蜡梅转录因子CpBBX24基因的克隆及功能分析

【目的】BBX (B-box)是锌指结构蛋白转录因子家族中一个重要的亚家族,在植物生长发育、植物信号转导及逆境胁迫响应中具有重要的调控作用。对蜡梅BBX24基因的克隆与分析,有利于丰富植物中对BBX基因家族的认识,为蜡梅抗逆调节机制提供新的理论依据。【方法】以蜡梅转录组数据库中获得的蜡梅CpBBX24基因cDNA序列为基础克隆基因全长,使用DNAStar和MEGA进行序列分析和进化树构建。采用qRT-PCR进行蜡梅不同组织及不同花期表达特性分析,以及ABA、 MeJA、干旱、高盐、高温和低温等处理后表达分析。同时,使用Gateway技术构建植物表达载体,花絮侵染法转化拟南芥,对T3代纯合系进行表型观察及非生物胁迫耐性分析。【结果】获得CpBBX24的cDNA序列长为1 374 bp,包含729 bp的开放阅读框(ORF),编码242个氨基酸,分子量为26.54 kD,等电点为4.93。序列分析表明CpBBX24蛋白在N端有两个串联的B-box结构域,其C端不包含CCT结构域。表达特性分析表明,CpBBX24在蜡梅根、茎、子叶、幼叶、成熟叶各器官,外瓣、内瓣、雌蕊、雄蕊等组织中均有表达,...     

蜡梅CpEXP1基因启动子的克隆及活性分析

【目的】细胞扩展蛋白(EXP)作为植物细胞壁的重要组成部分,参与种子萌发、营养器官发育、果实成熟、器官脱落、植物抗逆等植物生长发育过程中的多个环节。通过研究蜡梅细胞扩展蛋白基因CpEXP1启动子活性功能,为研究CpEXP1基因在蜡梅生长发育过程中的功能提供理论依据。【方法】以蜡梅‘磬口素心’为材料,通过hi-TAIL PCR法从蜡梅基因组DNA中克隆CpEXP1基因上游调控序列,利用生物信息学软件,分析CpEXP1基因启动子序列中潜在的顺式调控元件。构建该基因与GUS报告基因融合的植物表达载体,利用农杆菌介导的叶盘法在烟草叶片中进行启动子活性的瞬时表达研究,并进一步利用花序侵染法在拟南芥中进行稳定表达,利用GUS组织化学染色和GUS报告基因的实时荧光定量PCR检测,分析CpEXP1基因启动子的活性。【结果】获得了长度为2 485 bp的蜡梅细胞扩展蛋白基因CpEXP1上游调控序列(GenBank Accession:MG452931),序列分析表明该启动子中除含有核心元件TATA-box和CAAT-box外,还包含多个与植物非生物胁迫及组织特异表达相关的顺式作用元件。在烟草中的瞬时表达分析表明该启动子具备驱动报告基因GUS表达的功能。进一步对转基因拟南芥植株的GUS组织化学染色和GUS基因表达分析结果显示,CpEXP1基因启动子在转基因拟南芥种子萌发初期活性较强,在子叶以及幼苗真叶中未检测到GUS活性;在花和根中活性较弱;在成熟叶片中可以检测到GUS活性,特别是在衰老叶片叶柄脱落区表达强烈。此外,该启动子在幼果中具有较强活性,随后启动活性逐渐下降,成熟果荚中仅在果柄脱落处能够检测到GUS活性。同时,转基因拟南芥植株中的CpEXP1基因启动子活性受高温(42℃)、低温(4℃)和水杨酸(SA)诱导,特别是对低温胁迫响应强烈,在4℃低温处理后,转基因拟南芥叶片中GUS基因的表达量是处理前的的8.7倍。【结论】CpEXP1基因启动子在转基因拟南芥不同发育阶段、不同器官中的活性具有明显差异,推测该启动子可能在种子发芽、叶片脱落以及果实脱落中发挥作用,同时CpEXP1基因启动子活性可被不同非生物胁迫诱导,可能参与植物抵御非生物胁迫的调控途径。     

蜡梅花发育相关基因CpUFO表达特性与功能分析

【目的】UFO是被子植物中首个被发现的F-box蛋白,主要参与调控花分生组织特性和花器官发育。本文通过对蜡梅CpUFO基因表达特性分析及异源表达拟南芥表型分析,初步鉴定CpUFO的功能,为阐明蜡梅花发育分子调控机制提供参考。【方法】基于前期构建的蜡梅转录组数据,克隆蜡梅CpUFO基因并对其编码蛋白进行同源比对及进化树分析。根据qRT-PCR分析CpUFO基因在不同组织、器官及全年花发育各阶段中的相对表达量,比较35S::CpUFO转基因拟南芥株系及Col-0野生型表型差异,并通过qRT-PCR检测过表达拟南芥株系内源开花相关基因的表达特性,分析过表达CpUFO对拟南芥开花时间以及花器官发育的影响。【结果】获得的CpUFO基因c DNA序列为1 665 bp,编码403个氨基酸,含有保守的F-box结构域。CpUFO在外花被片中表达量相对最高,其次是内花被片,在果、茎、叶、腋芽及雌雄蕊中表达水平较低;而在全年花芽中的表达量分析结果显示,低温打破休眠后的露瓣和始花以及盛开期花芽中的表达量显著高于其他时期。与野生型拟南芥相比,35S::CpUFO转基因株系莲座叶数目减少,开花提前,且拟南芥内...     

转桑树MAPK5基因拟南芥在不同逆境胁迫下的抗性分析

【目的】植物促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)在响应生物与非生物胁迫中发挥重要作用。本研究通过分析桑树(川桑)B家族MAPK基因MnMAPK5的亚细胞定位和启动子活性,并将其转入拟南芥中进行过表达研究,探讨MnMAPK5在逆境胁迫下的作用机制。【方法】将MnMAPK5的上游启动子连接到p BI121载体上,通过花粉介导法转入拟南芥中,经高温、低温、NaCl和PEG处理后进行GUS染色分析。通过构建过表达载体,将MnMAPK5转化到拟南芥中,用T3转基因植株进行抗逆境胁迫分析。【结果】MnMAPK5基因的编码蛋白定位于细胞质和细胞核中。在拟南芥中检测MnMAPK5启动子驱动的GUS活性的结果显示,MnMAPK5启动子活性受到了高温、低温、高盐和干旱胁迫的诱导。在高盐、干旱、低温和H_2O_2处理条件下,过表达MnMAPK5抑制了转基因拟南芥的萌发和生长。在盐胁迫下,过表达MnMAPK5提高了转基因植株中的MDA含量和POD活性,降低了CAT活性、可溶性糖含量和H_2O_2含量;在干旱胁迫下,过表达MnMAPK5提高了转基因拟南芥中的MDA和H_2O_2含量,降低了CAT和POD活性;在低温下,转基因拟南芥相比野生型植株表现出更低的CAT活性、POD活性、脯氨酸含量和可溶性糖含量;在氧化环境胁迫下,转基因拟南芥的MDA含量显著高于野生型拟南芥,而脯氨酸含量和可溶性糖含量要低。此外,在各个胁迫环境条件下,AtPOD、AtCAT和AtRD22等胁迫相关基因的表达量在转基因植株低于野生型拟南芥。【结论】MnMAPK5启动子在转基因拟南芥中的活性受到了不同非生物胁迫的诱导。过量表达MnMAPK5降低了拟南芥对非生物胁迫的抵抗能力,表明MnMAPK5在逆境胁迫下起着负调控作用。     

巨桉EgrZFP6基因在非生物逆境胁迫响应中的功能

【目的】通过对巨桉非生物逆境响应相关基因EgrZFP6(Eucgr.A01232)蛋白结构和基因功能的初步研究,探讨该基因在巨桉非生物逆境响应中所发挥的作用,为桉树抗逆育种提供理论基础。【方法】首先利用CDD在线软件分析EgrZFP6编码蛋白序列的结构域,并利用NCBI中的Blast软件搜索与EgrZFP6蛋白序列相似程度较高的其他物种中ZFP蛋白,用Clustalx进行多序列比对,联合分析、比较它们的结构域。然后,构建EgrZFP6∷s GFP融合载体,采用基因枪轰击洋葱表皮方法对EgrZFP6蛋白表达进行亚细胞定位;同时,构建35S∷EgrZFP6超表达载体,采用花序侵染法进行拟南芥遗传转化;对获得的超表达拟南芥转基因纯合株系,分析其正常条件、低温、干旱和高盐等非生物逆境处理下的表型变化;利用酵母双杂交法筛选到与EgrZFP6互作蛋白Egr ERF4(Eucgr.F01164),并对低温、干旱和高盐等非生物胁迫下巨桉植株中Egr ERF4的表达情况用实时荧光定量RT-PCR方法进行分析。【结果】巨桉EgrZFP6编码蛋白为1个典型C2H2型锌指结构蛋白,有2个包含QALGGH序列的植物特有锌指结构域,1个乙烯响应元件结合因子相关双性抑制子EAR基序和1个L-box基序;亚细胞定位结果表明EgrZFP6表达蛋白定位在细胞核中;与野生型对照相比,EgrZFP6超表达的拟南芥转化植株中,主根伸长生长受到一定抑制,对低温敏感性增强,PEG(1 g·L-1以上)处理能促进侧根增加和伸长,植株根伸长对高盐抑制作用的耐受性有一定程度提高。乙烯响应相关转录因子基因Egr ERF4编码蛋白能够与EgrZFP6编码蛋白互作;正常巨桉植株不同低温(-8,-4,0,4℃)2 h处理下,除-8℃外,Egr ERF4表达均呈现被诱导趋势;4℃低温不同时间(0.5,2,6,12,24,48 h)处理下,基因也被诱导表达;干旱条件下,随处理时间延长,基因表达被严重抑制,而高盐(200 mmol·L-1)胁迫则能促进Egr ERF4表达。【结论】EgrZFP6转录因子可能通过与Egr ERF4互作参与巨桉低温、高盐和干旱胁迫响应。在低温胁迫下发挥负调控作用;而在干旱和高盐逆境条件下能通过改变植株根构型,一定程度上提高对逆境的适应能力。     

巨桉低温胁迫响应基因EgrCR的表达与功能

【目的】通过对巨桉中冷响应基因EgrCR(Eucgr.B02857)的蛋白序列特征、亚细胞定位、低温等非生物逆境条件下的表达以及拟南芥中该基因超表达株系的表型分析,探讨EgrCR基因在巨桉响应低温等非生物逆境中的作用。【方法】利用Protparam,PSIPRED,TMHMM,Mat Inspector和MEGA等生物信息学软件,预测EgrCR编码蛋白结构特征、启动子上的重要顺式作用元件,并构建其同源蛋白序列进化树;同时,采用基因枪轰击洋葱表皮方法进行基因编码蛋白亚细胞定位分析;组织特异性表达及低温等非生物逆境及昼夜节律下的表达分析,分别采用半定量和定量RT-PCR方法。通过构建35S::EgrCR超表达载体转化拟南芥,观察转基因株系在不同低温(0,4℃)处理下的表现,研究该基因对低温响应的功能特性。【结果】EgrCR编码的蛋白序列含有144个氨基酸,二级结构中包含4个α螺旋、3个β折叠,没有预测到结构域、跨膜域的存在。在进化的亲缘关系上,EgrCR与毛果杨中的同源蛋白亲缘关系最近,氨基酸序列相似度达到68%。在其启动子序列上含有多个与植物逆境响应相关的顺式作用元件。亚细胞定位结果表明其编码蛋白在核中表达。正常条件下,EgrCR主要在茎和叶中表达。不同低温(0,2,4,6,8℃)处理和4℃低温下随处理时间(2,6,12,24,48 h)的延长,EgrCR受到强烈的诱导。ABA(100μmol·L~(-1))对EgrCR表达没有明显影响,而NaCl(200 mmol·L~(-1))处理下则表现为先抑制后促进。昼夜节律也影响EgrCR的表达,光照下基因表达被诱导,黑暗条件下基因表达受抑制。拟南芥中EgrCR超表达转基因株系4℃处理条件下,花青素苷积累现象减轻;0℃处理3天再恢复生长1周后,超表达株系能快速恢复生长,表现出较强的耐低温能力。【结论】EgrCR基因参与巨桉低温胁迫响应,还可能参与巨桉的高盐胁迫响应,昼夜节律对其表达也有影响。     

蜡梅CpWOX13基因的表达及功能

【目的】WOX13基因属于WOX(WUSCHEL related homeobox)转录因子家族中古老进化支成员之一,主要参与成花转化与根的发育过程。本文通过对蜡梅 CpWOX13 基因表达模式的分析和过表达拟南芥植株表型的观察,分析 CpWOX13 在蜡梅生长发育中的作用,为了解进化地位极低的物种中 WOX 13 基因的作用机制奠定基础。【方法】基于前期‘罄口’蜡梅露瓣、盛开和衰败3个时期转录组数据,克隆蜡梅 CpWOX13 基因并通过邻接法构建系统进化树。利用实时定量RT-PCR (qRT-PCR)技术分析 CpWOX13 基因在4月、5月、7月和9月花芽(4FB、5FB、7FB、9FB)中的相对表达量;对 35S ∷ CpWOX13 / Columbia-0拟南芥植株和对照植株的莲座叶、不定根和株高等进行形态观察和生长指标测定,并通过qRT-PCR检测过表达拟南芥株系内源开花相关基因的表达差异,分析过表达 CpWOX13 对拟南芥开花时间、不定根发育和株高的影响。【结果】蜡梅CpWOX13与葡萄和拟南芥的WOX13聚在一起,同属于WOX家族古老进化支。qRT-PCR结果表明 CpWOX13 基因在4FB、5FB、7FB和9FB中均有表达,在5FB时期表达量最高,是4FB中表达量的6.5倍,分别是7FB和9FB的3.8倍和3.3倍。 35S ∷ CpWOX13 / Columbia-0 过表达T 2代拟南芥株系,莲座叶数量少于野生型,开花较野生型提前;根长明显长于野生型,且侧根分支明显增多,株高远高于野生型,最大相差可达12 cm。【结论】蜡梅WOX家族同源基因 CpWOX13 在不同花发育阶段均有表达,在5月份雌雄蕊原基分化阶段的花芽中表达量最高,过表达 CpWOX13 会促进拟南芥早花并促进其侧根的发育。     

橡胶树HbMYB20基因的克隆及其对拟南芥次生壁发育的调控

【目的】MYB转录因子是调控植物木质素合成和次生壁形成的重要转录因子之一。本文分离克隆到一个与拟南芥AtMYB20高度同源的橡胶树MYB转录因子基因HbMYB20,并在拟南芥中对其功能进行研究,以期了解其在橡胶树木质素合成和次生壁发育的分子调控中的作用,为橡胶树木材形成的分子调控机制研究及其遗传改良奠定基础。【方法】采用 blast分析从树皮转录组中筛选出与拟南芥 AtMYB20序列同一性较高的橡胶树 MYB 基因HbMYB20;设计 ORF区特异性引物,以树皮 cDNA 为模板进行扩增得到该目的基因 cDNA 序列。实时荧光定量PCR检测该基因在橡胶树叶片、胶乳、茎干以及木质部与韧皮部的相对表达量。构建 HbMYB20过表达植物载体,使用农杆菌蘸花法转化拟南芥,获得该基因过表达转基因株系。采用乙酰溴法和间苯三酚染色法,分析转基因、野生型拟南芥茎的木质素含量以及木质素在拟南芥茎基部横截面中的分布。对转基因、野生型拟南芥茎基部横截面切片进行甲苯胺蓝染色,并测量分析导管、木质纤维和维管束间纤维细胞的细胞壁厚度。最后,采用实时荧光定量PCR分析转基因及野生型拟南芥木质素和纤维素合成相关酶基因的表达。【结果】克隆得到1个橡胶树 MYB 转录因子基因 HbMYB20,该基因开放阅读框( ORF)为927 bp,编码309aa 的蛋白,氨基酸序列分析显示,HbMYB20与AtMYB20/43和 AtMYB85/42同源性较高,属 R2R3MYB转录因子 G8亚组成员。表达分析显示 HbMYB20在橡胶树茎干和木质部中高表达,胶乳中表达最低。对 HbMYB20过表达拟南芥分析显示,该基因在3个转基因株系中均表达;相对野生型拟南芥,转 HbMYB20拟南芥植株生长抑制,木质部和维管束间纤维的木质素染色面积较少、染色程度变浅,茎的木质素含量和木质纤维、导管及维管束间纤维的细胞壁厚度均显著低于野生型;同时转基因株系中木质素合成关键酶基因4CL1和 CCoAOMT的表达量以及纤维素合成关键酶基因 CesA8的表达显著下调。【结论】橡胶树 MYB转录因子 G8亚组成员 HbMYB20,在茎和木质细胞中高表达。拟南芥中过表达 HbMYB20导致转基因植株的矮小,细胞壁变薄,阻碍木质部中木质素的合成和积累,同时木质素和纤维素合成相关酶基因的表达显著下降。由此推测 HbMYB20对拟南芥的木质素和纤维素合成都具有负调控作用,可能是1个橡胶树次生壁发育的负调控因子。     

青杄转录因子PwERF8及其启动子序列的克隆与分析

【目的】AP2/ERF是植物的转录因子家族之一,广泛参与生物胁迫和非生物胁迫过程。从青杄中克隆ERF类转录因子PwERF8及其启动子序列,研究PwERF8基因的表达特性、启动子序列功能,并进一步分析其对非生物胁迫的响应模式,为深入了解青杄的耐逆调控机制提供理论基础。【方法】通过RACE-PCR技术获得青杄PwERF8编码区全长序列。通过染色体步移技术克隆PwERF8启动子序列。通过PlantCARE在线软件和BDGP在线软件预测启动子序列上的顺式作用元件、基础启动子和转录起始位点,构建pBI121-PwERF8 promoter∷GUS启动子表达载体,采用农杆菌注射法瞬时转化烟草叶片来验证启动子的功能。构建PGBKT7-PwERF8载体,转化AH109酵母菌株验证其转录激活活性。构建35S∷PwERF8-GFP融合表达载体,通过PEG介导瞬时转化拟南芥原生质体进行基因表达的亚细胞定位分析,应用RT-qPCR技术分析该基因的组织特异性和在非生物胁迫下的时空表达特征。【结果】PwERF8基因的编码区全长序列共1 191 bp,开放阅读框共765 bp,开放阅读框翻译成255个氨基酸。在肽链的N端具有1个保守的由58个氨基酸组成的AP2结构域,在C端含有1个EAR转录抑制基序(DLNLPP)。组织特异性表达分析表明,PwERF8在茎、根、针叶、花粉、种子中均有表达,但在花粉中,PwERF8的表达量最高,其次为种子,在茎中的表达量最少。酵母单杂交试验表明,PwERF8蛋白不具有转录激活活性。亚细胞定位分析发现PwERF8蛋白主要定位于细胞核。将启动子序列进行在线分析显示PwERF8含有GA、ABA、JA和SA等激素的顺式作用元件。进一步在烟草中瞬时过表达PwERF8启动子并用GUS染色显示,PwERF8启动子能响应GA、ABA、MeJA和SA等外源激素的处理。GA、ABA、MeJA和SA分别处理青杄幼苗3、6、12 h后,PwERF8的表达量均显著高于对照,干旱、4℃和42℃处理均能诱导PwERF8表达,但盐胁迫不能诱导其表达。【结论】青杄转录因子PwERF8参与了GA、ABA、JA和SA激素的信号通路,广泛响应干旱、温度逆境等非生物胁迫,且可能作为一个转录抑制子在细胞核中发挥功能。     

毛竹PeSCR基因的表达与功能

【目的】SCARECROW(SCR)基因在植物根和茎顶端细胞不均等分裂形成基本组织的过程中发挥着重要调控作用。通过分析毛竹中SCR同源基因Pe SCR的结构特点,研究该基因的组织表达特异性,分析激素GA3、ABA以及干旱、Na Cl等非生物胁迫处理对该基因的表达影响,利用在拟南芥中过量表达Pe SCR,初步鉴定其功能,以期为竹子分子育种提供基因资源。【方法】采用生物信息学的方法,在毛竹数据库(Bamboo GDB)中获得SCR同源基因序列和上游调控序列,分别利用Spidey和Plant CARE在线软件分析基因结构特点及其上游调控序列所含作用元件,采用实时荧光定量PCR技术分析基因在不同组织中的表达性,以及GA3、ABA、干旱和Na Cl等非生物胁迫处理后的表达变化,构建Pe SCR基因的正义/反义表达载体,转化拟南芥,通过分析转基因植株的表型来判断基因的功能。【结果】从毛竹中获得SCR同源基因Pe SCR(登录号:FP094510),c DNA全长为2 301 bp,其中5'和3'端非编码区分别为238,134 bp,编码区1 929 bp。编码区对应的基因组序列为2 598 bp,包含1个内含子(672 bp)。Pe SCR编码1个642个氨基酸的蛋白,该蛋白具有GRAS家族的典型结构域(LRⅠ,VHIID,LRⅡ,PFYRE和SAW),属于At SCR亚家族。Pe SCR蛋白与其他植物SCR有很高的同源性,其中与水稻的Os SCR2和拟南芥的At SCR的一致性分别为84.9%,54.9%。Pe SCR上游调控序列为1 820 bp,包含生长素应答元件AuxRR-core、ABA应答元件MotifⅡb、干旱诱导MYB结合位点MBS、光应答元件等多种作用元件,这意味着Pe SCR可能受到激素、干旱等的调控。q PCR结果表明,Pe SCR在叶中的表达丰度最高,其次是根和茎,而鞘中最低;Pe SCR的表达短时间内受GA3的抑制,随处理时间延长(至5 h),基因的表达受到诱导;Pe SCR的表达总体受外源ABA和Na Cl处理的抑制;干旱处理条件下Pe SCR基因表达呈先上升后下降的趋势。RT-PCR证明Pe SCR已在转基因拟南芥植株中得到表达,表型分析发现,与野生型相比转正义基因植株生长健壮,根系发达,而反义植株矮小,根系生长受到抑制。【结论】在毛竹各组织中Pe SCR呈组成型表达,根中表达受到GA3、ABA以及干旱、Na Cl的影响。该基因正义表达促进转基因植株生长,反义转基因植株则受到抑制,表明该基因可能参与毛竹的生长发育调控。     

Cloning and expression analysis of the FvNCED3 gene and its promoter from ash(Fraxinus velutina)

The 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase(NCED)gene is rate-limiting in abscisic acid(ABA) biosynthesis.In this study, an NCED gene, designated FvNCED3(KY008746), was cloned from velvet ash(Fraxinus velutina Torr.) with a RACE method. The full length c DNA of FvNCED3 encodes a 573-amino acid polypeptide.Sequencing analysis showed that the FvNCED3 protein was highly homologous to other NCED proteins. The expression patterns of FvNCED3 in different ash organs were analyzed by real-time PCR which revealed that FvNCED3 expression levels were highest in leaves and lowest in roots. The gene expression patterns of FvNCED3 under abiotic stress indicated that its expression increased under drought, salt and ABA stress and decreased due to high and low temperatures. There were no obvious changes under ultraviolet light. The 1094-bp upstream sequence 5' flank regulation region of the FvNCED3 gene was also cloned from ash using the Genome Walking method. To assess the activity of the FvNCED3 promoter, a p FvNCED3 p::GUS plant expression vector was constructed for tobacco transformation. GUS expression of the FvNCED3 GUS enzyme activity was detected in almost all transgenic tobacco tissues, especially in the young leaves,stigma, anther, ovule and ovary. After treating the transgenic tobacco with NaCl and placing it under drought stress, GUS staining of tobacco leaves increased compared with that under normal growth conditions. This result indicates that gene expression driven by the FvNCED3 promoter can be induced by salt and drought stress.     

刚毛柽柳NAC24基因的表达及抗逆功能分析

【目的】NAC类转录因子是植物特有的最大的转录因子家族之一,广泛参与植物的生长发育过程,并在植物响应盐、干旱等多种非生物胁迫的过程中发挥至关重要的调控作用。本研究拟从盐生木本植物刚毛柽柳中克隆获得一个NAC转录因子基因,研究该基因的耐盐、抗旱功能,以期为研究木本植物NAC转录因子的抗逆分子机制奠定理论基础。【方法】在刚毛柽柳NaHCO_3胁迫转录组数据库中筛选获得一个NAC转录因子基因,将其命名为ThNAC24(GenBank登陆号:KF031949)。利用生物信息学工具将其与其他9个物种的NAC蛋白进行多序列比对,与拟南芥105个NAC蛋白进行进化树分析。分别用300 mmol·L^-1 NaCl和400 mmol·L^-1甘露醇对刚毛柽柳进行胁迫,在胁迫6、12、24和48 h后分别取刚毛柽柳根及叶组织。通过实时荧光定量RT-PCR(qRT-PCR)技术分析盐、干旱胁迫下ThNAC24基因在不同胁迫时间点及不同组织的表达情况,初步鉴定其是否响应盐、干旱胁迫。为进一步研究ThNAC24基因的抗逆功能,分别构建植物过表达(pROKⅡ-ThNAC24)及抑制表达(pFGC5941-ThNAC24)载体。利用农杆菌介导的高效瞬时遗传转化体系获得ThNAC24基因瞬时过表达(OE)、抑制表达(IE)及对照(Control)刚毛柽柳植株。在盐、干旱胁迫下分析比较了ThNAC24基因瞬时过表达、抑制表达及对照刚毛柽柳植株的二氨基联苯胺(DAB)和氯化硝基四氮唑蓝(NBT)染色情况,过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,及电解质渗透率、失水率及丙二醛(MDA)含量,鉴定ThNAC24基因的耐盐、抗旱功能。【结果】ThNAC24基因的开放阅读框为1 023 bp,编码340个氨基酸。多序列比对结果显示ThNAC24在N端的氨基酸序列相似度比较高,具有NAC家族的序列特征;系统进化树分析结果显示ThNAC24与ANAC103和ANAC082的亲缘关系较近。qRT-PCR结果显示:盐胁迫下,ThNAC24基因上调表达,在根组织中胁迫12 h表达量最高,而叶组织中胁迫24 h的表达量最高;干旱胁迫下,ThNAC24基因上调表达,在根组织中胁迫6 h表达量最高,在叶组织中胁迫12 h的表达量最高。ThNAC24基因在刚毛柽柳根和叶组织中均有表达且响应盐和干旱胁迫。过表达ThNAC24基因显著降低了刚毛柽柳H_2O_2和超氧阴离子含量,增强了POD和SOD酶的活性,从而减少活性氧(ROS)的积累。过表达ThNAC24基因能够降低刚毛柽柳在逆境胁迫下的电解质渗透率、失水率及MDA的积累,从而保护细胞膜结构的完整性。【结论】刚毛柽柳ThNAC24基因能够响应盐、干旱胁迫,过表达ThNAC24基因植株通过增强POD和SOD活性,进而提高ROS清除能力,减少细胞受损或死亡,从而提高刚毛柽柳的耐盐及抗旱能力。     

杨树BAG基因的鉴定及表达模式分析

【目的】杨树是我国人工林的重要组成部分,也是公认的模式木本植物。植物BAG蛋白作为保守的分子伴侣,在生长发育和抗逆性中起到关键作用。研究杨树BAG蛋白家族的进化与表达模式,鉴定BAG基因的生物学功能对于林木遗传改良具有重要的指导意义。【方法】以拟南芥7个BAG蛋白为诱饵,搜索毛果杨、水稻和小立碗藓在线数据库(https://phytozome.jgi.doe.gov)获得这3个物种同源的BAG蛋白。利用生物信息学构建毛果杨、拟南芥、水稻和小立碗藓BAG蛋白的系统进化树,分析这些蛋白的生化特性及进化关系。结合杨树芯片(http://bar.utoronto.ca)数据,利用qRT-PCR检测杨树BAG基因的组织和逆境(旱和热胁迫)表达模式。【结果】毛果杨包含14个BAG基因,按照国际命名法(以染色体位置进行排序),将其命名为PtrBAG1—PtrBAG14。系统进化树表明杨树、拟南芥、水稻和小立碗藓BAG蛋白相对保守,大体可以分为2个亚家族。第1个亚家族中,大部分BAG蛋白N端含有UBL结构域,可能作为分子桥梁参与降解某些蛋白;第2个亚家族的大部分BAG蛋白含有IQ结构域,意味着这些蛋白可能与Ca²⁺信号相关。杨树BAG基因在不同逆境处理(热胁迫和干旱胁迫)条件下有不同的表达模式。热处理诱导所有BAGs基因表达发生变化,其中BAG1、BAG4、BAG6、BAG7和BAG8表达被激活,而另9个BAG基因的表达被抑制;特别是,热诱导BAG4和BAG6表达上调超过90倍。干旱胁迫条件下,大部分BAG表达变化幅度很小。组织表达模式分析表明,大部分杨树BAG基因在根、叶、芽、小苗、雌花序、雄花序和木质部中表达量很低,只有BAG2和BAG12在木质部中大量表达。【结论】杨树BAG家族共有14个成员,大体分为2个亚家族,在进化上与本文选用的陆生植物拟南芥和水稻BAG蛋白有更高的相似性。杨树14个BAG基因可能都参与了热胁迫调控,但不同成员在抗热过程中起不同作用。相比而言,大部分杨树BAG基因可能并不参与抗旱。值得指出的是,杨树BAG4和BAG6可能在热胁迫中作用最明显,而BAG2和BAG12可能参与木材形成。     

杨树HSP90基因的克隆及生物信息学分析

【目的】为了揭示热激蛋白90(Heat shock protein 90,HSP90)基因在杨树抗溃疡病中的功能,克隆获得毛白杨HSP90基因的全长序列,以期明确HSP90基因的表达与溃疡病菌侵染间的关系。【方法】采用RT-PCR技术和Gateway克隆的方法,获得了毛白杨的HSP90基因序列,并利用相关软件对该基因编码的蛋白的理化性质、疏水性、结构域、功能及亚细胞定位等进行了生物信息学分析。【结果】毛白杨的HSP90基因序列(NCBI登录号:AGU99972.1)全长为2 100 bp,其中A+T占52.90%,C+G占47.10%,共编码699个氨基酸。毛白杨HSP90基因的生物信息学分析结果显示,该基因编码的蛋白相对分子质量为80.08 kDa,理论等电点为4.96。毛白杨HSP90蛋白主要位于细胞核和细胞质膜中,且在N端含有1个基因保守结构域HATPase_c,可与ATP结合,具有内源ATPase活性,属于HSP90家族,为亲水性蛋白,可能具有离子通道的功能。同时,对毛白杨的HSP90基因进行系统进化分析,发现毛白杨的HSP90基因与毛果杨(gi 539331543)、大豆(gi 358248990和gi 356552478)的亲缘关系较近,而与毛果杨(gi 224124864)的亲缘关系相对较远,说明同一物种的HSP90进化可能有所不同。【结论】首次从毛白杨中成功克隆得到与抗溃疡病相关的HSP90基因,并对其序列和生物学信息进行了分析,为下一步研究HSP90基因在杨树抗溃疡病中的功能奠定基础,也为进一步研究HSP90基因在杨树抗逆胁迫中的生理功能提供了理论支持。     

ptc-miR213的人工microRNA植物表达载体的 构建及遗传转化

ptc-miR213是在构建盐胁迫条件下青杨microRNA文库中发现的,预测其靶基因为MYB4、PP2C、蛋白激酶等,其中MYB家族与植物的耐盐性密切相关。为了探索ptc-miR213在植物盐碱胁迫应答方面的作用,实验构建了植物表达载体pCAM2300-ami213,经根癌农杆菌EHA105介导转化拟南芥,成功获得转基因植株。RT-PCR分析表明amiR213在转基因拟南芥中能够超量表达。本研究为分析ptc-miR213及其靶基因参与植物盐碱胁迫应答奠定了基础。     

脱落酸对低温胁迫下水曲柳幼苗叶片抗寒生理指标的影响

以3a生盆栽水曲柳幼苗为试材,喷施不同浓度的脱落酸,喷后第1d、5d、10d和15d分别采集带叶枝条测定常温和低温胁迫后幼苗叶片质膜相对透性、SOD、POD、可溶性糖含量、水溶性蛋白质含量的变化。进行自然条件下季节性低温处理试验,以验证人工低温试验中所得结论。研究结果表明：10mg／L浓度的ABA增强水曲柳幼苗抗寒性的作用效果最好,能显著降低电导率,显著提高蛋白质含量、SOD活性、POD活性。但对可溶性糖含量的影响无明显变化。30mg／L浓度的ABA预处理有一定的作用效果,但高浓度的60mg／LABA预处理对于增强水曲柳幼苗抗寒性出现了一定的抑制作用。在自然低温条件下,10mg／L浓度的ABA预处理增强水曲柳幼苗抗寒性的作用效果最好,高浓度的无显著作用。     

Overexpression of the ThTPS gene enhanced salt and osmotic stress tolerance in Tamarix hispida

Trehalose is a non-reducing disaccharide with high stability and strong water absorption properties that can improve the resistance of organisms to various abi-otic stresses.Trehalose-6-phosphate synthase (TPS) plays important roles in trehalose metabolism and signaling.In this study,the full-length cDNA of ThTPS was cloned from Tamarix hispida Willd.A phylogenetic tree includ-ing ThTPS and 11 AtTPS genes from Arabidopsis indicated that the ThTPS protein had a close evolutionary relationship with AtTPS7.However,the function of AtTPS7 has not been determined.To analyze the abiotic stress tolerance function of ThTPS,the expression of ThTPS in T.hispida under salt and drought stress and JA,ABA and GA3 hormone stimu-lation was monitored by qRT-PCR.The results show that ThTPS expression was clearly induced by all five of these treatments at one or more times,and salt stress caused par-ticularly strong induction of ThTPS in the roots of T.hispida.The ThTPS gene was transiently overexpressed in T.his-pida.Both physiological indexes and staining results showed that ThTPS gene overexpression increased salt and osmotic stress tolerance in T.hispida.Overall,the ThTPS gene can respond to abiotic stresses such as salt and drought,and its overexpression can significantly improve salt and osmotic tolerance.These findings establish a foundation to better understand the responses of TPS genes to abiotic stress in plants.     

珙桐DiZF-CCCH1基因的克隆及表达分析

【目的】珙桐Davidia involucrata有性生殖能力弱是限制其自然更新的主要原因。为研究珙桐种子发育的分子机制,本课题组前期完成了珙桐种子转录组分析,筛选到1个编号为c37849.graph_c0的转录本,其在正常种子中高量表达,而在发育异常的种子中表达量很低,差异表达显著,因此将其作为研究目标。【方法】使用PCR克隆该转录本的全长序列,并利用在线分析工具对其编码氨基酸的序列特征、蛋白结构和系统进化等进行生物信息学分析预测,采用qRT-PCR检测目标基因在珙桐不同组织部位以及种子不同发育阶段中的表达情况。【结果】序列分析确定目标基因为一个编码CCCH型锌指蛋白转录因子的基因,将其命名为DiZF-CCCH1,该基因开放阅读框全长为711 bp,编码236个氨基酸,无内含子,相对分子量26.74 kDa,为不稳定蛋白,其氨基酸序列含有植物特有的RR-TZF结构域,与来源于甜橙Citrus sinensis的CCCH蛋白同源性最高。基因表达模式分析显示,DiZF-CCCH1在种子发育前期的表达量最高,后期表达量降低,在其他组织中仅有微量表达,推测其可能在种子发育过程中发挥重要作用。【结论】对珙桐DiZF-CCCH1基因进行了克隆与初步生物信息学分析,发现其编码的蛋白属于RR-TZF型锌指蛋白,且DiZF-CCCH1可能是珙桐种子发育过程中的重要调控基因,为进一步探索该基因在珙桐生殖发育过程中的功能奠定基础。     

南洋楹无性系抗寒性研究

【目的】南洋楹属典型热带树种,抗寒性较差,严重制约其推广应用。开展南洋楹无性系抗寒性评价,对于提高其造林成效、拓广其栽培区域具有重要意义。【方法】以生长较好的9个南洋楹无性系组培苗为研究对象,通过系列低温处理,观测幼苗叶片形态变化,分析测定叶片相对电导率(REC)、脯氨酸(PRO)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)的活性,揭示南洋楹无性系在低温胁迫下的生理响应,并进行无性系抗寒性评价。【结果】在2℃时,所有无性系均出现不同程度落叶;0℃时所有无性系均出现顶芽死亡,其抗寒性差异主要表现在0~2℃温度区间;9个无性系的REC随温度降低呈单调上升和先上升后下降再上升的2种变化趁势,属于后者的无性系抗寒性更强,0℃下S5、S7的REC最低;PRO含量随温度降低整体上呈现递增趁势,TL18、S7、S5、A8的PRO含量增幅最大,均在1倍以上;SOD活性在同一温度下无性系之间差异显著,但随温度降低无明显变化规律。应用REC进行聚类分析,将9个无性系分为3类,S7、S5、TL18抗寒性最强,A8抗寒性最差,其它6个无性系抗寒性居中。【结论】建议生产上推广S7、S5和TL18无性系。