热激信号转导中的钙-钙调素途径

大量证据证明钙-钙调素(Ca2+-CaM)信号系统参与植物的热激信号转导.用激光共聚焦扫描显微镜研究小麦胞内Ca2+浓度的变化,37℃热激可引起小麦胞内自由Ca2+浓度的迅速提高.在Ca2+存在条件下,热激也引起小麦CaM基因CaM1-2的表达及细胞内CaM蛋白含量的提高.用CaCl2处理小麦幼苗明显提高小麦热激基因hsp26和hsp70的表达和热激蛋白的合成,而Ca2+的螯合剂EGTA,Ca2+通道阻断剂异博定和LaCl3、CaM抑制剂W7、TFP和CPZ明显降低了热激基因hsp26和hsp70的表达和热激蛋白的合成.EGTA、易博定、TFP或CPZ的处理也阻止小麦耐热性的获得.小麦CaM基因与热激基因的表达动力学研究表明CaM位于热激信号转导的上游,而Ca2+是热激启动的胞内关键因子.凝胶阻滞分析提出Ca2+-CaM在热激信号转导中的作用是通过激活热激转录因子的DNA结合活性来实现的.提出在植物细胞内存在一条新的热激信号转导途径钙-钙调素途径.     

棉花6个小分子质量热激蛋白基因的序列、表达与定位

利用棉花纤维cDNA文库, 分离到6个小分子质量的热激蛋白基因。序列结构分析发现, 它们分别属于3种不同类型的小热激蛋白。RT-PCR分析表明, 它们在棉花体内具有不同的转录表达特征, 可能行使不同的功能, 它们的转录与棉花特定的发育阶段相关, 线粒体小热激蛋白和细胞质I类小热激蛋白基因受纤维启始和分化的调控, 而细胞质II类小热激蛋白与棉花叶片的生长发育相关。利用本实验室的四倍体棉花遗传图谱, 对这6个小热激蛋白基因进行定位, 其中3个被定位在A4、D8和A6染色体上。     

逆境下水稻(Oryza sativa L.)rHsp90基因的克隆及功能分析

本研究中,利用差异显示法,在碳酸盐逆境下,从水稻(OryzasativaL.)根的cDNA文库中克隆得到了水稻热激蛋白90基因(rHsp90,GenBankAccessionNo.AB037681)。Northern杂交结果表明,在水稻根中,rHsp90基因的转录水平在包括盐(NaCl,NaHCO3和Na2CO3),PEG,高pH(pH8.0和pH11.0)以及热激(50℃)逆境下,都受到了不同程度的诱导。同时,适量表达rHsp90基因的酵母(Saccharomycescerevisiae)在各种盐逆境以及热激逆境中,生长状态要好于对照。对转水稻rHsp90基因烟草的抗盐(NaCl,NaHCO3)分析表明,转基因烟草的生长势要好于野生型烟草。通过以上研究表明,水稻rHsp90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。     

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。     

黄瓜响应高温胁迫转录组分析

为了挖掘参与黄瓜热激反应的基因,进一步探索黄瓜的耐热分子机制,本研究以华北型黄瓜品种‘9930’的幼苗为试验材料,对其进行42℃的高温处理,并在处理0、3和6 h后取幼苗的叶片进行转录组测序,分析黄瓜响应高温胁迫的差异表达基因。结果表明与对照热处理0 h相比,在热处理3 h和热处理6 h后共同差异表达的基因有6 082个,其中上调表达的有3 245个,下调表达的有2 388个。GO和KEGG富集分析结果表明这些差异表达基因主要参与代谢途径和蛋白质的合成途径。在差异表达的基因中,有许多Hsp家族的基因,包括Hsp20、Hsp70和Hsp90,并且这些基因受热胁迫诱导上调表达,说明这些基因可能在黄瓜热激反应中发挥正向调节功能。此外,许多转录因子的表达水平也受热诱导而提高,主要包括AP2、MYB、WRKY、b HLH和HSF类转录因子。本研究对黄瓜响应高温胁迫的转录水平变化进行了初步分析,进而挖掘出黄瓜耐热候选基因,将有助于进一步研究黄瓜的耐热分子机制。     

甜菜ERF转录因子基因克隆及非生物胁迫响应分析

ERF(Ethylene-responsive element binding factors)是调控植物生长发育和响应胁迫的重要转录因子，在植物应对生物及非生物胁迫反应、调控胁迫相关功能基因的表达、提高植物的抗逆性中起着重要的作用。分析甜菜ERF转录因子基因在非生物胁迫下的表达规律，旨在为深入研究ERF转录因子在甜菜逆境胁迫应答中的作用机制提供理论依据。本研究以高糖型甜菜品系‘BS02’为试材，利用RT-PCR方法克隆得到Bv＿ammr基因，并对其进行生物信息学分析。该基因CDS区长906 bp，编码301个氨基酸。蛋白质分子量为33.19 kD，理论等电点为8.61，其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主，具有一个AP2保守结构域；氨基酸序列的同源性和进化树分析显示其编码蛋白与马兜铃菌毛所编码的蛋白亲缘关系较近。采用实时荧光定量PCR方法观测非生物胁迫下该基因表达模式，结果表明，Bv＿ammr基因对低温、高温、干旱、盐、ABA等非生物胁迫有不同程度响应。     

中国辣椒低温响应转录因子CBF全基因组鉴定与分析

CBF (C-repeat binding factor)转录因子在植物应对低温等非生物胁迫和提高耐寒性中发挥着重要作用。为了探究中国辣椒(Capsicum chinense Jacq.) CBF基因家族的基本特性,利用生物信息学方法,在中国辣椒基因组中鉴定获得8个CBF基因家族转录因子,对其理化性质、蛋白结构、系统发育、作用元件和基因转录进行了分析。结果表明,8个CBF蛋白长度为156～290 aa,蛋白分子量为17.75～32.21 kD;这些蛋白均包含AP2结构域。系统发育分析表明,中国辣椒8个CBF基因可分为两个亚组,其中A组包含7个基因,B组仅包含1个基因。表达分析表明,8个CBF基因对低温冷胁迫均有不同程度的响应。研究结果概括了中国辣椒CBF基因家族的基本特性,为CBF转录因子的深入研究和应用积累了基础数据。     

苹果Hsf家族成员的序列特征、表达与进化分析

为全面了解苹果基因组中热激转录因子(Hsf)的序列特征及进化,采用生物信息学手段,在苹果全基因组水平上鉴定出50个MdHsf基因,并对其系统发育关系、序列特征、表达情况以及选择压力进行详细分析。系统发育与序列分析显示:与拟南芥和水稻相似,50个MdHsf基因可分为A、B、C 3个亚族;2个或多个MdHsf基因位于同一个末端进化支,说明该基因家族在苹果中发生了物种特异性扩增;尽管MdHsf基因的内含子数目和长度变异较大,但其蛋白的保守基序和功能结构域具有较高的保守性,这可能与功能约束有关。基于EST数目,可推知:除了MdHsfA2a和MdHsfA3a/b/c等14个基因没有相应的EST外,其余72%的基因都有转录活性。选择压力检测和结构建模分析显示:在36个MdHsf蛋白的选择压力检测中,位点模型未鉴定到正选择位点的存在;而在显著水平下(P0.05),分支-位点模型在d和e进化分支上,共检测到5个正选择位点,它们是28R、30L、35D、51M、67V,其中28R和30L位于Hsf结构域中,35D、51M和67V位于Hsf结构域之外,这说明除了MdHsfA4d/e和MdHsf C1a/b发生快速进化外,其他成员受控于纯净选择,具有高度保守性。综合以上研究结果,苹果基因组中存在多种热激转录因子,其蛋白的保守基序和功能结构域具有较高保守性,大多具有转录活性,在进化上该家族受纯净选择主导。     

梭梭热激因子家族基因HaHsfA5的鉴定及其在高温胁迫记忆中的表达

植物能够对经历过的高温胁迫产生"胁迫记忆",从而更好地适应反复发生的高温胁迫。鉴定梭梭热激因子基因HaHsfA5序列和结构特征,分析其在梭梭幼苗高温胁迫记忆中的表达规律,对梭梭高温胁迫适应性研究有重要理论价值。本研究内容包括:以反转录PCR克隆HaHsfA5读码框全长序列;以在线生物信息学工具预测HaHsfA5的蛋白理化参数、蛋白结构域和基元;进行HaHsfA5的序列比对和进化树分析;以qRT-PCR分析HaHsfA5在高温胁迫记忆中的表达。生物信息分析显示HaHsfA5为分子量较小、不稳定、亲水的HSFs家族A亚族蛋白,与甜菜、菠菜、藜麦的Hsf A5有较近亲缘关系。qRT-PCR分析显示经过高温胁迫锻炼的梭梭幼苗在高温胁迫处理下HaHsfA5表达显著上调,而正常条件下生长的梭梭幼苗在高温胁迫处理下其表达并未显著上调。综合Ha HsfA5的结构特征和表达规律,提示HaHsfA5功能可能与梭梭幼苗的高温胁迫记忆有关。本研究为进一步分析Ha Hsf A5在梭梭幼苗高温胁迫记忆中的功能提供研究基础,对梭梭耐高温品系选育和耐逆机制研究可能具有推动作用。     

基于转录组测序的苦瓜热激蛋白相关基因分析

为获得苦瓜叶片高温胁迫状态下表达的相关基因,本研究以高温胁迫下苦瓜叶片为实验材料,采用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术对正常温度(26℃)和高温胁迫(38℃)下苦瓜叶片转录测序后进行组装,再利用KEGG、Pfam、Swiss-Prot和NR数据库平台对热激蛋白的相关功能基因筛选,共获得24个热激蛋白相关基因,包括得20个热激蛋白基因、2个位于叶绿体中的小热激蛋白以及2个热激转录因子。聚类分析研究表明,涉及到热激蛋白相关的20个Unigene广泛分布于3大类中,其中c42567和c43094这两个亲缘关系最近;两个小热激蛋白c42963和c12133的亲缘关系次之;c35683和c3040两个热激转录因子亲缘关系最远。通过本次研究中获取的24个热激蛋白相关Unigene信息,有助于深入研究苦瓜耐高温胁迫机理等提供数据信息。     

转ER-sHSP基因番茄植株的耐盐性检测

热激蛋白在植物应对各种环境胁迫的应答中执行重要的功能并存在交叉保护现象。前期结果表明内质网小分子热激蛋白（ER-sHSP）的过量表达能够显著增强转基因番茄的抗冷能力,为继续深入研究ER-sHSP的生理功能,本文对高盐胁迫下转ER-sHSP基因番茄的耐受性进行了检测,结果显示：与对照相比,转基因番茄抗性表型明显,持有较高的植物干鲜重,脯氨酸含量大幅度提高,SOD酶活性增加明显,而MDA含量和电导率则较低。说明ER-sHSP的过量表达提高了转基因番茄的抗盐胁迫能力     

昆虫响应非生物胁迫——表达热休克蛋白策略的研究进展

在昆虫体内大量表达的热休克蛋白(Hsps)对昆虫生存是重要的调节者。昆虫对环境中出现的非生物胁迫如热激,紫外照射,化学,农药等的应答方式是诱导表达不同的Hsp。本研究综述了面对各种非生物胁迫,昆虫采取表达热休克蛋白的策略,以及Hsps在昆虫生存中所涉及的管理与调节作用的相关信息,还特别归纳了HSPs在重要经济昆虫家蚕中的研究,以期为进一步研究其细胞机制及在生物学,生理及分子进程的特殊功能作用提供参考。     

作物耐热生理基础与基因发掘研究进展

热胁迫是农作物生产中的环境限制因子,影响作物生长发育并导致农作物减产与降低农产品品质。作物耐热性生理生化、基因发掘与分子机制研究将为农业生产与耐热新品种培育奠定基础。综述了热胁迫逆境对作物营养生长阶段和生殖生长阶段的影响,重点阐述了开花期与子粒灌浆期等作物产量形成关键时期受热害时作物的生理与发育,介绍了作物主要的4种热响应方式,即膜流动性改变、蛋白质解折叠、细胞骨架解聚和代谢物变化,总结了Hsf热激转录因子的调控与耐热分子机制,并展望了应用生物技术创制作物耐热新种质与遗传改良的可行性。本文为作物耐热性生理基础、基因发掘、分子机制与育种途径等研究提供参考。