木薯UDP依赖型糖基转移酶14基因在木薯抗病性中的功能研究

木薯是热带和亚热带地区重要的经济作物和粮食作物,它不仅是近10亿人消费的第三大碳水化合物来源,也是工业淀粉和生物乙醇的主要资源之一。糖基化是一种广泛存在的修饰方式,它通过糖基转移酶（glycosyltransferase, GTs）来催化修饰反应。GTs以糖苷键的形式在底物分子上添加糖基来形成更加稳定的天然糖苷或糖酯,糖基主要包括葡萄糖、鼠李糖、木糖、半乳糖等。UDP依赖型糖基转移酶（UDP-glycosyltransferases, UGTs）基因家族属于糖基化转移酶中的一类。UGTs基因在植物的生长发育过程中发挥着重要的作用,其中最普遍的功能是转移反应,如植物中次生代谢产物（植物激素）的激活和影响相关物质的溶解度从而响应生物和非生物胁迫。为分析UGTs基因在木薯中的功能,本研究采用RT-PCR技术从木薯叶片（SC124）中克隆得到MeUGT14基因。MeUGT14基因的表达显著受到病菌（Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, Xam）的诱导。因此,构建MeUGT14基因的病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing, VIGS）载体,沉默片段为285 bp。通过对木薯叶片进行基因沉默,qRT-PCR检测结果显示木薯叶片中MeUGT14基因的表达量显著下降。不同干扰植株中MeUGT14基因的表达量被不同程度地降低,分别降低了69%,45%和68%。随后对干扰植株和对照植株进行Xam侵染实验,接种Xam 6 d后,MeUGT14基因表达量的降低导致叶片上细菌数量显著增加,叶片表型也显示MeUGT14基因表达量的降低会导致叶片上菌斑更明显。研究结果表明干扰MeUGT14基因表达使得植株对Xam病菌侵染的抵抗能力显著降低。根据MeUGT14基因和UGT76B1/UGT74F1基因有较近的进化关系及UGT76B1/UGT74F1的功能研究,推测MeUGT14基因可能通过影响水杨酸和茉莉酸的合成来响应Xam病菌侵染。研究结果表明MeUGT14基因在木薯抵抗病菌侵染中发挥了作用,为进一步研究MeUGT14基因在木薯抗生物胁迫中的机制提供了线索。     

木薯MeLHCB4基因的克隆及表达分析

本研究采用RT-PCR技术克隆了木薯叶绿素a/b结合蛋白基因MeLHCB4编码区序列。通过生物信息学对其基因结构、基因编码蛋白的理化性质等进行分析,并对不同物种的LHCB4氨基酸序列进行比对和构建进化树。结果表明,木薯MeLHCB4基因的CDs序列全长858 bp,编码285个氨基酸,蛋白理论相对分子质量约为30.9 kDa,理论等电点为5.47,该蛋白属于稳定的亲水性蛋白,预测该蛋白可能定位于细胞核或细胞质中。实时荧光定量PCR检测该基因的表达模式发现,MeLHCB4基因主要在木薯叶片和茎中表达,受到茉莉酸甲酯（JA）、水杨酸（SA）和乙烯前体（ACC）等激素的诱导表达,推测其可能参与了JA、SA、ACC信号途径。细菌性枯萎病病原菌侵染木薯叶片12 h后,MeLHCB4的表达量显著提高,表明MeLHCB4参与了木薯对病原菌的响应过程。     

木薯MeSWEET10a基因启动子EBE区编辑载体的构建及验证

木薯细菌性枯萎病（cassava bacterial blight, CBB）是由地毯草黄单胞木薯萎蔫致病变种（Xanthomonas axonopodis pv. Manihotis, Xam）引起的木薯重要病害,影响木薯产量,我国主栽的木薯品种均不抗Xam。Xam分泌的TAL20效应蛋白可结合木薯MeSWEET10a基因启动子的EBE区,激活该基因表达,促进糖类运输至Xam侵染的部位,为病菌的繁殖提供碳水化合物。本研究利用在线软件CRISPR-P v2.0设计EBE区的基因编辑靶点,构建CRISPR/Cas9基因编辑质粒pCAMBIA1301-Cas9-EBE-sgRNA。将重组质粒转化LBA4404根癌农杆菌,利用农杆菌介导法侵染木薯脆性胚性愈伤组织。提取侵染和未侵染的木薯脆性胚性愈伤组织DNA,PCR扩增靶点EBE区及潜在的脱靶位点,并进行Sanger测序分析编辑效果。结果发现EBE区被成功编辑,且没有脱靶现象。本研究有助于进一步获得MeSWEET10a基因启动子EBE区域的木薯突变体,以增强木薯抗细菌性枯萎病的能力。     

水稻黑条矮缩病毒P7-1基因对水稻的遗传转化及转基因植株的抗病性分析

【目的】通过在水稻中过量表达水稻黑条矮缩病毒(Rice black streaked dwarf virus, RBSDV) P7-1基因,分析RBSDV P7-1是否是导致水稻不育的重要致病因子,并明确过量表达P7-1转基因植株对病毒的抗性。【方法】采用RT-PCR方法从感病植物中扩增获得RBSDV P7-1基因,构建pCAMBIA-1300-P7-1载体,通过农杆菌转化法获得转基因水稻,观察水稻是否能够正常结实,并采用人工接种病毒方法分析转基因植株的抗性。【结果】过量表达RBSDV P7-1的转基因水稻生长、结实正常。在接种7 d和14 d时转基因植株中病毒积累量显著低于野生型对照,但在28 d时部分转基因株系中病毒积累量高于对照,接种30 d时转基因植株的发病率与对照无明显差异。【结论】在水稻中过量表达RBSDV P7-1不影响水稻的结实;转基因水稻在RBSDV侵染早期可抑制病毒的积累,但在后期对病毒的抗性与对照没有明显差异。     

木薯苯丙氨酸解氨酶基因的克隆及其对低温胁迫的响应

本研究从全基因组水平对木薯（Manihot esculenta Crantz）苯丙氨酸解氨酶编码基因（Phenylalanine ammonia-lyase,PAL）进行鉴定,并以木薯品种KU50为材料克隆了6个PAL基因,分析了低温胁迫（7 ℃）对叶片MePAL表达模式、PAL酶活性、总酚含量、类黄酮含量和总抗氧化能力的影响。结果表明：低温处理使木薯叶片迅速萎蔫卷曲,并伴随叶片PAL酶活性、总酚含量、类黄酮含量和总抗氧化能力的显著提高。Real-time PCR分析表明,在低温处理前,MePAL1和MePAL2的相对表达量分别为0.83和1.19,显著高于其他4个MePAL基因,低温处理后6个MePAL基因均不同程度受低温胁迫诱导增强表达,其中MePAL5上调最高,达50.5~142.5倍。本研究结果初步显示低温胁迫上调了木薯叶片MePAL的表达,促进了总酚和类黄酮的合成,提高了抗氧化损伤的能力。     

一个水稻铜锌SOD酶基因在应答亚砷酸盐胁迫中的作用

【目的】水稻Os08g44770.1基因编码一个铜锌SOD酶,但其在响应亚砷酸盐[As(Ⅲ)]胁迫中的生物学功能未知。本研究旨在深入揭示由该基因调控水稻砷耐性改变的分子机理并为水稻抗逆育种提供理论参考。【方法】以野生型日本晴(WT)和2个Os08g44770.1过表达转基因株系为试材,通过胁迫处理、生理指标测定和基因表达分析等,系统探究了转基因植株对As(Ⅲ)的耐受性表现,并初步揭示了其调控水稻砷耐性的生理和分子机理。【结果】与WT相比,过表达转基因株系对As(Ⅲ)更加敏感;转基因植株在砷胁迫下的根系相对伸长量、生物量(干质量)、叶绿素含量、根系细胞质膜完整性、叶片抗氧化程度等均显著低于WT;Os08g44770.1在砷处理后的WT和转基因植株叶片中的表达模式略有不同,但均表现为处理24 h时被显著诱导表达。【结论】过度表达Os08g44770.1基因可导致水稻的砷耐受性极显著下降。     

木薯和花生间作模式下2种作物光合与干物质积累特性

为研究木薯和花生间作模式下2种作物光合与干物质积累特性,以木薯和花生间作行数比为2∶4模式为对象,木薯单作（SC）、花生单作（SP）为对照,在大田条件下测定了该间作系统中2种作物（木薯用IC表示,花生用IP表示）不同时期干物质积累特点和光合特性。结果表明：（1）花生实际产量和预期产量均表现出先增后降的趋势,且在定植后92 d之前的实际产量大于预期产量,之后的实际产量和预期产量均开始下降;木薯实际产量从定植后75 d到收获均大于预期产量,且实际产量的增加速度大于预期产量的增加速度。（2）块根形成期和块根膨大期,IC植株叶片的最大净光合速度（P_nmax）和光饱和点（LSP）均显著高于SC;苗期和块根膨大期,IC植株叶片的暗呼吸速度（R_d）小于SC。荚果膨大期,IP植株叶片的光补偿点（LCP）、LSP和R_d均显著低于SP,表观量子效率（α）显著高于SP。（3）IC通过最大干物质积累速率出现时间提前、延长快增期持续天数和提高最大干物质积累速率来达到增加干物质理论最大积累量;IP通过提早快增期开始时间和快增期结束时间来缩短快增期持续天数,并使其最大干物质积累速率出现时间提前,最终使IP的干物质理论最大积累量下降。综上表明,木薯通过提高光能截获和利用效率,同时降低自身消耗来增加干物质积累量,花生后期由于高位作物的遮荫影响其生长发育,但在荚果膨大期IP通过降低LCP和LSP来提高对弱光的利用效率,降低R_d来增加花生体内营养物质的有效积累。     

荔枝LcMYB1异源表达促进矮牵牛和番茄花色苷的积累

为分析荔枝LcMYB1的功能,以白色‘W115’矮牵牛和‘Micro-Tom’番茄为材料,利用农杆菌介导法将LcMYB1在矮牵牛和番茄中异源表达,观测转基因植株表型。结果表明：与‘W115’相比,转基因矮牵牛的叶片和花瓣中积累了花色苷,且矮牵牛花色苷生物合成结构基因PhCHS和PhDFR、调控基因PhAN1的表达显著上调;与野生型‘Micro-Tom’番茄相比,转基因番茄的叶片和花药中积累了花色苷,且相应组织花色苷生物合成结构基因SlDFR、调控基因SlAN1和SlJAF13的表达显著上调,虽然果实中没有积累花色苷,但SlAN1和SlJAF13表达也显著上调。LcMYB1在矮牵牛和番茄中异源表达时通过上调花色苷生物合成关键结构基因和调控基因bHLH的表达诱导花色苷积累。因此,荔枝LcMYB1是花色苷生物合成中的关键转录因子,具备异源转化利用的潜力。     

甜橙Dof基因家族鉴定与表达分析

为研究甜橙单锌指DNA结合蛋白（DNA binding with one zine finger, Dof）家族的进化关系和该家族成员在不同花期甜橙品种花芽和叶片的表达模式,利用甜橙基因组筛选鉴定CsDof基因家族成员,对甜橙Dof基因家族成员及启动子区进行生物信息学分析,并使用qRT-PCR检测不同花期甜橙品种中CsDof家族成员在成花时期的表达情况。共鉴定出24个CsDof基因家族成员,这些基因分布在甜橙的8条染色体上。系统进化树聚集为9个亚群,CsDofs被分在A、B1、B2、C1、C2.1、C2.2、D1和D2亚群,同一亚群的CsDofs具有相似的基因结构和基序分布。CsDofs启动子区域含大量的光响应元件和激素响应元件。qRT-PCR检测分析发现2个甜橙品种花芽和叶片组织中的CsDofs表达模式存在较大差异,对照品种‘纽荷尔’花芽和叶片中CsDof6、CsDof11、CsDof13、CsDof17和CsDof21表达量均高于早熟品种‘赣南早’,而‘赣南早’花芽和叶片中CsDof19和CsDof23表达量高于‘纽荷尔’,表明CsDofs在不同花期的甜橙中具有明显的品种表达特异性,推测CsDofs对甜橙开花时间起重要的调控作用。这些结果为阐明CsDof基因家族在甜橙花期调控中的功能提供了理论参考。     

木薯MeNAC29、MeNAC30基因的克隆及表达分析

NAC(NAM/ATAF/CUC)基因家族是广泛分布于陆生植物的一类转录因子,在植物生长发育和胁迫应答的调控中发挥重要作用。本文对该基因家族在木薯抗细菌性萎蔫病方面的作用机制进行了初步研究。采用RT-PCR技术从木薯cDNA中克隆了MeNAC29和MeNAC30基因,并采用qRT-PCR技术对抗、感种质受木薯萎蔫病菌(Xanthomonas axonopodispv.manihotis,Xam)侵染后2个基因的表达变化进行了定量分析。结果表明,2个基因均含有3个外显子和2个内含子,且均有保守的NAM结构域。MeNAC29基因的开放阅读框全长888 nt,编码295 aa。MeNAC30基因的开放阅读框全长870 nt,编码289 aa。接种木薯萎蔫病菌后,抗病种质中MeNAC29和MeNAC30基因的表达量显著高于感病品种,表明这2个基因参与了木薯对细菌性萎蔫病菌的抗性反应。     

3份木薯新种质抗细菌性萎蔫病机理初探

木薯细菌性萎蔫病(cassava bacterial blight,CBB)是当前国内木薯生产上最为严重的病害.为了明确抗细菌性萎蔫病木薯种质的抗病机理,本研究比较木薯抗感种质叶片的自身组织结构,与木薯细菌性萎蔫病菌(Xanthomcnas axonopodis pv.manihotis,Xam)互作过程中组织结构和生...     

水稻OsWRKY7基因的表达研究

WRKY蛋白是植物中一类重要的转录因子,不仅参与植物生长发育的调控,还参与植物对各种生物和非生物胁迫的响应。本研究从水稻日本晴中分离OsWRKY7基因的编码序列(CDS),并克隆其启动子序列进行表达研究。首先通过实时定量PCR的方法检测不同组织中OsWRKY7基因的相对表达量,结果表明,OsWRKY7在叶片中的表达水平较高,且开花期的剑叶中表达量高于7 d苗龄的幼叶。进一步将OsWRKY7启动子与GUS报告基因融合,构建了植物表达载体pOsWRKY7-GUS,并将此载体转化日本晴。转基因植株不同组织染色分析结果显示,该启动子在植株的主根尖、叶片、颖壳中有GUS活性,其中叶片上可见全叶范围分布的大量蓝色斑点,这些染色结果与实时定量PCR的结果一致。进一步的接菌和激素处理还显示,OsWRKY7启动子在根和叶中的表达均受水稻白叶枯病菌[Xanthomonas oryzae pv. Oryzae(Xoo)]P10生理小种侵染的诱导,同时还受外源施加的细胞分裂素和生长素诱导,而水杨酸则会抑制其在根和叶中的表达。此外,我们还将OsWRKY7基因的CDS序列分别与绿色荧光蛋白和酵母GAL4的DNA结合域融合,对该基因进行水稻茎原生质体亚细胞定位分析和酵母自激活检验,结果显示该基因定位于细胞核中并具有转录自激活活性。上述结果表明OsWRKY7具有明显的转录激活因子特征,其很可能参与了水稻对白叶枯菌的防御反应以及对多种激素信号的转导过程。     

基于生氰糖苷降解途径基因表达特性的木薯品种对二斑叶螨的抗性机制初探

为初步探究生氰糖苷降解途径2个基因α-HNL和β-glu在木薯品种对二斑叶螨抗性中的作用,本研究以抗螨木薯品种‘C1115’‘缅甸’‘SC9’和感螨木薯品种‘SC205’‘面包’‘BRA900’为材料,分析木薯生氰糖苷降解途径基因及其编码的生化酶在二斑叶螨取食木薯品种不同部位叶片（上部、中部和下部）不同时间后（1、4 d）的表达量及酶活性的变化情况。结果表明,α-HNL在感螨木薯品种上部和中部叶片中的表达量随螨害时间的延长而显著降低;在抗螨木薯品种的不同部位叶片中,α-HNL的表达量均随螨害时间的延长而显著升高,并且以中部和下部叶片的升高趋势更为显著。β-glu在抗、感螨木薯品种不同部位叶片中的表达量均很低,难以比较该基因的表达量在不同木薯品种、不同部位叶片受螨害后的变化情况,但在能检测到的少量样品当中,抗螨木薯品种的占比也多于感螨木薯品种。进一步进行酶活性分析结果表明,抗螨木薯品种受螨害后,随着时间的延长,降解途径基因α-HNL编码的α-HNL酶活性呈逐渐升高或维持不变的趋势,并且以中部和下部叶片的升高趋势更为显著,而在感螨木薯品种中,随着螨害时间的延长,α-HNL酶活性则呈逐渐降低或先升高后降低的趋势;β-glu基因编码的β-GLU酶活性在不同木薯品种中均呈较低的水平,这可能与其对应编码的基因表达量低有关,但总体而言,降解途径2个基因编码的降解酶α-HNL和β-GLU在抗螨木薯不同叶片组织中的活性总体上也显著高于感螨木薯。本研究初步揭示了不同木薯品种受螨害不同时间后,生氰糖苷降解基因和酶可能与木薯对二斑叶螨的抗性有关。     

木薯MYB转录因子MeMYB2特性及功能分析

MYB转录因子是植物最大的转录因子家族之一,其部分成员在植物非生物胁迫响应过程中发挥着重要的调控作用.通过转录组数据分析,筛选到了多个木薯干旱胁迫相关的MYB类基因,本研究针对其中的1个MYB转录因子MeMYB2展开研究.MeMYB2蛋白N末端与AtMYB60蛋白的N末端氨基酸序列具有95％以上的相似度,但其C末端氨基...