水稻AP2/EREBP转录因子响应非生物胁迫的表达谱分析

 【目的】了解AP2/EREBP家族基因参与逆境反应分子机理,为水稻抗逆相关基因的克隆及揭示水稻抗逆分子调控机理奠定基础。【方法】采用基因芯片技术分析AP2/EREBP家族基因在水稻幼苗受PEG、低温、高盐、ABA、GA等处理下的表达谱变化,并通过实时定量PCR技术对部分具有明显表达特点基因的胁迫表达谱进行验证。【结果】点制了水稻AP2/EREBP转录因子家族的基因芯片,检测到42个胁迫差异表达的AP2/EREBP基因。实时定量PCR所得结果与基因芯片结果基本吻合,说明芯片结果可靠。两个AP2/EREBP基因对所有胁迫反应相同,其它差异表达的AP2/EREBP基因对不同胁迫反应各不相同。【结论】研究发现两个AP2/EREBP基因在水稻应对外界胁迫反应中起核心分子调控作用;不同差异表达AP2/EREBP基因在水稻响应不同胁迫反应过程中具有相同或者不同的分子应答机理。     

水稻WOX家族基因鉴定及其种子在逆境萌发中的表达分析

【目的】开展水稻WOX基因家族成员的鉴定及在种子逆境萌发中的表达分析,可为探究WOX家族基因的功能、作用机制及水稻遗传改良提供理论参考。【方法】对水稻WOX基因家族成员进行鉴定,利用生物信息学软件对其系统进化关系、理化性质、基因结构、保守结构域、保守基序、顺式作用元件和染色体定位等进行分析,并利用实时荧光定量PCR（q...     

一个逆境诱导表达的水稻锌指蛋白基因的分离和鉴定

为鉴定逆境应答相关转录因子,以1个水稻EST为基础,通过RT-PCR分离到了1个编码锌指蛋白的转录因子新基因的全长cDNA,命名为OsZF19。该基因编码171个氨基酸,包含zf-AN1和zf-A20两个锌指结构域,预测的该基因启动子区含有逆境应答顺式元件。Northern杂交分析表明,OsZF19的确受到高盐和植物激素ABA胁迫的诱导,而在干旱胁迫早期显著地诱导表达,胁迫后期OsZF19的表达量轻微下降。试验结果表明,OsZF19可能在水稻对干旱和高盐逆境的应答反应中发挥作用。     

茶树Whirly基因家族的鉴定与表达分析

【目的】对茶树Whirly基因家族成员进行鉴定及表达分析,为进一步探究Whirly基因家族在茶树生长发育和逆境响应的作用机理提供参考。【方法】以茶树品种北茶36、龙井43和大面白的叶片为材料,基于Whirly基因家族的保守结构特征,从茶树基因组鉴定CsWhys基因家族成员,利用生物信息学软件对其进行可视化分析,并对组织特异性和时空表达模式分析。【结果】从舒茶早茶树基因组中鉴定获得2个CsWhy基因,命名为CsWhy1(XP_028085682.1)和CsWhy2(XP_028102803.1)。系统进化树分析结果显示CsWhy1和CsWhy2蛋白分别与已知的定位于叶绿体和线粒体的Whirly蛋白聚为一类。CsWhys基因启动子区域富含激素、胁迫和MYB转录因子结合位点等顺式作用元件,种类呈多样性。组织表达特性分析显示,CsWhy1在茶树叶片和芽中具有较高的表达丰度;CsWhy2则在茶树不同组织中均具有较高的表达丰度。时空表达模式分析结果发现,CsWhys的表达在不同时间点受低温、干旱、ABA、GA和H₂O₂处理诱导上调。冷驯化条件下,CsWhy1在抗寒品种龙井43和不抗寒品种大面白中呈现相反的表达模式,而CsWhy2在2个品种中均下调表达。【结论】茶树基因组中2个CsWhys基因具有Whirly基因家族的典型特征,茶树CsWhys基因的表达具有明显的组织特异性,推测CsWhys基因家族在茶树芽叶生长和抗逆过程中起发挥了重要调控作用。     

盐胁迫下水稻体内miRNA表达谱分析

miRNA是生物体内起重要调控作用的一类非编码小RNA分子,在转录后水平调控基因表达,参与生长发育、抗逆等生物学过程。高通量测序法是鉴定植物中miRNA最有效的方法之一。提取盐胁迫处理不同时间的水稻根、茎和叶部的总RNA,从中分离18~30 nt小分子RNA构建文库,进行高通量测序,对miRNA表达谱特性进行了分析。结果表明,所有样品共检测到248个已知的miRNA,来源于132个不同的家族,根、茎、叶中分别有31、11、9个差异表达miRNA,分属于29个家族,靶向592个功能基因,并对其中5个差异显著且与非生物胁迫相关的重要miRNA进行了qPCR分析检测,结果显示Osa-miR166h、Osa-miR166k上调表达,Osa-miR169h、Osa-miR530下调表达,针对Osa-miR169h的4个靶基因进一步定量检测,其中的3个靶基因上调表达,这与Osa-miR169h的下调表达结果相一致,以上结果说明miRNA在植物抵御非生物逆境胁迫的过程中扮演重要角色。     

盐胁迫下水稻体内miRNA表达谱分析

miRNA是生物体内起重要调控作用的一类非编码小RNA分子,在转录后水平调控基因表达,参与生长发育、抗逆等生物学过程。高通量测序法是鉴定植物中miRNA最有效的方法之一。提取盐胁迫处理不同时间的水稻根、茎和叶部的总RNA,从中分离18~30 nt小分子RNA构建文库,进行高通量测序,对miRNA表达谱特性进行了分析。结果表明,所有样品共检测到248个已知的miRNA,来源于132个不同的家族,根、茎、叶中分别有31、11、9个差异表达miRNA,分属于29个家族,靶向592个功能基因,并对其中5个差异显著且与非生物胁迫相关的重要miRNA进行了qPCR分析检测,结果显示Osa-miR166h、Osa-miR166k上调表达,Osa-miR169h、Osa-miR530下调表达,针对Osa-miR169h的4个靶基因进一步定量检测,其中的3个靶基因上调表达,这与Osa-miR169h的下调表达结果相一致,以上结果说明miRNA在植物抵御非生物逆境胁迫的过程中扮演重要角色。     

水稻WRKY转录因子家族研究进展

综述了水稻WRKY转录因子响应逆境胁迫、调控发育和代谢等方面的生物学功能,介绍了水稻WRKY基因表达模式和作用机制研究的新进展,并在功能解析方面做了展望。     

大豆BBX基因家族的鉴定及表达

【目的】对大豆（Glycine max）全基因组BBX（B-box）蛋白基因进行鉴定和生物信息学分析,探究其对非生物逆境胁迫的响应模式,为大豆BBX基因的应用提供参考。【方法】利用生物信息学方法鉴定大豆BBX基因家族成员,分析其保守结构域、系统进化树、基因复制关系、顺式作用元件、组织特异性表达和非生物逆境胁迫（干旱和100 mmol/L NaCl胁迫,均处理0,1,6,12 h）响应模式。【结果】大豆BBX基因家族（GmBBXs）有42个成员,分布在除2和16号染色体外的18条染色体上。保守结构域分析表明,GmBBXs在N端有一个或两个B-box结构域（B-box1和B-box2）,B-box1较B-box2保守;部分成员在C端存在一个CCT结构域。系统发育分析表明,GmBBXs家族成员分为5个亚家族,分别为B1+B2+CCT（Ⅰ型和Ⅱ型）、B1+CCT（Ⅲ型）、B1+B2（Ⅳ型）和B1（Ⅴ型）类型,其成员数量分别为3,8,6,18和7。共线性分析发现,在GmBBXs基因的扩展中存在串联复制和片段复制事件,且片段复制事件比例较串联复制大。GmBBXs基因启动子上含有多种顺式作用元件,如光应答元件、逆境胁迫应答元件和激素响应元件等。GmBBXs基因表达分析结果显示,GmBBXs在大豆根、茎、叶、花、荚果和种子中的表达存在差异,不同GmBBXs响应干旱和盐胁迫的方式不同,获得的36个GmBBXs基因表达数据可分为6种表达模式。【结论】在大豆中共鉴定得到42个GmBBXs基因,分布于18条染色体上,其结构域较为保守;GmBBXs的表达具有组织特异性,参与干旱和盐胁迫响应。     

小麦水通道蛋白基因家族的全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫响应中的作用

水通道蛋白(AQPs)的功能是选择性地控制水和其他小分子通过细胞膜的流动,它们在植物的许多生理过程中都是至关重要的,包括非生物胁迫反应.小麦(Triticum aestivum L.)是全球重要的粮食作物,但干旱和盐胁迫是小麦生长和产量形成的重要影响因素.共鉴定得到了 127个非冗余的小麦水通道蛋白基因和4个可变剪接体.对TaAQP基因进行了 RNA-seq分析,揭示了小麦AQP基因的特异性表达模式.其中,TaTIPs和TaPIPs的表达高于TaNIPs和TaSIPs.qRT-PCR分析表明,小麦在干旱和盐胁迫条件下,TaNIP4;03_3D,TaTIP2;02b_7B,TaSIP2;02_4A,TaNIP3;03_6D 和 TaNIP2;04a_7D 等 AQPs 受到显著诱导并且有高表达量,表明它们参与了胁迫响应.这些结果为进一步探索TaAQPs基因在植物应对干旱胁迫和盐胁迫中的作用提供了新的思路.     

水稻黄嘌呤脱氢酶基因OsXDH克隆及表达分析

[目的]克隆水稻黄嘌呤脱氢酶(Xanthine dehydrogenase,XDH)基因(OsXDH),分析其生物信息学特性及表达特性,为研究XDH在水稻生长发育和响应逆境胁迫中的调控机制提供理论依据.[方法]以粳稻品种日本晴为材料,采用同源克隆技术克隆OsXDH基因,应用生物信息学方法对其氨基酸序列进行分析.利用实时荧光定量PCR (qPCR)检测OsXDH基因的组织表达特性及逆境胁迫下的表达情况,并对不同转基因株系乳熟期剑叶OsXDH基因表达量、XDH活性和叶绿素含量进行比较分析.[结果]克隆获得OsXDH基因的开放阅读框序列(ORF)(GenBank登录号LOC4333171),其长度为4110 bp,编码1369个氨基酸.OsXDH蛋白分子量大小为150.23 kD,理论等电点(pI)为6.54,与小麦、高粱、玉米、谷子和油菜等作物XDH蛋白氨基酸序列的相似性分别为84.54%、84.07%、81.52%、76.35%和69.22%,表明XDH蛋白氨基酸序列具有高度保守性.OsXDH基因在水稻不同组织部位均有表达,灌浆期的表达量显著高于苗期和分蘖盛期(P<0.05),且受干旱、黑暗、高温和盐胁迫诱导高效表达.OsXDH过表达水稻转基因株系乳熟期剑叶的XDH活性和叶绿素含量高于野生型,OsXDH干扰转基因株系的XDH活性和叶绿素含量低于野生型.[结论]OsXDH基因受水稻生长发育和逆境胁迫因子诱导表达,推测其是调控水稻生长发育和响应逆境胁迫的关键基因.     

干旱胁迫下不同水稻品种相关生理生化特性比较

以2个常规杂交稻品种秋优桂99、秋优1025为对照,对2个耐旱杂交稻品种旱优3号、培杂桂旱1号进行盆栽试验,在孕穗期后停止水分供应,进行干旱胁迫,探讨干旱胁迫对不同水稻品种保护酶系、电导率的影响.试验结果表明,干旱胁迫下, 不同水稻品种的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量和电导率随着干旱的发生、发展,均呈一致上升趋势,在后期更加明显;随着干旱胁迫程度的加剧,耐旱品种叶片中不同保护酶系均显著高于常规品种,而电导率却低于对照.说明耐旱水稻品种具有较强的酶促抗氧化能力和渗透调节能力,在干旱胁迫下较常规品种具有更强的适应能力.     

水稻免疫亲和素基因家族的克隆及对非生物逆境胁迫的响应分析

为探究在非生物逆境胁迫条件下免疫亲和素（immunophilins）基因家族在水稻（Oryza sativa L. japonica Nipponbare）中的功能,利用生物信息学技术鉴定水稻中免疫亲和素基因家族成员,并进行克隆及组织特异性、非生物逆境胁迫下的表达分析。结果表明,水稻基因组中存在30个OsFKBPs及29个OsCYPs免疫亲和素家族基因。30个OsFKBPs主要聚类为3个大的亚群,29个OsCYPs主要聚类为4个大的亚群。通过PCR扩增得到完整的OsFKBPs与OsCYPs基因编码序列,且序列信息与预测一致。OsFKBPs与OsCYPs基因在水稻的各个组织、各个发育时期均有不同程度的表达。OsFKBP19在各组织各发育时间表达量较为一致;OsCYP29在叶鞘中表达量最高而OsCYP57在根中表达量最高。定量PCR结果显示,在高光强胁迫处理4 h后水稻叶片中OsCYP37基因被诱导持续上升表达,而在渗透胁迫及盐胁迫处理中无显著变化;高光强及渗透胁迫处理4 h后水稻叶片中OsFKBP19持续上升表达,而在盐胁迫处理中波动上升表达。 综上,OsFKBPs及OsCYPs参与水稻的高光强、渗透胁迫及盐胁迫应答过程。     

水稻新型潜在冷调节蛋白的生物信息学预测与分析

冷调节蛋白是一类抗寒相关蛋白,其种类十分广泛。几种水稻冷调节蛋白也曾在水稻中被发现,但是目前深入了解的水稻冷调节蛋白种类较少。作者运用生物信息学方法,用已知的冷调节蛋白作为电子探针,预测出16种水稻新型潜在冷调节蛋白,并且使用NCBI-conserved domains、SWISS-MODEL和ExPASY ProtParam tool等在线软件预测它们的功能结构域和二、三级结构以及氨基酸组成,对其作为冷调节蛋白潜在家族成员的真实性、可靠性做出理论上的判断。分析表明,这16种水稻新型潜在冷调节蛋白,符合冷调节蛋白的一些基本的结构特征,具有其他冷调节蛋白相同的功能结构域,为这16种蛋白属于水稻冷调节蛋白家族提供了一些理论依据。     

玉米质膜内在蛋白ZmPIP2;6响应渗透、盐和干旱胁迫的功能鉴定

【目的】质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)广泛存在于植物细胞的膜系统上,在植物体内水分运输和水分平衡的过程中至关重要。对ZmPIP2;6在植物水分胁迫耐性中的功能进行探究,为玉米培育抗旱耐盐新品种提供优秀基因资源。【方法】分析并比对ZmPIP2;6与其他物种中报道参与水分胁迫的PIPs的氨基酸序列,构建ZmPIP2;6-GFP载体并通过PEG介导转化玉米原生质体,对ZmPIP2;6进行亚细胞定位。采集玉米的不同组织样品,包括根、茎、叶、未成熟雄穗、未成熟雌穗、胚和胚乳;对玉米进行PEG或NaCl处理,在处理的不同时间点采集玉米的根和叶样品。提取总RNA并通过qRT-PCR调查ZmPIP2;6在玉米不同组织以及在水分胁迫下的表达模式。构建ZmPIP2;6超表达载体,发展并鉴定ZmPIP2;6超表达拟南芥材料,观察转基因植株对渗透、盐及干旱胁迫的耐性生理表型,并测量其根长、叶片水分散失率等性状。检测在干旱或盐胁迫条件下,拟南芥胁迫信号通路上的相关基因在ZmPIP2;6超表达植株中的表达。【结果】氨基酸序列分析比对结果显示ZmPIP...     

miRNA 对水稻非生物胁迫的应答

MicroRNA(miRNA)是一类小的非编码RNA,它主要通过对转录后水平靶mRNA的切割以及抑制mRNA的翻译调控基因表达,参与植物的生长发育和胁迫应答等多种生物学过程.综述了miRNA的发生和调控机制,重点介绍了miRNA对水稻非生物胁迫应答的研究进展,并对研究过程中存在的问题进行讨论,为更好地了解miRNA及其靶基因在提高水稻产量和抗逆方面的作用,进一步解析miRNA在水稻中的调控机制提供参考.     

玉米中3个CIPK同源基因在干旱和低温胁迫下的表达分析

应用生物信息学分析,筛选获得了玉米中的3个CIPK基因同源序列(登录号分别为AY104819,EU974290和EU968441),它们编码的氨基酸序列都具有CIPK家族典型的功能结构域,推测属于CIPK家族成员.根据同源性,分别将它们暂命名为ZmCIPK1、ZmCIPK17和ZmCIPK18.RT-PCR分析结果表明...     

水稻自噬相关基因OsATG7的功能

通过对OsATG7突变体、OsATG7超表达及干涉转基因植株表型的观察,对OsATG7突变体进行暗胁迫处理并观察自噬体产生情况,检测OsATG7、SGR基因的表达量以及叶绿素含量变化,阐述水稻细胞自噬基因缺失对水稻生长发育的影响。结果显示:OsATG7基因与水稻育性相关,OsATG7基因的缺失导致水稻高度不育;OsATG7基因可以抵抗黑暗对水稻的非生物胁迫作用,随着暗胁迫时间的增加,水稻OsATG7基因表达量显著上升,该基因的缺失导致水稻衰老相关基因SGR表达量急剧上升,叶绿素流失加速,使植株表现出提早衰老的现象。     

水稻湘1和陆稻763612的抗旱性研究

以水稻品种湘1和早稻品种763612为材料,对它们苗期的抗早性进行了研究。实验表明,抗旱性较强的水稻品种湘1有较快的发根速度,较多的根条数。在渗透胁迫下能维持较高的相对含水量(RWC)和较高的保护酶(SOD)活性,质膜相对透性较小,膜伤害较轻。因而,在严重水分胁迫下有较高的存活率,并能维持一定的生物量。抗旱性较弱的旱稻品种763612正相反。这些结果意味着水、陆稻的抗旱体系似乎可以分为抗旱相、中间相、敏感相。