谷子WRKY36转录因子的分子特性及功能鉴定

【目的】干旱等非生物胁迫严重影响了植物的生长和作物的产量。WRKY转录因子广泛参与了植物生长发育、形态建成和代谢调控等过程,在调控非生物胁迫响应中也扮演着十分重要的角色。分析谷子SiWRKY36的分子特性和功能,解析谷子转录因子的抗逆调控机制。【方法】通过对干旱胁迫谷子转录组测序结果分析,获得了一个WRKY转录因子SiWRKY36;利用生物信息学的方法分析谷子SiWRKY36的分子特性;根据SiWRKY36蛋白序列进行同源性搜索,得到与谷子SiWRKY36蛋白序列相似度较高的其他物种的蛋白序列;使用MEGA5对谷子SiWRKY36蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建同源物种间系统进化树;利用MEME和SMART在线工具进行蛋白序列分析;利用GSDS和PHYRE2在线工具分别对谷子SiWRKY36基因结构和三级结构进行分析;从谷子基因组数据库Phytozome获取谷子SiWRKY36上游2 000 bp作为启动子;用PLACE数据库对SiWRKY36启动子顺式作用元件进行分析;利用实时荧光定量PCR检测SiWRKY36在不同胁迫条件下（PEG、低温、NaCl、MeJA、ABA、GA和SA、H₂O₂）的表达模式;分别以8种胁迫处理的谷子cDNA作为模板,以谷子Si001873m.g为内参,以SYBR Green染料法进行real-time PCR。用实时荧光定量PCR仪进行PCR扩增;将SiWRKY36的cDNA序列连入带有CaMV 35S启动子的pBI121表达载体中,构建表达载体pBI121-SiWRKY36,转入农杆菌,侵染野生型拟南芥得到转基因株系。用T₃转SiWRKY36拟南芥植株进行抗性鉴定。【结果】谷子SiWRKY36全长1 485 bp,基因编码区包含UTR区和3个内含子以及4个外显子,与柳枝稷亲缘性最高,属于WRKY转录因子家族的第一类。SiWRKY36编码蛋白包含2个WRKY保守域,预测的SiWRKY36蛋白三级结构包含2个α螺旋结构和3个β折叠结构。启动子元件分析表明SiWRKY36包含ABA-responsive element（ABRE）、MYB、MYC、low-temperature-responsive element（LTRE）、GT-1等多种逆境胁迫应答元件。实时荧光定量PCR结果显示SiWRKY36对多种非生物胁迫和激素均有不同程度的响应,但在H₂O₂和低温处理下基因表达量无明显变化;亚细胞定位结果表明SiWRKY36蛋白主要定位于细胞核中。抗性鉴定结果显示,在不进行任何处理的MS培养基上,野生型拟南芥和过表达株系拟南芥的长势基本一致;在2% PEG的处理条件下,3个转基因株系的根长、根的总表面积和根的总体积要大于野生型拟南芥。【结论】SiWRKY36转基因植株可能对轻度干旱有一定的抗性。     

玉米WRKY 转录因子非生物胁迫的表达分析

WRKY蛋白是一类植物特异的转录因子家族,在植物响应病害及非生物胁迫中起重要作用。通过生物信息学方法,从玉米基因组中得到3个WRKY家族基因序列(ZmWRKY14-like、ZmWRKY25-like、ZmWRKY62-like),预测表明3个蛋白都定位于细胞核。荧光定量PCR分析表明,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。ZmWRKY14-like和ZmWRKY62-like在幼果中的表达量均显著高于在其他组织中的表达量,ZmWRKY25-like基因在叶、穗丝和幼果中的表达量高于在其他组织中的表达量。盐胁迫下,ZmWRKY25-like基因呈上调表达,ZmWRKY62-like基因呈下调表达;干旱胁迫下,ZmWRKY62-like基因出现下调表达;低温胁迫下,ZmWRKY25-like基因呈上调表达。结果表明,ZmWRKY25-like可能参与了植物对盐和低温胁迫的响应,ZmWRKY62-like基因则可能参与了植物对盐和干旱胁迫的响应。     

水稻WRKY转录因子家族研究进展

综述了水稻WRKY转录因子响应逆境胁迫、调控发育和代谢等方面的生物学功能,介绍了水稻WRKY基因表达模式和作用机制研究的新进展,并在功能解析方面做了展望。     

植物WRKY转录因子家族基因研究进展

转录因子是植物体内广泛存在的一类调节蛋白,能够与靶基因调节结构域结合,调节RNA转录和表达,参与植物生长发育的各个阶段。WRKY基因家族是植物体内一类重要的转录因子,通过结合靶基因启动子中W-box结构域等方式调节植物的应激响应。目前WRKY转录因子在拟南芥、水稻、玉米等多种植物中都有广泛的研究。通过对植物WRKY转录因子的分类、结构特征以及参与的生理响应等方面进行阐述,以期对WRKY基因功能的深入研究及其在农业育种中的应用起到一定的指导作用。     

植物WRKY转录因子研究进展

转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的调控作用。典型的转录因子含有DNA结合域,转录调控域,寡聚化位点和核定位信号,转录因子通过这些结构域与相应的顺式元件相互作用调控基因的表达。WRKY转录因子是植物中特有的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的一种转录调控因子,它能够与(T)(T)TGAC(C/T)序列(W-box)发生特异性结合,从而调节启动子中含W-box元件的调节基因和/或功能基因的表达,参与植物的各种生理生化反应。文章主要论述近年来植物WRKY转录因子的相关研究进展。     

高粱组ⅢWRKY转录因子对干旱胁迫的表达分析

[目的]组ⅢWRKY基因在植物应对非生物胁迫中起重要调控作用,分析其家族成员响应干旱胁迫的表达谱,为该类基因的生物学功能研究提供参考.[方法]利用NCBI数据库下载高粱基因芯片数据,分析组ⅢWRKY基因响应干旱胁迫、热胁迫和复合胁迫的表达谱;以20％PEG6000模拟干旱胁迫处理高粱品种BTx623幼苗,采用qRT-P...     

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。     

植物WRKY转录因子及其参与的ABA信号转导

主要阐述了WRKY转录因子在非生物胁迫应答中的作用,以及其参与ABA信号转导方向的研究进展。     

谷子扩展蛋白与品种抗旱性关系的研究

[目的]扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,普遍存在于植物中,除了具有增加细胞壁柔韧性的作用外,在植物的生长发育及抵御生物和非生物胁迫等方面都起着重要的作用。为发掘谷子抗旱基因。[方法]本文采用生物信息学手段结合表达验证,分析了谷子扩展蛋白基因家族中的16个成员。[结果]发现它们分属于EXPA、EXPB、EXPLA和EXPLB 4个亚家族;对谷子扩展蛋白基因进行启动子分析,发现了与干旱胁迫相关的响应元件,包括干旱响应MYB结合位点MBS、脱落酸响应元件ABRE等;通过对两个谷子品种勾勾母鸡咀(GG,耐干旱品种)和晋汾16(JF16,干旱敏感品种)扩展蛋白基因表达的分析比较,发现干旱胁迫下不同谷子品种中同一基因的表达水平存在显著差异。[结论]结合亲缘关系图及启动子顺式调控元件的预测结果,并未发现基因亲缘关系与扩展蛋白基因表达间的规律;也未发现胁迫相关的调控元件与扩展蛋白表达之间的关联,初步了解了扩展蛋白基因与谷子抗旱的关系,为发掘谷子抗旱基因提供基础。     

谷子硒结合蛋白基因及其与抗旱性的关系

[目的]土壤与肥料中的硒元素进入植物体后,与植物中的蛋白质和活性有机成分结合成为植物有机硒,即植物硒结合蛋白。本研究以硒结合蛋白结构和功能为基础,探索其与谷子抗旱的关系。[方法]以谷子耐旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)为试材,以转录组中硒结合蛋白基因家族中10个基因为对象,利用生物信息学分析其基因组基本信息、基因间亲缘关系及启动子顺式元件,并对Seita.4G100300基因进行表达水平分析。[结果]发现谷子硒结合蛋白基因家族中基因启动子上游1 500bp的调控元件具有响应胁迫的多种功能(ABA、Ethylene、GA、MeJA、Light、MYB、SA、热和低温等);经过干旱处理,Seita.4G100300基因在GG和JF16中表达水平均增加,且其在耐干旱品种GG中表达水平的增幅显著大于干旱敏感品种JF16。[结论]谷子硒结合蛋白基因家族在氨基酸序列和表达模式方面具有较为丰富的多样性。本研究有助于我们理解硒结合蛋白的结构和功能,为进一步研究硒结合蛋白与植物抗逆性关系提供理论依据。     

谷子Oleosin基因家族及其对干旱响应的分析

[目的]了解Oleosin基因功能,初步探索Oleosin基因家族与谷子耐旱性的关系,挖掘谷子抗旱基因。[方法]以抗旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)为试验材料,在苗期进行PEG模拟干旱胁迫处理后,对其表达谱进行分析。进而对谷子Oleosin基因家族进行生物信息学分析。[结果]在干旱胁迫下,Oleosin基因Seita.9G579700在GG和JF16两个品种中均显著上调表达;谷子Oleosin基因家族较小,只有6个成员,分子量在15~18kDa;系统发育树分析结果为,谷子Oleosin基因家族与单子叶植物玉米、高粱、水稻聚为一类,而与双子叶拟南芥则亲缘关系较远;启动子元件分析表明,谷子6个Oleosin基因均含有光响应、ABA响应、MeJA响应以及MYB结合位点等与抗旱相关的顺式作用元件。[结论]初步确定Oleosin基因是调控谷子干旱胁迫的候选基因,可能受干旱或ABA、MeJA诱导表达,这为进一步深入研究Oleosin基因功能及其与谷子耐旱性的关系提供理论参考。     

谷子硝酸盐转运蛋白NRT1家族的鉴定及表达分析

[目的]为了揭示谷子硝酸盐高效吸收和利用的分子机制,本文鉴定并分析了谷子硝酸盐转运蛋白NRT1基因家族。[方法]以拟南芥中已知的11个参与硝酸盐吸收和转运的NRT1蛋白为基础,利用Blast的方法在全基因组范围内鉴定谷子参与硝酸盐吸收和转运的NRT1基因,利用MEGA7.0和MEME构建系统进化树和鉴定保守的基序,并进一步利用PlantCARE预测顺式作用元件,最后通过RT-PCR的方法研究了谷子硝酸盐转运蛋白NRT1家族基因的组织表达情况。[结果]从谷子中鉴定了8个硝酸盐转运蛋白NRT1基因,系统进化分析表明所得8个NRT1基因分别属于NPF1、NPF2、NPF4、NPF6和NPF7亚家族。谷子NRT1蛋白中都含有一个保守的QX4GX8GX3FX5P基序,可能与硝酸盐的吸收和转运相关。谷子NRT1基因的启动子中富含光响应元件,尤其是SP1元件。RT-PCR分析表明谷子8个NRT1基因表达具有组织特异性,暗示了其可能在不同组织和器官的硝酸盐吸收转运中起作用。[结论]本研究鉴定了8个谷子硝酸盐吸收和转运相关的NRT1基因,为后续谷子NRT1基因功能研究及谷子耐低氮分子机制的揭示奠定了基础。     

谷子SibZIP8转录因子基因功能鉴定

[目的]bZIP转录因子在植物生理代谢过程中有重要的调控作用,在植物对逆境的响应过程中能够抑制或激活下游基因的转录,从而增强植物对环境的适应能力。本文拟分析谷子SibZIP8转录因子基因功能,解析谷子转录因子的抗逆调控机制。[方法]前期通过生物信息学和表达量分析,已经发现谷子SibZIP8转录因子在逆境胁迫中表达量显著上调。为了进一步深入研究SibZIP8基因的功能,本试验在拟南芥中超量表达SibZIP8,并对转基因植株进行抗逆表型分析。[结果]在1.5μmol·L~(-1) ABA处理下,野生型拟南芥与转基因拟南芥都没有发芽;在300mmol·L~(-1)mannitol处理下,野生型拟南芥区域与转基因拟南芥均有发芽,没有明显差别;在200mmol·L~(-1) NaCl条件下,野生型拟南芥没有发芽,而转基因拟南芥均发芽。[结论]转基因拟南芥植株表现出较强的耐盐性,本研究结果可为转基因育种技术提高作物抗逆性研究奠定理论基础。     

谷子突变体研究进展

谷子是在我国种植历史最悠久的主要杂粮作物之一,伴随谷子基因组测序的完成,研究谷子的功能基 因将成为谷子研究的热点。谷子属C4植物,并且与水稻的基因组共线性高等特性亦会增加对谷子的研究热情。构建 谷子功能基因组饱和的突变体库,既能为谷子功能基因研究提供基础材料,亦能为谷子功能基因组和转录组学的解 析打下基础。通过化学因素和辐射因素诱发构建突变体库的方法是获得谷子突变体库主要的有效手段。通过阐述构 建谷子突变体库的目的和意义,综述了诱变技术在创造谷子突变体和功能基因组研究中的应用。     

谷子XTH基因家族与抗旱相关基因的分析

[目的]木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)属于糖苷水解酶GH16家族,其家族成员可能在植物响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用,为深入挖掘谷子抗旱基因,进而选育谷子抗逆新品种,[方法]本研究利用生物信息学手段,对谷子XTH基因家族进行了分析。[结果]从谷子基因组数据库中鉴定出16个XTH基因。结构分析表明:SiXTH家族成员在基因结构及编码区序列上较为保守,含1~3个内含子;谷子XTH蛋白含有XTH家族典型的保守基序DEIDFEFLG;预测SiXTH基因家族成员在启动子区域含有响应逆境胁迫的顺式作用元件。在干旱胁迫下,通过比较两个谷子品种勾勾母鸡咀及晋汾16在干旱胁迫下基因的相对表达水平,我们发现了3个上调表达和1个下调表达的SiXTH基因。[结论]因此推测,同一类基因其基因结构及蛋白结构域相似,且XTH基因家族在谷子应答干旱胁迫的过程中起一定的作用,同时本研究也为深入探究XTH基因家族成员的功能奠定了一定的基础。     

谷子Aux/IAA家族基因干旱胁迫响应表达模式分析

[目的]Aux/IAA是重要的蛋白质转录因子,广泛参与植物生长素介导的应答作用,同时参与植物的胁迫和防御响应。本文通过分析Aux/IAA家族基因在干旱胁迫中的表达情况,探索谷子抗旱与Aux/IAA家族基因的关系。[方法]本文对谷子Aux/IAA家族基因理化性质、蛋白亲疏水性、启动子功能元件等进行生物信息学分析,并对抗旱(GG)和干旱敏感(JF16)谷子品种在浇水和干旱胁迫下基因的表达谱数据进行分析。[结果]谷子Aux/IAA家族基因均含有多个与胁迫相关的功能元件,且5个基因编码的蛋白均为亲水性蛋白;干旱胁迫处理后,GG和JF16中5个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.5G126200、Seita.1G028400、Seita.3G109400表达量均下调,Seita.1G356800基因的表达量明显上调。[结论]谷子Aux/IAA家族基因参与调控谷子干旱胁迫,其调控过程比较复杂,可作为参与谷子抗旱的候选基因。本研究结果为进一步探究谷子中Aux/IAA与抗旱机制提供一定理论依据。