一个新的水稻逆境响应基因OsMsr1的表达与克隆

为深入了解植物的逆境反应机理和发现新的水稻耐逆基因, 采用Affymetrix水稻表达芯片(含51 279个转录本)分析了超级稻两优培九母本培矮64S不同生长发育时期、不同组织器官全基因组在低温、干旱、高温逆境胁迫下的表达水平, 筛选出众多表达水平显著升高与降低的基因。OsMsr1 (Oryza sativa L. multiple stresses responsive gene 1, GenBank登录号为EU284112) 是其中一个受高温、低温与干旱诱导、在各生长发育时期与组织器官均显著上调的基因, 用实时定量PCR方法对其表达水平进行了进一步的分析, 所得结果与基因芯片结果基本吻合, 因此, 此基因为一多逆境响应基因。用RT-PCR方法扩增获得了包含其完整ORF (open reading frame)的cDNA克隆。根据其ORF序列进行预测, 此基因编码一个包含89个氨基酸残基的小分子蛋白, 分子量约为10 kD, pI约为5。搜索有关数据库, 在水稻、玉米、小麦与拟南芥中找到有高相似性的基因, 但功能未知, 也未发现相同与类似的已知功能的基因保守结构域。对其可能的启动子序列分析, 发现5个与逆境反应有关的顺式作用元件。因此, 我们认为该基因为一新的水稻耐逆候选基因, 进一步的研究正在进行。     

水稻OsGPRP家族基因克隆及其对非生物胁迫的响应

富含脯氨酸和甘氨酸的蛋白基因GPRPs广泛分布于高等植物中,在植物的生长发育和逆境适应中具有重要的作用。为了克隆水稻中的OsGPRP基因,利用生物信息学分析,结合RT-PCR和测序等方法,共获得了3个水稻OsGPRP的cDNA序列,分别编码197,180,170个氨基酸,其蛋白序列均含有3个典型的植物GPRP蛋白保守结构域:N端的XYPP重复、中部富含A的疏水区和C端的HGK重复。为了初步探讨这些OsGPRP基因的功能,利用在线工具Plant CARE database分析,结果发现有3个水稻OsGPRP基因的启动子中包含有许多与植物生长发育、激素和逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。为了进一步探究OsGPRP基因在水稻适应非生物逆境胁迫过程中的生物学功能,利用实时荧光定量PCR分析了3个OsGPRP基因在水稻幼苗适应干旱和低温胁迫过程中的响应情况。结果显示,这些OsGPRP基因对干旱和低温胁迫均有不同程度的响应;在干旱胁迫下,这些OsGPRP基因在水稻幼苗不同组织中的表达量均表现出上升的趋势,表达模式较为相似;而在低温胁迫下,其表达模式却存在一些明显的不同,其中,OsGPRP1和OsGPRP3的表达量上升,而OsGPRP2的表达量却下降。结果表明,3个OsGPRP基因在水稻适应非生物逆境中具有重要的作用。     

水稻基因启动子Ospz4的克隆与表达分析

利用Affymetrix水稻表达芯片分析了超级稻两优培九母本培矮64S(Oryza sativa L.)在经过低温、干旱、高温等逆境条件胁迫处理后,不同组织器官在不同的生长发育时期全基因组的表达差异。筛选到一个在正常条件和逆境条件下均有较高表达水平的基因Os SG4(Gen Bank登录号:AK068991.1),从水稻日本晴基因组中克隆得到其上游启动子区域Ospz4(1 625 bp),将其与GUS报告基因融合构建植物表达载体p CAMBIA1301P4,并用农杆菌介导法转化台北309获得转基因植株。组织化学染色结果表明,Ospz4启动子可驱动GUS报告基因在转基因水稻植株的叶片,根、茎、颖花、胚乳及胚芽鞘中均有表达。在该启动子的基础上,构建了4个不同长度的5'端缺失片段启动子与GUS报告基因融合的植物表达载体,通过注射烟草(Nicotiana benthamiana)进行瞬时表达分析,结果表明,4个片段均可驱动GUS基因的表达,其中最短片段(492 bp)的表达活性最强。本研究表明Ospz4启动子可用于研究与遗传改良生产,具有重要的理论与实践价值,并有助于该启动子的改造。     

甘蔗ABA信号转导关键酶SoSnRK2.1基因的克隆与表达分析

蔗糖非酵解型蛋白激酶(SnRK)是植物体内ABA信号转导途径的关键调控酶, 在植物的抗逆境生长过程中发挥着重要的作用。本研究通过RT-PCR和RACE-PCR技术克隆出编码甘蔗SnRK2蛋白的基因SoSnRK2.1。该基因cDNA序列全长为1385 bp, 包含一个1002 bp的开放阅读框(ORF)。根据氨基酸序列预测SoSnRK2.1基因编码333个氨基酸残基, 与其他高等植物中相关蛋白的氨基酸具有高度的相似性, 尤其是与禾本科的玉米和水稻。构建该基因的原核表达载体pET-SoSnRK2.1, 在IPTG诱导下可得到38 kD 左右的蛋白, 与理论值一致。实时荧光定量PCR分析表明, SoSnRK2.1基因在ABA、干旱(PEG)+ABA、干旱(PEG)、NaCl、低温(4℃)和H₂O₂外源胁迫下均呈诱导表达的趋势。推测该基因参与调控干旱、高盐和低温等胁迫过程, 在甘蔗抗逆境胁迫中起重要作用。     

两个谷子CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析

CIPK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。本文利用生物信息学方法从谷子基因组中鉴定出2个CIPK基因, 命名为SiCIPK6和SiCIPK16。序列分析表明SiCIPK6基因组序列长1994 bp,编码451个氨基酸;SiCIPK16基因组序列长1885 bp,编码473个氨基酸,2个基因均无内含子和可变剪切。生物信息学分析显示这2个基因在蛋白质序列和结构上与其他物种CIPK基因一样非常保守。实时定量PCR分析表明SiCIPK6和SiCIPK16在ABA、低温、高温、干旱、高盐诱导下表达量均有所上调, SiCIPK6基因在ABA、干旱和盐处理时表达量上调幅度较大,而SiCIPK16基因在低温、干旱和高温处理时表达量上调幅度较大。半定量PCR检测结果表明SiCIPK6和SiCIPK16两个基因在拔节、孕穗、灌浆期时均有表达,在相应生育时期受到干旱胁迫时它们表达量均有所提高。推测SiCIPK6和SiCIPK16基因在谷子的干旱或其他逆境胁迫中起一定作用。     

3个水稻WAX2同源基因表达的组织特异性及逆境响应特征

利用拟南芥的WAX2基因序列BLAST检索出3个水稻同源基因,命名为OsWAX2-1、OsWAX2-2和OsWAX2-3,与拟南芥WAX2基因的同源性分别为56.0%、55.2%和52.0%;其预测的编码蛋白与WAX2蛋白的同源性分别为61.5%、60.5%和64.7%。这3个蛋白都分别存在4个跨膜结构区和1个甾醇去饱和酶的保守区,说明它们都属于跨膜蛋白并可能与角质层的蜡质合成有关。采用半定量RT-PCR方法检测3个OsWAX2基因在水稻不同部位的表达情况,及高温、低温、NaCl、PEG和ABA5种处理对3个OsWAX2基因在转录水平表达的影响。结果表明,3个OsWAX2基因在水稻中的表达存在时空差异,3个基因在水稻萌动的胚中表达量都很高,OsWAX2-3基因在叶中的表达量最高;3个OsWAX2基因对高温、低温、盐、干旱及ABA胁迫响应也存在差别,OsWAX2-1只在ABA处理时增强表达;OsWAX2-2受高温、低温、盐、干旱胁迫及ABA诱导并且响应迅速。这一结果为进一步研究OsWAX2基因在水稻生长发育过程及逆境胁迫下的功能与作用机制提供了参考。     

高粱中SbDREB2基因的克隆与表达分析

干旱应答元件结合蛋白(DREB)在植物非生物逆境胁迫中调节下游一系列抗逆基因的表达。本研究利用电子克隆和RT-PCR方法从高粱中克隆到1个DREB类基因SbDREB2,该基因ORF 789 bp,推测编码蛋白含262个氨基酸残基,相对分子质量28.6 kD,理论等电点为5.52,在DNA序列内包含1个740 bp的内含子,符合GT-AG剪接规则。氨基酸序列分析表明,该蛋白在82~145区含有DREB类转录因子家族特有的AP2保守结构域,与玉米DREB2A及水稻DREB1蛋白相似度分别为84%和69%。成功构建了原核表达载体pET28a-SbDREB2,经IPTG诱导获得32.5 kD左右蛋白,与理论值一致。Real-time PCR表达特性分析显示,该基因为组成型表达,在根、茎、叶中均表达,根中表达量约是茎中的2.5倍;受干旱、高盐和外源ABA的强烈诱导,但对低温几乎没有响应。     

水稻NAL11基因对苗期非生物逆境的响应分析

为了探究NAL11基因在水稻苗期对非生物逆境的响应机制及功能,对含NAL11基因的粳稻品种02428及其近等基因系NIL-8进行高温、低温、盐胁迫和模拟干旱胁迫处理,以正常处理的植株作为对照,观察植株表型、测定各处理下叶片的多种生理指标,并比较NAL11基因在不同逆境处理下的表达量情况。研究结果发现,高温、低温、盐胁迫处理导致02428与NIL-8均表现出一定程度的萎蔫、干枯症状,但两者差异并不明显;15%PEG-6000模拟干旱处理均导致二者叶片萎蔫、叶尖枯黄卷曲,但NIL-8植株的症状相对较轻,且与02428相比NIL-8的相对电导率降低、SPAD值增高;其次,与02428相比,NIL-8的SOD含量差异不显著;然而在低温和干旱胁迫下,NIL-8的CAT含量显著高于02428。表明NIL-8比02428具有更好的抗旱能力。实时定量PCR结果表明,高温、低温、盐害及模拟干旱胁迫下,NAL11表达量均迅速升高,随着处理时间的延长,其表达量表现出不同的动态变化。NAL11基因的表达受高温、低温、盐及模拟干旱胁迫的诱导,但表达模式各异;推测NAL11基因对水稻幼苗的抗旱能力起到一定的调节作用。     

3个水稻类病变基因的逆境胁迫及激素响应特征

水稻中已克隆出十几个控制类病变(lesion mimic,LM)性状的基因,其中以SPL(spotted leaf)命名的基因如Os SPL7、Os SPL11、Os SPL28分别编码不同功能的蛋白质。本研究首先分析Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28启动子序列,发现均含有大量应答激素和逆境的顺式作用元件,并采用实时定量PCR检测这3个Os SPL基因在水稻不同部位的表达情况,以及逆境和激素等不同处理对它们在转录水平表达的影响。结果表明:Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28在不同时期水稻组织中没有明显的时空差异表达;低温、盐、干旱胁迫和ABA、ACC、JA、SA四种激素在转录水平调控Os SPL7、Os SPL11和Os SPL28表达,其中Os SPL7表达受低温、干旱、ACC和JA抑制而受ABA、SA诱导,Os SPL11表达受低温、干旱和JA抑制而受SA显著诱导,Os SPL28表达受到JA强烈抑制而对低温不敏感。研究结果可为进一步研究激素和非生物胁迫调控植物类病变发生的作用机制提供线索。     

番茄SlETR6基因的克隆及非生物胁迫下的表达分析

为解析番茄乙烯受体基因SlETR6在非生物胁迫过程中的功能。以番茄为材料,克隆了番茄SlETR6基因,利用MEGA 5. 0软件对SlETR6基因编码的蛋白进行了聚类分析,并利用实时荧光定量PCR分析了SlETR6基因在番茄根、叶、花、果实不同发育时期的组织表达情况及对其在高盐、高温(40℃)、低温(4℃)、干旱胁迫条件下的表达模式。结果表明,SlETR6基因开放阅读框(Open reading frame,ORF)为2 265 bp,编码754个氨基酸,蛋白质分子质量为85. 05 ku,等电点为7. 28,与马铃薯St ETR-like蛋白的同源性最高;启动子分析显示,SlETR6基因含有热胁迫、干旱胁迫、低氧胁迫、光响应、乙烯、水杨酸及赤霉素应答等相关的顺式作用元件。实时荧光定量PCR分析表明,SlETR6在番茄不同组织中均有表达,且在花和转色期果实中有显著高表达。高盐胁迫6 h后,SlETR6基因呈现上调表达,12 h后达到峰值,而后回复正常表达水平;高温胁迫后,SlETR6基因表达量有明显的上升趋势;干旱胁迫早期SlETR6基因应答强烈,在胁迫处理1 h后表达量达到峰值。因此,推测SlETR6基因可能在番茄适应高盐、高温、干旱等逆境胁迫过程中发挥重要作用,可能参与番茄生长发育过程中的逆境调控。为番茄抗逆研究提供了新的候选基因资源。     

水稻茎秆相关性状遗传分析

本研究以典型的籼粳交(春江 06/台中本地1号)F1经花药培养产生的双单倍体(DH)群体为材料,考察了该群体及其双亲的株高、穗颈长、倒三节节间长及节粗.结果表明,株高与穗颈长和各节间长,以及各节间长之间均呈显著的正相关,而各节间长与节间粗不存在显著的相关性:所考察的性状在DH群体中均表现为连续的分布,且有一定数量的超亲...     

小麦TaABC1L的克隆及表达特性分析

通过反向Northern筛查小麦旱选10号幼苗水分胁迫诱导表达的cDNA文库,选择一个在水分胁迫1、6和12 h均上调表达的cDNA克隆作为“种子”序列,利用电子延伸和RT-PCR方法,获得一个开放阅读框为1 434 bp,编码477个氨基酸的cDNA序列。由该序列推测编码的蛋白含有1个典型的ABC1保守域（123~243氨基酸）和1个AARF域（42~369氨基酸）,但是没有发现ABC1向线粒体转移的信号肽前体序列（PD017350）,因此,将该基因命名为TaABC1L。同源比对结果表明,TaABC1L只与水稻、拟南芥中4个尚未研究功能的基因编码的氨基酸序列高度同源。实时定量RT-PCR结果显示,TaABC1L对渗透、高盐、低温等逆境胁迫和ABA处理均表现出应答反应,但是在不同胁迫条件下表达高峰出现的时间和表达强度上存在差异。其中受NaCl胁迫1 h,基因的表达量已达到对照的30倍,之后其表达量迅速回落,但仍高于对照;受ABA诱导时,其表达量略有增加,在12 h的最高表达量也仅为对照的2倍。     

四引物分子标记鉴定水稻光合效率基因TAC1的不同基因型

水稻(Oryza sativa)的株型含株高、分蘖、穗型和叶型等性状,其表现与光合效率直接相关。一般地,籼稻(Oryza sativa ssp.xian)株型松散,而粳稻(Oryza sativa ssp.geng)更为紧凑。松散型的籼稻自身遮蔽少,通风好,植株光合效率高;紧凑株型的粳稻适应密植,通过提高单位面积植株数量提高总体光合效率。控制籼粳稻分蘖角度差异的主效基因是TAC1基因。相比TAC1xian,发生在tac1geng的3'非翻译区(3'UTR)的A→G突变导致mRNA稳定性下降,从而影响了粳稻的株型。2个等位基因分别属于单株高光效基因型和整体高光效基因型,处于杂合状态下还可互补,因此建立可精确选择TAC1等位基因的分子标记在育种实践中意义重大。本研究利用扩增受阻突变系统(amplification refractory mutation system,ARMS)的原理,开发出包含4条引物的共显性分子标记,鉴定TAC1的功能单核苷酸多态性(functional nucleotide polymorphism,FNP)。该分子标记命名为tac1fnp,同TAC1完全连锁,一次PCR反应即可精确区分2种等位基因及杂合基因,有助于水稻的高光效分子标记辅助选择育种。     

棉属野生种旱地棉蛋白激酶基因GarCIPK8的克隆与功能分析

CIPK (calcineurin B-like calcium sensor interacting protein kinase)是植物钙感受器钙调磷酸酶B类似蛋白特定靶向的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。在前期的研究中, 我们将棉属野生种D亚组旱地棉(Gossypium aridum)盐胁迫前后RNA混合样品进行转录组测序, 发现一CIPK相关基因存在较高的转录丰度。盐胁迫下荧光定量PCR分析表明该基因在根部表现诱导上调表达, 推测该基因可能参与植物在高盐胁迫下的生理调控。利用电子克隆及RT-PCR方法从旱地棉中克隆了一个ORF全长为1350 bp的蛋白激酶基因GarCIPK8。序列分析表明该基因编码的蛋白含有449个氨基酸, 分子量为51.12 kD, 理论等电点为8.13, 其N端催化结构域包含一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶域, C端具有植物CIPK蛋白家族特有的24个氨基酸组成的NAF保守结构域; 与水稻OsCIPK8蛋白的相似度为73.95%。为进一步验证其功能, 利用组成型高效强启动子CaMV35S和拟南芥逆境胁迫启动子rd29A构建植物表达载体并转化烟草, 经PCR和RT-PCR分子检测, 证明GarCIPK8基因已经整合到烟草基因组中, 并正常表达。T₁代转基因植株耐盐性鉴定结果表明GarCIPK8基因对提高转基因植株的耐盐性有较明显的作用, PEG干旱模拟试验也证明GarCIPK8基因可增强植株的抗旱性。     

抗冷与不抗冷水稻在低温期间叶片ABA与GA1水平变化的差异

采用抗冷性强的东乡野生稻（东野）和对低温敏感的６２２５两个籼稻品种。发现稻苗的抗冷性与低温期间内源脱落酸（ＡＢＡ）含量上升及赤霉素（ＧＡ１）含量下降均有密切关系。东野的抗冷性比６２２５强,可能是因为其内涵ＡＢＡ、ＧＡ１水平对低温的响应比６２２５迅速,东野的ＡＢＡ／ＧＡ１比值在低温２４ｈ时就已达到最大值,而６２２５直到低温１２０ｈ才上升到最大值。     

水稻抗性淀粉相关SSR标记的初步研究

将高抗性淀粉（resistantstarch,RS）突变体RS111与中等和低直链淀粉含量水稻品种II-32B和宜香B杂交,构建F2群体,发现位于第8染色体上的RM72和RM547和位于第6染色体上的RM217和RM225与RS相关。在杂交组合II-32/RS111的F2群体中,RM72和RM547与抗性淀粉和直链淀粉含量关系密切,出现了低亲本、杂合及高亲本3种基因型,且不同基因型间RS和AAC达1%显差异;在杂交组合宜香B/RS111的F2群体中,按标记RM217和RM225基因型可区分低与中高RS含量,其中RM225杂合型和高亲本类型间RS含量达5%差异水平。     

转BADH基因苜蓿T-DNA侧翼序列分析及转化事件特异性分析

为了从分子水平上鉴别不同的转基因株系,以转BADH基因苜蓿的T₀代基因组DNA为模版,采用热不对称交错PCR(TAIL-PCR)方法分离其外源基因插入位点的侧翼序列,获得了B127株系的左翼序列和右翼序列,以及B125、B138、B295和B196株系的左翼序列。侧翼序列特征分析表明,有的T-DNA边界序列被删除,有的边界序列被保留,并填充了一段未知来源的核苷酸序列。根据侧翼序列中插入载体序列和紧邻插入序列的基因组序列特征,分别设计PCR扩增的上、下游引物,并对获得的42个转BADH株系分别进行左、右翼序列的扩增,结果表明,转基因植株B106、B125、B138、B157、B158、B289、B295、B305和B127具有相同的扩增条带,B203、B220、B223和B196具有相同的扩增条带,说明这些株系可能仅来源于2个转化事件。本研究建立的事件特异性检测方法可以准确地将不同的转化株系区别开来。     

糜子SAMS基因的克隆及其在干旱复水中的表达模式分析

以糜子抗旱节水研究中获得的一个与S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)基因同源性较高的EST序列为基础, 采用RT-PCR技术从糜子中分离到一个SAMS基因的全长cDNA序列(命名为PmSAMS), 全长1 293 bp, 编码396个氨基酸, 具有SAMS典型的N端结构域、中间结构域及C端结构域。糜子、马铃薯、拟南芥、甜菜、大麦、荔枝、番茄和水稻8种植物SAMS的氨基酸序列多重比较分析表明, 不同植物的SAMS的氨基酸相似程度非常高(92%~97%), 其中糜子与水稻的相似性最高(97%), 说明SAMS基因在植物进化中非常保守。PmSAMS基因在糜子幼苗干旱及复水过程中的半定量RT-PCR表达模式分析表明, 在干旱早期(土壤含水量36%)诱导该基因大量表达, 而干旱程度更严重时(土壤含水量为24%)其表达受到严重抑制, 表达量比对照还低; 严重干旱后复水2 h, 其表达量增强至干旱早期的表达量, 而复水6 h后表达量降低至对照(干旱处理前)水平。可见, PmSAMS基因的表达涉及糜子响应干旱胁迫及干旱后复水过程, 可能是糜子抗旱节水的关键基因。该基因的克隆为进一步探讨其应用于农作物抗旱节水性的遗传改良奠定了基础。