拟南芥热激转录因子耐高温功能分析

从拟南芥基因组中克隆了热激转录因子(At Hsf A6a),构建了过量表达(over-expression,OE)和反义(anti-sense,AS)植物表达载体并转化拟南芥,获得了拟南芥纯合转基因株系。对其进行耐高温处理,结果显示:43℃处理2 h,过量表达转基因植株存活率(86%)远高于野生型(59%);而反义转基因植株存活率则只有43%,显著低于野生型。43℃处理0.5 h,过量表达转基因植株的离子渗漏水平显著低于野生型,而反义转基因植株则大幅度升高。基因表达分析证明,AtHsfA6a的表达受热胁迫诱导,并且Hsp70是受AtHsfA6a调控的下游靶基因。上述结果表明,拟南芥AtHsfA6a可能通过调节Hsp70表达,提高植物耐受高温胁迫的能力。     

羊草LcPIP基因遗传转化露地菊及其抗盐性鉴定

PIP是重要的水孔蛋白之一,与植物的抗逆性有关。本文用叶盘法将羊草LcPIP遗传转化露地菊火焰,通过常规PCR和GUS染色方法鉴定转基因株系,Real-time PCR检测盐胁迫下转基因和野生植株中CmPIP1和CmPIP2的相对表达量,并测定SOD、POD活性和MDA含量。结果显示,在转LcPIP基因的露地菊植株叶片中,CmPIP1和CmPIP2基因表达量均上升,是野生型植株的2倍;根部的CmPIP1与CmPIP2基因的表达量均上升,CmPIP1上升程度高于CmPIP2。在200 mmol·L~(-1) NaCl的胁迫下,野生型植株中CmPIP1基因表达量明显下降,而转基因植株中CmPIP1基因表达量在12~48 h出现明显的上升;在盐胁迫12 h后,转基因植株中CmPIP2基因表达量上升程度明显高于野生型植株。盐胁迫12 h后,转基因植株的SOD活性提高更为明显。在盐胁迫前期(0~24 h)转基因植株MDA含量增加幅度低于野生型植株;在盐胁迫后期(48~72 h)转基因露地菊POD活性出现明显上升,而野生型露地菊呈下降趋势。     

热激转录因子HSFA1d参与植物内质网胁迫应答

环境胁迫是全球范围内影响植物正常生长发育的重要因素之一.研究植物的抗逆机制,运用生物技术提高作物的抗逆性,不仅具有重要的科学意义,也对农业生产具有重要的促进作用.内质网是蛋白合成和加工的重要场所,当环境胁迫引起内质网中错误折叠蛋白积累时,就会引起一个保守的未折叠蛋白应答(UPR)机制,帮助细胞达到一个新的平衡状态.热激转录因子HSFA1s在植物细胞质热激反应过程中起着重要的作用.本研究证明,拟南芥HSFA1d的表达受内质网胁迫的诱导,过表达HSFA1d的转基因植株对内质网胁迫诱导剂衣霉素(TM)具有一定程度的抗性.统计显示,在TM板上生长的转基因植株出真叶率明显提高.亚细胞定位显示,HSFA1d在正常条件下定位于细胞质中,当受到内质网胁迫时,HSFA1d从细胞质转移到细胞核中.HSFA1d可以调控UPR下游基因的表达.这些结果表明,经典的热激反应相关热激转录因子HSFA1d也参与了植物的内质网未折叠蛋白应答过程.     

过表达秋茄C2H2型锌指蛋白基因KcZFP提高烟草耐盐性

基因转录调节是植物对非生物胁迫适应机制的一个重要方面,转录调节因子在胁迫信号转导途径中调节下游基因的表达,在建立植物对胁迫适应性过程中起到重要作用.锌指蛋白是功能多样的转录调节因子蛋白家族,家族成员在植物响应非生物胁迫方面扮演着重要角色.本研究以秋茄C2H2型锌指蛋白编码基因KcZFP为目的基因,在烟草中过表达KcZFP,分析C2H2型锌指蛋白在植物耐盐性中的作用.研究结果显示:转基因株系中,KcZFP表达量显著提高.过表达KcZFP的烟草植株的耐盐性明显提高,在200 mmol/L NaCl处理的条件下,KcZFP过表达烟草中脯氨酸水平远高于野生型植株.对光合作用参数比较分析显示,在KcZFP过表达植株中净光合速率受盐胁迫的影响小于野生型植株,光合系统在一定程度上得到了保护.研究结果说明KcZFP作为转录调节因子参与了植物的渗透调节,对植物的耐盐性具有贡献.     

无苞芥锌指蛋白基因OpZFP提高烟草耐盐性的研究

旨在研究C2H2型锌指蛋白在植物生长发育、非生物胁迫信号转导过程中的作用。前期从新疆无苞芥中克隆的一个单锌指基因Op ZFP,利用叶盘法将Op ZFP基因转入普通烟草中。半定量RT-PCR表明,在转基因植株中Op ZFP基因能够高效表达。烟草耐盐性分析显示,在高盐胁迫下,转基因植株的根长要长于野生型植株,且转基因烟草丙二醛(MDA)的含量要明显低于野生型植株;并且高盐胁迫处理,野生型烟草离体叶片叶绿素降解率高于转基因植株。这些结果表明,过量表达Op ZFP的转基因植株可以提高植物对盐胁迫的抗性。     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控。构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(ArabidopsisthalianaL.)植物和水稻(OryzasativaL.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因。转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高。这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达。在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节。     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控.构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)植物和水稻(Oryza sativa L.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因.转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高.这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达.在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节.     

水稻含有B-box锌指结构域的OsBBX25蛋白参与植物对非生物胁迫的响应

锌指蛋白在调控植物生长发育和应对逆境过程中发挥着重要作用.为进一步研究锌指类蛋白参与植物非生物胁迫响应的分子机制,对水稻(Oryza sativa)中一个编码含有B-box锌指结构域蛋白的OsBBX25基因进行了功能分析.OsBBX25受盐、干旱和ABA诱导表达.异源表达OsBBX25的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)与野生型相比对盐和干旱的耐受性增强,且盐胁迫条件下转基因植物中KIN1、RD29A和COR15的表达上调,干旱胁迫下KIN1、RD29A和RD22的表达上调.外源施加ABA时,转基因植物的萌发率与野生型之间没有明显差异.OsBBX25可能作为转录调控的辅助因子调节胁迫应答相关基因的表达,进而参与植物对非生物胁迫的响应.     

转ZjAPX基因拟南芥对NaCl、干旱胁迫的耐性研究

旨在探讨枣树抗坏血酸过氧化物酶基因ZjAPX在植物渗透胁迫中的作用。将ZjAPX基因转入到模式植物拟南芥,以野生型(WT)、转ZjAPX拟南芥株系T2为试材,进行不同浓度NaCl胁迫和干旱胁迫。结果表明,转基因株系的种子萌发、植株生长均优于野生型株系;荧光定量PCR检测转基因拟南芥植株在干旱和盐胁迫处理10 d后目的基因ZjAPX的表达量显著高于野生拟南芥,表明ZjAPX的高表达明显提高了植株的抗旱和耐盐性。     

转拟南芥P5CS1基因增强羽衣甘蓝的耐旱性

为提高羽衣甘蓝的耐旱性,本文将拟南芥Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS1）基因经农杆菌介导转入羽衣甘蓝植株中,检测转基因株系与野生型植株在干旱胁迫下P5CS1 mRNA表达量、幼苗脯氨酸含量、株系根系性状、整株干重、鲜重和整株存活率。结果表明,在15%PEG6000渗透胁迫下,转基因植株的P5CS1基因mRNA表达量明显增加,转基因植株脯氨酸含量是野生型的2.4倍;主根长、最长侧根长、侧根数目、整株干重和鲜重均高于野生型,干重/鲜重则低于野生型,转基因植株的平均存活率为78%,极显著高于野生型。数据显示,AtP5CS1基因在羽衣甘蓝中的表达明显改善了转基因植株的耐旱性。     

转入甜椒热激蛋白基因CaHSP18提高番茄的耐冷性

利用农杆菌介导法将甜椒热激蛋白基因转化番茄,Northern和Western杂交表明CaHSP18在番茄植株中表达,获得转CaHSP18的番茄植株。Northern杂交显示,CaHSP18基因受低温诱导,表达量随低温处理时间的延长而增加,6h时表达量最高。低温胁迫导致野生型和转基因番茄植株的相对电导率升高,光爱统Ⅱ（PSⅡ）最大光化学效率（Fv/Fm）和放氧速率下降,但转基因番茄植物维持较低的膜透性,较高的Fv/Fm和放氧速率。这些显示,在番茄植株中CaHSP18表达后耐冷性有提高。     

染色体重组对转基因大麦中gfp基因表达的作用

利用5种转绿色荧光蛋白基因(gfp)大麦不同株系及野生型大麦为材料,对不同转基因株系间以及转基因株系与野生型植株间进行杂交,分别对不同世代植株的根尖、花粉中gfp基因的表达量进行测定.结果表明,不同转基因株系间的根尖、花粉的gfp基因在表达量上存在差异,同一转基因材料的gfp基因表达存在组织差异;gfp基因在杂交后代中作为一个显性基因以孟德尔方式稳定遗传,不同染色体上的gfp基因重组有利于提高持基因表达.     

秋茄KcRD22基因的克隆与功能分析

本文以用200 mmol/L NaCl处理24 h后的秋茄幼苗为材料提取秋茄叶片总RNA,利用RT-PCR方法克隆获得KcRD22基因的全长cDNA,通过构建pCAMBIA-2300-KcRD22过表达载体,利用农杆菌侵染的方式获得过表达KcRD22的烟草转基因株系,并对转基因株系的耐盐性做出初步分析.实验结果显示:KcRD22基因的ORF长1 131 bp,编码1个等电点为9.07、分子量为39.8 kD、由375个氨基酸组成的蛋白.PCR及RT-PCR鉴定结果表明,KcRD22基因已经分别整合到8株烟草的染色体中,并在两个株系中获得表达.对转基因烟草进行光合作用测定,结果显示100 mmol/L NaCl处理显著降低了野生型烟草的净光合速率,而转基因植株叶片的光合作用受到的影响较小.盐浓度达到200 mmol/L时,转基因植株及野生型烟草净光合速率都明显降低,但盐胁迫解除后,转基因烟草光合作用的恢复情况明显好于野生型烟草,说明KcRD22的过表达提高了烟草的抗盐性.本文初步确定了KcRD22基因对植物耐盐性的贡献,这为进一步深入研究该基因在耐盐机制中的功能奠定了良好基础.     

GmHSFA1基因克隆及其过量表达提高转基因大豆的耐热性

热激转录因子在调节植物对逆境胁迫应答和热激蛋白基因表达方面起重要作用。采用生物信息学和比较基因组学方法结合RACE技术从大豆基因组中克隆到一个新的热激转录因子基因GmHsfA1, 其cDNA全长1 781 bp, 包含1个1 533 bp的开放阅读框, 编码含有510个氨基酸残基的蛋白质(GenBank登录号为AY458843)。与其他转录因子的分子结构相似,GmHSFA1也含有4个典型的结构功能域—DNA结合域、寡聚域、核定位信号和C端激活域。BLAST分析表明, GmHSFA1与其同源性最高的番茄热激转录因子LpHSFA1之间的氨基酸序列相似性为52.46%。RT-PCR、Northern和遗传转化结果显示: 1)GmHsfA1在大豆的不同组织中呈现组成型表达模式; 2)常温下转基因大豆植株的GmHsfA1表达水平明显高于非转基因对照; 3)GmHsfA1的过量表达激活了转基因大豆植株中热激蛋白基因GmHsp22在非诱导条件下的转录, 并加强了高温胁迫下另2个热激蛋白基因GmHsp23和GmHsp70的表达; 4)转GmHsfA1大豆植株的耐热温度(达52℃)明显高于非转基因植株。上述结果说明, GmHsfA1的过量表达激活或促进其下游3个热激蛋白基因的转录或表达, 明显提高了转基因大豆植株的耐热能力。     

转CiCHS基因拟南芥的黄酮代谢及抗氧化能力分析

该研究克隆了中间锦鸡儿的查尔酮合成酶基因(CiCHS)并转入野生型拟南芥和tt4突变体,用qRT-PCR检测了转基因拟南芥中内源AtCHS基因的表达量,用分光光度法分析了转基因拟南芥的总黄酮、丙二醛含量及DPPH自由基清除能力,用HPLC法检测了转基因拟南芥的柚皮苷含量。结果显示:(1)转基因拟南芥中,内源AtCHS基因的表达量约为野生型的十分之一,总黄酮含量明显高于野生型;HPLC测得转基因株系中柚皮苷含量高于野生型;紫外照射处理前后转基因拟南芥中丙二醛积累量明显少于野生型。(2)转基因株系提取物对DPPH自由基清除能力显著高于野生型。(3)CiCHS基因互补拟南芥tt4突变体,转基因株系的种皮呈现浅棕色。研究表明,中间锦鸡儿CiCHS基因异源表达后生成了柚皮苷,使转基因植物的抗氧化性增强,部分恢复了tt4突变体的种皮颜色。     

沙冬青脱水素基因转化紫花苜蓿的耐寒性研究

以紫花苜蓿品种‘中苜2号’为野生型材料,采用农杆菌介导法将沙冬青脱水素基因(dehydrin,AmDHN)导入紫花苜蓿基因组中并获得转基因植株,通过PCR和Southern blot杂交鉴定转基因植株,利用RT-PCR和qRT-PCR检测转基因植株中AmDHN基因及低温胁迫相关基因的表达量,并测定低温胁迫下苜蓿叶片的脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量,从分子水平和生理指标两个层面研究转基因植株的抗寒特性,为进一步获得抗寒性较强的转基因苜蓿新材料提供依据。结果显示:(1)AmDHN基因已整合在转基因苜蓿植株基因组中,而且在不同的转基因株系中AmDHN的表达量也各不相同。(2)低温(4℃)处理后转基因植株中冷胁迫相关基因CBF2、CBF3、ProDH和CAS17的表达量明显高于同期野生对照;CBF2、CBF3和CAS17表达量在冷处理5h后都显著增加并达到最大值,而ProDH表达量在冷处理7d时最高,它们的最高值分别是对照的2.5、4、1.6和3倍左右。(3)苜蓿叶片的Pro和MDA含量均随低温处理时间延长而逐渐增加,转AmDHN基因苜蓿叶片的Pro含量始终高于同期野生型植株,而其MDA含量却始终低于同期野生型植株,且两类植株间差异均在胁迫14d时达到显著水平。因此,推测转AmDHN基因苜蓿中积累的AmDHN蛋白可能对一些酶的活性及膜系统起冷冻保护作用,从而使得转AmDHN基因紫花苜蓿的植株抗寒性提高,同时AmDHN也可能通过调控与低温相关基因的表达间接调节植物的耐低温能力。     

过表达抗miR98的OsmCSD2基因提高水稻的重金属抗性

CSD（Cu／Zn superoxide dismutases）基因在拟南芥中参与多种胁迫应答,而miR398是CSD基因响应胁迫的原因。此处,我们成功克隆出了水稻的OsCSD2基因,并根据密码子的兼并性,突变了miR398作用的位点,但不改变其氨基酸序列,得到新的抗miR398的OsmCSD2,构建过表达载体并转入水稻中。对阳性转基因株系的分子鉴定表明,过表达植株的OsmCSD2基因获得了高表达。在重金属铜胁迫下,转基因株系表现出良好的抗逆性,H2O2含量显著低于野生型。