胁迫条件下毛竹miR164b及其靶基因PeNAC1表达研究

MicroRNAs(miRNAs)在植物生长发育以及抗逆等过程中起着重要的调控作用。miR164 作为植物特有的miRNA,其主要的靶基因是植物NAC转录因子。为揭示毛竹 miR164 对其靶基因的调控机制,通过茎环引物法和RT-PCR技术,从毛竹(Phyllostachys edulis)中克隆出miR164b成熟序列及其靶基因PeNAC1。序列分析表明miR164b的靶点位于PeNAC1 编码区,RLM-5'RACE PCR产物测序结果证实切割位点位于靶点的第10-11位碱基之间。组织特异性表达分析表明,毛竹 miR164b和PeNAC1在根、茎、叶及鞘中均表达,其中miR164b在根中表达丰度最高,在茎中表达丰度最低;而PeNAC1的表达丰度恰好与miR164b 相反。实时定量PCR结果显示,NaCl(250 mmol·L^-1)、低温(4℃)和强光(1 500 μmol·m^-2·s^-1)处理后毛竹叶片中 miR164b 的表达均明显下调,GA₃(100 μmol·L^-1)处理后 miR164b表达量明显上调;而在同样处理条件下,PeNAC1的表达恰好呈现出与其完全相反的趋势。由此表明,miR164b对靶基因PeNAC1 具有表达调控作用,可能与毛竹响应非生物胁迫的抗逆过程密切相关,这为利用miRNA开展竹子抗逆分子育种提供了参考。     

毛竹4个B-box锌指蛋白序列和基因表达特征及PeBZF4的功能

【目的】B-box锌指蛋白( BZF)在植物生长发育和应对逆境过程中发挥着重要的调控作用。强光胁迫对竹子的生长发育有着重要的影响,通过分析毛竹 BZF 基因编码蛋白的分子特征及组织表达模式,研究过量表达PeBZF4转基因植株的荧光动力学参数变化,以期为揭示竹子 BZF 基因对强光的应答与调节机制提供参考。【方法】采用同源基因比对的方法直接从 BambooGDB中获得毛竹 BZF基因同源序列,利用专用软件和在线公共平台分析基因及其编码蛋白序列,查找各种作用元件,预测蛋白功能结构域,分析蛋白的亲水性/疏水性。采用实时定量 PCR技术分析基因在不同组织中的表达情况以及强光(1200μmol·m －2 s －1)和黑暗处理后基因在叶片中的表达变化。构建 PeBZF4基因的过量表达载体,利用农杆菌介导法转化拟南芥,直接观察转基因植株表型,利用IMAGING-PAM 荧光仪测定其叶绿素荧光参数。【结果】从毛竹数据库获得4条不同的 BZF 基因同源序列,编码4个不同的锌指蛋白,分别命名为 PeBZF1,PeBZF2,PeBZF3和 PeBZF4。4个基因中均具有光应答顺式作用调控元件 ACE和 G-box,但它们所含光应答元件却有所差异,PeBZF1中有 MNF1和 Sp1,PeBZF2中有 I-box,Sp1和 boxⅡ, PeBZF3和PeBZF4中有GT1-motif,MNF1和Sp1。4个基因所编码的蛋白都具有2个B-box结构域和CHC3H2锌指结合域,属于B-box型锌指蛋白。在根、茎、叶片和叶鞘中的表达4个基因存在着明显差异,其中PeBZF1和PeBZF3在叶片中的表达丰度最高,PeBZF2和 PeBZF4在叶鞘中的表达丰度最高。强光处理后 4个基因的表达均受到抑制,且随着光照时间的延长 PeBZF2和 PeBZF3的表达呈逐渐下降趋势,而 PeBZF1和 PeBZF4的表达却在光照1 h时比0.5 h时略微上调,随后迅速下降;黑暗对 PeBZF1,PeBZF2和 PeBZF3的表达有明显抑制作用,而 PeBZF4的表达却显著上调,约是对照的3.2倍。过量表达 PeBZF4的转基因植株光系统Ⅱ的实际光合效率 Y(Ⅱ)和非光化学猝灭( NPQ)值都比野生型有不同程度的提高。【结论】毛竹中有4个不同B-box型锌指蛋白基因,其表达为组成型,强光和黑暗处理4个基因的表达变化表明它们参与了光胁迫的应答调节。过量表达 PeBZF4基因能够提高转基因植株的 Y(Ⅱ)和 NPQ值,证明 PeBZF4能够增强其热耗散能力,提高强光下的光合效率。因此,BZF 可能与竹子抵抗强光胁迫有关。     

麻竹转录因子DlSCL6的基因克隆及在拟南芥中异位表达

GRAS家族 HAM( Hairy Meristem)亚家族是一类转录因子,对植物的生长发育和形态建成具有重要作用。利用RT-PCR和RACE技术从麻竹中得到一个HAM 同源基因,命名为DlSCL6。该基因全长2006 bp,含有5'非编码区129 bp,3'非编码区266 bp,编码区1611 bp。DlSCL6蛋白具有 LHRⅠ,VHIID,LHRⅡ,PFYRE,SAM 5个保守域,且与某些单子叶植物的 SCL6蛋白有较高的一致性,与拟南芥有部分一致性,为43%。DlSCL6基因在大肠杆菌中表达,获得分子量约为60 kDa的重组蛋白。在拟南芥中正义表达 DlSCL6基因的植株营养期延长,开花延迟,植株粗壮,莲座叶数量增加;而转反义基因的植株开花提前,植株瘦弱,且莲座叶数量明显减少。由此表明,DlSCL6基因能影响转基因植株茎端分生组织的分生状态,从而导致形态建成的变化。     

毛竹PeDWF4基因克隆及表达模式分析

[目的]通过对毛竹PeDWF4基因结构特点和表达特征的研究,揭示其在响应逆境胁迫过程中的作用。[方法]采用同源序列比对的方法,从毛竹基因组数据库中获得DWF4同源基因信息并克隆,通过生物信息学方法分析该基因的结构、理化特征,以及基因编码蛋白的保守结构域、进化关系等,应用RT-PCR技术分析基因在毛竹不同组织中的表达情况,使用实时荧光定量PCR技术分别分析高盐、干旱、低温和强光等胁迫条件下该基因在叶片中的表达模式。[结果]从毛竹中克隆获得1个DWF4同源基因PeDWF4,编码区长度为1 503 bp,对应的基因组序列为6 149 bp,包含8个外显子和7个内含子,内含子完全符合GT-AG剪接原则。PeDWF4编码1个500 aa的碱性蛋白,属于细胞色素P450家族的单加氧酶。组织特异性表达分析表明,PeDWF4在毛竹不同组织中均检测到表达,其中,叶片中表达丰度最高,其次是根,茎、叶鞘和笋中的表达量较低。在Na Cl(400 mmol·L-1)和干旱胁迫条件下,叶片中PeDWF4的表达均先受到诱导,后受到抑制,其中,Na Cl处理下,表达量在2 h时达到最高(为对照的3. 5倍),6 h时最低(为对照的20%);干旱处理下,表达量在1 h时达到最高(为对照的2倍),8 h时最低(为对照的60%)。强光(1 200μmol·m-2·s-1)和低温(4℃)胁迫均诱导PeDWF4的表达,其中,强光处理2 h时表达量达到最高(为对照的4. 5倍),随后降低,8 h时仍为对照的2倍;低温处理下,叶片中PeDWF4表达量在1 h时达到最高(约为对照的3倍),随后持续下降,8 h时仍为对照的2倍。[结论]从毛竹中克隆了BL生物合成关键限速酶基因PeDWF4,该基因在毛竹中呈现组成型表达,在叶片中的表达受到Na Cl、干旱、低温和强光等非生物胁迫的影响,基因表达的变化表明PeDWF4可能有助于毛竹适应逆境胁迫。     

竹类植物茎秆生长发育研究进展

竹子集经济、生态、文化价值于一身,是最具开发潜力的绿色植物资源之一,其茎秆是最具开发利用价值的部分。文中概述了竹类植物由笋到茎秆的生长发育研究进展,包括生长规律、形态解剖结构、激素和生理生化、分子生物学等4个方面。文中在分析和综述的基础上,指出竹类植物茎秆生长发育研究尚比较薄弱,认为培育符合工业化利用要求和具有高观赏价值的竹子新品种是今后的主要研究方向和重点;提出了除常规的培育和经营措施外,分子辅助育种和基因工程育种将是实现高产、优质、抗逆等竹子新品种培育的重要手段,是提高竹子工业化利用效率、实现竹产业可持续发展的重要途径。     

毛竹TIPs基因家族成员组织表达模式研究

[目的]通过研究毛竹TIPs的分子特征和表达模式,为揭示逆境胁迫条件下TIPs在竹子中的作用提供证据,为培育抗逆的植物新品种提供新的基因资源。[方法]以毛竹为对象,利用生物信息学方法对毛竹基因组中的TIPs基因进行了全面分析,采用实时荧光定量PCR技术分析基因在不同组织及干旱、水淹和Na Cl胁迫下的表达模式。[结果]毛竹基因组中含有6个TIPs同源基因,分别隶属于3个亚类(TIP1、TIP2和TIP4)。基因结构预测显示,Pe TIP1;1、Pe TIP1;2、Pe TIP2;2和Pe TIP4;2由2个外显子和1个内含子组成,而Pe TIP2;1和Pe TIP4;1由3个外显子和2个内含子组成。蛋白结构分析显示,毛竹6个TIPs均具有2个典型的NPA结构域和4个ar/R模体。通过转录组数据分析基因的组织表达特异性,结果表明Pe TIP1;1在各组织中的表达丰度均较高;Pe TIP1;2主要在花中表达;Pe TIP2;1在根和鞭中表达量较高;Pe TIP2;2在根中特异表达;Pe TIP4;1在叶片中表达丰度最高;Pe TIP4;2在笋和鞭中表达水平较高,在根中最低。实时定量PCR结果分析证明,干旱处理后毛竹根中Pe TIP4;1的表达量显著升高(p0.01),Pe TIP2;1、Pe TIP2;2和Pe TIP4;2表达受到抑制(p0.01);水淹处理后根中Pe TIP1;1和Pe TIP4;1表达量显著增加(p0.01),Pe TIP1;2、Pe TIP2;2、和Pe TIP4;2则显著降低(p0.01);Na Cl处理后根中6个Pe TIPs的表达量均显著增加(p0.01)。干旱处理后毛竹叶片中Pe TIP1;1、Pe TIP1;2和Pe TIP4;1表达量均显著增加(p0.01);水淹处理后叶片中Pe TIPs表达量均显著提高(p0.01);Na Cl处理后叶片中Pe TIP2;1表达受到明显抑制(p0.01)。[结论]Pe TIPs可能在毛竹抵抗干旱、水淹和Na Cl等非生物胁迫中发挥着不同程度的作用。