录因子编码基因AcDREB2.该基因cDNA全长为867 bp,共编码242个氨基酸.序列BLAST比对与同源性分析结果表明,该基因与其他植物的DREB具有较高的同源性.利用RT-PCR方法进行表达模式分析发现,AcDREB2在四翅滨藜叶中高丰度表达,且其表达受NaCl和渗透胁迫处理的快速诱导,表明AcDREB2参与了四翅滨藜的抗逆响应.     

偃麦草盐胁迫下转录组分析

为探究偃麦草（Elytrigia repens）耐盐分子机制,本试验以耐盐差异显著的E36与E42为试验材料,对180 mmol·L^-1 NaCl处理0 d和3 d的叶片进行转录组测序。结果显示：转录组测序共获得80 735个Unigene,在NR数据库中共有10个同源性较高的物种;将差异表达基因进行KEGG功能注释,其中E42盐处理3 d和0 d对比产生的差异表达基因在植物病原体相互作用、淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷类生物合成等方面有显著富集,E36盐处理3 d和0 d对比产生的差异表达基因在核糖体代谢、亚油酸代谢、碳代谢中具有显著富集;对E42盐处理0 d与3 d Unigenes进行对比,获得159个与耐盐相关差异表达基因,同样E36在盐处理下,获得61个与耐盐相关基因;对比代谢通路发现,E36和E42在光反应-捕光蛋白途径有明显差异;经qRT-PCR验证差异表达基因结果与转录组数据一致。偃麦草耐盐及敏盐种质在盐胁迫下光合调控、脯氨酸及过氧化物代谢在转录表达上均呈现显著差异。     

3份高羊茅材料吡咯琳-5-羧酸合成酶基因的结构及酶活性比较

吡咯琳 5 羧酸合成酶（Pyrroline 5 Carboxylate Synthetase,P5CS）是经谷氨酸途径合成脯氨酸的关键酶,脯氨酸的积累有助于提高植物的抗逆性。本研究以黔草一号高羊茅（Festuca arundinacea cv.Qiancao No.1,QC1）、黔草二号细叶高羊茅（F.arundinacea cv.Qiancao No.2n,QC2n）和黔草二号宽叶高羊茅（F.arundinacea cv.Qiancao No.2b,QC2b）为材料,经RT PCR克隆得到P5CS基因,基因长2 151 bp,含有完整的开放读码框（Open Reading Frame,ORF）,编码716个氨基酸,与朝鲜碱茅（Puccinellia chinampoensis）P5CS基因的相似性为94%。对3份高羊茅材料P5CS基因编码的氨基酸序列进行比较,有6个氨基酸差异,这些氨基酸均处于P5CS蛋白的谷氨酸激酶（Glu 5 Kinase,G5K）功能区,其中第37、85及142位的氨基酸所带电荷发生了改变。比较干旱处理后3份高羊茅材料叶片的P5CS酶活性及其脯氨酸含量,QC1叶片的P5CS酶活性及其脯氨酸含量最高,其次为QC2n,QC2b最低。说明P5CS中谷氨酸激酶（G5K）功能区重要氨基酸种类的改变,可能影响高羊茅P5CS的酶活性及其脯氨酸的生成量,也是高羊茅抗逆性差异的主要原因。     

羊草LcCBF6基因的表达特性和功能研究

羊草是我国重要的牧草和生态草资源,具有耐盐碱、耐旱、耐低温等特性,是天然的抗逆基因资源库.CBF/DREB属于AP2转录因子家族,在植物抗逆中发挥着重要作用.本研究克隆得到羊草LcCBF6(Leymus chinensis C-repeat binding factor 6)基因,该基因含有AP2结构域,编码245个氨基酸.氨基酸序列比对发现,LcCBF6与蒙古冰草和黑麦的CBF6蛋白的同源性分别为92％和91％.组织特异性表达模式分析表明,LcCBF6基因在羊草根、叶、种子中均有表达,且受盐胁迫诱导表达.过表达LcCBF6能显著提高转基因拟南芥的抗盐性.在盐胁迫条件下,转基因株系的绿色子叶数、根长、植株生物量以及存活率等均明显高于野生型.上述结果表明羊草LcCBF6基因在提高植物盐胁迫抗性方面发挥了重要的作用,将为牧草及重要农作物抗逆分子育种提供优异的基因资源.     

野生大豆盐胁迫响应基因GsPIP的克隆及其序列分析

盐胁迫是影响植物生长、发育以至产量的重要因素,野生大豆是优良的非生物胁迫抗性材料,是天然的优质抗性基因库.本研究以耐盐东北野生大豆为试材.利用东北农业大学植物生物工程研究室已获得的基因芯片杂交结果,对植物生物工程研究室构建的野生大豆盐胁迫EST数据库中各EST在胁迫下的表达情况进行了分析,从中选出了1个在高盐、低温、干旱胁迫早期均上调表达的3'-EST,序列分析表明该EST编码质膜结合蛋白(plasma membrane intrinsic protein,PIP),属于主嵌入蛋白(major intrinsic protein,MIP)家族;通过电子克隆和改进的5‘-RACE获得了基因完整的编码区;其翻译产物与含羞草质膜结合蛋白的相似性为90%,将该基因命名为GsPIP.GsPIP基因的翻译产物具有主嵌入蛋白家族特征性的跨膜结构域,无信号肽,与已发现的植物PIP蛋白一致.本研究获得的基因具有自主知识产权,通过进一步的功能分析,可为耐渗透胁迫基因工程研究提供基因资源,并为植物耐渗透胁迫机理研究提供依据.     

四翅滨藜AcDREB2转录因子编码基因的克隆及其表达

脱水应答元件结合蛋白(DREB)在植物响应盐和干旱胁迫中发挥重要作用。为研究DREB在耐盐碱耐干旱的先锋植物四翅滨藜(Atriplex canescens)中的功能及其应用前景,本研究设计了一对简并引物,通过PCR扩增和RACE法克隆得到四翅滨藜DREB转录因子编码基因AcDREB2。该基因cDNA全长为867 bp,共编码242个氨基酸。序列BLAST比对与同源性分析结果表明,该基因与其他植物的DREB具有较高的同源性。利用RT-PCR方法进行表达模式分析发现,AcDREB2在四翅滨藜叶中高丰度表达,且其表达受NaCl和渗透胁迫处理的快速诱导,表明AcDREB2参与了四翅滨藜的抗逆响应。     

盐生草Actin基因片段的克隆及表达

根据藜科植物的肌动蛋白(Actin)基因编码区保守序列设计一对简并引物,提取盐生草(Halogeton glomeratus)叶片的总RNA,运用RT-PCR技术扩增出Actin基因的核心序列并连接到pMD19-T载体,阳性克隆经PCR检测后进行测序。序列分析表明,盐生草Actin基因核心序列长度为598bp,编码198个氨基酸,并在GenBank中注册,登录号为KF699314,由盐生草Actin基因推导的氨基酸序列与其他几种耐盐植物的同源性均在94%以上,具有高度的保守性。采用荧光定量RT-PCR技术分析其Actin基因在盐生草不同器官的表达情况,结果显示其表达量恒定无差异,表明克隆的Actin基因可作为盐生草内参基因来研究其相关耐盐基因的表达。     

新牧一号苜蓿MvP5CS基因的克隆和功能分析

为研究苜蓿（Medicago sativa）耐盐分子机制，为抗逆分子育种提供依据，通过同源克隆和RT PCR技术克隆了新牧一号杂花苜蓿（M.varia Xinmu 1）的MvP5CS基因， MvP5CS全长2 148 bp，Genbank登录号为：EU371644。荧光定量PCR分析发现，在盐胁迫下MvP5CS基因表达明显上调，说明 MvP5CS与苜蓿的耐盐性相关。利用农杆菌介导的叶盘转化法，将MvP5CS基因成功转入烟草（Nicotiana tabacum），盐胁迫下转MvP5CS基因T1代烟草萌发率和根长均高于非转基因烟草。表明新牧一号苜蓿P5CS基因能够提高转基因烟草的耐盐性。     

野生大豆盐胁迫响应基因GsPIP的克隆及其序列分析

盐胁迫是影响植物生长、发育以至产量的重要因素,野生大豆是优良的非生物胁迫抗性材料,是天然的优质抗性基因库。本研究以耐盐东北野生大豆为试材,利用东北农业大学植物生物工程研究室已获得的基因芯片杂交结果,对植物生物工程研究室构建的野生大豆盐胁迫EST数据库中各EST在胁迫下的表达情况进行了分析,从中选出了1个在高盐、低温、干旱胁迫早期均上调表达的3′-EST,序列分析表明该EST编码质膜结合蛋白(plasma membrane intrinsic protein, PIP),属于主嵌入蛋白(major intrinsic protein, MIP)家族;通过电子克隆和改进的5′-RACE获得了基因完整的编码区;其翻译产物与含羞草质膜结合蛋白的相似性为90%,将该基因命名为GsPIP。GsPIP基因的翻译产物具有主嵌入蛋白家族特征性的跨膜结构域,无信号肽,与已发现的植物PIP蛋白一致。本研究获得的基因具有自主知识产权,通过进一步的功能分析,可为耐渗透胁迫基因工程研究提供基因资源,并为植物耐渗透胁迫机理研究提供依据。     

碱茅6-磷酸海藻糖合成酶基因的克隆及其耐逆性分析

从碱茅酵母cDNA文库中经过NaCl、NaHCO₃筛选,均得到长为1153 bp碱茅6-磷酸海藻糖合成酶基因(PutTPS)片段。通过3'End cDNA amplification方法获得基因缺失的3'序列,该基因全长3358 bp,编码882个氨基酸。氨基酸序列比较结果表明,PutTPS氨基酸序列与水稻、拟南芥、玉米等多种高等植物的TPS蛋白的同源性高达60%90%。利用Northern blot技术,研究该基因的组织表达模式及NaCl、NaHCO₃胁迫处理下基因的表达模式变化;同时对转pYES₂- PutTPS基因酵母菌株进行盐、碱、氧化胁迫、渗透胁迫处理,观察其在逆境下的生存表现。结果表明,PutTPS具有组织表达特异性,其中在根和花中表达量最大;NaCl、NaHCO₃会诱导PutTPS 基因在根和叶中的上调表达;同时重组酵母菌株对盐碱、氧化、渗透胁迫及干旱等逆境的适应能力显著增强。以上研究结果表明,碱茅PutTPS基因与逆境之间具有一定的应答关系,并在植物适应环境逆境过程中起着重要的作用。     

羊草种质资源耐盐性评价

羊草[Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.]是禾本科赖草属多年生优质牧草,具有较强的耐盐性,是非盐生植物中耐盐性最高的物种之一。本试验对100份羊草种质萌发和幼苗期耐盐性进行了评价。结果表明:盐胁迫下,羊草不同种质的萌发率为25. 33%～92. 67%,相对盐害率为-6. 31%～95. 54%,分为耐盐性极强、强、中、弱、极弱五种类型,其中耐盐性极强的种质如Z31、Z3、W36、C31等在盐胁迫下相对萌发率为85%左右;在1%Na Cl处理下,对盐敏感羊草种质的抑制作用大于对耐盐种质的抑制,盐胁迫对各器官的抑制强度不同,对根长的抑制大于对叶长的抑制,对胚芽鞘长度的影响差异不显著;不同时期盐处理的抑制效果不同,在一叶期的抑制作用大于萌发期;羊草萌发阶段盐敏感时期在第1～4d,此时进行盐处理对羊草的萌发率影响最大。这些结果对羊草种质资源的耐盐性评价和新品种培育具有重要参考价值,同时为羊草耐盐的分子作用机理和耐盐基因的挖掘提供了可靠的种质。     

日本结缕草ZjZFN1基因对拟南芥的转化及其耐旱性分析

锌指蛋白在植物干旱胁迫中起重要作用,尽管已经在各种植物中克隆并鉴定了编码这些蛋白质的基因,但是它们在日本结缕草中的功能和潜在的转录机制还不清楚。通过花序侵染法将ZjZFN1基因及其启动子转化拟南芥,并通过草铵膦/潮霉素抗性筛选和PCR鉴定,获得转基因株系。ZjZFN1的启动子能够驱动GUS基因的表达,在甘露醇处理下的GUS基因表达水平显著高于对照;在拟南芥中过表达ZjZFN1降低了种子发芽率,减弱了植物对干旱胁迫的适应性和植物在干旱胁迫下的生长状况;干旱处理后,转基因植株中的丙二醛含量高于野生型植株,而脯氨酸含量显著低于野生型植株;实时荧光定量分析表明对过表达ZjZFN1的拟南芥进行干旱处理后,POD、SOD、P5CS、LEA的表达水平降低,而APX的表达水平升高。ZjZFN1基因的过表达可减弱植物的耐旱性,为进一步开发利用该基因奠定基础。     

日本结缕草ZjZFN1基因对拟南芥的转化及其耐旱性分析

锌指蛋白在植物干旱胁迫中起重要作用,尽管已经在各种植物中克隆并鉴定了编码这些蛋白质的基因,但是它们在日本结缕草中的功能和潜在的转录机制还不清楚。通过花序侵染法将ZjZFN1基因及其启动子转化拟南芥,并通过草铵膦/潮霉素抗性筛选和PCR鉴定,获得转基因株系。ZjZFN1的启动子能够驱动GUS基因的表达,在甘露醇处理下的GUS基因表达水平显著高于对照;在拟南芥中过表达ZjZFN1降低了种子发芽率,减弱了植物对干旱胁迫的适应性和植物在干旱胁迫下的生长状况;干旱处理后,转基因植株中的丙二醛含量高于野生型植株,而脯氨酸含量显著低于野生型植株;实时荧光定量分析表明对过表达ZjZFN1的拟南芥进行干旱处理后,POD、SOD、P5CS、LEA的表达水平降低,而APX的表达水平升高。ZjZFN1基因的过表达可减弱植物的耐旱性,为进一步开发利用该基因奠定基础。     

羊草种质资源耐盐性评价

羊草[Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.]是禾本科赖草属多年生优质牧草,具有较强的耐盐性,是非盐生植物中耐盐性最高的物种之一。本试验对100份羊草种质萌发和幼苗期耐盐性进行了评价。结果表明:盐胁迫下,羊草不同种质的萌发率为25. 33%～92. 67%,相对盐害率为-6. 31%～95. 54%,分为耐盐性极强、强、中、弱、极弱五种类型,其中耐盐性极强的种质如Z31、Z3、W36、C31等在盐胁迫下相对萌发率为85%左右;在1%Na Cl处理下,对盐敏感羊草种质的抑制作用大于对耐盐种质的抑制,盐胁迫对各器官的抑制强度不同,对根长的抑制大于对叶长的抑制,对胚芽鞘长度的影响差异不显著;不同时期盐处理的抑制效果不同,在一叶期的抑制作用大于萌发期;羊草萌发阶段盐敏感时期在第1～4d,此时进行盐处理对羊草的萌发率影响最大。这些结果对羊草种质资源的耐盐性评价和新品种培育具有重要参考价值,同时为羊草耐盐的分子作用机理和耐盐基因的挖掘提供了可靠的种质。     

香蕉海藻糖-6-磷酸合成酶基因MaTPS2的克隆及表达特性分析

获得香蕉海藻糖-6-磷酸合成酶基因MaTPS2全长序列并初步探讨MaTPS2基因在植物逆境中的作用。在获得MaTPS2基因全长序列的基础上,采用同源序列比对、聚类分析、实时定量PCR等技术初步探讨香蕉MaTPS2基因的功能。从香蕉A基因组中获得一条3277bp MaTPS2全长序列,包含一个完整的开放阅读框1344bp,编码蛋白含447个氨基酸。其氨基酸理化性质分析表明,MaTPS2蛋白属于不稳定疏水性蛋白,具有一个结构域GT1-TPS。通过与已知植物的TPS氨基酸同源序列比对,同源性达77.95%。系统发育树进化关系分析表明MaTPS2编码的氨基酸序列与银杏TPS氨基酸序列（AAX16014.1）邻近,说明二者的亲缘关系较近。器官特异性分析表明MaTPS2在香蕉植株的根、球茎、假茎、叶、花各器官中均有表达,其中在球茎、假茎和叶中表达量较多,在果实中表达量较低。在ABA、干旱、盐害和枯萎病胁迫处理下MaTPS2表达量升高,在ACC胁迫处理下,MaTPS2表达量显著下降,而低温胁迫条件下,MaTPS2表达不响应。由此推导,MaTPS2可能参与调控香蕉抗旱、抗病机制。激素ACC和ABA胁迫处理说明MaTPS2的表达可能受激素蛋白间接调控。     

长叶红砂RtMYB1基因的克隆及表达

MYB转录因子家族在植物抵抗非生物胁迫过程中发挥着重要的调控作用。基于转录组测序数据,从珍稀泌盐盐生植物长叶红砂(Reaumuria trigyna)中克隆一个MYB转录因子基因,命名为RtMYB1。RtMYB1基因具有780bp的ORF(open reading frame)序列,编码236个氨基酸残基组成的蛋白。RtMYB1能够被盐、冷、高温、紫外照射(UV)和干旱(PEG)5种非生物胁迫诱导表达,这表明RtMYB1基因可能参与长叶红砂响应非生物胁迫的调节途径。本研究为深入了解长叶红砂的抗逆机理及发掘优异的抗逆基因奠定了基础。     

综合生理学和转录组学揭示芦竹耐盐的候选基因

为了丰富芦竹(Arundo donax)的耐盐基因资源并为耐盐育种提供理论基础。本研究对长势一致的芦竹分别用不同浓度的NaCl盐溶液处理36 h,测定与抗逆相关的生理指标,同时进行转录组测序和生物信息学分析。结果表明：本次盐胁迫对芦竹的脯氨酸和可溶性糖含量影响较为明显,而其他生理指标变化不显著,说明其对盐环境可能并不十分敏感,具有一定的耐受性。对样本间的差异表达基因进行筛选,共筛选到166个核心差异表达基因,而一些差异倍数较大的基因可能在盐响应的过程中发挥着重要作用。GO与KEGG的富集结果表明芦竹通过硝酸盐、一氧化氮、活性氮、活性氧、类黄酮生物合成等相关途径来响应盐胁迫。利用WGCNA构建差异表达基因的共表达网络,筛选出与脯氨酸含量变化相关的hub基因。总之,本研究为芦竹耐盐基因的挖掘提供依据,也为今后的分子育种奠定了理论基础。     

白羊草BiMYB52基因的克隆及转基因拟南芥抗旱性表达分析

白羊草(Bothriochloa ischaemum)是一种耐旱的优良乡土草种。为了探索白羊草转录因子MYB的结构和功能,本研究以白羊草转录组测序中筛选出的一段对干旱胁迫响应表达量变化显著的MYB序列为基础,采用基于拓扑异构酶快速克隆法从白羊草中克隆了一个R2R3-MYB基因BiMYB52,该基因编码237个氨基酸。为了深入研究BiMYB52基因的抗旱性,利用染色体步移技术扩增出了BiMYB52启动子序列,构建了pCAMBIA1301-BiMYB52过表达载体,采用农杆菌介导的花序侵染法对拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行遗传转化,然后对野生拟南芥和转基因拟南芥进行干旱胁迫处理。结果表明,干旱胁迫复水后,转基因拟南芥的存活率显著高于野生拟南芥,丙二醛(Malondialdehyde, MDA)含量是干旱胁迫后转基因拟南芥的显著低于对照,脯氨酸(Proline, Pro)含量则显著高于对照。由此推测BiMYB52基因可能增加了拟南芥对干旱胁迫的抵抗能力。这为白羊草抗旱育种提供候选基因和理论基础。