植物根组织内生细菌多样性及其促生作用

随着植物微生态系统研究的不断深入,内生细菌的存在和作用已得到广泛共识。内生细菌在植物不同器官分布数量存在显著差异。根内生细菌数量远远超过其他植物器官,具有寄主植物多样性和种属多样性特征,是多种生物因素和非生物因素共同作用的结果。内生细菌可利用风、土壤颗粒、水、农业器具等多种外力条件和人类、鸟、昆虫、线虫等多种媒介从根际土壤定殖在寄主植物根内部,具有溶磷、产生植物激素、固氮、合成铁载体、诱导植物产生抗性、产生抗真菌代谢产物等多种生物功能。笔者对根内生细菌多样性、定殖过程、促生作用及应用前景几方面进行综述,目的在于深入了解植物根组织内生细菌资源,为植物内生菌资源开发利用提供参考。     

碳酸氢盐胁迫对拟南芥根部基因表达的影响

土壤碱胁迫是农作物生长的独特而严重的威胁,对于碱胁迫信号感知、转导和响应的机制,目前仍不清楚。本研究充分利用拟南芥丰富的生物信息资源,对比拟南芥在对照和碱胁迫两种处理下根系转录组的基因表达差异,发现碱胁迫诱导下拟南芥根系3 729个基因表达,抑制了3 828个基因表达。GO和KEGG富集分析表明,钙离子响应和氧化还原平衡等过程在拟南芥碱胁迫响应过程中起重要作用。此外,本研究还发现丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶和钙调蛋白类蛋白等基因与拟南芥碱胁迫反应密切相关。本研究以拟南芥为材料进行系统分析,充分利用了拟南芥丰富的基因资源,为深入了解植物应对碱胁迫的机制提供了理论基础。     

异源表达细菌二氢喋呤合成酶基因提高拟南芥叶酸含量的研究

植物是人体叶酸的重要来源,人体缺乏叶酸会导致贫血、新生儿神经系统疾病,还与心血管病及某些癌症的发病有关,因此提高食用作物中叶酸的含量是代谢工程的研究目标之一。本研究将从细菌中分离到的编码二氢喋呤合成酶（DHPS）基因FolP,由35S启动子驱动在拟南芥线粒体中过量表达,获得了转基因植株,转基因植株叶酸总含量比野生型对照提高了48%,表明DHPS酶对植物叶酸的合成起着调控作用。     

拟南芥RBCS-1A基因受光调节表达模式及其启动子遗传转化应用评价

RBCS编码光合碳同化关键酶核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的小亚基, 是控制植物光合作用的重要基因之一。本研究利用实时荧光定量PCR技术分析拟南芥RBCS-1A受光调节表达模式, 结果表明, AtRBCS-1A表达受光诱导, 同时具有组织表达特异性; 运用生物信息学手段分析发现, 该基因启动子序列中存在多个参与光应答的顺式作用元件; 采用PCR技术从拟南芥基因组中分离到长度为1 691 bp的AtRBCS-1A启动子片段, 将该片段与GUS报告基因融合构建植物表达载体并转化野生型拟南芥, 对获得的转基因植株进行GUS染色, 结果显示, AtRBCS-1A启动子是光诱导型和组织特异型启动子。以上结果初步证明, AtRBCS-1A启动子应用于植物遗传转化切实可行, 具有重要应用价值。     

橡胶树HbDAHPS基因过表达对拟南芥抗逆性的影响

莽草酸途径与植物的抗逆相关,研究莽草酸途径中的关键酶,有助于了解莽草酸途径在整个植物抗逆过程中的作用机制。3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸合成酶(DAHPS)是莽草酸途径七个酶促反应中的第一个关键酶,在控制分支酸的合成中有着十分重要的作用,为明确橡胶树HbDAHPSS在响应非生物胁迫中的功能,将HbDAHPSS在拟南芥中进行了过表达,对单拷贝转基因株系进行低温、干旱、盐害等胁迫处理,结果表明,橡胶树HbDAHPSS的过表达增强了拟南芥植株的抗旱性、抗盐性和抗寒性。     

钙对拟南芥耐盐性的调节

已有报道钙作为植物生长的大量元素和胞内重要的第二信使缓解植物的盐害,但在不同Na⁺/Ca²⁺条件下对它们之间的相互作用及生理机制的研究报道很少。为了进一步探讨Ca²⁺对植物耐盐性的调节作用,本研究用外加不同浓度CaCl2-NaCl的固态和液态培养基对拟南芥的形态和生理生化的多项指标进行了     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp. Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害。miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miRNA成熟序列为探针,对‘中林46’杨接种细菌性溃疡病后的差异表达基因进行了miRNA的靶基因预测。共筛选出杨树127个miRNA家族的276个miRNA对应的566个靶基因,涉及植物病原互作、植物激素信号传导和苯丙素生物合成等多个途径,表明miRNA参与了杨树对细菌性溃疡病菌侵染的响应。结合靶基因的GO分析、KEGG通路富集和基因功能注释,发现miR482、miR6459、miR7812、miR7835和miR396等通过靶定RPS2、NBS-LRR、AUX1、CCR、Ca2+跨膜运输蛋白编码基因,参与调控杨树对病菌侵染的响应。miR7835靶定的9个差异表达基因中有6个基因均编码苯丙素生物合成途径通路中的CCR酶,推测其可能影响杨树木质素合成,进而参与杨树对病菌侵染的防御反应。本研究发现的miRNA:mRNA调控基因对,丰富了林木抗病分子育种的基因资源,为林木抗病分子调控机制的研究提供了新的线索。     

拟南芥ERECTA基因的研究进展

ERECTA是从拟南芥La-0(Landsberg)中分离出来的一个类受体激酶,它可以与多种基因相互协作控制植物器官的形态建成。其拟南芥突变体Ler(Landsberg erecta)被广泛应用于分子遗传学研究。目前已有文章报道该基因在花序结构,叶片形态,气孔发育,抗病性等方面具有重要的作用。随着分子生物学与遗传学的发展,ERECTA基因新的功能被逐渐发现。本文综述了ERECTA基因在拟南芥的分生组织,叶,花以及生物与非生物胁迫等方面的功能。     

过量表达水稻EPFL家族基因影响拟南芥气孔的发育

气孔由两个保卫细胞围合而成是植物重要的与外界气孔交换的器官,其在发育过程中受到环境与内部因素的控制,表皮原母细胞由一次不对称分裂开始经过一系列分化,最终形成2个保卫细胞并形成气孔。最近在对EPFL家族基因(epidermis patenting factor like,EPFLs)研究中,发现EPFLs编码的小肽可能在气孔发育中起到调节作用,特别是对气孔密度及在气孔系细胞发生与发展都有调节作用。本研究利用生物信息学方法,比对了水稻(Oryza sativa)基因组,找到与拟南芥(Arabidopsis thaliana)同源的水稻EPFLs基因,构建载体转化拟南芥,以拟南芥为表型研究对象,研究水稻EPFLs在调控气孔形成过程中可能起到的作用,研究发现水稻EPFLs也具有调节气孔发育的作用,其中与Stomagen同源的Os01g0914400水稻基因的表型与拟南芥Stomagen表型非常相似,过表达都增加了气孔的数量与密度,水稻EPFLs中有3个基因Os04g0637-300、Os03g0672500、Os04g0457700转化拟南芥后表现气孔密度显著减少,研究说明水稻中也有调节气孔发育的相关基因,可能对水稻气孔发育与分布密度有影响作用。     

过量表达棉花GhACO2基因增强拟南芥抗逆性研究

乙烯在植物生长发育过程中起到非常重要的作用,ACO基因对于细胞内乙烯的合成起到关键的作用,然而乙烯在植物响应非生物胁迫方面的功能有很大的未知性。研究通过PCR方法从棉花基因组中克隆获得GhACO2基因,构建了植物过量表达载体p35S::GhACO2,通过花序侵染法转化拟南芥,用卡那霉素对转化植株进行初步筛选,进一步对阳性植株进行PCR和GUS组织化学分析检测,结果表明,在转基因拟南芥叶片中有很强的GUS活性,茎和根有微量表达;GhACO2基因已经整合到拟南芥基因组中,成功获得转基因拟南芥。经过纯合筛选后获得转基因T2代拟南芥植株,利用NaCl和PEG6000对T2代植株进行盐胁迫和干旱胁迫处理,结果显示,与野生型拟南芥相比,转GhACO2基因拟南芥对盐胁迫和干旱胁迫的耐受性显著性的增强。研究结果为进一步探讨GhACO2的生物学功能和利用基因工程技术进行转基因育种质奠定了基础。     

GbTCP10基因植物表达载体的构建及拟南芥转化

TCP转录因子广泛参与植物细胞生长和增殖调控,本研究构建海岛棉GbTCP10基因沉默和过量表达植物表达载体。以GbTCP10基因pGEM-T Easy-GbTCP10质粒为模板进行PCR扩增,连接至植物表达载体pCAMBIA3301中,再利用冻融法和热激法转到农杆菌GV3101菌株中,通过农杆菌浸染法转化拟南芥植株,初步证明已获得海岛棉GbTCP10基因的拟南芥。利用重叠PCR方法替换拟南芥At-MIR319的成熟链和互补链序列,构建含有amiRTCP10前体的植物表达载体amiRTCP10-pCAMBIA3301,本试验结果有助于进一步研究海岛棉GbTCP10基因的生物学功能和棉花纤维发育机制。     

玉米ZmMGT12基因的表达分析及拟南芥遗传转化

CorA/MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白在植物镁离子吸收、转运、分配中有着重要作用。为了探究一个编码蛋白定位于叶绿体的玉米镁离子转运蛋白基因Zm MGT12的功能,对其表达模式、表达量与叶绿素合成间的相关性进行了分析,同时构建了过表达载体并遗传转化了拟南芥。表达分析表明,Zm MGT12在各组织部位中均表达,其中在叶中的表达量最高,大约是根的13倍;此外,Zm MGT12在叶中的表达受光诱导,且具有昼夜节律模式。相关性分析表明,Zm MGT12在叶中的表达量与叶绿素合成具有一定的相关性。转基因分析表明,过表达Zm MGT12没有改变转基因拟南芥植株的生物量、叶绿素含量、叶绿体中镁离子浓度。本研究分析了Zm MGT12详细的表达模式、表达量与叶绿素合成间的相关性,并构建了其过表达载体并对拟南芥进行了遗传转化,有助于确定其在植物中的功能。     

过量表达拟南芥NPR1基因提高小麦纹枯病的抗性

拟南芥NPR1基因是植物重要的抗病调控因子,转基因过表达该基因可以赋予植物广谱抗性.为明确该基因在小麦抗纹枯病基因工程中的应用潜力,本研究构建了由玉米ubiquitin启动子驱动的拟南芥NPR1表达载体,采用基因枪介导法导入到小麦品种扬麦12号中,获得20株转基因植株.对14个外源基因纯合株系的半定量RT-PCR和测序分析结果显示,外源拟南芥NPR1基因已经导入转基因小麦并有不同水平的表达,部分转基因株系拟南芥NPR1基因发生重排;纹枯病抗性鉴定结果表明,转基因株系中拟南芥NPR1基因的正确表达可以减轻纹枯病菌引起的病症发展,提高转基因小麦的纹枯病抗性.     

拟南芥AtZFN3基因RNA干扰载体的构建与表达

为了构建具有发夹结构的RNAi表达载体来研究拟南芥AtZFN3基因表达的效果。根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)锌指蛋白AtZFN3基因序列,设计含有酶切位点的两对特异性引物。以拟南芥cDNA为模板,分别合成用于构建干扰载体的正、反义DNA片段,将正、反义片段分别插入表达载体pART27的相应位置上,构建含有发夹结构的RNAi载体pART-ZFN3。利用农杆菌介导法,将pART-ZFN3转化到拟南芥中,PCR检测证实获得了5株转基因植株,经荧光定量PCR检测,证明了转基因植株中AtZFN3基因表达量显著低于未转基因的植株。结果表明:具有发夹结构的RNAi载体pART-ZFN3已构建成功,它对拟南芥AtZFN3基因的表达具有抑制作用,为深入分析拟南芥AtZFN3基因功能提供了基础。     

过表达马铃薯气孔密度调节因子StEPF1增强拟南芥抗旱性

表皮模式因子1 (epidermal patterning factor 1, EPF1)是气孔发育的负调控因子,对于植物生长发育和环境胁迫响应至关重要。为了明确马铃薯EPF1在气孔发育过程中的功能,本研究从‘大西洋’(Atlantic)马铃薯品种中克隆得到气孔密度表皮模式因子St EPF1,并对该基因的表达特性及功能进行分析。亚细胞定位显示StEPF1主要定位于细胞间隙并且它在顶端未展开叶中表达最多。StEPF1基因表达量在一天中呈现周期性变化,长日照条件下(16/8 h,光照/黑暗),在授时因子为20 h时表达量达到最高。聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫、脱落酸(ABA)和NaCl胁迫处理后,其表达水平均呈现出持续降低的趋势。功能鉴定表明,过量表达StEPF1基因的拟南芥(E1)植株相对于野生型(WT)植株的气孔密度显著降低,E1植株的光合速率也随之降低。此外,与野生型相比(WT),E1植株离体叶片的水分散失速率和H2O2含量也显著降低。干旱胁迫下,E1株系的光合速率、气孔导度和瞬时水分利用效率(iWUE)都显著高于野生型拟南芥。综上结果可知,表皮模式因子St EPF1在调控植物气孔密度和抗旱性上具有重要作用,本研究结果为后期通过调节StEPF1基因的表达,培育抗旱节水型马铃薯株系提供理论基础。     

香蕉MaASR1基因通过ABA途径提高拟南芥抗旱性的作用机制

香蕉MaASR1基因在植物响应逆境胁迫时发挥着重要作用,为了进一步研究MaASR1基因转入拟南芥后增强其抗旱性的分子机制,运用DNA芯片技术来筛选野生型的拟南芥和转MaASR1基因的拟南芥在不做任何处理和干旱胁迫处理条件下的差异基因。对基因芯片中与ABA途径相关的上调和下调大于2倍的差异基因进行了荧光定量PCR的验证,实验结果发现在以上两种处理条件下,转MaASR1基因的拟南芥体内ABA的生物合成量比野生型拟南芥低,而ABA的降解量却升高。当受到干旱胁迫时,转基因拟南芥体内ABI5和ABF1基因的表达量会得到提高,而ABI5基因可以赋予转基因拟南芥株系耐旱性和抗旱性的功能是因为LEA类的蛋白被其调控表达和提高了ABA诱导基因的表达水平。ABF1基因发挥其提高转基因株系抗旱性的功能则可以通过参与ABA信号途径以及与其它的ABI类基因共同作用来实现。除此之外转基因拟南芥株系抗旱性的提高,与CBL/CIPK复合物参与的胁迫应答途径无关。以上结果为解析MaASR1基因作为转录因子通过ABA途径提高植物抗旱能力的分子机制奠定基础。     

植物根际促生菌对大蒜的促生、抗病作用研究

为了研究不同剂量的植物根际促生菌(PGPR)对大蒜生长时期的促生和抗病作用,以盆栽种植的大蒜种子为试材,用计数法计算其发芽率和常规测量法测定其株高;再用土壤温湿度检测仪测定种植所用土壤养分含量。与CK组相比,实验组B（施用4 g菌肥）铵态氮提高117.60%,有效钾提高593.15%,实验组C（施用6 g菌肥）速效磷提高238.77%;而实验组C的大蒜的发芽率提高15.17%,幼苗株高提高20%,叶绿素含量提高11.04% (P<0.05),这说明了PGPR对大蒜生长有促进作用。大蒜根腐病菌与植物根际促生菌的拮抗试验结果表明在30℃暗培养下,菌肥浓度为10^-2时有害微生物指数下降25%,表明其抑菌效果显著。本研究结果表明PGPR对大蒜促生作用显著,同时具有一定抗病效果,在农业发展中具有潜在的经济价值。     

拟南芥bZIP1转录因子通过与ABRE元件结合调节ABA信号传导

ABA作为一种重要的植物激素和生长调节剂,介导了高等植物在营养生长阶段对各种外界环境的响应和适应。bZIP类转录因子可以通过ABA依赖途径和ABA非依赖途径调节植物的生长发育和对非生物胁迫的耐性。本研究通过AtbZIP1 T-DNA插入突变的拟南芥植株ko-1 (SALK_059343)和ko-2 (SALK_069489C)在ABA处理后的表型实验,验证了AtbZIP1参与ABA依赖的信号传导通路。采用“三引物法”,分别在DNA水平和RNA水平通过PCR和RT-PCR验证了AtbZIP1基因在拟南芥突变体中的沉默效果。定量分析数据表明,在种子萌发阶段,经过0.6 μmol L^–1 ABA和0.8 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株萌发率和叶片展开/绿色率比野生型植株高,在幼苗生长阶段,经过50 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株根长比野生型植株长。为了确定AtbZIP1基因参与ABA信号传导是否依赖于ABRE元件,在大肠杆菌中表达了AtbZIP1 HIS6融合蛋白,并设计了核心序列为CACGTG的ABRE元件。凝胶阻滞电泳结果表明AtbZIP1融合蛋白可以与ABRE元件特异性结合。半定量RT-PCR分析表明,AtbZIP1基因的缺失改变了下游的ABA响应基因的表达。该结果表明AtbZIP1可以通过与ABRE元件结合调节植物对ABA处理的敏感性和下游ABA响应基因的表达,从而参与植物的ABA信号传导通路。