胡萝卜中DcDofD1转录因子基因的克隆及其对非生物逆境胁迫的响应分析

Dof (DNA-binding with one finger)转录因子是植物特有的一类转录因子,该类转录因子在植物生长发育过程中起重要作用。本实验以胡萝卜‘黑田五寸’和‘君川红’为实验材料,分别从中克隆得到DcDofD1转录因子基因。采用生物信息学方法对DcDofD1转录因子氨基酸组成、理化性质、进化关系进行了分析。并利用实时定量PCR方法对DcDofD1基因在非生物胁迫下的表达量进行了分析。结果表明‘黑田五寸’和‘君川红’中的DcDofD1转录因子具有明显的单锌指结构,保守域的氨基酸序列比较保守,进化分析显示,DcDofD1属于Dof家族的D1亚族。在胡萝卜‘黑田五寸’和‘君川红’中,DcDofD1基因对高温、低温、干旱、盐等非生物胁迫响应。而不同胡萝卜材料中,DcDofD1基因对非生物逆境响应的强度和速度不同。     

胡萝卜ABF转录因子基因DcABF1的克隆与非生物胁迫应答分析

ABF转录因子是一种碱性亮氨酸拉链类蛋白,与植物的生长发育和逆境调控密切相关。该研究以胡萝卜‘君川红’为材料,克隆出编码ABF转录因子的基因DcABF1,分析其编码氨基酸的序列组成、进化关系和蛋白质理化性质等;采用实时荧光定量PCR方法检测DcABF1基因在不同非生物胁迫下的应答模式。结果显示:DcABF1基因含有一个长1 293 bp开放阅读框,编码430个氨基酸,其蛋白质分子量为104.96 kD,理论等电点为4.85。对DcABF1蛋白与其他植物的ABF家族成员进行同源性比对与进化树分析表明,DcABF1与榴莲中的ABF亲缘关系最近。蛋白质功能域预测发现,DcABF1蛋白中有28.84%的α螺旋和56.05%的无规则卷曲。DcABF1基因启动子区域含有多个顺式调控元件。实时荧光定量PCR分析表明,DcABF1基因对高温、低温、盐胁迫均有响应,其表达水平在盐处理下均高于对照,且于处理后4 h达到峰值,呈先上升后下降的趋势,但干旱处理下DcABF1基因的表达水平与对照相比均下降。     

植物MYB转录因子与非生物胁迫响应研究

MYB转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,在植物体内的多种生理生化反应中起着关键性作用,其中一项重要功能就是对非生物逆境的应答。这类转录因子通过调控生长发育,影响代谢产物的合成和影响激素信号等多方面参与非生物逆境的应答。介绍了MYB转录因子的结构特点和分类上的新发现,并综述了近几年MYB转录因子家族在植物响应干旱、高温、低温和高盐等非生物胁迫方面的研究进展。     

秋葵AeMYB1R1转录因子基因克隆及对胁迫的响应

MYB转录因子家族广泛参与了植物对干旱、盐渍、冷害等非生物胁迫的应答。为了深入研究秋葵[Abelmoschus esculentus(L.) Moench]中的MYB类转录因子,该研究以‘北海道1号’秋葵为研究对象,采用PCR方法克隆AeMYB1R1基因,并借助生物信息学进行特征分析;采用qRT-PCR荧光定量方法分析其表达模式及其在非生物胁迫下的表达特性。结果表明:(1)成功克隆获得1个秋葵AeMYB1R1基因;该基因包含1个1 056 bp的开放阅读框,编码352个氨基酸;序列对比和系统进化树结果显示,AeMYB1R1在植物进化过程中具有较高的保守性;AeMYB1R1蛋白分子量为37 891.57 Da,等电点为8.75,含有较多的谷氨酸和较少的色氨酸,以及较多潜在的磷酸化位点和糖基化位点。(2)结构分析显示,AeMYB1R1蛋白主要由α螺旋和无规则卷曲构成,无信号肽和跨膜结构,为疏水性蛋白;同时,氨基酸序列在第104至第156位含有一个保守结构域,表明其属于SHAQKYF类MYB家族转录因子。(3)qRT-PCR结果显示,AeMYB1R1基因在秋葵叶中的表达量最高,其次是根和茎,具有组织表达特性;与高温和低温胁迫相比,在盐胁迫和干旱胁迫中AeMYB1R1表达量更高,说明AeMYB1R1可能是秋葵抗盐和抗旱的关键转录因子。研究结果为AeMYB1R1基因在秋葵生长发育和抗逆机制中的功能研究奠定了理论依据。     

苦荞转录因子基因FtbHLH4的克隆及其对非生物胁迫的应答

根据苦荞花期转录组数据,克隆得到1个苦荞bHLH类转录因子基因,命名为FtbHLH4。采用实时荧光定量PCR技术,分析了非生物胁迫对苦荞芽期FtbHLH4基因表达的影响。序列分析表明,苦荞FtbHLH4基因DNA全长1 852bp,由7个外显子和6个内含子构成,符合GT-AG剪接原则;cDNA序列包含1个1 062bp的开放阅读框,编码353个氨基酸,具有bHLH类蛋白典型的螺旋-环-螺旋保守结构域。在脱落酸(ABA)、NaCl和PEG模拟干旱胁迫下,苦荞芽期FtbHLH4基因表达量均持续上升,至48h时达最大,分别为胁迫前的11.3倍、12.0倍和6.1倍。而在冷胁迫和UV-B胁迫下,苦荞芽期FtbHLH4基因表达量迅速下降,分别于6h和12h降低至胁迫前的24%和23%。研究推测FtbHLH4基因以不同机制参与了苦荞对非生物胁迫的应答过程。     

番茄低温响应转录因子SlNAC41克隆及表达分析

NAC转录因子在调控植物生长发育、生物及非生物逆境应答中发挥着重要作用。前期,我们通过对番茄幼苗在低温胁迫下的基因表达谱进行分析,发现Unigene SGN-U212711受低温诱导表达强烈。本研究从番茄中克隆了该基因,命名为Sl NAC41,其开放阅读框（ORF）1 173 bp,编码390个氨基酸,蛋白N端具有典型的NAM结构域,属于NAC转录因子家族成员。预测Sl NAC41蛋白分子量为43.5 k Da,等电点为5.2。实时荧光定量PCR分析表明,Sl NAC41在番茄各组织均有表达,在花中的表达量最高,在红熟果中的表达量最低。低温、干旱、高盐、甲基紫精（MV）、脱落酸（ABA）及乙烯利（ETH）处理均能诱导该基因的表达,其中,以低温和干旱诱导表达最为强烈。利用PLACE和Plant CARE对启动子序列进行预测分析发现,Sl NAC41启动子区含有大量响应光、病原菌侵染、激素、低温、脱水及盐胁迫的顺式作用元件。这些结果表明,Sl NAC41可能在番茄生物及非生物胁迫应答中发挥重要调控作用。     

紫花苜蓿逆境响应转录因子MsNAC3基因克隆及表达分析

该研究利用RT-PCR和RACE技术,克隆了1个紫花苜蓿NAC类转录因子新基因,命名为MsNAC3(GenBank登录号为KC491186)。多重比对发现,MsNAC3蛋白与蒺藜苜蓿MtNAC和鹰嘴豆CarNAC5蛋白的同源性较高,其N端含有典型的NAC保守结构域,C端高度变异;进化树聚类分析表明,MsNAC3与紫花苜蓿MsNAC2和油菜BnNAC3亲缘关系较近,属于NAC蛋白的ATAF亚家族。洋葱亚细胞定位分析表明,MsNAC3定位于细胞核。转录水平表达分析表明,MsNAC3受盐、干旱、ABA和冷害胁迫诱导而显著升高,并且MsNAC3在根中的表达量要明显高于叶中。研究表明,MsNAC3基因可能作为一个正向调控因子在逆境胁迫信号转导过程中发挥重要作用。     

陆地棉bZIP转录因子响应非生物胁迫表达谱分析

低温、干旱和高盐是影响棉花生长发育和产量的重要限制因素。b ZIP转录因子在植物非生物胁迫反应中起重要作用。本研究利用生物信息学的方法从陆地棉中鉴定了24个b ZIP转录因子基因,命名为Ghb ZIP1~Ghb ZIP24。系统进化树分析表明,这24个家族成员主要聚集在A、B、C、D、E、G、I、S这8类亚家族。通过RT-PCR的方法分析了棉花(Gossypium hirsutum L.)Ghb ZIPs基因在高盐(200 mmol/L Na Cl)、干旱、4℃低温等非生物胁迫处理下的表达模式。结果表明,19个基因响应高盐胁迫、11个基因对干旱胁迫有应答反应,15个基因有冷胁迫应答。此外,有4个基因(Ghb ZIP4、Ghb ZIP7、Ghb ZIP21和Ghb ZIP23)在3种处理下均有应答反应。以上研究结果表明,Ghb ZIPs在陆地棉的非生物胁迫适应过程中可能具有重要的作用。本研究为进一步探索棉花b ZIP转录因子在抗逆反应中的重要作用和利用基因操作手段提高棉花抗逆性提供了重要信息。     

植物非生物胁迫相关转录因子研究方法

转录因子是一类能够与启动子区域顺式作用元件特异性结合的蛋白质,是一大类转录调控因子,也是植物中最大的基因家族之一。转录因子可以调节众多下游基因的表达,对植物的生长发育、形态建成、激素调节,以及抵抗多种生物和非生物胁迫具有重要作用。结合近年来转录因子的研究进展,归纳总结了植物非生物胁迫相关转录因子研究的主要策略和方法,包括转录因子结构域、亚细胞定位、转录激活作用、转录因子复合体以及转录因子功能的研究,为植物转录因子的相关研究提供理论和方法的参考。     

植物转录因子的研究进展

当植物感受干旱、低温和盐碱等非生物胁迫(abioticstress)时,能通过一系列的信号传递,激发转录因子,使其与顺式作用因子或其他转录因子相互作用,从而激活下游逆境相关基因的表达。     

胡萝卜肉桂醇脱氢酶基因的克隆及其对非生物胁迫的响应

该实验采用RT PCR技术,从胡萝卜‘黑田五寸’中克隆获得了编码肉桂醇脱氢酶（Cinnamyl alcohol dehydrogenase, CAD）的基因DcCAD。DcCAD序列长1 074 bp,编码357个氨基酸。亲水/疏水性分析表明,DcCAD属于亲水性蛋白。系统进化分析显示,DcCAD与番茄CAD（XP_010314515.1）亲缘关系最近。荧光定量PCR结果显示,DcCAD基因在胡萝卜根、叶片和叶柄中的表达量差异显著,其相对表达量为叶片＞根＞叶柄。DcCAD基因对高温（38 ℃）、低温（4 ℃）、干旱（20% PEG）和盐（0.2 mol·L^-1 NaCl）胁迫均有响应,尤其对高温胁迫和低温胁迫响应明显,而且高温处理后1 h和低温处理后2 h表达量最高。研究推测,DcCAD基因对胡萝卜抗逆性具有一定的作用。     

茶树CsMYB123转录因子的克隆及表达特性研究

该实验以茶树品种‘紫娟’为试验材料,利用RT-PCR方法,从茶树cDNA中克隆得到一个R2R3-MYB型基因(CsMYB123)。生物信息学分析显示,CsMYB123基因的开放阅读框为915bp,编码304个氨基酸,蛋白分子量约34.07kD,理论等电点为8.69,含有2个保守的MYB结构域,编码1个R2R3-MYB蛋白;CsMYB123蛋白与拟南芥(Arabidopsis thaliana)MYB转录因子家族第五亚组的AtMYB123亲缘关系最近;CsMYB123属于亲水性蛋白,无N端信号肽,可能定位于细胞核上。荧光定量PCR分析表明,CsMYB123基因在茶树各组织的表达量大小依次为:一芽一叶第二叶第三叶第四叶老茎嫩茎,且在一芽一叶中的表达量是嫩茎的15.68倍;但CsMYB123的表达受IAA、ABA、ETH和GA3的抑制。花青素含量检测显示,茶树‘紫娟’各组织中花青素的含量高低依次为:第二叶一芽一叶第三叶第四叶嫩茎老茎,且第二叶和一芽一叶的含量分别为老茎的15倍和11倍。研究发现,CsMYB123基因在茶树‘紫娟’的新稍中高水平表达,且其表达模式与不同组织中的花青素含量呈较好的正相关关系,推测CsMYB123基因与茶树花青素合成的调控相关。     

巴西橡胶树HbNAC24基因克隆和表达分析

该研究以巴西橡胶树为实验材料,从橡胶树胶乳cDNA中克隆了NAC转录因子基因(HbNAC24)完整开放阅读框(ORF),并通过酵母实验和实时荧光定量PCR技术,进行转录激活活性分析和表达分析。结果显示:(1)HbNAC24基因ORF为1 167bp,编码388个氨基酸,在N端第7~174氨基酸之间含有一个典型的NAC结构域。(2)酵母实验表明,HbNAC24具有转录激活活性,转录激活区在高度变异C端,具备了NAC转录因子的基本特征。(3)序列比对和系统进化分析表明,HbNAC24蛋白属于NAC转录因子家族中的TIP亚族。(4)实时荧光定量PCR分析结果发现,HbNAC24基因在叶中的表达量显著高于其他部位;割胶和茉莉酸(JA)处理均能够诱导HbNAC24表达上调。研究认为,HbNAC24基因可能参与植物的生长发育和胁迫应答过程。     

4-Hydroxybenzyl alcohol accumulates in flowers and developing fruits of carrot and inhibits seed formation

Somatic embryogenesis in carrot (Daucus carota) is autonomously inhibited by 4-hydroxybenzyl alcohol (4HBA), which is produced by embryogenic cells. Because somatic embryogenesis is used as a model of zygotic embryogenesis, we assayed for 4HBA in carrot seeds and analyzed the effect of 4HBA on seed formation to determine whether 4HBA is also produced during zygotic embryogenesis. HPLC analysis showed that 4HBA accumulated in flowers and immature and mature fruits, but not in vegetative tissues. The concentration of 4HBA was highest after flowering, when the zygote developed into the early globular-stage embryo. 4HBA accumulation then decreased with seed development. Exogenous application of 4HBA to immature carrot fruits inhibited seed formation. Many 4HBA-treated seeds did not include a mature embryo. These results indicate that the production and accumulation of 4HBA occurs during carrot seed development and that 4HBA has an inhibitory effect on carrot seed formation.     

茶树BES1转录因子全基因组鉴定与分析

植物特异性转录因子(BRI1-EMS-SUPPRESSOR1,BES1)家族参与调节油菜素内酯(brassinosteroids,BR)信号通路,在植物生长和应对非生物胁迫的反应中发挥重要作用。该研究利用生物信息学方法对茶树BES1转录因子家族进行鉴定,分析茶树CsBES1基因在8个茶树组织中的表达模式,并对CsBES1转录因子家族在低温、干旱及ABA激素处理下的表达进行分析,以揭示茶树CsBES1转录因子家族的功能及其对环境胁迫的响应。结果显示:(1)从茶树全基因组中鉴定获得10个茶树BES1转录因子家族成员,均具有完整的BES1_N结构域;根据系统进化关系将10个CsBES1转录因子家族分成3组,分别包含2个、3个和5个成员;该家族成员每个基因含有2～11个外显子。(2)组织表达模式分析显示,茶树BES1转录因子家族在生长活跃的茶树嫩梢和成熟叶中表达量较高,不同成员之间表达存在差异性。(3)上游启动子区域分析发现大量与植物激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。(4)荧光定量检测发现,BES1基因在茶树不同胁迫处理下的表达模式不同,在低温和脱落酸处理下,CsBES1-1、CsBES1-7、CsBES1-8和CsBES1-9基因的表达量显著提高,而在干旱处理下,CsBES1-2、CsBES1-4、CsBES1-5、CsBES1-6、CsBES1-7、CsBES1-8和CsBES1-9基因的表达量显著提高。     

苦荞锌指蛋白基因FtLSD1的克隆及其对非生物胁迫的应答

根据苦荞(Fagopyrum tataricum)花期转录组数据,分别以苦荞DNA和cDNA为模板,克隆得到1个苦荞C2C2型锌指蛋白基因FtLSD1(GenBank登录号KP252134)的DNA序列和cDNA序列,采用实时荧光定量PCR方法,研究了FtLSD1基因在非生物胁迫下的表达模式。结果显示:苦荞FtLSD1基因DNA全长2 427bp,由6个外显子和5个内含子构成,符合GU-AG剪切原则;cDNA序列包含一个528bp开放阅读框,编码175个氨基酸,具有LSD1家族的典型结构域;UV-B照射和水杨酸处理均能使FtLSD1基因的表达量上升,且UV-B处理在6h达到最大,为0h(CK)的3.84倍;水杨酸处理于10h达到最大,为0h(CK)的3.44倍,而4℃冷胁迫下该基因表达量保持稳定。推测该基因可能参与苦荞抗UV-B和高浓度水杨酸等非生物胁迫的应答反应,为苦荞的抗逆性研究提供新的视角。     

藜麦CqSAP8基因克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

该研究根据NCBI公布的藜麦胁迫相关蛋白(SAP)基因CqSAP8序列进行克隆,利用生物信息学分析CqSAP8蛋白序列、理化性质和结构特点,并采用qRT PCR方法检测CqSAP8基因表达的组织特异性及在非生物胁迫下的相对表达。结果表明：(1)藜麦CqSAP8基因CDS全长528 bp,编码175个氨基酸;预测CqSAP8蛋白分子量为18.73 kD,理论等电点为7.46,属于稳定的亲水性蛋白质;CqSAP8蛋白在N端和C端分别含有A20和AN1保守域,是SAP蛋白最典型的类型。(2)序列比对与进化分析显示,藜麦CqSAP8与甜菜BvSAP8、菠菜SoSAP8亲缘关系最近,序列相似性分别为89.66%和89.47%。(3)qRT PCR分析表明,藜麦CqSAP8基因在根、茎、叶、花和种子中均有表达,且在种子中表达量最高;CqSAP8基因在干旱和高温胁迫12 h表达量达到最大值,分别是对照的13.09和17.47倍,高盐和低温胁迫下的最大表达量均为对照的3.91倍,说明藜麦CqSAP8基因响应多种非生物胁迫应答;另外,藜麦CqSAP8的表达量在ABA胁迫下24 h急剧升高,推测CqSAP8基因在非生物胁迫前期的响应不依赖ABA。该研究为进一步研究CqSAP8基因功能及抗逆分子机制奠定了基础。     

Plant cell growth under different levels of oxygen and carbon dioxide

Summary An experimental system, in which gases of known composition were passed through flasks, was used to systematically study the effects of oxygen and carbon dioxide on plant cell growth. As expected, oxygen limiting conditions resulted in suppressed growth of Catharanthus roseus cultures. Oxygen limitations did not alter the amount of cell mass produced per gram of sugar consumed which suggests that the production of fermentative metabolites was limited. Varying levels of carbon dioxide were observed to have no effect on the growth rates of either C. roseus or Daucus carota cultures. The amount of C. roseus cell mass generated per gram of sugar consumed appeared to be slightly increased at higher carbon dioxide levels.