ZmLTP3 基因提高转基因拟南芥抗盐性的研究

通过RT-PCR方法从玉米中克隆了一个拟南芥LTP3 的同源基因,并命名为ZmLTP3。RT-PCR分析发现,ZmLTP3 的表达可以被多种生物和非生物胁迫因子所诱导。通过构建植物表达载体,把ZmLTP3 的全长cDNA转化到拟南芥中,以野生型为对照,检测转ZmLTP3 基因纯合体株系的抗盐性。结果表明,在盐胁迫条件下,转基因拟南芥生长状况较好,植株鲜重、干重、种子产量以及脯氨酸含量显著高于野生型株系,丙二醛含量和外渗电导率显著低于野生型株系,转基因拟南芥提高了抗盐性。     

小麦LEAsm基因及其启动子的克隆与功能研究

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)是一个小的高亲水性的蛋白家族,该蛋白家族在逆境胁迫下大量积累,保护植物免受逆境胁迫。LEA蛋白可分为7组,其中重复的11-氨基酸基序是第3组LEA蛋白的特征。为深入分析第3组LEA蛋白在小麦响应逆境胁迫中的作用机制,利用芯片技术从小麦表达谱中筛选出一个渗透胁迫诱导表达的第3组LEA蛋白基因TaLEAsm,然后根据该基因序列设计引物筛选石麦15的BAC文库,获得1个含有该基因的BAC单克隆,以该BAC单克隆质粒为模板,通过BAC延伸测序克隆了TaLEAsm基因及其启动子序列,并对TaLEAsm序列特征、表达模式和启动子功能进行了初步分析。结果表明,TaLEAsm基因序列仅含有1个105bp的内含子,其开放读码框长675bp,编码224个氨基酸。TaLEAsm含有10个11-氨基酸重复序列,属于第3组LEA蛋白。低温、高盐和渗透胁迫均诱导TaLEAsm基因上调表达,但在根和叶中表达模式不同。在TaLEAsm基因起始密码子上游1 500bp序列中,预测含有14个逆境响应顺式元件。在拟南芥中,TaLEAsm基因启动子能够启动GUS基因表达,渗透胁迫诱导GUS基因明显上调表达。以上结果表明,TaLEAsm为小麦脱水响应基因,其启动子为渗透胁迫诱导启动子。     

小麦糖转运蛋白基因TaSWEET6的克隆与表达分析

植物SWEET基因家族是一类糖转运蛋白,参与生殖发育、衰老、逆境响应等多个生理过程。为研究小麦SWEET基因对逆境胁迫的响应及其在花药发育过程中的功能,采用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中克隆出TaSWEET6基因(GenBank登录号为KU936097)后对其进行染色体定位、同源蛋白序列比对和系统进化树分析,同时分析TaSWEET6基因于普通六倍体小麦在正常生长情况下及非生物胁迫条件下不同组织器官中和光温敏雄性不育小麦BS366在不同发育时期的花药中的表达模式。序列分析结果表明,TaSWEET6基因包含1个732bp的完整开放阅读框,编码243个氨基酸。跨膜结构分析得知,TaSWEET6蛋白包含2个Mtn3_slv跨膜结构域和1个起连接作用的跨膜-螺旋。系统进化树分析表明,TaSWEET6蛋白与大麦处于同一分支,其亲缘关系最近。中国春缺四体定位表明,TaSWEET6基因位于7D染色体上。表达分析表明,TaSWEET6基因在小麦根、茎、叶、种子、小花(除去雄蕊)、各时期雄蕊中均有表达,小孢子时期雄蕊表达量最高;在低温、干旱、NaCl和ABA胁迫处理下,TaSWEET6基因表达均有上调;光温敏雄性不育系BS366在不育环境(低温短日照)下,TaSWEET6基因在雄蕊发育关键时期(二分体时期)高度表达。说明小麦TaSWET6基因可能参与了多种逆境应答反应,并在小麦雄蕊发育过程中发挥着重要作用。     

巴西橡胶树生长素响应HbJAR1基因克隆与表达分析

JAR1基因是植物生长素响应基因,具有维持植物体内生长素浓度动态平衡和增强植物抗逆性的功能。为了阐明巴西橡胶树中JAR1基因的结构与功能,本研究利用Q-PCR技术在橡胶树CATAS7-33-97叶片中扩增了JAR1基因,其推导氨基酸含有JAR1蛋白特征性的GH3 superfamily结构域,无信号肽,无跨膜区域,定位在细胞质中,命名为HbJAR1。表达分析结果表明:该基因在橡胶树叶片中的表达量受光照强度、机械伤害和白粉菌侵染显著上调,吲哚乙酸(IAA)、茉莉酸(JA)、乙烯利(ET)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA3)对HbJAR1在橡胶树中的表达也起到不同程度的上调作用。表明HbJAR1基因属于植物JAR1家族,与橡胶树对光照、伤害等逆境响应有关。     

小麦OXS3基因家族的鉴定及表达模式分析

氧化应激3蛋白(OXS3)是一种植物特异性蛋白,在植物逆境耐受性中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法,在全基因组水平对小麦中的OXS3基因家族成员进行了鉴定,并对所有成员进行了高温胁迫下的表达模式分析以及4个小麦OXS3基因的酵母转化验证试验。结果表明,小麦具有9个OXS3基因,分布于8条染色体上,聚类为三个亚家族,主要定位于细胞核;小麦OXS3基因家族成员的启动子区具有多个激素响应和逆境响应顺式作用元件,暗示该家族成员在植物逆境响应中可能承担重要角色。共线性分析表明OXS3基因家族在单/双子叶植物间存在较大差异。qRT-PCR分析表明,小麦OXS3家族基因在高温胁迫下均上调表达。转化酵母的耐热功能验证表明,小麦基因TaOXS3-1D、TaOXS3-2A可以提高酵母的耐热性。本研究结果为系统研究OXS3的耐热功能奠定了基础。     

甜菜BvMTP11基因的克隆及序列分析

在植物中,金属耐受蛋白(Metal tolerant proteins,MTPs)是阳离子转运家族(Cation effluxtransporters)重要的成员之一,其在细胞重金属逆境耐受性及离子平衡代谢中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR方法,在甜菜体内克隆获得了Beta vulgaris metal tolerantce protein 11(BvMTP11)基因的全长序列。该基因CDS全长为1 227 bp,编码了408个氨基酸,分子量(Mw)和等电点(pI)分别为45.935 kDa和4.89,属于相对不稳定蛋白。该基因编码的蛋白有5个跨膜螺旋区,是一种具有阳离子排出域(Cation efflux domain)的膜蛋白,并且有80%的可能性定位于过氧化物酶体膜上。因此可以推测,BvMTP11可能作为甜菜体内重要的转运蛋白参与到重金属逆境胁迫应答网络中,同时,该基因的克隆也为进一步研究其在重金属逆境下的分子机制奠定基础。     

菠萝NAC转录因子基因AcoNAC1生物信息学及表达分析

NAC转录因子作为植物中数量最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及各种逆境胁迫中发挥非常重要的调控作用。本研究以菠萝为试验材料,采用RT-PCR技术克隆得到基因AcoNAC1(GenBank登录号:XM₀20225830),对其进行生物信息学及表达分析。生物信息学分析表明,该基因cDNA序列全长1723 bp,ORF为1062 bp,编码353个氨基酸,相对分子量为38.34kDa,理论等电点为8.88;其编码蛋白的二级结构由20.40%的α-螺旋(H)和15.30%的β-折叠(E)以及59.21%的无规则卷曲(C)组成,具有NAC典型结构保守域。基因表达分析表明,AcoNAC1基因的表达受低温和干旱胁迫诱导,低温胁迫24 h和干旱胁迫12 h时的表达量最高;在不同成熟期品种中表现出持续的诱导表达,但诱导强度逐渐下降,其中早熟品种谢花后20～50 d及晚熟品种谢花后20～60 d基因表达量均处于较高水平。因此,推测AcoNAC1基因可能参与菠萝逆境胁迫响应以及果实发育与成熟的调控。     

甜菜抗逆基因P5CS的克隆及盐胁迫下的表达分析

脯氨酸在植物适应逆境胁迫中起重要作用,脯氨酸合成酶(Proline synthetase)是脯氨酸合成代谢的关键酶,深入研究编码该酶的基因,对了解逆境下脯氨酸积累的分子机理、提高其抗逆性意义重大。本研究采用RT-PCR技术从甜菜中克隆了△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)基因,利用生物信息学方法对序列进行了比对及其理化特性、结构域分析,该基因ORF为2 151 bp,编码由716个氨基酸组成的蛋白。序列已提交到GENBANK(ID:KY019201)。采用实时荧光定量PCR技术测定不同时间高盐(300 mmol/L NaCl)胁迫下对甜菜幼苗叶片P5CS基因相对表达量的影响,结果表明:随着处理时间的延长,幼苗受胁迫程度加深,P5CS基因的表达上调明显,进一步说明该基因响应逆境胁迫,本研究为今后深入研究提供了依据。     

甘蔗双向糖转运蛋白ShSWEET2a基因的克隆与表达分析

双向糖转运蛋白SWEET(Sugars will eventually be exported transporters)基因在植物生长发育、生理代谢及植物—病原菌互作等方面具有重要的调控作用.为了探索甘蔗SWEET基因在生长发育中的表达情况及对逆境胁迫的响应,本研究以甘蔗'新台糖22号'为试验材料,克隆了一个甘蔗SW...     

油棕EgGRF转录因子家族的全基因组鉴定与表达分析

生长调控因子(Growthregulatingfactor,GRF)是植物中重要的转录因子,参与植物生长、发育和逆境胁迫响应等多种生物学过程。本研究从油棕(Elaeisguineensis)基因组中鉴定出15个EgGRF基因家族成员,并对其理化性质、染色体定位、基因结构、保守功能域、进化关系、启动子顺式作用元件、组织表达模式和果肉不同时期表达模式进行分析。结果表明:EgGRF基因家族成员编码的肽链平均为409个氨基酸,分子量为27.62～65.51 kDa,等电点为6.24～9.38,蛋白不稳定指数为47.24～68.37,脂溶指数为47.52～67.69,总平均亲水性为–0.945～–0.400。EgGRF基因家族成员含有3～5个外显子,均含有特征结构域QLQ(Gln、Leu、Gln)和WRC(Trp、Arg、Cys),基于系统进化关系将EgGRF家族分为5个亚族,油棕EgGRF的亲缘性与拟南芥较近。启动子上鉴定出大量植物激素响应、逆境胁迫响应、光响应和分生组织特异表达顺式作用元件。不同组织的转录组数据分析结果表明,EgGRF基因家族在茎尖和花中表达量较高,8个EgGRF在果肉的不同...     

玉米PRC2基因在子粒发育过程中的表达分析

以玉米自交系昌7-2授粉后不同天数的玉米子粒为研究对象,通过实时荧光定量PCR技术,对玉米中3个Polycomb Repressive Complex 2基因(PRC2)Mez1(Maize enhancer of zeste 1)、Fie1(Fertilization independent endosperm 1)和Vef101(VEF family protein 101)在授粉后不同天数的表达情况进行研究。结果表明,Mez1、Fie1和Vef101在授粉后子粒发育不同阶段均有表达,Fie1在子粒发育过程中呈先上升后下降的趋势,授粉后10 d表达量最高,表明Fie1可能在子粒由胚胎形成到干物质积累的过渡时期发挥调控作用;Mez1在子粒发育过程中呈先下降后上升的趋势,授粉后10 d表达量最低,子粒发育后期表达量明显上升,表明Mez1可能在子粒淀粉积累过程中发挥调控作用;Vef101只在授粉后5 d的子粒中呈现高表达,其他时期表达量均较低,表明Vef101可能在玉米子粒发育早期胚胎形成过程中发挥调控作用。     

小麦microRNA167e的特征及表达模式分析

MicroRNAs(miRNAs)是一类在植物发育调控和逆境胁迫响应过程中发挥重要功能的小RNA,为了探讨miR167e在小麦中的生物学功能,以小麦品种中国春、豫麦18和矮抗58为材料,利用RT-PCR技术克隆了小麦miR167家族基因新成员 MIR167e,并采用qRT-PCR技术分析了其时空表达特性及其对渗透胁迫的响应模式。结果将小麦 MIR167e基因定位在第5同源群染色体的短臂上,将该基因A、B和D基因组的三个部分同源基因分别命名为 TaMIR167e-5AS、 TaMIR167e-5BS和 TaMIR167e-5DS。序列分析显示,该miRNA前体区域在所检测品种间高度保守,3个部分同源基因间仅存在SNP差异,在成熟tae-miR167e对应区域完全一致。时空表达特性分析显示,tae-miR167e在籽粒发育过程中表达呈上调趋势,在不同组织间的表达差异较大,其中在3叶期,叶片和根系中表达量较高,种子中次之,穗下节中表达量最低;在干旱胁迫条件下,该miRNA受胁迫诱导而上调表达,与中国春相比,矮抗58根系中该miRNA的诱导表达启动更快,在叶片中的表达水平更高;在盐胁迫条件下,该miRNA在根系中呈下调表达趋势,而在叶片中上调表达。推测tae-miR167e在小麦发育调控和渗透胁迫响应过程中发挥重要功能。     

富含多糖甜玉米幼穗RNA提取及高温胁迫基因表达分析

以改良Trizol试剂法从富含多糖的甜玉米幼穗中提取高质量、完整的总RNA,利用实时荧光定量PCR对高温胁迫下粤甜13雌穗发育的8个差异表达基因进行分析。结果表明,8个基因分为上调表达和下调表达,实时荧光定量PCR和测序法基因表达谱检测的基因上调或下调表达的趋势一致,上调表达基因ZM2G058057和下调表达基因ZM2G059964、ZM2G044670相对表达量较高,可能在高温胁迫影响甜玉米幼雌穗发育过程中起更重要的作用。     

小麦Ta-miR154的特征及渗透胁迫响应

植物逆境胁迫响应过程中microRNA（miRNA）发挥着重要调控功能,为探讨小麦Ta-miR154的特征及其对渗透胁迫的响应,以矮抗58和中国春为材料,克隆了 Ta-MIRNA 基因并对其序列特征及时空表达模式进行分析。结果显示,小麦 Ta-MIR154 的3个部分同源基因位于第7同源群染色体组上,分别命名为 Ta-MIR154-7A 、 Ta-MIR154-7B 和 Ta-MIR154-7D ;3个部分同源基因间序列差异较大,但在miRNA前体区域高度保守,其中 Ta-MIR154-7A 由于一个核苷酸的变异导致不能生成 Ta-MIR154 。组织表达分析显示, Ta-MIR154 在成熟籽粒中的表达量最高,其次为节间和根系;籽粒形成过程中, Ta-MIR154 从授粉后20 d开始快速上调表达,授粉后30 d表达量最高。干旱胁迫条件下,两品种的叶片中 Ta-MIR154 在受胁迫诱导后均上调表达,且矮抗58的表达水平高于中国春;而根中 Ta-MIR154 的响应模式不同,在中国春中呈先上调后下调的表达趋势,而在矮抗58中呈先下调后上调的表达趋势。盐胁迫条件下,两品种的叶片中 Ta-MIR154 在受胁迫诱导后呈先上调后下调的表达趋势,且中国春的上调幅度大且持续时间长,而在根系中矮抗58的上调表达幅度要大于中国春。推测 Ta-MIR154 在小麦渗透胁迫响应过程中发挥一定的调控功能。     

乌拉尔图小麦WOX基因的克隆与表达分析

WOX基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程发挥重要作用。本研究通过同源克隆的方法,得到乌拉尔图小麦(Triticum urartu)WOX基因家族的6个成员: TuWOX1、 TuWOX2、 TuWOX3、 TuWOX4、 TuWOX5和 TuWOX3a。生物信息学分析表明, TuWOX2、 TuWOX3和 TuWOX3a属于WUS支/进化支, TuWOX4属于古老支, TuWOX5属于中间支。除这三个分支外, TuWOX1自成一支,说明在乌拉尔图小麦中可能出现了不同功能的WOX家族基因。利用qRT-PCR技术对得到的WOX基因在乌拉尔图小麦不同组织的表达模式以及幼苗在不同非生物胁迫处理下的表达情况进行了分析,结果表明,WOX基因在乌拉尔图小麦各组织中均有表达,但在不同组织中的表达量差异较大,说明WOX基因在不同的组织中发挥作用;非生物胁迫条件下WOX基因表达水平发生了变化,表明其可以响应外界的胁迫。     

Mechanisms for coping with submergence and waterlogging in rice

Background

Oligopeptide transporters (OPTs) play important roles in the mobilization of organic nitrogenous compounds and usually associate with tissues that show signs of rapid protein hydrolysis, such as germinating seeds and senescing leaves. This study is to investigate rice OPT genes.

Results

A total of sixteen OsOPT genes (Os for Oryza sative L.) were identified in the rice genome, which were then classified into six sections that belong to two subfamilies (the PT and YSL subfamily). The major mechanisms for evolutionary expansion of the sixteen genes during the rice genome evolution include segmental and tandem duplication. Calculation of the duplication event dates indicated that the sixteen genes originated from nine original OsOPT genes, and the duplication events could be classified into three evolutionary stages. The first evolutionary stage occurred approximately 50 million years ago (Mya) and involved the evolution of four new genes. The second evolutionary stage was approximately 20 Mya and was marked by the appearance of two new genes, and the third evolutionary stage was approximately 9 Mya when two new genes evolved. Mining of the expression database and RT-PCR analysis indicated that the expression of most duplicated OsOPT genes showed high tissue specificities. Diverse expression patterns for the sixteen genes were evaluated using both semi-quantitative RT-PCR and the MPSS data. Expression levels of some OsOPT genes were regulated by abiotic and biotic stresses suggesting the potential involvement of these gene products in rice stress adaptation. Five OsOPT gene mutants showed abnormal development and growth, the primary analysis of five OsOPT gene mutants suggested that they may be necessary for rice development.

Conclusions

These results suggested that rice-specific OsOPT genes might be potentially useful in improving rice.     

小麦TaGeBPL基因的克隆及表达分析

无表皮毛增强子结合蛋白GeBP(GLABROUS1 enhancer-binding protein)是植物体内特有的一类转录因子,可调控植物表皮毛的生长过程,在植物生长发育、衰老、抗逆、防御反应进程中发挥着重要作用。前期对自发斑点细胞坏死RILs(N13039H/N)进行转录组学比较,发现一个未知功能基因在两个材料中表达差异显著。为深入了解小麦中该基因的序列特征和表达特性,通过RT-PCR方法克隆获得了CDS区域片段。生物信息学分析结果表明,该基因位于3D染色体上,CDS编码区长度为1 527 bp,共编码508个氨基酸,含有1个DUF573结构域和3个核定位信号。InterPro比对表明,编码蛋白属于GeBP家族,故将该基因命名为TaGeBPL。亚细胞定位结果表明,TaGeBPL定位于细胞核。白粉病菌(Blumeria graminis f. sp.tritici,Bgt)侵染条件下的定量qRT-PCR结果表明,TaGeBPL基因在感白粉病近等基因系N9134S中的表达模式呈双峰曲线变化,侵染12和36 h时,基因表达显著上调,而在抗白粉病近等基因系N9134R中的表达呈单峰曲线变化,在侵染12 h时显著下调。TaGeBPL在N9134S中的相对表达量始终高于在N9134R中的表达量,由此推测TaGeBPL基因可能参与病原菌响应的相关途径。酵母转录激活试验表明,TaGeBPL转录因子没有转录自激活活性。本研究结果为深入解析GeBP的功能奠定了基础。     

玉米Ⅰ型二酰基转移酶基因(DGAT1)的生物信息学分析及其在非生物胁迫下的表达研究

对玉米中的两个I型DGAT基因ZmDGAT1.1和ZmDGAT1.2进行生物信息学分析。结果表明,两个玉米DGAT1基因编码的蛋白均属于膜结合的酰基转移酶类MBOAT家族,均含有多个跨膜结构域以及保守的底物结合和催化功能区。两个玉米DGAT1基因的不同组织和发育阶段表达分析显示,两者在胚乳发育期表现出高水平表达;在种子发育期表达模式完全不同,ZmDGAT1.2在种子发育既油脂合成的早期表达水平较高,ZmDGAT1.1在种子发育和油脂合成的后期表达水平更高。多种非生物胁迫处理条件下的qRT-PCR检测结果表明,两个DGAT1基因对多种非生物胁迫的响应模式也有明显差异,说明其在参与逆境胁迫响应方面发挥着不同的作用。     

小麦HD2基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)负责去除组蛋白上的乙酰基团,在生物体的生长发育和非生物胁迫响应方面具有重要作用。本研究根据其他植物中HD2基因家族序列,利用生物信息学方法对小麦中的HD2基因进行鉴定,并对其基本生物学特性和调控网络等进行分析。结果表明,有12个小麦HD2基因被鉴定,并根据蛋白质序列C端是否含有锌指结构将其分为Group1和Group2两个亚家族;这些基因的编码蛋白均定位于细胞核内。利用WheatExp数据和RNA-seq数据对小麦HD2基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,小麦HD2基因在不同组织和不同逆境下均存在差异表达。同时,利用qRT-PCR技术对其在小麦12个生长发育时期的叶片中响应热胁迫的表达模式进行分析,结果表明,其在小麦挑旗期和抽穗期表达量明显上升。