茄子转录因子 SmeWRKY53对盐胁迫的响应

WRKY转录因子在各种生理过程和逆境反应中发挥重要作用,为了探究茄子转录因子 SmeWRKY53抗逆性,对 SmeWRKY53的启动子元件进行预测分析,运用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测 SmeWRKY53在不同非生物胁迫中表达量的变化,通过遗传转化在茄子中过表达 SmeWRKY53,并对过表达茄子苗期耐盐性进行鉴定。启动子元件预测分析结果显示,该基因启动子序列不仅有启动子基本转录元件,还含有TC-rich repeats、CGTCA-motif、TGACG-motif等与胁迫相关的抗逆元件。实时荧光定量（qRT-PCR）结果显示 SmeWRKY53能够响应高温、低温、干旱以及盐胁迫处理,且在盐胁迫条件下可以被显著诱导。在茄子中过表达 SmeWRKY53可以提高植株的耐盐能力。生理指标检测表明,盐胁迫条件下,过表达植株体内丙二醛（MDA）含量积累显著低于对照。同时过表达植株细胞内脯氨酸、可溶性蛋白的含量和抗氧化酶\[过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶活（POD）\]的活性显著高于对照植株。对盐胁迫相关基因（ SmeSOS1、 SmeCIPK3 和 SmeNHX1）的表达检测发现,盐胁迫处理显著诱导了相关基因（ SmeSOS1、 SmeCIPK3 和 SmeNHX1）的表达,且过表达植株中的表达显著高于对照。这些结果表明茄子 SmeWRKY53能正调控提高茄子对盐胁迫的耐受性,对后续研究 SmeWRKY53基因在茄子耐盐胁迫中的分子机制提供了理论依据。     

唐菖蒲蛋白磷酸酶GhPP2C1基因功能及其对ABA的响应

为探究唐菖蒲GhPP2C1（Protein phosphatase 2C1）的功能及对脱落酸（Abscisic acid,ABA）的响应,以唐菖蒲‘Rose Supreme’为试材,利用同源克隆的方法获得ABA信号转导过程中的关键蛋白磷酸酶基因GhPP2C1,利用实时荧光定量分析、亚细胞定位和启动子β-葡萄糖苷酸酶（GUS）染色等方法检测其对ABA的响应情况;对其启动子序列进行响应元件分析;在拟南芥中异源过表达GhPP2C1基因,对转基因株系进行ABA敏感性测定、株型分析及下游基因表达情况分析。结果表明：1）GhPP2C1的表达在ABA处理的诱导下显著上调。2）GhPP2C1定位于细胞质中,可被ABA处理诱导入核。3）GhPP2C1基因启动子包含ABA、赤霉素（Gibberellins,GAs）、干旱和低温相关响应元件。在烟草叶片和拟南芥根尖中,GhPP2C1启动子活性可被ABA激活。4）在拟南芥中异源过表达GhPP2C1基因导致ABA信号通路中下游基因的表达量显著下降并出现分枝数、株高和种荚数量明显增加的表型。综上,推测唐菖蒲GhPP2C1可能通过减弱ABA信号传导,促进种子休眠解除,且在植株营养生长过程中也发挥作用。     

转GhB301基因棉花抗枯萎病机理研究

为了明确棉花AP2/ERF转录因子基因GhB301在抗枯萎病中的功能,以过表达GhB301转基因棉花纯合株系（OE）与野生型对照YZ-1（WT）为材料接种枯萎病菌,研究接菌后不同棉花材料叶片中防御酶活性变化及抗病相关基因的表达差异。结果显示：接菌后0~7 d,随着接菌时间的延长,棉花叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）活性逐渐增高,均呈先增加后降低的变化趋势,但转基因株系中酶活性提高的更快、峰值更高;接种棉花枯萎病菌24 h后,测定各材料中苯丙烷代谢途径（GhPAL5、GhC4H1、GhC3H1、GhHCT1、GhF5H2、GhCCR1）、JA/ET路径（ GhAOC1、 GhAOS1、GhEIN2、GhERF1、GhJAZ1）、SA路径（GhICS1、GhEDS1、GhPAD4、GhNPR1）、PR基因（GhPR1、GhPR2、GhPR4、GhPR5）等抗病相关基因的相对表达量,除GhERF1、GhJAZ1、GhNPR1外其余均在转基因株系中上调表达。推测在棉花中过表达GhB301基因提高了防御酶活性和抗性基因的表达,从而增强棉花对枯萎病的抗性。     

水杨酸介导的植物系统获得抗性信号的传导途径

水杨酸(SA)是植物系统获得抗性(SAR)所必需的内源信号分子,在介导SAR的信号传导中起着十分重要的作用,这一点已经在烟草、黄瓜和拟南芥等植物中得到证实。水杨酸结合蛋白(SABP)与过氧化氢酶的活性相似,其与SA结合能抑制过氧化氢酶的活性,使植物细胞中过氧化氢水平升高,促使SAR的产生。病程相关基因非表达子1(NPR1)是在SAR信号转导途径中的关键性调控因子。     

金针菇JA/SA信号通路基因鉴定及其对外源JA/SA应答

本研究鉴定了金针菇茉莉酸(JA)信号通路的4个关键基因:COI1、PDF1.2、MYC2-1、MYC2-2与水杨酸(SA)信号通路的4个关键基因:PR1-1、PR1-2、NPR1-1、NPR1-2。NBT染色法和荧光定量结果表明,金针菇JA/SA信号通路可应答外源JA/SA,50μmol·L~(-1)外源JA和500μmol·L~(-1)外源SA处理金针菇菌丝12h可显著提高JA/SA信号通路基因的转录水平,基因PDF1.2响应JA诱导最明显,可作为JA信号通路标记基因;JA/SA信号转导途径间存在协同或拮抗作用:SA信号转导通路中NPR1蛋白对JA信号转导通路中PDF1.2基因表达有抑制作用,外源JA/SA的相对浓度决定其作用的强弱。     

亚硝基谷胱甘肽还原酶 GSNOR1正调控植物对疫霉菌的抗性

疫霉属（ Phytophthora）卵菌引致马铃薯晚疫病等作物灾难性病害,严重威胁作物的可持续生产。由于病菌毒性变异,导致品种抗病性丧失问题突出。因此,挖掘植物广谱和持久抗病基因,并探索其在抗病育种中的有效利用具有重要的科学意义。亚硝基谷胱甘肽还原酶1（GSNOR1）是植物氮信号通路中高度保守的关键还原酶,其参与调节r基因介导的植物抗性和非寄主抗性。然而, GSNOR1参与抗疫霉菌的免疫功能和作用机理尚不清楚。本研究中,借助拟南芥与寄生疫霉菌互作的模式体系,首先发现拟南芥T-DNA插入突变体 gsnor1-3对寄生疫霉菌呈现感病表型。进一步利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）降低烟草叶片中 GSNOR1同源基因的表达量,在此基础上,通过抗病表型分析以及一系列抗性相关功能的检测,结果表明,沉默本氏烟草 GSNOR1同源基因能够在寄生疫霉菌侵染植物的过程中削弱植物体内的活性氧（ROS）迸发、病程相关基因（PR genes）的诱导表达以及MAPK信号转导,从而增强了植物对疫霉菌的感病性。本研究揭示了植物 GSNOR1对疫霉菌具有高度保守的抗性功能,并初步解析了 GSNOR1正调控植物抗疫霉菌的作用机理,为进一步探索 GSNOR1在马铃薯抗晚疫病中的功能及其在抗病育种中的有效利用奠定了重要的理论 基础。     

镉胁迫下中辽1号杨转录组分析

【目的】分析镉胁迫下中辽1号杨的转录水平,筛选差异表达基因,挖掘与镉胁迫相关的功能基因,为深入探索中辽1号杨对镉胁迫响应的分子机制提供理论依据。【方法】以中辽1号杨为试验材料,采用盆栽试验的方法将其扦插于土壤Cd含量为20 mg/kg（M20）的花盆中,以不加Cd为对照（CK）,80 d后采集不同处理中辽1号杨叶片进行转录组测序,使用DESeq2软件筛选CK与M20处理中辽1号杨的差异表达基因,将得到的差异基因在基因本体数据库（gene ontology,GO）、京都基因与基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）、蛋白相邻类聚簇数据库(clusters of orthologous groups of proteins,COG)中进行注释,分析差异表达基因在不同数据库中的注释信息。随机挑选6个差异表达基因（超氧化物歧化酶（SOD）、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（STK）、脱落酸（ABA）、T复合蛋白1（TCP1）、MYB基因（MYB）、丝裂原活蛋白激酶12（MAPK12））,利用Primer 5软件设计特异性引物进行实时荧光定量PCR（RT-qPCR）试验,检测这6个基因表达水平的变化,验证转录组结果的准确性。【结果】在CK和M20处理的中辽1号杨中,共发现3 812 个差异表达基因,其中上调表达的有2 209 个,下调表达的有1 603 个。GO 分析发现,差异表达基因注释到3大类49个功能组中,其中与代谢过程有关基因最多。转录组KEGG代谢通路分析发现,差异表达基因主要在信号转导途径、代谢途径和生物合成途径富集。COG分析发现,1 455个差异基因被注释到22种分类中,其中一般功能预测基因注释最多,其次是信号转导机制基因。结合各数据库分析结果发现,Cd胁迫下中辽1号杨转录组的注释结果中代谢过程和信号转导过程相关基因较多。镉胁迫下差异表达基因最多的家族是ABC、MYB、WRKY、bHLH和NAC基因家族,挖掘出与镉胁迫相关基因WRKY家族基因47（WRKY47）、硝酸盐转运蛋白基因（NRT）、ABC家族转运蛋白基因2（ABC2）、苹果酸脱氢酶（MDH）、谷胱甘肽S-转移酶基因（GSTs）、NAC家族基因2（NAC2）的表达量显著上调,MYB家族基因44（MYB44）、重金属相关异戊二烯化植物蛋白基因39（HIPP39）的表达量显著下调。RT-qPCR结果显示,随机挑选6个差异表达基因表达量的变化趋势与转录组测序结果一致。【结论】镉胁迫后中辽1号杨转录组的差异表达基因主要富集在代谢过程和信号转导过程,挖掘出与镉胁迫相关基因,分别是WRKY47、NRT、ABC2、MDH、GSTs、NAC2、MYB44、HIPP39,为深入探索杨树对镉胁迫响应的分子机制提供了理论依据。     

辣椒转录因子CaNAC083对高温胁迫的响应

【目的】分析辣椒NAC转录因子CaNAC083在高温胁迫响应中的作用,为阐明辣椒耐高温机理奠定基础。【方法】以辣椒P70为材料,扩增CaNAC083基因,对其进行生物信息学分析,在辣椒中构建基因沉默载体沉默该基因,用RT-qPCR检测沉默效率以及高温胁迫相关基因CaHsfA2、CaHsfB5、CaHsp25.9和CaHSP90的相对表达量,测定42 ℃高温胁迫处理10 h前后丙二醛（MDA）含量、相对电导率、F_v/F_m、活性氧（H₂O₂和O^-₂·）含量以及抗氧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT））活性的变化,观测二氨基联苯胺（DAB）和氮蓝四唑（NBT）染色情况;同时构建过量表达载体转化拟南芥,测定42 ℃高温处理12 h前后的MDA含量、活性氧含量、相对电导率以及抗氧化酶活性的变化,探讨CaNAC083基因对植株耐高温能力的影响。【结果】CaNAC083属于NAP亚家族的一员,且与典型的NAP亚家族成员的结构一致。CaNAC083基因沉默辣椒植株在高温胁迫后叶片损伤较轻,MDA、相对电导率以及活性氧均低于对照植株,而POD、SOD和CAT活性高于对照植株,CaHsfA2、CaHsfB5、CaHsp25.9和CaHSP90相对表达量均高于对照植株。过表达CaNAC083拟南芥株系在高温胁迫下受害程度较WT严重,MDA、相对电导率以及活性氧含量均高于WT,而POD、SOD和CAT活性均低于WT。【结论】CaNAC083基因沉默可以增强辣椒植株的耐高温性,过表达该基因则减弱植株的耐高温性,判断CaNAC083在植物高温胁迫中可能起负调控作用。     

壳寡糖对黄曲霉毒素B1诱导大鼠肝细胞毒性损伤的干预作用

为了研究壳寡糖（COS）对黄曲霉毒素B1（AFB₁）诱导大鼠肝细胞（BRL 3A细胞）毒性损伤的干预作用。采用CCK-8法分别测定AFB₁对细胞的半数抑制浓度（IC₅₀）和COS对细胞的无损害作用浓度；用试剂盒检测COS预处理细胞6 h后再加入AFB₁继续培养24 h的细胞存活率、活性氧（ROS）水平、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性和细胞凋亡率；通过Real-time quantitative PCR（RT-qPCR）测定Nrf2、Keap1、Ho-1、Nqo1、Bax和Bcl-2基因的mRNA相对表达量；最后通过RNA-seq研究分析差异表达基因的层次聚类和富集途径。结果：AFB₁对BRL 3A细胞的IC₅₀为15.86 μmol/L，COS浓度小于125 μmol/L时不会对细胞造成毒性损伤；COS可以缓解AFB₁引起的细胞内ROS水平和MDA含量升高，增强SOD和GST酶活性，进而提高细胞自身的抗氧化能力，降低细胞凋亡率；AFB₁可引起促凋亡基因Bax的显著表达（P<0.05），并显著降低Nrf2、Keap1、Ho-1、Nqo1的转录水平（P<0.05），而COS预处理则能显著提高Nrf2、Keap1、Ho-1、Nqo1基因的表达（P<0.05），显著降低Bax的表达水平（P<0.05）；在RNA-seq的富集途径结果中，COS还可能通过细胞色素P450对外源物质的代谢作用、药物代谢-细胞色素P450和p53信号通路途径来缓解AFB₁诱导的细胞毒性损伤（P<0.05）。结果表明：COS预处理对AFB₁诱导大鼠肝细胞的毒性损伤具有干预作用，其机制可能与Nrf2信号通路、细胞色素P450对外源物质的代谢作用、药物代谢-细胞色素P450和p53信号通路有关。     

植物激活蛋白对水稻抗性相关基因转录水平的影响

 在cDNA芯片分析结果的基础上，对从交链孢真菌（Alternaria spp.）中提取的新型植物激活蛋白对水稻抗病相关基因转录水平的影响进行了研究，同时检测了抗病防御相关酶活性和稻瘟菌抗性的变化。结果表明，水稻幼苗经 2 g·ml-1激活蛋白喷雾处理后，NPR1基因从第天时转录水平开始提高，第3天和5天时转录活性继续增强；EIN2基因的转录在第1天、3天时转录水平显著提高，第5天时又有所回复，但仍高于对照；CTR1的转录在第1天时虽无影响，但第3天和第5天转录水平明显降低，而PR4 的转录在各检测时段均未表现明显变化。5 d后叶片的稻瘟菌病情指数和平均每叶病斑数开始显著降低，14 d时对稻瘟菌的诱抗效果最为明显。叶片苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性在处理后1 d迅速增加，7 d和9 d时活性增加达到高峰期； -1,3-葡聚糖酶活性在处理后3 d开始增加，5 d时增幅最大，随后增幅降低，14 d时略低于对照水平；几丁质酶活性在处理后前3 d低于对照，5 d后活性平稳增加，14 d时降至略低于对照的水平。     

Systemic acquired resistance,NPR1, and pathogenesis-related genes in wheat and barley

In Arabidopsis, systemic acquired resistance (SAR) is established beyond the initial infection by a pathogen or is directly induced by treatment with salicylic acid (SA) or its functional analogs, 2,6-dichloroisonicotinic acid (INA) and benzothiadiazole (BTH). NPR1 protein is considered the master regulator of SAR in both SA signal sensing and transduction. In wheat (Triticum aestivum) and barley (Hordeum vulgare), both pathogen infection and BTH treatment can induce broad-spectrum resistance to various diseases, including powdery mildew, leaf rust, Fusarium head blight, etc. However, three different types of SAR-like responses including acquired resistance (AR), systemic immunity (SI), and BTH-induced resistance (BIR) seem to be achieved by activating different gene pathways. Recent research on wheat and barley NPR1 homologs in AR and SI has provided the initial clue for understanding the mechanism of SAR in these two plant species. In this review, the specific features of AR, SI, and BIR in wheat and barley were summarized and compared with that of SAR in model plants of Arabidopsis and rice. Research updates on downstream genes of SAR, including pathogenesis-related (PR) and BTH-induced genes, were highlighted.     

植物系统获得性抗性研究进展

植物系统获得性抗性(Systemic Acquired Resistance,SAR)是一种能够诱导植物持续抵御病原微生物侵害的一种防御机制。SAR需要信号分子水杨酸(Salicylic Acid,SA)参与,并与能够提高抗性的病程相关蛋白(PR)的积累有关。通过对模式植物拟南芥的研究发现,异分支酸合成酶途径是合成SA的主要途径。正调控因子NPR1与转录因子TGA相互作用,诱导防卫基因表达,进而激发SAR反应。最新研究表明,脂质分子有可能是SAR反应中的移动信号分子。这些研究结果有助于进一步了解SAR反应。     

海岛棉GbNPR1基因全长cDNA的克隆及其在烟草中的表达

【目的】为棉花抗黄萎病基因工程育种提供新的基因源。【方法】以海岛棉为材料，利用同源序列法和RACE技术克隆海岛棉中SAR途径的主要抗病信号元件NPR1(none expresser of PR gene)的全长cDNA序列。【结果】推导的氨基酸序列与已知NPR1的同源性较低（39%～57%），但在功能区的同源性较高（79.2%），GbNPR1蛋白中含有BTB和锚蛋白重复序列结构域，且在起始密码子上游存在2个W框。在拟南芥中，A.tNPR1起始密码子上游有3个W框，对诱导NPR1的表达和激活NPR1介导的植物防卫反应至关重要，锚蛋白重复序列则是NPR1实现其功能必不可少的。构建了组成型植物表达载体，通过农杆菌介导法导入烟草，转基因植株经PCR和Southern杂交检测，表明目的基因已整合到烟草基因组中。离体叶片接种法对转基因烟草进行抗病性鉴定，表明对烟草赤星病菌（Alternaria alternata）的抗性有明显提高。转基因烟草经T1代遗传分析发现，基因以单拷贝插入。【结论】本研究得到的基因为海岛棉中NPR1的同源基因。     

植物抗病反应及系统获得抗性研究进展

植物在与病原菌长期共同进化的过程中,形成了一整套复杂而有效的防御机制。植物的抗病反应是建立在一定的物质基础上的,木质素、植保素、活性氧、水杨酸等在植物抗病反应中起着重要的作用。系统获得抗性是植物抵抗病原菌侵袭的相当复杂的防御机制之一,其信号转导途径是近年来研究的热点。本文综述了植物抗病反应及其系统获得抗性的研究进展,并对发展具有广谱抗性的作物和利用激活系统获得抗性的化学物质来保护植物进行了讨论。     

不同分子量的褐藻寡糖对黄瓜幼苗光合作用及生长的影响

应用不同分子量的褐藻寡糖(ADO)喷施在黄瓜幼苗叶片上,探索不同分子量的褐藻寡糖对黄瓜幼苗的生长情况以及生理特性的影响。结果表明:ADO促进黄瓜幼苗的生长,与对照相比,ADO处理过的幼苗株高、茎粗、株幅和鲜重均有显著增加,且ADO提高了黄瓜叶片中SOD和POD的活力,使得植物体内的氧自由基清除能力提升;ADO还提高叶片中的叶绿素的含量同时使得叶片中净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、胞间CO_2浓度(C_i)、叶绿素荧光参数F_v/F_m值均有显著提高。但是,不同分子量的ADO对黄瓜生长的促进效果存在差异,以分子量为8 000的褐藻寡糖处理的效果最好。     

Plant immunity requires conformational changes [corrected] of NPR1 via S-nitrosylation and thioredoxins

Changes in redox status have been observed during immune responses in different organisms, but the associated signaling mechanisms are poorly understood. In plants, these redox changes regulate the conformation of NPR1, a master regulator of salicylic acid (SA)-mediated defense genes. NPR1 is sequestered in the cytoplasm as an oligomer through intermolecular disulfide bonds. We report that S-nitrosylation of NPR1 by S-nitrosoglutathione (GSNO) at cysteine-156 facilitates its oligomerization, which maintains protein homeostasis upon SA induction. Conversely, the SA-induced NPR1 oligomer-to-monomer reaction is catalyzed by thioredoxins (TRXs). Mutations in both NPR1 cysteine-156 and TRX compromised NPR1-mediated disease resistance. Thus, the regulation of NPR1 is through the opposing action of GSNO and TRX. These findings suggest a link between pathogen-triggered redox changes and gene regulation in plant immunity.     

Influence of alginate oligosaccharides on growth, yield and alkaloid production of opium poppy (Papaver somniferum L.)

Opium poppy (Papaver somniferum L.), an important medicinal plant, produces several opiate alkaloids including morphine, thebaine, codeine, papaverine and noscapine. Polysaccharides, such as sodium alginate, have been used in depolymerized form as wonderful promoters of plant growth. The present study has revealed that application of alginate oligosaccharides (AO), obtained from sodium alginate irradiated by Co-60 gamma rays, significantly enhances certain physiological/biochemical parameters as well as the overall growth of opium poppy. The highest dose applied was the most effective in increasing the morphine and codeine contents as well as the overall yield of crude opium per plant.     

南极菌B-3胞外寡聚糖对黄瓜的诱导抗病作用

[目的]研究南极菌B-3对黄瓜的诱导抗病作用。[方法]以黄瓜幼苗为材料,研究南极菌B-3胞外寡聚糖的分子量、单糖组成,及对黄瓜叶中防御酶的诱导作用与黄瓜白粉病的诱导抗病性。[结果]B-3胞外寡聚糖经高效凝胶渗透色谱测定其分子量为2112D,气相色谱分析由甘露糖和葡萄糖2种单糖组成;0.3%、0.5%和0.8%的B-3胞外多糖分别对黄瓜幼苗喷施不同时间后,黄瓜体内的几丁质酶,β-1,3-葡聚糖酶,苯丙氨酸解氨酶（PAL）,过氧化物酶（POD）的活性均较对照有不同程度的提高,且与0.5%的壳聚糖具有相似的诱导效果;同时,0.5%的B-3多糖能够显著地降低黄瓜白粉病的病情指数,防效达24.49%。[结论]B-3寡聚糖有望开发为新型抗病诱导子。