拟南芥耐旱、耐高盐突变体sdt1的获得

在有20000个独立转化株系的拟南芥(Arabidopsis thaliana)激发标签突变体库中,筛选到1 株耐旱、耐盐突变体sdt1(high-salinity and drought tolerant 1)。实验结果表明在连续26d不浇水的干旱胁迫条件下,sdt1可保持正常生长而野生型全部萎蔫死亡。此外,在外施150 mmol/L NaCl水溶液的高盐胁迫条件下．sdt1可正常生长,而野生型全部死亡。在0．5xMS培养基上进行的发芽实验表明sdt1对内源和外施ABA的敏感性均低于野生型,为一个ABA不敏感突变体。对叶片失水率的测定结果表明,在干旱胁迫下sdt1的失水率显著小于野生型。Southern杂交结合sdt1的遗传分析表明该突变体为紧密相邻的2个T-DNA串联插入,对突变的功能基因有待进一步分子鉴定。     

DELLA蛋白缺失对拟南芥干旱胁迫耐受性的影响

为探索DELLA蛋白缺失对拟南芥耐旱能力的影响,对拟南芥野生型Ler和DELLA蛋白缺失突变体della进行干旱处理,测定存活率、萌发率、离体叶片的失水率、脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量,并对发挥植物细胞脱水保护功能的胚胎晚期丰富蛋白编码基因LEA和ABA应答基因LOX3、COR15b、COR413的表达量进行了检测。结果表明:(1)干旱21d后复水,della突变体的存活率明显高于野生型Ler;(2)della突变体在含甘露醇的固体培养基上的萌发率显著高于Ler;(3)della突变体离体叶片的失水速率明显低于Ler;(4)干旱胁迫后,della突变体脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量的积累低于Ler;(5)干旱胁迫后,della突变体的LEA基因上调表达程度高于Ler,而ABA应答基因上调表达程度低于Ler。研究表明,DELLA蛋白的缺失有助于提高植物抗旱能力。     

干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

拟南芥类受体蛋白激酶基因CRK45对外源钙离子的响应

以拟南芥野生型和类受体蛋白激酶基因CRK45的T-DNA插入突变体crk45为材料,采用差异基因表达筛选技术检测ABA处理后野生型和crk45中基因表达的差异。结果显示:(1)crk45突变体中有1个基因的表达比野生型高约4倍。(2)NCBI数据库检索表明,该基因编码的蛋白具有EF手型结构,蛋白序列全长为130个氨基酸,是典型的Ca2+结合蛋白,故命名为CRK45抑制的钙离子结合蛋白(CICBP)。(3)Northern blotting分析结果显示,ABA处理后crk45突变体中CICBP的表达明显升高,证明CICBP基因的确受ABA诱导,且其表达受CRK45的抑制。(4)外源75mmol/L的Ca2+处理后,crk45突变体的萌发率(30.8%)显著高于野生型(17.16%),说明在Ca2+介导下CRK45的功能是抑制种子萌发。(5)qRT-PCR检测显示,野生型中CRK45的表达受Ca2+诱导明显升高,而crk45突变体中的表达一直保持很低,说明crk45突变体是一个基因敲除突变体;Ca2+处理后crk45突变体中CICBP基因表达上调,而野生型中CICBP的表达反而降低,说明Ca2+处理下CRK45抑制CICBP基因的表达。研究表明,ABA或Ca2+处理后,CRK45通过负调控CICBP基因的表达,从而抑制拟南芥种子萌发。     

钙传感蛋白互作激酶CIPK14参与拟南芥盐和ABA胁迫应答调节

钙和蛋白激酶在植物胁迫应答过程中起重要作用．本研究以拟南芥蛋白激酶CIPKl4的T—DNA插入突变体为材料,系统研究了CIPK14基因在不同组织与生长发育期的表达情况,和CIPKl4基因的钙调节属性及其在胁迫应答过程中的作用．研究发现CIPKl4基因在拟南芥根、茎、叶、花各组织器官中都有所表达,其中花器官和根部表达量较为显著;不同阶段比较发现CIPKl4在幼苗期具有较高的转录水平．研究同时发现,ABA和盐胁迫能激活CIPKl4基因的转录;CIPKl4T-DNA插入突变体中一系列胁迫应答基因的转录水平全都不同程度地降低或表达滞后,说明CIPKl4基因在胁迫应答中起作用．另外,CIPKl4突变体的种子萌发和根伸长对各种渗透胁迫敏感,并且ABA合成抑制剂哒草伏（Norflurazon）能部分恢复突变体对ABA,盐等的敏感表型．进一步证明CIPKl4是胁迫应答相关基因．研究还发现,CIPKl4的转录受到极端浓度下外源钙离子的激活,另外在一定胁迫条件下,突变体中RD29A基因的表达对外源钙离子浓度变化不敏感,说明CIPKl4基因功能缺失降低了受钙调节的胁迫相关基因对外源钙的敏感性．相应的表型分析发现,突变体种子萌发和根伸长与野生型相比对外源钙敏感性下降,进一步证明CIPKl4基因接受钙信号调节,并作用于拟南芥ABA和盐胁迫应答信号途径,激活胁迫相关转录因子．     

ATHKl基因调节拟南芥渗透胁迫信号转导过程

以拟南芥ATHKl基因T-DNA插入所产生的缺失突变体和野生型ws(wassilewskija)生态型为材料,分析了它们在生理和基因表达方面的差异.结果表明突变体的离体叶片失水率明显大于野生型;在30%PEG-6000胁迫后,野生型和ATHKJ突变体的细胞膜离子外渗率比胁迫前分别增加了50%和80%.PEG胁迫48 h时突变体的萎蔫程度明显大于野生型ws.以上结果说明ATHKl突变体的抗渗透胁迫能力低于野生型,即ATHKl基因参与了拟南芥适应逆境的调节反应.利用DDRT-PCR技术研究二者在PEG胁迫36h后的基因表达差异,分离到9个在野生型中被PEG诱导表达而在突变体中未被诱导的参与逆境应答的基因片段,其中包括MAPKKKl8和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因,即ATHKJ基因失活引起下游基因响应渗透胁迫的能力减弱,进一步说明ATHKJ基因参与拟南芥适应逆境的调节反应,并且ATHKl可能在逆境信号转导组分MAPK的上游起作用,很可能是植物体中的渗透感受器.     

拟南芥干旱突变体远红外成像技术的筛选和特性鉴定

利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行化学诱变获得突变体筛选群体。在干旱胁迫下,以叶片的温度差异为筛选指标,利用远红外成像技术进行突变体的筛选,获得了对干旱不敏感突变体dri1(drought-insensitive 1)和敏感突变体drs1(drought-sensitive 1)。实验结果表明dri1和drs1为单基因隐性突变,气孔密度同野生型无差异,而叶片温度、气孔开度和叶片失水率则有明显改变。在MS培养基上的种子萌发实验表明在ABA、甘露醇和NaCl胁迫下dri1萌发率要比野生型高,而drs1则比野生型低。对突变基因的研究有待进一步进行。     

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.     

拟南芥IAA酰胺合成酶GH3-6负调控干旱和盐胁迫的反应

生长素是一种重要的植物激素, 几乎参与了植物所有的生命活动过程。GH3-6具有IAA酰胺合成酶活性, 催化氨基酸与IAA形成IAA的氨基轭合物, 发挥暂时或永久灭活IAA的作用。该文探讨了GH3-6基因在拟南芥(Arabidopsis thaliana)逆境适应过程中的功能。结果显示GH3-6基因受干旱、ABA和高盐的诱导表达。与野生型相比, GH3-6基因过表达突变体dfl1-D对干旱的抗性明显减弱, 叶片失水速率更快。在抗盐方面, dfl1-D也显著弱于野生型。在3种逆境(干旱、ABA和高盐)胁迫下, GH3-6基因的高表达抑制了逆境响应基因RD22、KIN1、RD29A和DREB1A的表达。而且在干旱胁迫下, dfl1-D中ABA的含量明显低于野生型。研究结果证明, 高表达GH3-6基因负调控拟南芥对逆境的抗性。     

小麦E3泛素连接酶基因TaAIRP2-1B克隆及功能分析

干旱等非生物胁迫严重影响农作物生产。本研究克隆了小麦(Triticum aestivum L.)TaAIRP2-1B基因,探讨其对非生物胁迫的响应机制,为促进小麦抗旱性的遗传改良提供基因资源。组织特异性表达模式分析显示,TaAIRP2-1B基因在小麦抽穗期的各个组织中均有表达,在茎组织中的表达水平较高,而根系中的表达水平较低。非生物胁迫表达模式分析显示,Ta AIRP2-1B受ABA、PEG及冷胁迫诱导表达。过表达TaAIRP2-1B拟南芥在0.4μmol/L的ABA处理条件下,种子发芽率显著低于野生型,表明TaAIRP2-1B提高了拟南芥种子萌发期对ABA的敏感性。ABA处理抑制转基因和野生型拟南芥幼苗的根系生长,但转基因拟南芥受抑制程度显著高于野生型,表明TaAIRP2-1B提高了拟南芥幼苗对ABA的敏感性。转基因结果表明超表达TaAIRP2-1B增强了拟南芥的抗旱性,并且转基因株系的保水率显著高于野生型。总之,本研究发现小麦基因Ta AIRP2-1B参与了植物对非生物胁迫的应答,可能是通过ABA途径正向调控植物的抗旱性。     

siRNA介导的ERA1表达下调对拟南芥抗旱性的影响

ERA1是控制植物气孔开闭的一个重要基因,根据其保守域构建RNA干扰(RNAi)载体并转化拟南芥,考察转基因植株的生长、气孔导度、离体叶片失水率以及ERA1和相关基因表达,探讨siRNA介导的ERA1表达下调对拟南芥抗旱性的影响。结果表明:转基因拟南芥株系中ERA1的表达受到明显抑制,其离体叶片失水率低于野生型,但并未出现ERA1缺失突变体的负面生长表型;转基因株系对ABA处理比野生型更敏感,其ABA处理株的根长显著变短,气孔孔径更小;转基因株ABI1、ABI2、ATHB6的表达量降低,而RAB18、RD29B、ADH1的表达量升高,siRNA介导的ERA1表达下调可能会激活RAB18、RD29B等逆境响应元件。研究发现,采用RNAi技术可以有效下调ERA1表达,在没有过多负面生长表型的前提下提高拟南芥的抗旱性,且ERA1表达下调可能通过ABA途径正面影响拟南芥的抗旱性。     

Wild barley<Emphasis Type="Italic"> eibi1</Emphasis> mutation identifies a gene essential for leaf water conservation

Drought is a major abiotic stress that limits plant growth and crop productivity. A spontaneous wilty mutant (eibi1) hypersensitive to drought was identified from wild barley (Hordeum spontaneum Koch). eibi1 showed the highest relative water loss rate among the known wilty mutants, which indicates that eibi1 is one of the most drought-sensitive mutants. eibi1 had the same abscisic acid (ABA) level, the same ability to accumulate stress-induced ABA, and the same stomatal movement in response to light, dark, drought, and exogenous ABA as the wild type, revealing that eibi1 was neither an ABA-deficient nor an ABA-insensitive mutant. The eibi1 leaves had a larger chlorophyll efflux rate in 80% ethanol than the wild-type leaves; and the transpiration rate of eibi1 was more closely related to chlorophyll efflux rate than to stomatal density, demonstrating that the cuticle of eibi1 was defective. eibi1 will be a promising candidate to study the actual barrier layer in the cuticle that limits water loss of the plant. Exogenous ABA reduced leaf length growth in eibi1 more than in the wild type, implying an interaction on plant growth of ABA signal transduction and the eibi1 product. One may infer that the eibi1 product may reverse the growth inhibition induced by ABA.Abbreviation ABA Abscisic acid     

砂藓RcPLD基因的抗旱功能分析

砂藓(Racomitrium canescens)是一种具有极强耐脱水性的苔藓植物,编码磷脂酶D的基因RcPLD能够在砂藓的脱水和复水过程中产生显著的表达响应,它可能参与了砂藓的强耐脱水性功能。该研究使用已克隆的RcPLD编码序列构建拟南芥(Arabidopsis thaliana)过量表达转基因株系rcpld-oe,初步考察过表达株系的干旱胁迫耐受能力及其相关的生理生化指标,分析RcPLD增强拟南芥抗旱性的机制。结果表明:(1)利用已克隆的RcPLD编码序列构建了植物中的过表达载体,成功构建了RcPLD的过表达转基因拟南芥株系rcpld-oe,并获得了多个T_3代rcpld-oe纯合体株系。(2)在正常生长条件下,rcpld-oe株系T_3代纯合体植株比野生型拟南芥植株体积小,但营养生长期较长,抽薹较晚,莲座叶衰老速率较慢;在干旱处理条件下,rcpld-oe株系表现出比野生型拟南芥更强的干旱耐受能力。(3)在干旱胁迫处理过程中,rcpld-oe株系莲座叶的水分散失速率降低,可能在一定程度上降低了干旱对膜完整性的损伤和光合作用的抑制,但其渗透调节物质含量的变化相对较小。研究发现,在干旱胁迫条件下,rcpld-oe植株莲座叶的水分散失速率和光合作用抑制程度显著降低,从而表现出明显强于野生型的干旱耐受能力,这为后续RcPLD功能的深入研究和更多砂藓抗旱功能基因的挖掘奠定了基础。     

陆地棉GhCDPK1基因响应干旱胁迫的功能初探

钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)是一类重要的钙信号感受蛋白和响应蛋白,在植物干旱、低温、盐碱等非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。为探讨陆地棉GhCDPK1基因在干旱胁迫下所起的作用,该研究利用实时荧光定量PCR技术分析了PEG模拟干旱胁迫下该基因的表达量,发现GhCDPK1基因受干旱胁迫诱导。通过构建植物表达载体pCAMBIA2300-GhCDPK1,采用农杆菌介导的叶盘法转化模式植物烟草,发现干旱胁迫下转基因植株保水能力明显高于野生型植株,叶绿素、脯氨酸、可溶性蛋白含量及POD、SOD活性也高于野生型植株,而丙二醛含量低于野生型植株。研究结果表明,GhCDPK1基因作为正向调控因子响应干旱胁迫诱导,过表达GhCDPK1基因可以使植株积累更多的渗透调节物质、增强抗氧化系统酶的活性和维持细胞膜的稳定性来提高植物抵御外界干旱胁迫的能力。     

CRISPR/Cas9介导靶向敲除拟南芥GGB基因突变体的鉴定

GGB是抗旱负调控基因。为了获得拟南芥ggb突变体材料,构建了以拟南芥U6启动子驱动GGB sgRNA的CRISPR/Cas9基因组编辑载体。将构建好的编辑载体利用农杆菌介导的浸花法转化野生型拟南芥。对转基因后代GGB基因的测序结果分析发现,在靶位点处有缺失4个碱基和增加1个T碱基的2种突变体产生。分别对野生型拟南芥和上述2种ggb突变体进行半定量RT PCR分析结果显示,突变体材料中几乎检测不到GGB基因表达,说明获得了GGB基因敲除突变体。对野生型和ggb突变体叶片失水率、耐旱表型及单株种子量的测定结果表明,与野生型相比,拟南芥GGB基因突变后,叶片失水率显著减少,抗旱性明显增强,而单株种子量却并没有改变。研究表明,GGB是一种理想的作物分子育种的候选靶基因,获得的突变体为今后从农作物中克隆的GGB同源基因进行功能互补验证提供了有用的遗传材料。     

转CkLEA4基因拟南芥种子萌发期的抗逆性分析

该研究在实验室前期研究的基础上,将受脱水、盐胁迫和ABA诱导的柠条锦鸡儿CkLEA4基因转入野生型拟南芥,并利用实时荧光定量PCR从8株纯合体中筛选出3个表达量不同的株系,比较野生型和转CkLEA4基因过表达拟南芥种子在不同胁迫处理下的萌发率,以探讨CkLEA4基因在植物抵抗逆境胁迫中的功能。结果发现:(1)在不同浓度NaCl、甘露醇及ABA处理下,转CkLEA4基因过表达拟南芥种子的萌发率均高于野生型,随着NaCl、甘露醇及ABA浓度增加,各株系萌发率均降低,但野生型的萌发率下降幅度均高于3个过表达株系,并且在200mmol/L NaCl和400mmol/L甘露醇处理下,过表达株系子叶绿化率均显著高于野生型。(2)在低浓度ABA处理下,CkLEA4过表达植株子叶的绿化率也高于野生型。研究表明,柠条锦鸡儿CkLEA4基因提高了拟南芥种子萌发阶段对盐、ABA及渗透胁迫的耐受性。     

Overexpression of wheat dehydrin DHN-5 enhances tolerance to salt and osmotic stress in <Emphasis Type="Italic">Arabidopsis thaliana</Emphasis>

Late Embryogenesis Abundant (LEA) proteins are associated with tolerance to water-related stress. A wheat (Triticum durum) group 2 LEA proteins, known also as dehydrin (DHN-5), has been previously shown to be induced by salt and abscisic acid (ABA). In this report, we analyze the effect of ectopic expression of Dhn-5 cDNA in Arabidopsis thaliana plants and their response to salt and osmotic stress. When compared to wild type plants, the Dhn-5 transgenic plants exhibited stronger growth under high concentrations of NaCl or under water deprivation, and showed a faster recovery from mannitol treatment. Leaf area and seed germination rate decreased much more in wild type than in transgenic plants subjected to salt stress. Moreover, the water potential was more negative in transgenic than in wild type plants. In addition, the transgenic plants have higher proline contents and lower water loss rate under water stress. Also, Na⁺ and K⁺ accumulate to higher contents in the leaves of the transgenic plants. Our data strongly support the hypothesis that Dhn-5, by its protective role, contributes to an improved tolerance to salt and drought stress through osmotic adjustment.