胡杨谷胱甘肽过氧化物酶PeGPX基因的克隆及转化植株耐盐性分析

胡杨（Populus euphratica Oliv.）具有极强抗盐碱能力.本实验室前期胡杨微阵列芯片数据结果显示：盐胁迫下,胡杨谷胱甘肽过氧化物酶基因（PeGPX）的转录上调,暗示该基因可能对胡杨耐盐性具有一定的作用.为分析GPX对植物耐盐性的贡献,本研究以胡杨为材料,利用RT-PCR方法克隆了胡杨谷胱甘肽过氧化物酶PeGPX基因,并在烟草中过量表达该基因,以分析谷胱甘肽过氧化物酶活性与植物耐盐性的关系.研究结果显示,实验中克隆的cDNA （PeGPX）编码谷胱甘肽过氧化物酶,其ORF为693 bp,其蛋白由231个氨基酸编码.过量表达PeGPX基因的烟草与野生型烟草的耐盐性实验结果显示,野生型烟草植株在加NaCl （200 mmol/L）的MS培养基中生长15 d后,无明显的长高,且不长根;而转基因烟草在同样的加盐培养基上,生长基本没有受到抑制,植株生长状态良好,并且能够长根.光合数据显示,在盐胁迫下过量表达PeGPX基因烟草的净光合速率受到影响明显小于野生型烟草的净光合速率.酶活数据显示,转基因株系GPX酶活与野生型的相比在盐胁迫下活性有非常显著的提高.我们的研究结果说明：过表达PeGPX基因使得烟草的耐盐性得到显著提高,这对深入研究PeGPX基因在胡杨耐盐机制中的作用具有重要的意义.     

胡杨PeAPY1和PePY2在提高植物抗旱耐盐性上的功能解析

胡杨（Populus euphratica Oliv.）是典型的抗旱耐盐树种,广泛用于干旱盐碱地带的造林绿化。本实验室前期研究结果表明,盐胁迫下胡杨腺苷三磷酸双磷酸水解酶（Apyrase）基因（PeAPY）的转录水平上调,表明该基因可能在胡杨的抗盐性功能上发挥作用。已有研究证明APY是水解eATP的关键酶,而eATP是植物细胞重要的信使分子,调控植物的生长发育及抗性反应。本研究以PeAPY过表达拟南芥株系、拟南芥apy1、apy2突变体和野生型拟南芥为实验材料,分析了胡杨PeAPY对植物抗旱和耐盐能力的影响。研究结果表明,PeAPY1和PeAPY2转基因株系的抗旱性明显提高,这可能与PeAPY1和PeAPY2过表达减少了叶片表皮的气孔密度,降低了叶片的失水速率,从而提高了植株的保水能力有关。此外,我们还发现PeAPY1和PeAPY2转基因株系耐盐能力有所提高：在盐胁迫条件下,过表达PeAPY1和PeAPY2转基因植物的种子萌发率和生长、成活率均明显高于突变体apy1、apy2和野生型拟南芥（NaCl处理的浓度分别为0,50 mmol/L,100 mmol/L,150 mmol/L,200 mmol/L）。这可能是由于盐处理条件下,PeAPY通过降低盐诱导的eATP浓度,阻止了eATP诱导的细胞凋亡。综上所述,胡杨PeAPY的过表达能够提高植物对盐胁迫、干旱胁迫的耐受性,PeAPY对eATP浓度调控及其对植物抗逆性的具体机制有待进一步研究。     

细胞壁重构关键酶木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶（XTH）的研究进展

细胞壁是目前植物分子生物学研究的热点之一.木葡聚糖(XG)是双子叶植物初生细胞壁中最主要的半纤维素.木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)是一类催化木葡聚糖分子转移或水解的酶,它能够内切木葡聚糖聚合体,将产生的还原性末端连接到另外一个木葡聚糖链或水分子上,在细胞壁重构、影响植物生长发育方面有重要作用.本文主要综述了XTH结构、功能和影响其功能的因素,概括了目前研究中存在的问题和未来研究方向.     

盐胁迫下3种杨树的抗氧化能力与耐盐性研究

以抗盐性不同的胡杨、群众杨和I-214杨3种杨树为材料,对NaCl胁迫下叶片中的盐离子含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性以及丙二醛（MDA）含量和电解质外渗率的动态变化进行分析和对比,探讨3种杨树抗氧化能力的差异及其与抗盐性的关系．结果显示,在长期且不断提高的盐胁迫下,群众杨叶片中Na+、Cl－离子浓度不断升高,特别是在盐处理后的第28 d,叶片中的盐离子含量达到最高时,SOD和POD的活性大幅度下降,叶片中MDA的含量和电解质外渗率随之大幅度上升,叶片出现了严重的盐害症状．与群众杨相比,I-214杨叶片中Na＋、Cl－浓度也有相同的变化趋势,但其MDA和电解质外渗率增加幅度较小,盐害症状也较轻. 与前两种杨树明显不同,胡杨在轻度盐胁迫下（土壤NaCl浓度58.5 mmol/L）,叶片中SOD和POD的活性就显著上升,并且在盐胁迫期间,胡杨叶片中盐离子含量、MDA的含量和电解质外渗率都没有明显的变化．因此,在长期盐胁迫条件下,群众杨和I-214杨叶片中电解质外渗率的增加与盐离子的大量积累有关,而叶片电解质外渗主要是膜脂过氧化的结果．活性氧清除酶（SOD、POD）活性的下降,是导致这两种杨树膜脂过氧化和电解质外渗率增加的主要原因．而胡杨在盐胁迫初始阶段就能大幅度上调SOD、POD活性,以避免活性氧对膜的伤害．在长期不断提高的盐胁迫条件下,胡杨的排盐性强,降低了盐诱导的膜脂过氧化,最终减少了电解质外渗率,从而提高了抗盐性．      

胡杨PeAPY1和PeAPY2调控拟南芥耐盐机制研究

本文研究了胡杨apyrase基因(PeAPY1和PeAPY2)对植物耐盐性的影响。以PeAPY1和PeAPY2过表达拟南芥、拟南芥Atapy1和Atapy2突变体、野生型(WT)拟南芥及空载体(VC)为实验材料,研究盐胁迫条件下的植物根长、相对电导率、细胞活力、H₂O₂水平、eATP浓度、抗氧化酶活性的变化。研究结果显示:低盐浓度(50 mmol/L NaCl)对拟南芥各基因型的生长和生理生化指标没有显著影响;而高盐浓度(100 mmol/L NaCl)抑制了各株系的根长生长、细胞活力和抗氧化酶(超氧化物歧化酶/SOD、抗坏血酸过氧化酶/APX、过氧化氢酶/CAT)活性,却提高了相对电导率、H₂O₂水平和eATP浓度。但与Atapy突变体株系相比较,PeAPY过表达株系受高盐胁迫的影响较小。主要是由于PeAPY1/2的过表达提高了apyrase酶活,下调了eATP浓度及其诱发的活性氧水平,同时,过表达株系还通过保持抗氧化酶活性来抑制H₂O₂的水平,从而降低活性氧及其对膜脂的过氧化,保持了膜的稳定性、细胞活力和生长,最终提高了植物耐盐性。      

外生菌根真菌Paxillus involutus吸收Cd2+及H2O2对Cd2+内流的调控作用

目的本文研究了外生菌根真菌Paxillus involutus对Cd2+的吸收作用以及H₂O₂对Cd2+内流的调控作用。方法以Paxillus involutus的2种菌株MAJ和NAU为研究材料,利用50 μmol/L CdCl₂对材料进行24 h处理,应用非损伤微测技术测定菌丝的Cd2+和Ca2+离子流。结果结果显示,Cd2+处理后,MAJ和NAU菌丝的Cd2+内流增强,同时也显著促进了Ca2+的内流。Ca2+通道抑制剂(Verapamil、GdCl₃、TEA)处理后,Cd2+和Ca2+内流强度均明显减弱,表明Cd2+是通过钙通透性离子通道(CaPCs)进入菌丝细胞的。Cd2+处理促进了Cd2+和Ca2+的内流,很可能是Cd2+激活了菌丝质膜的CaPCs。Ca2+和Cd2+的竞争性实验结果显示,高浓度的Ca2+抑制菌株MAJ和NAU的Cd2+内流;反过来,测试液中Cd2+浓度的提高也明显降低了Ca2+的内流强度,这证明Ca2+和Cd2+是竞争性地通过CaPCs进入菌丝细胞的。此外还发现,H₂O₂(1.0 mmol/L)能增强菌丝的Cd2+和Ca2+内流,而ROS清除剂DMTU却显著抑制了菌株对Ca2+和Cd2+的吸收,表明H₂O₂在调控菌丝细胞CaPCs介导Cd2+内流的过程中具有重要作用。结论 综上,外生菌根真菌Paxillus involutus对Cd2+具有富集作用并且可以通过H₂O₂激活CaPCs促进Cd2+内流。      

转Na^＋／H^＋逆向转运蛋白（PeNhaD1）基因派间杂种110杨的获得

胡杨Na+/H+逆向转运蛋白基因(PeNhaD1)编码一种质膜Na+/H+逆向转运蛋白,在胡杨细胞拒盐机制中具有重要作用.本研究利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefacience)介导的叶盘法将PeNhaD1基因转入盐敏感且速生的派间杂种110杨(P.deltoidesX P.maximozoiczi‘Eridano')中.经PCR和PCR-Southern检测已获得转PeNhaD1基因的110杨再生植株.     

胡杨叶与根中特异性表达基因的表达谱分析

以2年生胡杨实生苗为研究材料,通过NaCl溶液处理24 h,分别收集NaCl处理后的细嫩白根及叶片,采用CTAB法抽提胡杨盐胁迫下的叶与根的RNA,用基因芯片技术研究胡杨盐胁迫后叶与根中基因的差异表达。经过比对,差异10倍以上的基因共有175个,其中在叶中表达上调的有120个,在根中表达上调的有55个。     

镉胁迫下NO对胡杨细胞Cd2+吸收调控机制的研究

本文研究了NO对胡杨愈伤细胞Cd2+耐受性的影响。结果表明:Cd2+(50 μmol/L)显著抑制了胡杨细胞的生长,而硝普钠SNP(NO供体,25 μmol/L)能明显缓解Cd2+对胡杨细胞生长的抑制作用,并减轻镉对细胞膜的伤害以及镉胁迫导致的细胞活力下降。利用非损伤微测技术等研究了NO对Cd2+动态吸收的影响。CdCl2(50 μmol/L)处理之后,胡杨细胞表现出Cd2+内流,而SNP(25 μmol/L,6 h)显著抑制了Cd2+的内流,并降低了Cd2+在细胞内的积累。研究发现,NO是通过调控钙离子通道来抑制胡杨细胞对Cd2+的吸收。镉胁迫下Cd2+内流被钙离子通道专一性抑制剂氯化镧明显抑制,表明Cd2+是通过钙离子通道转运进入细胞。并且发现,NO是通过促进Ca2+的内流来竞争性地抑制胡杨细胞对Cd2+的吸收,从而缓解了镉胁迫对胡杨细胞造成的生长抑制。      

初始盐胁迫下ABA与CaM对胡杨叶片气体交换的调控

以典型的耐盐树木胡杨(Populus euphratica)为试验材料,研究叶片气体交换对初始盐胁迫的响应机制.在初始盐胁迫下,胡杨叶片ABA和CaM水平提高,叶片气孔导度、蒸腾速率和净光合速率相应迅速下降,表明ABA和Ca2 ·CaM参与了胡杨盐诱导的气孔关闭.5mmol·L-1钨酸钠(ABA合成抑制剂)、10mmol·L-1EGTA(胞外Ca2 螯合剂)和5 mmol·L-1LaCl3(Ca2 通道抑制剂)处理胡杨根部,对照苗木叶片的EVAP、Gs和Pn未受到影响,却提高了盐处理苗木(50 mmol·L-1NaCl,4h)的气体交换.结果显示,盐诱导内源ABA和CaM水平的提高导致了胡杨叶片的气孔关闭,这是因为:1)钨酸钠处理降低了盐处理苗木的ABA水平,增加了CaM的含量;2)EGTA或LaCl3处理显著降低了胡杨叶片的CaM水平,但ABA水平显著升高.此外,通过茎导入ABA来模拟盐诱导内源ABA水平的提高,发现茎部导入的ABA(10 μmol稬-1)能使胡杨叶片ABA和CaM水平迅速升高,叶片Gs、EVAP和Pn相应迅速下降,而先于ABA导入的5 mmol·L-1 LaCl3或5 mmol·L-1EGTA虽然提高了ABA的水平,但却显著降低了CaM水平,ABA诱导胡杨的气孔关闭也受到明显抑制.研究结果显示,钨酸钠、EGTA和LaCl3的使用,都能抑制盐诱导胡杨的气孔关闭,因此,在初始盐胁迫诱导胡杨气孔关闭的过程中,ABA和CaM很可能是共同作用:诱导胞质Ca2 水平升高,激活外向的K 通道和Cl-通道,诱导气孔关闭,从而降低经由蒸腾流进行的根冠盐离子运输.