植物响应盐胁迫组学研究进展

盐胁迫对植物生长的影响主要表现在离子毒害、渗透胁迫以及次级氧化胁迫等,植物遭受盐胁迫时迅速启动相关基因,进行转录调控,进而合成相应蛋白质来控制代谢物合成和离子转运以调节渗透平衡。随着现代分子生物学迅速发展,对植物耐盐机理研究也深入到了转录组、蛋白质组、代谢组及离子组等水平,"组学"研究为耐盐基因鉴定及标志性代谢物的挖掘等提供了有力手段。该文对近年来国内外有关转录组学、蛋白质组学、代谢组学、离子组学的主要研究方法及在盐胁迫中的应用研究进展进行综述,以揭示植物耐盐机理,为优良耐盐碱植物的筛选与培育提供支持。     

盐胁迫对植物叶绿素荧光影响的研究进展

盐胁迫是制约植物生长发育的主要非生物胁迫之一, 研究植物的耐盐机理对开发和有效利用盐碱地有重要的意义。叶绿素荧光动力技术作为研究植物光合生理状况及植物与逆境胁迫关系的理想方法, 可表明外界胁迫环境对植物光合器官的伤害程度。通过总结性阐述盐胁迫对植物叶绿素荧光的影响, 分别从盐分类型、植物类型、光照强度以及盐旱交互作用等方面分析了植物叶绿素荧光对盐胁迫的响应, 进而反映盐胁迫对植物光合能力的影响程度, 并提出增强植物抗盐性的途径, 包括施加外源物质、利用转基因技术、真菌的协同效应和培育耐盐品种。最后对叶绿素荧光动力技术在抗盐胁迫的运用前景进行了展望, 提出了当前研究需要解决的问题, 旨在为提高植物耐盐能力提供一定的理论依据。     

盐生植物及其开发利用

当前,研究盐生植物的抗盐机理,开发抗盐碱种质资源是一个全球性热点。对盐胁迫对植物的危害、盐生植物的种类及盐生植物的开发利用等方面进行概述,以期为盐生植物的开发利用和进一步研究提供参考。     

差异显示技术研究NaHCO_3胁迫下星星草基因表达

用差异显示技术研究NaHCO3胁迫下星星草(Puccinelliatenuiflora)基因的表达。经ReverseNorth-ern检测,获得了7个差异表达的基因片段。其中,6个为胁迫后诱导表达,1个为胁迫后抑制表达。序列同源性分析表明,胁迫诱导表达的6个基因片段中,1个与钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)基因同源性较高,其余5个可能为新序列,胁迫后抑制表达的基因片段与假定的adaptor蛋白基因同源性较高。本研究为进一步研究星星草的抗盐机理奠定了基础。     

植物盐胁迫的信号调控机制

盐胁迫会引起渗透胁迫、离子毒害和次级胁迫,极大危害到植物的生存。之前的研究中,借助于分子生物学和遗传学手段,已经鉴定出多个基因参与到盐胁迫信号通路的调控,其中SOS途径是主要的植物抗盐调节机制。氨基酸、甜菜碱、可溶性糖等渗透调节物质,脯氨酸、多胺等信号小分子,SOD、CAT等抗氧化酶,HKT等离子通道蛋白均参与到了植物对盐胁迫的响应。本研究总结了盐胁迫条件下植物调控离子平衡、氧化胁迫、生长发育的最新研究进展,为之后的研究提供依据。     

差异显示技术研究NaHCO3 胁迫下星星草基因表达

用差异显示技术研究NaHCO3胁迫下星星草(Puccinellia tenuiflora)基因的表达。经Reverse Northern检测, 获得了7个差异表达的基因片段。其中, 6个为胁迫后诱导表达, 1个为胁迫后抑制表达。序列同源性分析表明, 胁迫诱导表达的6个基因片段中, 1个与钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)基因同源性较高,其余5个可能为新序列, 胁迫后抑制表达的基因片段与假定的adaptor蛋白基因同源性较高。本研究为进一步研究星星草的抗盐机理奠定了基础。     

我国水稻功能基因研究获重大进展

中科院上海生科院植物生理生态所植物分子遗传国家重点实验室研究员林鸿宣及其博士生任仲海、高继平等与美国加州大学伯克利分校教授栾升及其助手李乐攻博士进行合作,在水稻重要农艺性状功能基因研究上取得突破性进展,成功克隆了与水稻耐盐相关的数量性状基因SKC1,并阐明了该基因的生物学功能和作用机理。相关论文已在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然——遗传学》(Nature Genetics),并将刊登在10月份的《自然——遗传学》上。林鸿宣领导的研究组多年来潜心于水稻耐盐数量性状基因的克隆研究并取得了突破,成功克隆了盐胁迫下控制水稻地上…     

差异显示技术研究NaHCO3胁迫下星星草基因表达

用差异显示技术研究NaHCO3胁迫下星星草(Puccinellia tenuiflora)基因的表达.经Reverse Northern检测,获得了7个差异表达的基因片段.其中,6个为胁迫后诱导表达,1个为胁迫后抑制表达.序列同源性分析表明,胁迫诱导表达的6个基因片段中,1个与钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)基因同源性较高,其余5个可能为新序列,胁迫后抑制表达的基因片段与假定的adaptor蛋白基因同源性较高.本研究为进一步研究星星草的抗盐机理奠定了基础.     

响应盐胁迫调控的露地菊miR398a的克隆及功能研究

miRNAs在非生物胁迫中起着重要的作用。通过前期对露地菊Small RNA高通量测序数据测得到miR398a成熟体和前体序列,命名为cgr-miR398a和cgr-MIR398a。序列对比显示,cgr-miR398a与其他植物中已经鉴定的miR398a序列高度保守;利用前期露地菊降解组数据获得miR398a预测的靶基因,cgr-miR398a根和叶中的靶基因共有18个,其中有铜/锌超氧化物歧化酶（CSD2）、铜伴侣蛋白（CCS）、类A20/AN1-l锌指家族蛋白（SAP8）等与抗性相关的基因。qPCR结果显示盐胁迫下露地菊miR398a及靶基因在不同组织部位的表达水平存在显著的负相关性。为探究cgr-miR398a响应盐胁迫的功能,克隆cgr-MIR398a并构建过表达载体转化拟南芥。结果表明,拟南芥中过表达cgr-MIR398a降低了盐胁迫下种子发芽率以及成苗期的抗盐性,说明cgr-miR398a在拟南芥响应盐胁迫中起着负调控作用。这为进一步研究露地菊mi398a的功能和露地菊的抗盐机理奠定了基础。     

玉米转录因子 ZmNAC59 调控植物抗盐性

【目的】NAC转录因子家族是植物中研究较多的一类转录因子,在调控植物生长发育和响应非生物胁迫过程中起重要作用。玉米是三大粮食作物之一,其生长过程常会面临各种逆境胁迫,盐害被认为是限制作物生长和生产的主要环境因素之一。因此鉴定玉米抗盐基因,解析其抗盐机制对培育玉米抗逆品种具有重要意义。【方法】研究克隆了玉米转录因子ZmNAC59,并用生物信息学手段分析其保守结构域和系统进化关系,用实时荧光定量PCR方法分析该基因在NaCl和MeJA处理下的表达模式,并用稳定转基因体系将该基因异源表达拟南芥观察表型,同时还用病毒诱导沉默技术将该基因在玉米中沉默后进行盐处理表型观察,并进行酶活性检测。【结果】ZmNAC59能够被NaCl和MeJA诱导上调。病毒诱导沉默ZmNAC59后进行盐胁迫,沉默株系对盐胁迫更敏感,ROS积累更多;而ZmNAC59过表达拟南芥后,过表达株系在盐胁迫处理下存活率更高,活性氧积累更少,Na⁺/K⁺比率低,表明ZmNAC59作为盐胁迫中的正调控因子可以通过调节离子流动提高植物抗盐性。实时荧光定量PCR结果表明拟南芥过表达株系中Na     

西伯利亚蓼中PsMnSOD基因的克隆及其抗逆性检测

采用RACE技术从西伯利亚蓼中克隆了锰超氧化物歧化酶基因PsMnSOD的cDNA（GenBank登录号FJ848572）。长为792bp的PsMnSODcDNA序列含有编码234个氨基酸的705bp的开放读码框、57bp的5＇非翻译区和30bp的3＇非翻译区。构建了PsMnSOD基因的酵母表达载体pYES2-PsMnSOD并将其转化到野生型酵母菌株中。分析PsMnSOD基因在酵母中的表达对酵母SOD酶活性的影响及其对盐胁迫、PEG胁迫、高温和低温胁迫下抗逆性影响的结果表明,PsMnSOD基因在酵母中表达后酵母SOD酶活性提高,酵母对盐渍、PEG、高温和低温等非生物胁迫的抗逆性也增强。     

NRRB在水稻应答高盐和干旱胁迫中的功能解析

为研究NRRB在水稻抗逆反应中的作用,通过重叠延伸PCR扩增NRRB基因编码区,构建超量表达载体,并转化水稻愈伤组织获得超量表达转基因水稻植株。鉴定结果表明,该基因已被整合到水稻基因组中,并实现超量表达;同时构建了抑制表达载体,获得转基因株系,PCR检测结果证实NRRB基因在转基因水稻中受到明显抑制。对T1代转基因植株进行抗旱性、耐盐性分析,结果显示,超量表达NRRB基因增强了转基因水稻对干旱的抗性,抑制表达NRRB基因的转基因水稻对干旱的敏感性增强,表明NRRB正调控水稻对干旱的抗性;耐盐性分析表明,NRRB基因的抑制表达降低了植株对盐的敏感性。     

重组大肠杆菌BL21(pET28a-eIF5A)的抗逆性分析

目的:分析重组大肠杆菌BL21(pET28a-eIF5A)的抗逆性。方法:将来源于柽柳的eIF5A基因构建到原核表达载体pET28a中,在原核表达的基础上,利用分光光度计检测重组大肠杆菌BL21(pET28a-eIF5A)的抗逆性。结果:BL21(pET28a-eIF5A)的抗盐碱性明显高于对照菌株BL21(pET28a),其中重组大肠杆菌BL21(pET28a-eIF5A)的抗NaCl的临界浓度为0.8mol/L,抗NaHCO3的临界浓度为0.52mol/L,不具有抗AgNO3和抗旱性。结论:重组大肠杆菌BL21(pET28a-eIF5A)具有良好的抗NaCl和NaHCO3特性,该抗性的证明为eIF5A基因在植物抗逆基因工程中的应用提供了资料。     

超表达AVP1基因提高甜菜的耐低磷和耐盐抗旱性

为探讨H⁺-焦磷酸酶编码基因对甜菜磷吸收和抗性的影响，实现优良基因在甜菜基因工程中的利用，研究在甜菜中超表达拟南芥液泡膜H⁺-焦磷酸酶编码基因AVP1,对转基因甜菜分析其耐低磷、耐盐性和抗旱性。结果显示，AVP1基因在甜菜植株的叶片和块根中表达，且在逆境胁迫下增强表达量响应胁迫；低磷处理条件下，转基因甜菜与野生型甜菜相比具有更高的含磷量，可提高甜菜对磷的吸收利用效率；干旱、盐胁迫处理条件下，AVP1基因在转基因甜菜中显著上升，在盐胁迫或干旱处理条件下，转基因植株的生长受抑程度相对较轻。随着盐和干旱胁迫的加剧，转基因植株体内MDA含量与野生型植株相比较低而脯氨酸含量显著增加，AVP1基因可通过减轻逆境对甜菜细胞膜的损伤及提高甜菜细胞的渗透调节能力，进而增强甜菜对高盐和干旱胁迫的抗性。     

基因芯片技术研究柽柳NaHCO3胁迫下基因的表达

运用基因芯片技术研究了NaHCO3胁迫下柽柳(Tamarix androssowii)基因的表达.将Cy5和Cy3两种荧光染料分别标记在NaHCO3处理和对照的柽柳cDNA上,将两种荧光探针混合,与载有柽柳基因的高密度芯片进行杂交并用芯片扫描系统进行扫描,通过Cy5与Cy3信号强度比值的计算研究基因的差异表达.共获得了89个差异表达的基因,其中,27个下调表达,62个上调表达.BlastX分析表明这些基因按功能可以分为光合作用、活性氧清除、渗透调节、信号传导与表达调控、代谢、发育相关、核糖体蛋白、蛋白质的分解与再生、转运类蛋白、水通道蛋白等几大类别.同时,发现了一些与盐胁迫相关的功能未知基因或未有任何功能信息的基因,这些基因可能在柽柳抗盐过程中具有重要作用.揭示了柽柳的抗盐胁迫涉及的几种重要途径,并获得了NaHCO3胁迫前后柽柳基因表达谱.     

过量表达棉花CBF2基因提高转基因拟南芥抗旱耐盐能力

CBF/DREB是一类植物中特有的转录因子,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要功能。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)Coker 312中克隆获得1个棉花CBF/DREB基因,命名为Gh CBF2,该基因编码一个由216个氨基酸组成的CBF蛋白。序列分析结果显示,Gh CBF2与其他植物的CBF蛋白类似,含有AP2转录因子典型的保守结构域。干旱或高盐胁迫处理明显增加了Gh CBF2基因的表达量。亚细胞定位分析结果发现Gh CBF2定位在细胞核中。将Gh CBF2基因构建到由35S启动子调控的植物表达载体p MD上并转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),结果表明,在干旱和盐胁迫条件下,过量表达Gh CBF2基因拟南芥的成活率显著高于野生型,并且游离脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型,说明转Gh CBF2基因提高了拟南芥的耐盐抗旱能力。采用实时荧光定量PCR方法分析胁迫相关标记基因COR15A、RD29A和ERD6的表达情况,结果显示转基因株系中的表达量显著高于野生型,说明Gh CBF2参与调控拟南芥干旱和盐胁迫相关基因的表达。     

盐胁迫环境下不同抗盐性小麦品种幼苗长势和内源激素的变化

采用两种浓度NaCl溶液,对不同抗盐性小麦品种德抗961(抗盐性强)和泰山9818(抗盐性弱)萌发期幼苗进行胁迫处理,观察其幼苗长势和内源激素含量变化.结果表明,盐胁迫抑制小麦幼苗生长,抗盐性弱的泰山9818受抑制较重.苗、根ABA含量随盐胁迫浓度增加而提高,泰山9818的增幅高于德抗961.苗、根IAA含量随盐胁迫浓度增加而降低,但德抗961的IAA含量高于泰山9818,说明盐胁迫下抗盐性强的品种具有较高IAA合成量.2品种GA3含量变化因盐胁迫浓度而异.在低盐胁迫下抗盐性强的品种苗中GA3含量提高以适应盐胁迫利于苗的生长,在高盐胁迫下2品种GA3含量降低.盐胁迫使苗中ZR含量增加,且德抗961的苗中ZR含量高于泰山9818,而根中ZR含量则前者低,说明盐胁迫下抗盐性强的品种可迅速将根部合成的ZR向苗中转移,促进苗的生长.2品种IAA/ABA、GA3/ABA比值随盐胁迫浓度增加和时间延长而下降,德抗961 IAA/ABA比值大于泰山9818.在盐胁迫下,抗盐性强的品种协调自身激素平衡的能力较强可能是其生长受抑制较小的重要原因.     

小麦盐胁迫应答cDNA的分离克隆及其特异片段SR07转烟草抗逆性分析

以宝丰7228小麦幼苗叶片为材料,利用DDRT-PCR技术对正常与盐胁迫条件下小麦叶片基因表达的差异进行分析后检测到27条差异cDNA片段,mRNA点杂交分析结果显示SR07片段存在明显的胁迫诱导表达特征。对SR07进行了序列测定和同源性对比分析后发现,SR07片段与植物水孔蛋白中质膜内在蛋白（PIPs）有87%的序列同源性。将SR07克隆到植物转化载体pCAMBIA中CaMV35S启动子下游,构建表达载体pCAMBIA-SR07,利用根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）质粒介导的遗传转化系统转化烟草（Nicotiana tabacum）,经筛选后获得3个烟草转化系。转化系的NaCl、PEG和甘露醇抗性实验结果表明,SR07转化株的抗盐性与对照株相比没有显著性差异（P〉0.05）,而PEG和甘露醇抗性与对照株相比有显著性差异（P〈0.05）,推测SR07表达蛋白可能在植物水分调节方面有重要作用。     

内生细菌对盐胁迫下小麦幼苗脯氨酸和丙二醛的影响

以周麦18为试验材料,以内生菌252和254为供试菌株,试验采用盆栽法设置盐胁迫组、盐胁迫接菌组和对照组,研究不同盐浓度胁迫下接菌处理对小麦幼苗脯氨酸(Pro,proline)和丙二醛(MDA,malondialdehyde)含量的影响。结果表明:小麦幼苗在盐胁迫环境下,随着培养时间和盐浓度增加,盐胁迫组Pro含量先升后降。在前中期,盐胁迫组小麦Pro含量逐渐积累,提高了小麦抗逆性;在后期Pro含量较中期有一定程度下降,小麦逐渐对盐环境产生适应性。随着盐浓度升高,盐胁迫组小麦在不同培养阶段对盐环境的抵抗能力不同,每个时期对盐抵抗能力有一阈值,超过此盐浓度Pro含量下降,抵抗能力减弱。接菌处理后,小麦Pro含量升高,提高了抗盐胁迫能力,第14天时修复效果最明显,接菌252处理组和254处理组分别在盐浓度为200 mmol/L和250 mmol/L时高出盐胁迫组133.48%和91.48%。盐胁迫组MDA含量随时间延长先降后升,与Pro含量变化趋势相反。在前中期,盐胁迫组小麦膜质过氧化程度不高,对小麦正常代谢活动尚未造成严重影响,在后期MDA含量升高,盐胁迫组小麦逐渐枯萎。接菌后,降低了幼苗细胞膜脂化程度,提高了小麦存活率,促进幼苗生长,MDA含量在21 d时均低于盐胁迫组,修复效果显著。     

植物抗旱相关基因研究进展

遭遇极端温度、干旱、高盐等胁迫时,植物需要调控多种基因,通过多种途径来抵御非生物胁迫的伤害。综述了植物在干旱胁迫发生时,信号传导和转录因子相关调控基因以及在水分运输、抗脱水、渗透调节以调节气孔开关等功能相关基因克隆的研究进展,并提出了今后开展植物抗逆研究的建议。