干旱胁迫下中国沙棘脯氨酸含量变化及其关键调控基因的表达模式

干旱胁迫严重影响植物的生长和产量,重度干旱胁迫会导致植物永久萎蔫.发掘中国沙棘的抗逆基因有助于提升植物抗旱性.脯氨酸是植物响应干旱胁迫的重要渗透调节物之一.为了探究中国沙棘中脯氨酸响应干旱胁迫的调节机制,本研究在干旱胁迫下,检测两年生中国沙棘扦插幼苗的叶片相对含水量和脯氨酸等5个抗旱相关生理指标;通过实时荧光定量PCR检测2个脯氨酸调控关键基因的表达量.结果 表明,干旱胁迫下的中国沙棘叶片相对含水量逐渐下降;叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的含量呈上升趋势,且所有生理指标在复水后较处理前均下降;脯氨酸关键合成基因吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因在根、茎、叶中的相对表达量呈现先上升后下降的趋势,而调控脯氨酸分解的脯氨酸脱氢酶(ProDH)基因相对表达量迅速降低.本研究为揭示中国沙棘抗旱机理提供理论依据,同时为植物抗旱育种提供候选基因.     

低温胁迫对番茄幼苗脯氨酸积累及其代谢关键酶活性的影响

以抗寒性不同的3个番茄品种‘耐运2000’、‘京乐502’和‘O-33-1’为试材,采用常规方法测定不同低温胁迫时间和不同低温胁迫温度下番茄幼苗叶片中脯氨酸含量、吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)活性、鸟氨酸转移酶(8-0AT)活性、脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性的变化,以期探讨番茄的脯氨酸代谢对低温胁迫的响应机制及其与抗寒性的关系。结果表明：番茄幼苗叶片中的脯氨酸含量随低温胁迫时间的延长和温度的降低均呈先升高后降低的趋势,冷敏感品种‘耐运2000’的平均脯氨酸含量较低,抗寒性越强的品种的脯氨酸保护阈值越大;番茄幼苗叶片中P5CS和8-0AT活性随低温胁迫时间的变化均呈现先升后降的趋势,与脯氨酸积累正相关。在不同低温胁迫温度下,对低温越敏感的品种P5CS和8-0AT活性随温度的变化程度越大;当低温处理1天时,番茄叶片中脯氨酸含量下降,ProDH活性显著增加;随后ProDH活性呈现先降低后升高的趋势,这与脯氨酸的积累呈负相关。在不同低温胁迫下,番茄叶片中ProDH活性在一定低温范围内均出现降低以减少对脯氨酸的降解,增强植株的抗寒能力。     

甘草生长素反应因子(ARF)基因家族的鉴定及表达分析

本研究旨在鉴定甘草ARF基因家族并分析其在非生物胁迫下的表达模式。以乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)为研究对象,利用生物信息学方法对ARF基因家族进行鉴定,并对其蛋白质理化性质、保守结构域、基因结构、进化关系、顺式作用元件和表达模式分析。鉴定得到10个甘草ARF基因。其蛋白氨基酸序列长度在301~945 aa之间,分子量约为33.07~104.37kDa,等电点为5.93~8.50。亚细胞定位分析显示甘草ARF蛋白均位于细胞核。保守结构域分析显示GuARF蛋白大多包含B3、Auxin_resp和Aux/IAA结构域。基因结构发现外显子数量从6个到22个不等。在甘草ARF基因启动子区还存在5类不同的顺式调控元件。系统进化分析表明甘草ARF蛋白分为3类。转录组数据分析显示,10个GuARF基因在非生物胁迫下具有一定表达特异性。上述结果显示甘草ARF基因家族可能参与多种生物过程,这为进一步研究植物对非生物胁迫的生理和分子反应提供了有价值的信息。     

油菜GRF基因家族的鉴定和基本特征分析

GRF(growth regulating factor)因子是存在于植物中的转录因子,它在调控植物的生长发育、渗透胁迫等方面具有重要的作用。为了揭示油菜GRF基因家族的功能,本研究利用全基因组生物信息鉴定油菜GRF基因家族,并从蛋白质的理化性质、基因结构和系统进化等方面进行了分析研究。分析表明,油菜GRF基因家族共有34个成员,分成五个组,基因上有3~10个不等的蛋白质编码区,这些基因分布在13个染色体上,都含有QLQ和WRC保守结构域,各基因上游含有较多的热胁迫、低温胁迫和干旱胁迫元件。这些研究为进一步研究油菜GRF基因家族成员的功能提供了理论指导。     

盐角草P5CS基因克隆及其在高盐胁迫下的表达分析

△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物脯氨酸合成途径中的限速酶,但P5CS基因在调节植物耐盐过程中具体的生物学功能尚不明确.本研究利用RT-PCR方法从盐角草中分离得到一个P5CS基因,并对其进行了生物信息学分析和盐胁迫表达特性分析.结果表明,盐角草P5CS基因的cDNA序列全长为2151 bp,编码716个氨...     

蒺藜苜蓿和天蓝苜蓿热激因子(HSF)家族的筛选与功能分析

全球气候变化构成了对全球重要农作物和世界食品安全的主要威胁。植物生物学家和育种者迫切需要改善当前种质,开发出能够在胁迫条件下有高水平表现的新品种。热应激转录因子(Hsfs)是植物热激反应(Heat Shock Response)的中心环节,通过调节大量功能基因的转录来控制HSR的信号传导和代谢反应。利用蒺藜苜蓿基因组序列和基因芯片数据,我们筛选出蒺藜苜蓿HSFs转录因子基因家族,对蒺藜苜蓿HSFs基因家族进行基因结构、染色体位置和系统进化关系分析,并对蒺藜苜蓿HSFs基因响应生物和非生物胁迫过程中的功能进行预测。此外,我们还对天蓝苜蓿的叶片转录组进行高通量测序,并分析了天蓝苜蓿叶片中存在的HSFs基因序列。我们的结果显示,蒺藜苜蓿基因组中有23个HSF基因,这些基因参与蒺藜苜蓿对生物和非生物胁迫的响应,不仅对于苜蓿改良,对于农作物的改良也会有巨大的应用潜力。     

甘薯AP2基因家族的生物信息学分析

AP2基因家族是与植物有关的转录因子家族,它广泛地参与到植物的多个生物学过程中,同时调控生物和非生物胁迫反应以及植物次生代谢产物合成。为了揭示甘薯AP2基因家族的生物学信息,利用生物信息学的方法鉴定了甘薯AP2基因家族的成员,并从理化性质、亚细胞定位、跨膜结构、二级结构、三级结构等九个方面对甘薯AP2基因家族成员进行了预测和分析。这些研究结果为进一步研究甘薯AP2基因家族成员的功能提供了参考依据,同时在生产实践中也具有一定的应用价值。     

甘蓝型油菜BES1转录因子家族的鉴定及比较基因组学分析

BES1转录因子家族对调节植物的生长发育和逆境胁迫具有非常重要的作用。本研究在甘蓝型油菜基因组测序完成的基础上,对芸薹属作物BES1转录因子家族的进化及表达进行了系统深入研究。本研究在甘蓝型油菜、白菜、甘蓝和拟南芥全基因组中分别鉴定到29条、15条、14条和8条BES1转录因子。通过系统发育、基因结构和保守基序的分析,这些转录因子被分为三组,即Group A、Group B和Group C。在甘蓝型油菜与白菜、甘蓝和拟南芥间分别鉴定出30对、32对和23对直系同源基因。甘蓝型油菜中含有15对旁系同源BES1基因,显著的高于其它3个物种。大多数BES1基因在根和叶中都具有较高的表达水平,表明这些基因在甘蓝型油菜生长发育过程中起到重要的作用。本研究对进一步探索该家族调控植物的生长及逆境适应的分子机制奠定了基础,同时为其它基因家族的研究提供了指导。     

番茄WRKY转录因子in silico鉴定及表达分析

WRKY蛋白是植物中最大的转录因子家族之一,对植物的生长发育具有重要调控作用。本研究利用番茄全基因组测序结果鉴定了WRKY基因,分析了其系统发育关系,内含子-外显子结构,染色体上的分布及其表达方式。研究表明:番茄中存在81个WRKY转录因子,分为三类(Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ),第Ⅰ和Ⅱ类分别细分为2和5个亚类,这些基因不均匀分布在番茄的11条染色体上;基因结构分析表明番茄WRKY转录因子进化过程中可能发生内含子的缺失/获得事件;不同芯片表达分析表明WRKY基因不仅参与了番茄根、子叶和真叶等不同组织类型的生长发育,而且还参与了一些生物胁迫(盐)和非生物胁迫(真菌激活子)的反应。     

黄梁木ACS基因家族鉴定及其表达模式分析

1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase, ACS)作为乙烯生物合成途径的限速酶,由多基因家族编码,对于乙烯在高等植物体内调控代谢和生长发育具有重要的意义。本研究利用生物信息学方法鉴定得到13个黄梁木ACS基因,并对其编码的蛋白进行系统进化和表达模式分析。结果显示,Nc ACSs可分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型。序列分析显示,NcACSs基因长度在1 412～4 257 bp之间,含有3～5个外显子,共分布在10条染色体上。NcACS蛋白序列长度为327～537 aa,NcACS蛋白有7个显酸性和6个显碱性,且均为亲水性蛋白,其中包含3个稳定蛋白。NcACS蛋白具有多个潜在磷酸化位点,可通过磷酸化位点调节ACS酶活性。ACSs系统进化分析显示,NcACS6.1和NcACS6.2与AtACS6亲缘关系较近,推测NcACS6.1和Nc ACS6.2在功能上与AtACS6相似,在响应非生物胁迫时具有重要意义。通过转录组测序技术,对Nc ACSs进行表达模式分析,结果表明,NcACSs基因具有时空特异性,其中NcACS1...     

低硼及高硼胁迫对棉花幼苗生长与脯氨酸代谢的影响

以‘鄂抗10号’棉花品种为材料,采用营养液培养,设置不加硼(B0, 0 mg L~(-1))、低硼(B0.002, 0.002 mg L~(-1))、适硼(CK, B0.2, 0.20 mg L~(-1))、高硼(B50, 50 mg L~(-1)) 4个硼(Boron, B)水平,探究低硼和高硼胁迫处理下棉花幼苗生长及脯氨酸代谢的响应。结果表明, B0、B0.002及B50处理较CK显著抑制植株生长,表现出较低的植株鲜重和干重,根系伸长受到抑制。在供硼处理下,随着硼浓度的升高,棉花幼苗根、茎和叶中硼含量均呈梯度性上升,其中,B0.2和B50处理下叶片中硼含量均高于根和茎;而在B0和B0.002处理下,根中的硼含量高于叶和茎。低硼和高硼处理下叶片中脯氨酸含量明显增加,而根中脯氨酸含量显著减少。进一步分析叶片和根中脯氨酸合成代谢相关酶活性发现, B0.002和B50处理较CK增加棉花幼苗叶片Δ~1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Δ~1-pyrroline-5-carboxylatesynthetase,P5CS)和鸟氨酸转氨酶(Ornithine-δ-aminotransferase,OAT)活性而降低脯氨酸脱氢酶(Prolinedehydrogenase,ProDH)的活性;叶片中Δ~1-吡咯啉-5-羧酸还原酶(Δ~1-pyrroline-5-carboxylate reductase, P5CR)活性在B50处理下显著高于CK,而B0.002处理下该酶活性变化差异不显著。另外, B50处理较CK显著降低棉花幼苗根中OAT和P5CR酶活性,而B0.002处理显著增加根中P5CS和ProDH的活性。表明低硼和高硼胁迫均抑制棉花幼苗的生长。硼胁迫条件下,脯氨酸主要积累在棉花幼苗叶片中,根中脯氨酸含量显著降低。缺硼和硼毒害时,棉花幼苗叶片中脯氨酸的积累主要是通过调节脯氨酸Glu和Orn途径中的关键酶(OAT、P5CS合成酶和ProDH分解酶)活性,使得脯氨酸的合成速度高于其降解。而在根中,缺硼胁迫下主要是促进脯氨酸的降解导致根中脯氨酸含量降低,高硼胁迫下主要是通过降低OAT和P5CS合成酶以及ProDH分解酶活性来抑制脯氨酸的合成及其分解,但是对脯氨酸合成的抑制作用远大于其降解,最终导致根系脯氨酸含量降低。     

大豆PHD家族蛋白的全基因组鉴定及表达特征分析

PHD（Plant Homeodomain Finger）基因家族编码一类锌指转录因子,广泛参与植物的生长发育和逆境应答过程。通过全基因组鉴定获得了95个大豆PHD家族蛋白。通过共线性分析、进化树构建、基因结构和功能结构域鉴定、GO注释分析、不同组织间和非生物胁迫下表达分析等,获得了大豆PHD家族基因复制、家族进化、保守结构域及基因表达等信息。结果表明,大豆PHD基因在家族进化、基因结构和保守结构域上存在较大变异,可能参与Zn ²⁺结合、DNA结合及表观遗传调控等分子过程,参与调控植物生长发育和逆境应答。这些结果为进一步研究大豆PHD家族在生长发育和逆境应答中的生物学功能提供重要线索。     

水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。     

植物Trihelix转录因子响应非生物胁迫的研究进展

Trihelix转录因子家族因其特有的三螺旋结构域(螺旋-环-螺旋-环-螺旋)而命名,该结构域高度保守,能与GT元件特异性地结合,因此该家族又被称为GT因子家族。Trihelix转录因子家族分为GT-1、GT-2、GTγ、SH4和SIP1等5个亚家族。前期研究表明Trihelix转录因子不仅调控光应答基因的表达,还参与植物生长发育的各个过程,同时受高盐、干旱、冷害和病害的强烈诱导,广泛参与植物对生物和非生物胁迫的应答反应。Trihelix转录因子通过与其他基因互作等方式调控下游靶基因的表达,从而响应生物和非生物胁迫。本综述对植物Trihelix转录因子的结构特征及生物学功能进行介绍,详细阐述Trihelix转录因子在草本和木本植物中响应非生物胁迫的最新研究进展,为深入探究Trihelix转录因子响应非生物胁迫的分子机制提供理论基础。     

甘蓝型油菜脯氨酸合成相关同源基因的进化和差异表达分析

以异源四倍体甘蓝型油菜(Brassica napus)及其二倍体祖先白菜(B.rapa)和甘蓝(B.oleracea)为对象,研究了脯氨酸合成途径关键酶基因P5CS和OAT的进化命运以及各自不同祖先来源的同源基因的差异表达情况。序列比对和进化分析表明,甘蓝型油菜中P5CS基因和OAT基因和其二倍体祖先的相对应基因高度同源;进化上,和二倍体亲本相比甘蓝型油菜P5CS2基因发生了1个拷贝的丢失,而OAT基因没有基因丢失现象;半定量RT-PCR结果表明,甘蓝型油菜中来自二倍体亲本白菜和甘蓝的P5CS2和OAT同源基因在所有检测器官中均表达,没有发生基因沉默;但是它们可能发生了亚功能化,不同祖先来源的2个P5CS2同源基因存在较弱的偏向性表达,不同器官的同源基因表达模式稍有不同;而OAT基因明显偏向于表达来自于甘蓝祖先的同源基因,OAT的2个同源基因的不同器官表达模式基本一致;盐胁迫处理后,来自于甘蓝的BnaC.P5CS1.d表达量显著高于来自于白菜的Bna A.P5CS1.a,表明盐处理条件下甘蓝型油菜偏向性表达BnaC.P5CS1.d。甘蓝型油菜的脯氨酸合成基因Bna A.P5CS1.a、BnaC.P5CS1.d及Bna A.P5CS2.a、BnaC.P5CS2.c的盐诱导表达模式均基本保持了亲本来源基因的特征。以上结果表明,与二倍体祖先相比,甘蓝型油菜中脯氨酸合成基因序列和表达模式均存在高度保守性,这可能说明了脯氨酸积累在进化上对植物的有利性。     

AP2/ERF转录因子对植物非生物胁迫的应答机制研究进展

AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)家族转录因子是植物中的一大类转录因子,最早从拟南芥(Arabidopsis thaliana)中分离出。该家族转录因子一般包含两个AP2/ERF结构域,该结构域大约由60～70个氨基酸组成与DNA结合有关。AP2/ERF家族参与非生物胁迫的反应,比如干旱胁迫、高盐胁迫和低温胁迫等。这些胁迫会激活植物激素ABA、茉莉酸(jasmonate, JA)、乙烯(ethylene, ET)、水杨酸(salicylic acid, SA)等信号途径,同时激活AP2/ERF转录因子家族基因的表达,进而调控其下游功能基因的表达。本研究综述了近年来有关植物AP2/ERF转录因子响应非生物胁迫应答机制的新进展,探讨了该家族转录因子的结构特点、分布,及其对植物发育和次级代谢的影响以及对非生物胁迫的应答。     

高油酸油菜脂肪酸代谢的蛋白质组学与转录组学关联分析

为了解高油酸油菜脂肪酸代谢的调控机理,以一组高油酸近等基因系自交授粉后20~35 d的种子为材料,进行同位素相对标记技术与绝对定量技术关联转录组分析。结果表明:蛋白质组和转录组相关性并不高,定量蛋白和基因关联系数为-0.326 9;变化趋势相反差异蛋白和基因的表达关联系数为-0.735 8;变化趋势相同差异蛋白和基因的表达关联系数为0.714 3。此外,鉴定出与差异蛋白表达趋势相同的差异基因80个,GO注释表明,这些基因涉及代谢、信号转导、防御与胁迫应答、氧化还原、转录等方面的功能,其中与脂肪酸代谢过程相关的有23个,上调表达16个,下调表达7个。gi|297330358(庚二酰ACP甲基酯的羧酸酯酶)、gi|297321940(磷酸化酶)、gi|297314818(乙酰胺、甲酰胺酶家族)可能在高油酸油菜脂肪酸代谢中发挥重要作用。证明蛋白质组学与转录组学关联分析能够对研究高油酸油菜脂肪酸代谢机制提供新思路。     

普通菜豆PvP5CS2基因对逆境胁迫的应答

为了探索逆境条件下脯氨酸积累的分子遗传机理, 改善作物的抗逆能力, 应用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术和水杨酸法分别检测干旱、高盐(200 mmol L^-1 NaCl)和冷(4℃)胁迫条件下普通菜豆幼苗叶和根中脯氨酸合成酶基因PvP5CS2表达量和脯氨酸含量的变化。结果显示, 3种胁迫条件下普通菜豆幼苗叶和根中PvP5CS2的转录水平快速上升, 干旱处理4 d, 叶中PvP5CS2表达量达到最大值; 高盐处理下, 叶和根中PvP5CS2的表达高峰分别出现在2 h和6 h; 冷胁迫下, 叶和根中的表达高峰都出现在2 h; 随着胁迫时间的延长, PvP5CS2基因的转录水平逐渐下降。普通菜豆在逆境胁迫下, 幼苗叶和根中脯氨酸大量积累, 积累高峰出现在PvP5CS2基因表达高峰之后。这些结果说明, PvP5CS2基因的表达受干旱、高盐和冷胁迫诱导, 脯氨酸积累受PvP5CS2基因转录水平的调控。PvP5CS2基因在洋葱表皮细胞中的瞬时表达结果显示PvP5CS2蛋白定位在细胞核和膜上。     

促生菌调控钙代谢相关基因家族成员以提高拟南芥高钙胁迫抗性

植物中存在包括钙调蛋白(CaM)、钙依赖性蛋白激酶(CDPK)、钙调神经磷酸酶B亚基样蛋白(CBL)和环核苷酸门控通道(CNGC)等参与钙信号传导的基因家族。本研究旨在探讨拟南芥钙代谢相关基因家族在高钙胁迫响应中的作用,以及解淀粉芽孢杆菌LZ04对这些基因的调控作用。我们发现,解淀粉芽孢杆菌LZ04可提高拟南芥对高钙胁迫的抗性。在拟南芥基因组中共检测到钙代谢相关基因家族104个基因,包括34个CDPK基因、20个CNGC基因、18个CIPK基因、22个IQD基因和10个CBP基因。104个钙代谢相关基因在染色体上的分布不均匀且外显子数目丰富。解淀粉芽孢杆菌LZ04通过调控钙代谢相关基因家族中的部分成员,增强了拟南芥对高钙胁迫的抗性。功能富集分析显示,第42号表达谱中聚集的基因在蛋白磷酸化和蛋白修饰过程中富集,可能是淀粉芽孢杆菌LZ04在高钙胁迫下的调控基因。这些结果对高钙胁迫地区的农业改良有一定的参考价值。     

水稻新生多肽结合复合体α链基因家族的表达分析

水稻新生多肽结合复合体α链(Osα-NAC)基因家族共有3个成员,分别位于第1,3,5号染色体。为研究Osα-NAC基因家族在逆境环境中的生物学功能,利用RT-q PCR和Western Blot技术,详细分析了Osα-NAC基因家族在不同组织中的表达情况,并进一步研究了Osα-NAC基因家族对非生物胁迫的应答模式。结果表明,在高盐和模拟干旱条件下,Os1g NAC和Os5g NAC基因表达上调,Os3g NAC基因表达下调,提示Osα-NAC基因家族各成员在水稻响应非生物胁迫的过程中发挥不同的作用。上述试验结果初步阐明该基因家族在非生物胁迫下的表达特性,为今后更深入研究该基因家族的功能提供了理论依据。