条锈菌诱导的小麦TaHin1的克隆与表达特征分析

【目的】克隆受条锈菌诱导的小麦Hin1,研究其在小麦抗条锈病防御反应以及抗非生物胁迫过程中的作用。【方法】通过电子克隆、RT-PCR方法,从条锈菌侵染的小麦水源11中分离出一个编码HIN1的cDNA序列;通过生物信息学工具对DNA序列及其编码的蛋白序列进行分析;利用实时荧光定量PCR分析该基因在小麦不同器官、与条锈菌互作、外源激素处理以及非生物胁迫下的表达情况。【结果】分离得到小麦Hin1,命名为TaHin1,开放阅读框为642bp,编码213个氨基酸,分子量为23.24kD,等电点8.67,具有信号肽和HIN1结构域,可能为分泌蛋白;与高粱和水稻HIN1同源性达80%;表达分析结果表明,TaHin1在小麦根、茎、叶组织中表达差异不显著,在小麦与条锈菌互作时,仅在非亲和组合中被诱导表达;外源植物激素水杨酸、茉莉酸诱导TaHin1上调表达,脱落酸诱导其下调表达,而乙烯不诱导其表达;高盐、干旱、机械损伤以及低温等非生物胁迫下,TaHin1均上调表达。【结论】首次克隆到一个受条锈菌诱导的小麦TaHin1,可能通过水杨酸、茉莉酸信号途径参与了小麦对条锈菌的防御反应,而脱落酸在防御反应中起负调控作用,该基因在小麦对非生物胁迫的抗逆应答过程中也发挥着一定作用。     

小麦质膜蛋白基因TaPM19-1的克隆及其对非生物胁迫的响应

【目的】分析小麦质膜蛋白基因TaPM19-1的特征及其对非生物胁迫的响应,并探讨其在小麦抗逆调控过程中的生物学功能。【方法】利用RACE技术克隆了该基因cDNA全长,采用生物信息学方法分析克隆基因编码蛋白的特性,并通过半定量RT-PCR分析该基因在非生物胁迫条件下的表达特性。【结果】TaPM19-1的cDNA全长1 090 bp,无内含子,编码蛋白包含182个氨基酸,分子量为19.02 kD,包含有典型的AWPM19保守域;依据氨基酸序列将来源于不同植物的16个AWPM19类蛋白分为3组,TaPM19-1与2个来源于大麦及1个二穗短柄草的AWPM19类蛋白亲源关系最近,同属于第三组。高级结构分析显示,TaPM19-1可形成4个由α-螺旋组成的跨膜域,N端位于膜内,包含由27个氨基酸组成的信号肽,C端近40个氨基酸位于膜内。表达分析显示,TaPM19-1除在发育后期的种子中有较高水平表达外,其它组织中未检测到表达;在所检测的2个小麦品种根系中,TaPM19-1的表达受ABA诱导,但在叶片中的表达量极低;水分胁迫条件下,该基因在根系和叶片中均呈现较强的诱导表达特性;在高盐和高温胁迫条件下,该基因在洛旱2号小麦中均可诱导表达,而在中国春小麦中未检测到该基因表达;在低温胁迫条件下,未检测到TaPM19-1的表达。【结论】获得了小麦质膜蛋白基因TaPM19-1的cDNA全长,其编码蛋白可形成典型的跨膜结构特征;该基因受植物激素ABA的诱导,在洛旱2号中也可被干旱、高盐和高温胁迫诱导,但在中国春中对高盐和高温胁迫无响应。推测TaPM19-1在洛旱2号和中国春中存在不同的转录调控机制。     

棉花GhSPS1的克隆及表达模式分析

【目的】克隆棉花蔗糖磷酸合成酶基因（sucrose-phosphate synthase,SPS）,并分析该基因在组织和纤维发育不同阶段及不同非生物胁迫下的表达模式。【方法】采用genome-walking及over-lap PCR方法,获得了棉花中一个蔗糖磷酸合成酶基因--GhSPS1,通过半定量PCR法检测GhSPS1在不同非生物胁迫条件下的表达模式,采用实时荧光定量PCR法对GhSPS1及GhSUS3、GhINV、GhCESA4进行组织和纤维发育特异性表达分析。【结果】克隆得到的GhSPS1全长4 545 bp,包含10个内含子、11个外显子,其开放读码框为3 108 bp,编码1 035个氨基酸,且该基因在ABA、低温处理条件下表达量增加,在高温胁迫下,表达量先升高后降低。实时荧光定量PCR结果显示,GhSPS1及GhSUS3在各种组织中都有表达,其中,在0 DAF、3 DAF的胚珠及18 DAF的纤维中表达量最高,而GhINV、GhCESA4则分别在3-15 DAF的纤维、18 DAF的纤维中表达量最高。【结论】克隆得到的GhSPS1属于SPSA基因家族,能参与ABA、低温、高温等非生物胁迫应答,且可能在纤维发育的起始期及次生壁增厚初期发挥作用。     

小麦响应干旱胁迫环状RNA的鉴定

【目的】干旱是限制全球小麦生产的主要非生物胁迫之一,探索小麦应对干旱的分子调控机制对小麦分子育种具有重要意义。环状RNA(circRNA)已被证实在植物抵御外界环境胁迫的过程中扮演着重要角色。鉴定小麦响应干旱胁迫的circRNA,有助于构建小麦干旱胁迫响应的调控网络,为解析小麦的抗旱性机制奠定基础。【方法】以2个抗旱性差异显著的小麦品种（周麦13和冀麦38）为试验材料,对其在干旱及对照条件下的根部样本进行circRNA测序。鉴定小麦circRNA并对其进行特征分析,筛选与干旱胁迫响应相关的差异表达circRNA,并对其靶向microRNA(miRNA)进行预测。进一步根据miRNA及其靶基因在干旱胁迫下的表达模式,构建小麦响应干旱胁迫的潜在circRNA-miRNA-mRNA调控模块。【结果】共鉴定获得1 409个小麦circRNA,其中,多数（68.91%）为外显子circRNA,且仅有133个circRNA在2个品种中被同时鉴定获得。在干旱胁迫下共鉴定获得239个差异表达circRNA,其中138个circRNA在抗旱型品种周麦13(ZM13)中特异性差异表达,19个circRNA...     

陆地棉低磷胁迫应答基因GhGDPD1的克隆与表达分析

【目的】基于前期陆地棉‘新陆早19’Gossypium hirsutum‘Xinluzao 19’根部低磷胁迫基因表达谱芯片差异表达序列数据分析,挖掘相关基因,并对其克隆与表达分析。【方法】克隆陆地棉‘新陆早19’GhGDPD1基因并进行基因组DNA与cDNA测序分析,借助生物信息学方法分析GhGDPD1的基因结构和进化关系;采用半定量RT-PCR技术与实时荧光定量PCR (RT-qPCR)的方法检测该基因于根、茎、叶、花等4个组织的基因表达量的变化以及低磷胁迫下的表达模式。【结果】成功克隆GhGDPD1基因,开放阅读框序列长度为1 149 bp,共编码382个氨基酸,属于GDPD家族,其中存在一个保守结构域,名为GDPD＿GDE5＿like＿1＿plant。半定量RT-PCR和RT-qPCR试验结果均显示：GhGDPD1基因主要表达于根,中量表达于花和茎,微量表达于叶。该基因在受到低磷胁迫的刺激后,立即会对低磷胁迫做出应答,胁迫4 h相对表达量达到最高值。【结论】首次成功克隆到陆地棉‘新陆早19’GhGDPD1基因,获得了GhGDPD1基因的组织表达以及低磷胁迫下的表达模式,为深入解...     

蓖麻RcFEN1基因克隆及非生物胁迫下表达模式分析

【目的】克隆蓖麻结构特异性核酸酶1基因(RcFEN1),并检测其组织表达特性及不同非生物胁迫下的时空表达模式,为揭示RcFEN1基因在蓖麻生长发育和响应低温胁迫等非生物胁迫的功能提供理论参考。【方法】根据蓖麻低温胁迫转录组注释信息,通过RT-PCR对RcFEN1基因编码区(CDS)进行克隆,利用生物信息学软件进行序列特征分析,并利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)检测其组织表达特性及不同非生物胁迫下的时空表达模式。【结果】克隆获得的RcFEN1基因(GenBank登录号OP205366)包含1个1154 bp的开放阅读框(ORF),编码383个氨基酸残基,含有RAD2/XPG核酸酶蛋白家族典型的结构域XPG-N和XPG-I,属于RAD2/XPG蛋白家族成员。RcFEN1蛋白含多个生物活性位点及功能区,但无跨膜区域和信号肽结构,是一个非分泌型亲水蛋白,定位在细胞核。RcFEN1蛋白与特洛花TsFEN1蛋白的氨基酸序列一致性最高,与大叶藻ZmFEN1蛋白序列的一致性最低,分别为90.28%和84.32%。RcFEN1蛋白与一串红和硬皮地星的FEN1蛋白亲缘关系较近。RcFEN1基因在子叶中的相对表达量显著高于根、茎和真叶(P<0.05,下同),在真叶中的相对表达量最低。RcFEN1基因在4种非生物胁迫下均有表达,但表达模式存在明显差异,其中,RcFEN1基因对干旱胁迫响应最敏感,处理2和4 h时相对表达量显著高于对照组(0 h)及其他处理时间;RcFEN1基因在盐胁迫和ABA胁迫下呈现相同的响应表达模式,均在处理4 h时开始表达,随后相对表达量降低;在低温胁迫下,RcFEN1基因在低温胁迫下延迟表达,且处理12 h后才被激活表达,且相对表达量持续增加。【结论】从蓖麻中克隆获得RcFEN1基因属于RAD2/XPG家族成员,是蓖麻低温胁迫下的差异表达基因,参与蓖麻低温胁迫的响应调控。     

拟南芥硫苷生物合成相关基因的组织和胁迫诱导表达谱的全基因组分析

【目的】分析拟南芥中硫代葡萄糖苷（Glucosinolatcs,简称硫苷）生物合成相关基因在不同组织器官、不同发育时期及不同生物和非生物胁迫处理条件下的表达谱,为筛选控制硫苷合成的关键基因、解析硫苷的生物合成规律及其在植物抗逆胁迫过程中的作用奠定基础。【方法】利用AtGenExpress和PLEXdb中的10组表达谱芯片数据和2组转录组数据分析拟南芥中硫苷生物合成途径82个结构基因和调控基因的时空表达特性及其受生物和非生物胁迫的表达模式;采用Real-time PCR技术对10个硫苷合成途径的关键结构基因和调控基因的表达谱进行验证;并利用STRING v10软件分析硫苷生物合成途径相关基因的表达模式的相关性。【结果】组织表达特性分析结果表明,拟南芥硫苷生物合成相关基因在营养器官和生殖器官中的表达模式差异较大,相关基因在营养器官中具有较高的表达量,在生殖器官中的表达量则较低,表明硫苷主要在营养组织中合成;其中脂肪族硫苷合成相关基因在茎、叶等地上营养组织中的表达量较高,而吲哚族硫苷合成相关基因则在根、茎、叶等地上和地下组织中均有较高的表达,且基因在同一组织的不同发育时期的表达量通常具有差异,表明基因的表达还具有时空特异性;荧光定量PCR分析结果证明10个硫苷合成途径代表基因的表达谱与芯片数据的结果保持一致;胁迫表达分析结果表明,脂肪族和吲哚族硫苷合成相关基因的表达均受到部分生物和非生物胁迫因子的诱导表达,其中吲哚族硫苷合成相关基因更易受到丁香假单胞杆菌（Pseudomonas syringae）、甘蓝链格孢菌（Alternaria brassicicola）、桃蚜（Myzus persicae）等生物和低温（4℃）、高盐、高温（38℃）等非生物胁迫因子的诱导表达;共表达分析结果表明,脂肪族和吲哚族硫苷合成分支途径内相关调控基因与结构基因的表达模式的相关性较高。【结论】拟南芥硫苷生物合成相关基因主要在营养组织中高表达,在种子中低表达;植物中存在一个硫苷转运系统,负责将营养组织中合成的硫苷转运到种子中贮藏;硫苷合成相关基因的表达受到病原菌、虫害、高温等逆境因子的影响,其中吲哚族硫苷合成相关基因更易受到生物和非生物胁迫因子的诱导表达,说明吲哚族硫苷可能对植物抗性更为重要。     

利用基因芯片研究小麦耐盐突变体盐胁迫条件下基因的表达图谱

 【目的】研究小麦在不同盐胁迫时间下根部基因的应答反应。【方法】利用基因芯片技术，分析盐胁迫下耐盐小麦RH8706－49的小麦根部基因的表达情况。【结果】获得了61 215个小麦基因的差异表达图谱。在不同盐胁迫时间下大量根部基因的表达发生很大变化，即有盐诱导表达的基因，也有盐抑制表达的基因，同时对杂交数据进行多种聚类分析，并对基因表达差异的原因进行了初步分析。【结论】小麦耐盐机理非常复杂，是大量基因协调表达的结果，其中盐诱导表达基因的作用非常重要。     

白桦BpERF1和BpERF2基因的克隆与表达模式分析

【目的】对白桦Bp ERF1和Bp ERF2基因进行生物信息学分析及非生物胁迫下的表达模式分析,为白桦抗逆育种提供重要基因源和理论依据。【方法】从白桦转录组数据库中找到2条ERF基因,通过生物学网站及软件对其进行生物信息学分析;通过RT-PCR分析盐和干旱胁迫下2个ERF基因的表达模式。【结果】Bp ERF1蛋白含有2个核定位信号,Bp ERF2蛋白含有1个核定位信号;两个ERF蛋白的结构域均含有3个反向平行的β折叠和一个α螺旋;Bp ERF1和Bp ERF2都属于ERF亚家族成员;在Na Cl胁迫下,Bp ERF1基因在根和叶中的相对表达量与对照相比呈上调表达的趋势;Bp ERF2基因在根茎叶中均呈下调表达的趋势;在PEG胁迫下,两个基因的表达模式与Na Cl相似。【结论】生物信息学分析结果推测Bp ERF1和Bp ERF2基因可能参与植物对生物和非生物胁迫的应答;2个ERF基因均可以不同程度地被高盐和干旱胁迫所诱导,但不同ERF基因在胁迫下的表达模式存在差异,ERF基因的表达具有组织特异性,说明2个ERF基因可能通过不同的调控机制来应答逆境胁迫。     

小麦蛋白磷酸酶2A调节亚基基因TaBβ-1的克隆及其在非生物胁迫下的表达特性

【目的】克隆小麦蛋白磷酸酶2A(PP2A)调节亚基(PR55)基因TaBβ-1,分析其在非生物胁迫下的表达特性,为小麦抗逆育种提供候选基因。【方法】以小麦品种旱选10号为材料,通过电子克隆和RT-PCR获得TaBβ-1的全长cDNA序列,采用生物信息学软件分析TaBβ-1及其编码蛋白TaBβ-1的序列特征,预测其功能,利用实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR)技术分析该基因在小麦孕穗期不同组织中、不同生育时期新叶中的表达情况,以及在PEG、NaCl、低温及外源激素ABA等非生物胁迫下的表达模式,检测不同水分条件下成株期转基因拟南芥的叶片细胞膜稳定性。【结果】获得TaBβ-1的全长cDNA序列1931bp,其开放阅读框(ORF)为1539bp。该基因编码512个氨基酸,预测TaBβ-1蛋白分子量为57.1kD,等电点为5.87,含有PP2A调节亚基的1个CDC55保守结构域、1个alpha/beta结构域、2个PR55保守结构域和6个WD重复子。TaBβ-1在小麦孕穗期的根、穗、叶中均有表达,表达量依次为根穗叶;在不同生育时期的新叶中,苗期叶片的表达量最高。TaBβ-1的表达明显受PEG、NaCl、低温以及外源ABA的诱导。【结论】小麦蛋白磷酸酶2A调节亚基家族基因TaBβ-1在小麦苗期叶片中的表达量明显高于根、穗以及其它时期的叶片;TaBβ-1参与对高渗、高盐、低温等多种胁迫以及ABA处理的应答反应,但表达模式不同;在水分胁迫条件下,转基因拟南芥比野生型具有较高的细胞膜稳定性。     

小麦NPR1基因家族鉴定及其表达分析

【目的】对小麦NPR1基因家族成员进行鉴定及表达分析,为探究该家族基因的作用机制及小麦遗传改良提供理论参考。【方法】以拟南芥NPR1家族蛋白序列为参考序列,从小麦基因组中鉴定出小麦NPR1基因家族成员,利用生物信息学软件对其序列特征进行分析,并分别利用RNA-Seq原始数据和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析小麦NPR1家族基因在不同组织及不同胁迫下的表达水平。通过STRING在线网站构建TaNPR1s蛋白的互作网络。【结果】共鉴定获得20个小麦NPR1基因家族成员,其编码蛋白的不稳定指数均大于40,为不稳定蛋白;平均总亲水性值（GRAVY）均为负值（除TaNPR5-D为正值外）,为亲水蛋白;主要分布于细胞核内,在叶绿体、线粒体、内质网和细胞质等部位也有分布;二级结构均由α-螺旋、延伸链、β-转角和无规卷曲组成,以α-螺旋和无规则卷曲为主;对应的三级结构模型有10种。20个TaNPR1s蛋白均可与转录因子HBP-1b及未知蛋白A、B、C、D发生相互作用,这5种蛋白均含有bZIP结构域（含TGACG基序）和种子休眠特异基因结构域（DOG1）。TaNPR1s基因在不同组织中的表达模式不同,可分为在多个组织中表达、在特定的组织或发育阶段表达和在不同组织发育阶段均低表达或不表达,共三大类。随机挑选的8个TaNPR1s基因中,有3个基因在禾谷镰刀菌胁迫下表达量降低,但在白粉病菌胁迫下表达量升高;有2个基因在这两种菌胁迫下表达量均升高,有2个基因在两种菌胁迫下表达量均下降。TaNPR1s基因对6种非生物胁迫处理均有响应,但表达模式存在差异。【结论】小麦NPR1基因家族成员在不同组织生长发育过程和生物和非生物胁迫响应中发挥重要调控作用,且基因的可变剪接体也表现出不同组织表达特性,丰富了NPR1s蛋白功能。TaNPR1s蛋白可能通过与bZIP和DOG1结构域结合发挥其生物学功能。     

紫花苜蓿MsDWF4的表达特性及耐盐性效应

【目的】分离紫花苜蓿(Medicago sativa L.)油菜素内酯(brassionsterinds,BRs)合成酶基因MsDWF4,分析基因表达特性,开展基因的耐盐性研究,为揭示MsDWF4对紫花苜蓿非生物胁迫的调控机制提供参考。【方法】根据已知的拟南芥DWF4序列,应用同源克隆技术获得紫花苜蓿MsDWF4,对序列进行生物信息学分析。利用qRT-PCR技术分析MsDWF4的组织表达特异性,及其在多种非生物胁迫(高温、冷害、干旱和高盐)和激素(生长素、油菜素内酯、脱落酸和茉莉酸)处理下的表达模式;构建MsDWF4超表达载体,利用农杆菌介导遗传转化法转化紫花苜蓿,获得超表达MsDWF4的紫花苜蓿株系,用高盐(200 mmol·L~(-1) NaCl)处理紫花苜蓿转基因株系并结合抗氧化酶活性分析,研究MsDWF4是否提高紫花苜蓿的耐盐性。【结果】获得MsDWF4的cDNA序列,其CDS全长1 470 bp,编码489个氨基酸,该基因编码的蛋白质为P450超家族成员,共含有67个激酶磷酸化位点。序列分析和系统发育树分析表明紫花苜蓿MsDWF4与蒺藜苜蓿DWF4的亲缘关系最近,与禾本科的亲缘关系最远。组织特异性表达分析表明,MsDWF4在根尖中表达量最高,花和叶中次之。高温、冷、PEG、NaCl、ABA和IAA均诱导该基因在植株地上部和根部的表达;在BR处理下,MsDWF4在地上部下调表达,而在根部先被诱导后被抑制;JA处理下,MsDWF4在地上部和根中皆被抑制。构建35S∷MsDWF4超表达载体,并通过农杆菌介导的方式转化紫花苜蓿,PCR鉴定结果显示MsDWF4已经成功转入紫花苜蓿,并获得6个转基因阳性株系。盐胁迫处理下,转基因株系MsDWF4的表达量和抗氧化酶活性均显著高于对照。【结论】获得紫花苜蓿油菜素内酯合成酶基因MsDWF4的CDS序列;该基因在根尖等生长旺盛部位表达最高,基因表达响应多种逆境胁迫和外源激素处理;MsDWF4提高转基因紫花苜蓿对盐胁迫的抗性。MsDWF4可能参与转基因紫花苜蓿的多种逆境响应过程,并且正向调控紫花苜蓿的耐盐性。     

GmNTLs调控大豆根系响应低磷胁迫的功能研究

【目的】低磷和铝毒胁迫是酸性土壤中限制作物生产的重要因素。植物NTL转录因子参与调控多种环境胁迫(包括铝毒胁迫)的适应性机制,本文探究GmNTLs调控大豆Glycine max根系响应低磷胁迫的功能。【方法】通过RT-qPCR分析大豆15个GmNTLs基因在根系响应低磷胁迫的表达模式,进一步构建了GmNTL1/4/7/8/10/12共6个GmNTLs基因的拟南芥超量表达材料,探究GmNTL成员在拟南芥根系中响应低磷胁迫的功能。【结果】系统进化树及组织表达模式分析结果表明,GmNTLs家族分3个亚族,各亚族成员在大豆中组织表达模式不同。RT-qPCR结果表明,低磷处理12 d显著提高了GmNTL1/4/7/8/10/12在大豆根系中的表达。在拟南芥中超量表达不同GmNTL基因对低磷的响应不同。高磷处理下,超量表达GmNTL4/10/12拟南芥的鲜质量显著增加;低磷处理时,超量表达GmNTL4显著提高拟南芥鲜质量,而超量表达GmNTL1/12拟南芥的鲜质量显著降低。同时,仅超量表达GmNTL12拟南芥的主根长显著缩短,而超量表达其他基因对拟南芥植株的主根长无明显影响。【结论】GmNTLs参...     

水稻组蛋白去甲基化酶基因 OsJMJ719 的克隆及表达分析

【目的】克隆水稻组蛋白去甲基化酶 OsJMJ719 基因，分析其在非生物胁迫下的表达模式，为 探究 OsJMJ719 在非生物胁迫响应中的功能提供理论依据。【方法】以水稻品种中花 11 为材料，克隆获得 完整的 OsJMJ719 基因，对其进行生物信息学分析，构建 OsJMJ719 与绿色荧光蛋白（GFP）融合表达载体 35S:: OsJMJ719-GFP，利用烟草瞬时转化体系和水稻原生质体转化的方法来观察蛋白的亚细胞定位，并应用实时 荧光定量 PCR 技术分析 OsJMJ719 基因在水稻不同组织中的表达情况以及在非生物胁迫处理下的表达模式。【结 果】OsJMJ719 基因（LOC_Os02g01940）编码区长度为 2 994 bp，编码 997 个氨基酸，OsJMJ719 启动子区域含 有 10 个植物激素响应元件和 3 个环境胁迫调控相关元件。系统进化分析结果显示，OsJMJ719 与沼生菰、粗山羊草、 小麦和大麦中的 JMJ 蛋白有较高的同源性。亚细胞定位结果显示，OsJMJ719 蛋白定位于细胞核内。荧光定量结 果显示，OsJMJ719 在种子中表达量较高，且该基因的表达受 ABA、NaCl 和 PEG6000 的诱导，推测其在非生物 胁迫过程中起重要作用。【结论】本研究展示了 OsJMJ719 基因的表达蛋白在进化树中的位置及其同源性物种， 揭示了其表达蛋白定位于细胞中的具体位置、蛋白的结构及特征，以及该基因主要受到哪些外界因素调控，为 进一步研究 OsJMJ719 基因的功能提供基础资料。     

陆地棉trihelix转录因子基因响应非生物胁迫表达谱分析

【目的】对陆地棉trihelix转录因子基因在多种胁迫下的应答表达模式进行研究分析,为棉花抗逆相关基因克隆及阐明棉花抗逆分子机制奠定基础。【方法】根据已知24个trihelix转录因子EST序列设计引物,通过RT-PCR和qRT-PCR的方法分析棉花（Gossypium hirsutum L.）GhGT在高盐（200 mmol.L-1NaCl）、干旱、低温（4℃）等非生物胁迫和外源激素ABA（100 μmol.L-1）处理下的表达模式。【结果】12个基因响应高盐和干旱胁迫应答,7个基因响应冷胁迫应答,应答ABA处理的基因9个。此外,有3个基因（GhGT2、GhGT18和GhGT23）在4种处理下均有应答。【结论】GhGTs在陆地棉的非生物胁迫适应过程中可能具有重要的作用。     

小麦条锈菌诱导的TaRRP4基因的克隆与表达

【目的】克隆小麦条锈菌诱导的小麦TaRRP4基因,研究其在小麦与小麦条锈菌互作、非生物胁迫、外源激素处理下的表达特征,为小麦与小麦条锈菌互作中该基因功能的验证及小麦抗病育种提供参考。【方法】以小麦品种水源11、小麦条锈菌生理小种条中23号（CYR23）和条中31号（CYR31）为材料,采用RT-PCR法,从小麦条锈菌侵染的水源11小麦cDNA中克隆得到1个外切体亚基TaRRP4基因,利用生物信息学对其序列进行分析。采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析不同处理下TaRRP4基因在各个时间点的相对表达量,其中小麦条锈菌处理体系包含非亲和体系（CYR23与水源11）和亲和体系（CYR31与水源11）,非生物胁迫处理包含高盐、干旱、低温和机械损伤处理,外源植物激素处理包含脱落酸、茉莉酸甲酯、乙烯利和水杨酸处理,另外分析该基因在小麦不同组织（根、茎和叶）中的表达情况。【结果】克隆获得小麦TaRRP4基因序列,其开放阅读框为951 bp,编码316个氨基酸;同源氨基酸序列比对结果表明,TaRRP4与拟南芥AtRRP4p氨基酸相似度达62.96%,且均属于外切体亚基RRP4家族,包含类核糖体蛋白S1和KH 2个RNA结合结构域。qRT-PCR结果表明,与小麦条锈菌诱导0 h相比,小麦条锈菌CYR31诱导后,TaRRP4在诱导24,48和72 h极显著上调表达;而受小麦条锈菌CYR23诱导后,TaRRP4仅在诱导48 h显著上调,且上调倍数较小。与各个非生物胁迫小麦处理0 h相比,高盐胁迫下,TaRRP4在处理12和48 h分别极显著和显著上调;干旱胁迫下,TaRRP4在处理2和6 h均极显著上调表达;低温胁迫下,TaRRP4从处理2 h开始极显著或显著上调,直至48 h表达量降低;而机械损伤处理对TaRRP4的表达量没有显著影响。与各个外源植物激素处理小麦0 h相比,脱落酸可在处理12和24 h诱导TaRRP4下调表达,茉莉酸甲酯对TaRRP4的表达量没有显著影响,而乙烯利和水杨酸均可在处理2,6和12 h诱导TaRRP4上调表达。同时,TaRRP4基因在小麦根、茎、叶中均有表达,且在叶片中的表达量最高,显著高于其在小麦根、茎中的表达量。【结论】克隆得到小麦条锈菌诱导的小麦外切体RNA结合蛋白TaRRP4基因,该基因可能通过脱落酸、乙烯利和水杨酸信号交流,在小麦条锈病的防御反应中发挥负调节作用,同时在小麦对非生物胁迫的抗逆应答过程中发挥重要作用。     

旱胁迫相关绿豆VrERF家族基因发掘及表达分析

【目的】探究AP2/ERF转录因子在绿豆干旱胁迫响应中的应答机制。【方法】基于全基因组测序数据对绿豆VrERF家族基因的种间同源性、互作蛋白功能及顺式作用元件进行分析，通过转录组测序数据分析各VrERF基因的组织特异性表达、干旱胁迫下基因表达差异情况并用q RT-PCR进行验证。【结果】绿豆与豌豆、菜豆和大豆的ERF家族基因间不仅具有相同的进化起源，还存在明显的基因扩张现象。VrERF基因启动子区均具有多个与激素响应、胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。此外，不同的绿豆VrERF蛋白间存在广泛的互作关系，可能通过与b ZIP、RAP2.4和STZ等蛋白互作参与绿豆非生物胁迫的防御响应。基因表达分析显示，多数VrERF家族基因的表达具有较强的组织特异性，且在干旱胁迫下，VrERF7/62在绿豆VC1973A和JP226873叶片中均显著下调表达，qRTPCR检测也显示VrERF7/62的表达受干旱胁迫诱导显著下调。【结论】推测VrERF7/62可能在绿豆干旱胁迫响应过程中起负调控作用，结果也为绿豆AP2/ERF家族基因的抗逆性表达及基因功能研究奠定了基础。     

条锈菌诱导的小麦TaOZR的克隆及特征分析

【目的】克隆受条锈菌诱导的小麦OZR,研究其在小麦抗条锈病防御反应及非生物胁迫过程中的作用。【方法】通过电子克隆及RT-PCR方法,从条锈菌侵染的小麦水源11中分离出1个编码OZR的cDNA序列。利用生物信息学对cDNA序列及其编码的蛋白序列进行分析;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析该基因在小麦与条锈菌互作、外源激素处理以及非生物胁迫下的诱导表达情况。【结果】获得小麦OZR,命名为TaOZR。其ORF长240 bp,编码79个氨基酸;蛋白序列理论分子量8.67 kD,等电点9.34;具有信号肽和跨膜区,可能为分泌蛋白;与水稻OZR相似性达76%;TaOZR受条锈菌诱导后在亲和互作中差异不显著,在非亲和互作中诱导表达;外源植物激素水杨酸、乙烯、脱落酸、茉莉酸均诱导TaOZR的积累并上调表达;低温、干旱、高盐非生物胁迫下TaOZR表达差异不显著。【结论】首次克隆到一个条锈菌诱导的小麦TaOZR,TaOZR可能通过水杨酸、乙烯、脱落酸和茉莉酸信号途径协同参与小麦对条锈菌的早期防御。     

小麦逆境胁迫相关基因Ta14S的克隆及表达分析

【目的】克隆与逆境胁迫相关的基因,通过对目的基因的表达分析进一步解析植物的抗逆机制,为小麦抗逆育种提供候选基因和理论依据。【方法】基于cDNA芯片数据获得的水分胁迫诱导上调表达基因EST序列,运用RACE技术进行cDNA全长克隆,采用生物信息学软件分析克隆基因的编码蛋白特性,并利用实时荧光定量PCR分析该基因在不同组织及不同胁迫处理条件下的表达模式。【结果】通过RACE扩增获得小麦cDNA全长序列（GenBank登录号：JN650603）,命名为Ta14S。该基因序列全长为1 056 bp,其中,5′端非编码区11 bp,3′端非编码区253 bp,开放阅读框为792 bp,编码263个氨基酸。序列比对发现其蛋白质序列包含1个蛋白激酶C的底物结构域、1个类膜蛋白结合域、1个转录因子结合域和1个核输出信号结合域,具有植物14-3-3蛋白的结构特征;运用实时荧光定量PCR进行Ta14S表达分析,该基因在小麦苗期根中表达量最高,在PEG和低温胁迫的任何时间点均稳定上调表达,在ABA和高温胁迫的6 h内其相对表达量均显著高于对照,推测Ta14S可能参与小麦ABA信号通路中对逆境胁迫的抗性反应。【结论】获得小麦Ta14S的全长cDNA序列,其编码蛋白包含与蛋白质互作的典型功能域;通过对Ta14S在干旱、高温、低温、ABA胁迫过程中的表达特性分析表明,Ta14S在小麦逆境胁迫中发挥着重要的调控功能。     

两个小麦LEA基因的特征及其对非生物胁迫的响应

【目的】分析小麦LEA基因TaLEA4和TaLEA5及其编码蛋白的特征,比较它们在干旱、高盐、热和冷胁迫过程中的表达模式,探讨这两个LEA基因在小麦抗逆调控过程中的生物学功能,为其在小麦抗逆分子育种中的应用提供理论依据。【方法】利用RT-PCR技术克隆小麦的LEA基因,通过生物信息学方法分析克隆基因及其编码蛋白的结构特性,采用qRT-PCR技术检测克隆基因对ABA及非生物胁迫的响应模式。【结果】克隆了2个包含完整编码框的小麦LEA基因TaLEA4和TaLEA5,分别编码180和163个氨基酸,推断其分子量分别为18.8和16.9 kD,理论等电点分别为5.6和7.2。基因组序列分析发现,2个LEA基因中均包含1个100 bp的内含子。氨基酸序列分析发现,这两个LEA基因编码蛋白均富含极性氨基酸（约占整个氨基酸序列的71%）,具有较强的亲水性。结构域分析显示,TaLEA4和TaLEA5蛋白中均包含1个典型的LEA_4（pfam:02987）保守域,属于LEA_4类蛋白。蛋白质高级结构分析显示,α-螺旋分别占TaLEA4和TaLEA5蛋白的96.7%和96.3%,并可形成弓形的空间结构;在TaLEA4中,检测到1个配体PEV（C₃₉H₇₈NO₈P）的结合位点,而在TaLEA5中存在2个这样的配体结合位点。表达特性分析显示,2个LEA基因均可被植物激素ABA诱导而上调表达,其中,TaLEA4的表达水平显著高于TaLEA5;TaLEA4在干旱、高盐和高温胁迫过程中均受胁迫诱导而迅速上调表达,但TaLEA5却只受干旱胁迫的诱导,且其表达水平显著低于TaLEA4;2个LEA基因对冷胁迫均无响应;干旱和高盐胁迫过程中,TaLEA4在根系中的诱导表达水平显著高于叶片,而热胁迫过程中该基因在叶片中的表达水平要显著高于根系,这可能与根系直接感受渗透胁迫而叶片直接感受热胁迫有关。【结论】小麦TaLEA4和TaLEA5均属于LEA基因家族的LEA_4亚类,具有较强的亲水性,它们属于依赖于ABA胁迫响应基因调控网络;TaLEA4可能在干旱、高盐和热胁迫过程中均发挥重要功能,TaLEA5仅参与小麦对干旱胁迫的响应,其作用要弱于TaLEA4。