应答非生物胁迫的植物转录因子

非生物胁迫严重制约着植物的生长和发育。影响植物的水分状态，使植物缺水遭受伤害。近年来．从高等植物中已经分离出一系列调控非生物胁迫相关基因表达的转录因子．通过转录因子之间以及与其他相关蛋白之间的相互作用，激活或抑制非生物胁迫因子诱导的基因表达。文章介绍了调控非生物胁迫相关基因表达的植物转录因子的研究现状、研究方法及前景。     

植物bZIP转录因子在非生物胁迫中的作用

非生物胁迫因子如干旱、高温、低温和盐碱等严重影响着植物的生长发育,碱性亮氨酸拉链(bZIP)类转录因子与非生物逆境胁迫响应有密切关联。综述了植物bZIP类转录因子在应答非生物逆境胁迫中的作用及研究进展。     

植物非生物胁迫应答相关转录因子研究进展

非生物逆境胁迫严重危害农作物的生产,并且转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫方面起重要作用,而利用基因工程手段过量表达植物中与抗逆相关的转录因子,可提高下游多个植物抗逆基因的表达,从而提高植物的抗逆能力,因而转录因子受到广泛的关注,由此综述乙烯应答元件结合因子(AP2/EREBP)、MYB、WRKY、碱性亮氨酸拉链家族(bZIP)和HSFs五种植物应答非生物胁迫相关转录因子的结构特点、功能,以及它们在植物应答非生物胁迫方面的研究成果。     

MYB转录因子在植物非生物胁迫中的研究进展

MYB转录因子广泛存在于真核生物中,是一类数量较多、功能多样的转录因子家族。近年来,随着科研技术水平的提高,MYB转录因子家族在调节植物对环境胁迫的响应中得到了较为深入的研究。文中论述了MYB转录因子的结构和功能,以及与植物非生物胁迫相关抗性的研究进展。     

3个玉米WRKY转录因子在非生物胁迫下的表达分析

为进一步研究WRKY转录因子在玉米生长发育及逆境胁迫过程中的作用,通过生物信息方法,从玉米基因组中得到3个同源性较高的WRKY家族基因:ZmWRKY1-like、ZmWRKY4-like、ZmWRKY21-like。同时,采用荧光定量PCR技术分析这3个基因在玉米不同组织及不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,3个基因在玉米的不同器官中都有表达,但具有组织表达特异性。200mol/L NaCl胁迫处理后,ZmWRKY21-like基因呈上调表达;200g/L PEG6000胁迫处理后,ZmWRKY1-like基因出现下调表达;4℃低温胁迫下,3个基因的表达都没有出现显著变化。上述结果表明,ZmWRKY1-like和ZmWRKY21-like基因可能分别参与玉米植株对干旱和盐胁迫的响应。     

植物WRKY转录因子在非生物胁迫下的研究进展

WRKY转录因子家族是高等植物十大转录因子家族之一,在植物逆境胁迫响应中发挥了重要作用。综述了植物中WRKY转录因子在非生物胁迫下的功能,主要包括温度胁迫(高温胁迫和低温胁迫)、水分胁迫(干旱胁迫)和盐胁迫等胁迫下的研究进展。     

植物WRKY转录因子在非生物胁迫下的研究进展

WRKY转录因子家族是高等植物十大转录因子家族之一,在植物逆境胁迫响应中发挥了重要作用。综述了植物中WRKY转录因子在非生物胁迫下的功能,主要包括温度胁迫(高温胁迫和低温胁迫)、水分胁迫(干旱胁迫)和盐胁迫等胁迫下的研究进展。     

MYB转录因子参与植物非生物胁迫响应与植物激素应答的研究进展

基因的时空表达受转录因子的精确调控。植物在面对不利环境因素比如高温、低温、干旱、盐碱等胁迫时其细胞生理生化会迅速地从“舒适”状态转变进入“胁迫响应”状态。这种快速响应的状态转变依赖于植物对胁迫信号的感知及传递、激素通路(脱落酸、茉莉酸等)的激发、转录因子的活化等复杂的过程;最终植物通过胁迫相关基因的表达、次生代谢转变、抗氧化物质的积累等实现胁迫条件下细胞内环境的再平衡从而获得生存。植物MYB(v-MYB avian myeloblastosis viral oncogene homolog)转录因子就是上述转变中的重要参与者。本文介绍了植物MYB转录因子的结构特征、分类,综述了近些年来MYB转录因子与非生物胁迫,以及植物激素应答过程相关的研究进展。     

棉花3个脂肪酸碳链延长基因的cDNA克隆和表达分析

【目的】克隆棉花脂肪酸合成碳链延长的3个重要基因,分析它们的基因表达及其对逆境胁迫的反应,为棉花高油分育种和抗逆育种提供候选基因。【方法】采用同源克隆的方法,克隆陆地棉脂肪酸合成碳链延长3个重要基因GhKAR、GhHAD和GhENR的cDNA全长;应用生物信息学方法,分析克隆基因编码蛋白的特性;通过RT-PCR,分析目标基因的组织表达特征、时空表达水平和非生物胁迫条件下的表达特性。【结果】GhKAR和GhENR属于NADB Rosemann超基因家族,GhHAD属于hotdog超基因家族;GhKAR、GhHAD和GhENR的cDNA全长分别为1 119、906和1 318 bp,分别编码283、221、394个氨基酸;它们在根、茎、叶及胚珠发育不同时期均有表达。3个基因在高油材料中的基因表达水平都高于低油材料;20DPA（days post anthesis）到30DPA是高低油材料油分积累的主要时期,而30DPA到成熟期是高低油材料油分含量差距产生的关键时期。20DPA低油材料3个基因均有一个表达低值,高油材料基因表达量则持续升高;30DPA时表达量达到最高,其中,对于GhHAD和GhENR的表达量,棉花高油材料为低油材料2倍以上。不同非生物胁迫的诱导表达分析表明,GhKAR、GhHAD和GhENR都不同程度地受低温诱导,GhKAR和GhHAD在ABA诱导时上调表达,但都不受MeJA诱导表达;而GhENR在MeJA诱导2 h时上调表达,之后逐渐下调,受ABA诱导不明显。【结论】获得了GhKAR、GhHAD、GhENR 3个基因cDNA全长,通过基因表达特征分析,3个基因的表达可能对种子油分积累起着重要作用,同时在棉花抗逆方面也起一定的生理作用。     

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。     

棉花脱水素GhDHN1的克隆及其表达

【目的】通过对棉花脱水素基因结构特征及其在低温胁迫下表达模式进行分析,探讨脱水素在棉花响应低温过程中的功能,为棉花抗冷育种提供理论基础。【方法】以棉花抗冷品种豫2067为试验材料,根据棉花陆地棉基因组序列查找已知脱水素（dehydrin,Dhn）基因的CDS序列,利用Primer5软件设计引物,克隆该基因,并命名为GhDHN1;采用生物信息学方法分析其蛋白质性质、氨基酸含量特征、功能结构域、系统进化树;选择XbaⅠ和SmaⅠ酶切位点对植物表达载体pBI121::GFP进行双酶切,采用In-Fusion连接技术构建融合蛋白瞬时表达载体pBI121-GhDHN1::GFP;分析其在洋葱表皮细胞中的瞬时表达,进行亚细胞定位;利用抗冷材料豫2067在三叶期对低温处理（4℃,24 h）前后的叶片和根系进行转录组测序,筛选差异表达基因;在三叶期时分别对豫2067（抗冷品种）和衡棉3号（冷敏感品种）进行低温（4℃,24 h）处理,利用实时荧光定量方法分别比较根、茎、叶中GhDHN1表达量,对该基因在2个抗冷差异材料叶中的表达量进行比较;对豫2067进行不同时间低温（4℃）处理,分析GhDHN1在叶片和根中的动态表达模式。【结果】该基因全长为726 bp,开放阅读编码框为636 bp,编码211个氨基酸,预测分子量为23.79 kD,等电点为5.04,富含谷氨酸（26.10%）和赖氨酸（19.40%）,不含色氨酸,半衰期为30 h,蛋白呈酸性,带负带荷,带负电荷的残基总数为60%;GhDHN1的二级结构α螺旋（Alpha helix）包含116个氨基酸残基,占54.98%,组成该蛋白的主体结构,无规则卷曲（Random coil）的氨基酸残基有87个;GhDHN1位于陆地棉D亚组第9染色体（Dt_chr9）上,在cDNA的259-348位置上含有一个长度为90 bp的内含子,2个外显子长度分别为258和378 bp;SMART和CDD分析表明该氨基酸序列含有2个保守的富含赖氨酸的K片段和1个保守的富含丝氨酸S片段,具有亲水素蛋白结构域pfam00257,表明该蛋白为K2S型脱水素;系统进化树分析表明,陆地棉亲水素GhDHN1与可可亲缘关系最近;洋葱表皮细胞中瞬时表达分析表明,GhDHN1蛋白主要定位在细胞膜附近。转录组分析表明,该基因在棉花三叶期叶片和根中,受低温处理后上调表达;荧光定量PCR分析表明,GhDHN1在4℃低温胁迫24 h后,在叶片、茎、根中均上调表达,在叶中上调表达倍数最大,在低温处理4 h和24 h时叶片中有2个表达高峰,在低温处理6 h和12 h时在根中有2个表达高峰,在抗冷材料叶片中的表达是冷敏感材料的2.47倍,说明该基因可能参与了棉花对低温的适应性调控。【结论】陆地棉GhDHN1属于典型的K2S型脱水素,与可可亲缘关系最近。该基因响应低温胁迫,在抗冷材料和冷敏感材料中表达差异显著,其表达量与棉花的抗冷性呈正相关,可以作为筛选不同抗冷材料的标记,同时可以作为重要的候选基因来培育棉花抗冷新材料。     

海岛棉与陆地棉不同纤维发育时期苯丙烷代谢相关基因表达差异比较

[目的]比较研究在海岛棉与陆地棉纤维发育过程中苯丙烷代谢相关基因(PAL和4CL)表达模式的差异.[方法]利用荧光定量PCR,检测不同品种来源纤维在不同发育时期目的基因表达量.[结果]发现PAL1及4CL1基因的表达量随纤维发育天数的增加而增加,在陆地棉军棉1号中,基因表达量在15 DPA达到最高,而在海岛棉新海20号中PAL1及4CL1基因的表达高峰期则为20DPA.[结论]发现PAL1基因与4CL1基因的表达模式在海岛棉与陆地棉纤维发育过程中出现差异,海岛棉中两个基因的表达高峰期均晚于陆地棉,为逐步揭示海岛棉和陆地棉纤维品质差异的分子机理奠定了一定实验基础.     

35SP-rolB基因在棉花转基因系基因组中转录稳定性研究

以8个T7代的棉花35SP-rolB转基因系为材料,通过提取转基因株系及对照植株叶片总DNA和总RNA,对各个转基因株系分别进行PCR检测和Northern杂交,研究转基因的遗传稳定性和转录稳定性.结果表明,35SP-rolB目的基因和NPT Ⅱ选择标记基因在经过对转基因系的连续多代定向选择后,在各个转基因系基因组中都...     

基于形态模型的棉花（Gossypium hirsutum L.）虚拟生长系统研究

 【目的】基于棉花形态器官形成过程的定量描述,模拟棉花三维生长过程,为虚拟棉作研究提供技术基础。【方法】基于2005－2006年棉花品种、播期、氮素、水分和DPC化控试验,将系统分析方法和数学建模技术应用于棉花植株的形态建成,通过对棉花形态数据的定量分析,构建了棉花形态建成模型,主要包括：主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径等模型。结合OpenGL技术,在Visual C++6.0平台上实现了棉花虚拟生长系统VGSC（virtual growth system for cotton）。【结果】棉花形态模型采用Logistic方程描述各器官尺寸随GDD（生长度日,℃?d）、氮素、水分及DPC的动态变化过程,利用2006年的试验数据对模型进行检验,棉花主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径的观测值与模拟值的根均方差分别为0.85、0.82、0.87、0.57、0. 086、0.65、0.74、0.8、0.73、0. 016、0.36和0.4 cm,模型预测性好。此外,以NURBS（non-uniform rational B-spline, 非均匀有理B样条）曲面模拟棉花叶片及棉铃形状,以圆柱体实现茎（节）可视化表达,构建的虚拟生长系统主要包括模型库、数据库和人机界面。【结论】用户输入系统所需的相关参数值,就可较好地模拟显示棉花器官、个体和群体的三维动态生长过程。