拟南芥GEF14不独立参与ROP10介导的ABA信号转导途径

通过PCR扩增技术,从DNA和mRNA水平上鉴定出拟南芥GEF14基因的T-DNA插入纯合突变体gef14-1。不同浓度ABA处理拟南芥野生型(Col-0)及gef14-1的7 d龄幼苗,采用实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,Q-PCR)方法,分析小G蛋白ROP10的表达模式,结果表明gef14-1在不同浓度ABA处理下的ROP10的表达模式与Col-0中的一致;表型分析结果显示gef14-1与野生型并无明显区别。推测GEF14不参与ROP10介导的ABA信号转导途径或其调控与其他GEFs存在功能冗余。     

普通丝瓜PYL基因家族鉴定及在果实发育中表达分析

【目的】为了探究普通丝瓜PYL基因在ABA处理下的表达模式。【方法】利用生物信息学方法,分析PYL基因家族在普通丝瓜全基因组中的分布、染色体定位、基因结构、基因共线性、选择压力分析、进化亲缘关系和顺式作用元件,并通过qRT-PCR验证在不同浓度ABA下表达特异性。【结果】在普通丝瓜全基因组中鉴定到11个LcPYL基因,对应CDS长度576-966 bp,均具有典型PYR_PYL_RCAR_like结构;共线性分析发现7对源自于全基因组复制事件,预测具有相似的生物学功能;普通丝瓜PYL基因启动子含多个与植物激素相关的顺式作用元件,其成员的表达具有一定的组织特异性;普通丝瓜果实在不同浓度外源ABA处理下,2 mg/ml ABA处理LcPYLs表达并无显著变化,4 mg/ml ABA处理LcPYL5、LcPYL7、LcPYL11显著上调表达,8 mg/ml ABA处理LcPYL1、LcPYL7开花当天显著表达。【结论】本研究对普通丝瓜PYL家族成员进行了系统的鉴定与分析,明确其分子结构特征和表达模式,其中LcPYL1、LcPYL5、LcPYL7和LcPYL11可能是与内源ABA生物合成密切相关的关键基因。     

玉米中介体亚基ZmMED7基因的克隆及表达分析

为了研究玉米中介体亚基ZmMED7基因的功能,通过荧光定量PCR技术,研究ZmMED7-1和ZmMED7-2在玉米不同组织中的表达及在ABA处理、盐害和渗透胁迫等逆境条件下的应答反应,并将ZmMED7-1和ZmMED7-2转入拟南芥中研究其基因功能。结果显示,ZmMED7在玉米不同发育时期的组织器官中均有表达,ZmMED7-1和ZmMED7-2分别在V1和V5期的叶片中表达量最高。ABA、盐害和渗透胁迫等处理都能够抑制ZmMED7-1和ZmMED7-2基因的表达。过表达ZmMED7-1导致拟南芥在种子萌发时期对盐胁迫的耐受能力减弱。研究结果说明:ZmMED7基因作为负调控因子参与了植物逆境胁迫应答反应。     

拟南芥高迁移率族蛋白B族基因表达模式分析

为了解高迁移率族蛋白B族(HMGB)基因在拟南芥中的表达模式及作用方式,该研究克隆了拟南芥中5个编码HMGB的基因:AtHMGB1、AtHMGB2、AtHMGB3、AtHMGB4、AtHMGB5,并运用荧光实时定量PCR方法检测野生型拟南芥中以上5种基因在不同器官中的表达及在外源植物激素(ABA、2,4-D)处理前后的表达差异,选取AtHMGB2、AtHMGB4和AtHMGB5分别转化拟南芥并筛选出超表达株系,随即检测ABA诱导下超表达AtHMGB的转基因拟南芥的表型。研究证实:在野生型拟南芥中AtHMGB2在拟南芥各个器官中的表达量远高于其它家族成员,AtHMGB4和AtHMGB5在花、果荚和根中的表达略高于茎和叶;在ABA处理前后AtHMGB家族成员的表达水平有显著差异,其中AtHMGB2的表达被ABA显著负调控;ABA诱导下超表达AtHMGB2的转基因拟南芥与野生型相比出现萌发及生长迟缓现象,但超表达AtHMGB4与AtHMGB5的转基因拟南芥在ABA诱导下的种子萌发和幼苗生长与野生型相比差异不大。研究发现,AtHMGB家族成员在转录水平上响应ABA的方式各有不同,对理解AtHMGB家族成员的生物学功能提供了新的基础。     

FaMADS1和FaMADS2参与ABA调控的草莓果实成熟

本试验以‘红颜’草莓为材料,通过RT-PCR技术克隆得到FaMADS1和FaMADS2基因,并且用不同浓度脱落酸(abscisic acid, ABA)和其抑制剂去甲二氢愈创木酸(nordihydroguaiaretic acid, NDGA)处理脱绿期草莓果实,以探究FaMADS1和FaMADS2基因是否参与脱落酸调控的草莓果实成熟。结果表明,FaMADS1和FaMADS2基因序列在草莓不同栽培品种间高度保守,FaMADS1基因的表达变化随果实成熟呈现先增后降再增加的变化趋势,FaMADS2基因则呈现一个逐渐下降的趋势。虽FaMADS1和FaMADS2基因在草莓果实成熟中表达趋势并不一致,但外源ABA处理均会上调其表达,NDGA会下调其表达。草莓果实发育过程中内源ABA含量变化与FaMADS1和FaMADS2基因表达的相关性分析显示两者呈显著相关。由此说明,FaMADS1和FaMADS2参与了ABA调控的草莓果实成熟。     

拟南芥prr5突变体对ABA的响应

以拟南芥为材料,统计PRRs （pseudo-response regulators）突变体 prr5及其野生型经ABA处理后的萌发率、根长和NaCl处理后的萌发率,并采用实时定量PCR方法,对不同浓度ABA处理的拟南芥幼苗中的PRR5基因表达进行分析.结果表明：prr5突变体对ABA弱敏感,其种子萌发率比野生型显著或极显著增高,主根比野生型长,且PRR5基因表达受ABA抑制.同时,NaCl处理后,prr5的萌发率比野生型极显著增高.因此,推测prr5可能为ABA信号通路相关基因.     

蒺藜苜蓿MtROP10基因的克隆及其功能初探

目的:克隆并研究蒺藜苜蓿ROP基因的功能,为研究该基因家族在共生途径中的作用提供依据.方法:采用RACE方法,从蒺藜苜蓿中克隆MtROP基因,利用生物信息软件比对同源性及ROP蛋白特征结构分析,利用RT-PCR方法分析该基因的组织特异性表达,构建该基因的过表达载体并转化拟南芥.结果:获得了蒺藜苜蓿ROP家族中与拟南芥ROP10高度同源的MtROP10全长序列.氨基酸编码序列具有明显的ROP家族蛋白的结构域特征.该基因在花中高表达,根中低表达.拟南芥中过表达MtROP10,可导致根毛变粗、变短、分叉.结论:MtROP10属于植物ROP家族蛋白,可能在根毛的极性生长方面具有较为重要的功能.     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

拟南芥ABI5亚家族基因表达特性的比较研究

拟南芥ABI5亚家族转录因子AtDPBFs (DC3 promoter binding factors)/ABFs (ABRE binding factors)由9个高度同源的成员组成,它们参与了植物生长发育过程中种子成熟和休眠、开花时间、根的生长、ABA信号转导和逆境响应等过程。该研究采用qRT-PCR方法分析了拟南芥ABI5亚家族9个基因在不同组织和生长阶段、以及苗期对ABA、高盐、高渗和低温等响应下mRNA的相对含量变化,以明确9个基因的生物学功能及其异同。结果显示:(1)在拟南芥种子刚萌发时有6个基因较5 d龄幼苗均极显著大量表达;在营养生长阶段,未检测到At5G42910基因的信号,其余8个基因均随幼苗生长mRNA相对含量也相应增加,且AtDPBF2和AtDPBF4的增加幅度最大;13 d龄幼苗中ABF3的相对含量最高,约为ABI5的59倍。(2)在生殖生长阶段,茎和根中9个基因均少量表达,而在花和种子中均大量表达,且ABI5表达量最高,分别约为根中表达量的122倍和730倍;叶片中ABF2表达量最高,果荚中AtDPBF2表达量最高,两者分别约为根中表达量的10倍和12倍;At5G42910基因在花和果荚中高表达,约为其他器官表达量的5倍。(3)100 mmol·L~(-1) NaCl、50μmol·L~(-1)山梨醇、10μmol·L~(-1)ABA分别处理8 d后,各处理幼苗生长发育较对照明显减缓,且随着处理浓度上升抑制效应进一步加剧。(4)20μmol·L~(-1) ABA处理13 d龄拟南芥幼苗后,ABF1和ABI5基因的mRNA相对含量增加最高,二者的增幅均接近30倍;100 mmol·L~(-1)山梨醇处理使ABF1和ABI5基因的mRNA相对含量增加最高,两者的增幅分别接近120倍和30倍;100 mmol·L~(-1) NaCl处理导致大多数ABI5亚家族基因表达下调,但仅ABF3基因有较明显的上调;4℃低温处理使ABF1和ABI5基因的mRNA相对含量分别上升了约110倍和25倍。研究表明,在营养生长阶段ABI5亚家族8个成员的表达逐渐增加,进入生殖生长阶段后各基因的表达大幅上升且存在组织差异性,花和种子中9个基因均大量表达而根和茎中少量表达,叶片中ABFs基因发挥主要作用,在种子形成及成熟过程中ABI5和AtDPBF2基因发挥主要作用;在非生物胁迫响应方面,ABF1和ABI5主要响应ABA和渗透胁迫,ABF3主要响应盐胁迫,应对冷胁迫时除ABF1外,ABI5也发挥重要作用,推测At5G42910基因在种子形成以及成熟过程中具有重要作用。     

5个毛果杨PtrZFP基因的鉴定和表达分析

ZFP转录因子是植物中的一类具有指环结构域的转录因子。从毛果杨中鉴定出5条ZFP基因（命名为PtrZFP1-5）,对其特性和表达模式进行了分析,以期初步了解这些基因是否能对胁迫做出应答。对PtrZFP1-5基因进行生物学分析,进一步利用qRT-PCR技术分析NaCl、PEG₆₀₀₀和ABA胁迫处理后毛果杨根、茎和叶中5条基因的表达情况。PtrZFP1-5基因编码蛋白氨基酸残基数为258~338 aa,编码蛋白的分子量为27.7~37.3 kDa,理论等电点为4.87~8.61,5个基因不均等的分布在毛果杨基因组的3条染色体上。qRT-PCR结果显示,0.2 mol·L^-1 NaCl、15%（w/v）PEG6000和100 μmol·L^-1 ABA胁迫处理后,5个PtrZFP基因在毛果杨根、茎和叶中的表达模式明显不同。PtrZFP1基因在3种胁迫后毛果杨中均被明显的上调表达;PtrZFP2基因在盐、渗透和ABA胁迫处理后,叶中的表达都明显被抑制;PtrZFP3基因受到干旱胁迫时在根中的响应最为明显;而叶和茎中,表达量在大部分胁迫的大部分时间点无明显改变。PtrZFP4基因也能在根和茎中对干旱胁迫做出明显应答。PtrZFP5基因在经受盐和ABA胁迫后,在叶中的表达受到明显抑制。PtrZFP1-5这5个基因至少能在一种器官中对一种胁迫处理做出应答,但参与的胁迫应答类型和机制可能不同。     

RopGEF2 is involved in ABA‐suppression of seed germination and post‐germination growth of Arabidopsis

The involvement of Rho of Plants (ROP) GTPases in abscisic acid (ABA) signalling in Arabidopsis has been demonstrated in many studies. However, the roles of RopGEFs (Rop guanine nucleotide exchange factors), which modulate ROP activities in ABA signalling, are poorly understood. Here, we demonstrate that RopGEF2 may play a negative role in ABA‐suppressed seed germination and post‐germination growth. We show that disruption of RopGEF2 enhances sensitivity to exogenous ABA in seed germination assays and that RopGEF2pro‐GUS is mainly expressed in developing embryos and germinating seeds. Interestingly, YFP‐RopGEF2 is located in both the cytoplasmic region and in mitochondria. Notably, the PRONE2 (plant‐specific ROP nucleotide exchanger 2) domain of RopGEF2 is detected in mitochondria, whereas the N‐terminus of RopGEF2 is shown to be in the cytosol. After ABA treatment, degradation of RopGEF2 is triggered in the cytosol through the ubiquitin‐26S proteasome system. The binding of RopGEF2 to ROP2, ROP6 or ROP10, which has been demonstrated to be involved in ABA signalling, not only alters the localization of RopGEF2 but also enables RopGEF2 to escape degradation in the cell. Thus, in this study, we deduce a sophisticated mechanism of ABA‐mediated RopGEF2‐ROP signalling, which potentially implicates the inactivation of ROPs in responsiveness to ABA.     

Members of a novel class of Arabidopsis Rho guanine nucleotide exchange factors control Rho GTPase-dependent polar growth

Rho family small GTPases are signaling switches controlling many eukaryotic cellular processes. Conversion from the GDP- to GTP-bound form is catalyzed by guanine nucleotide exchange factors (GEFs). Rho GEFs in animals fall into two structurally distinct classes containing DH and DOCKER catalytic domains. Using a plant Rho GTPase (ROP1) as bait in yeast two-hybrid screens, we identified a family of Rho GEFs, named RopGEFs. The Arabidopsis thaliana RopGEF family of 14 members contains a conserved central domain, the domain of unknown function 315 (DUF315), and variable N- and C-terminal regions. In vitro GEF assays show that DUF315 but not the full-length version of RopGEF1 has high GEF activity toward ROP1. Our data suggest that the variable regions of RopGEF1 are involved in regulation of RopGEF through an autoinhibitory mechanism. RopGEF1 overexpression in pollen tubes produced growth depolarization, as does a constitutively active ROP1 mutant. The RopGEF1 overexpression phenotype was suppressed by expression of a dominant-negative mutant of ROP1, probably by trapping RopGEF1. Deletion mutant analysis suggested a requirement of RopGEF activity for the function of RopGEF1 in polar growth. Green fluorescent protein-tagged RopGEF1 was localized to the tip of pollen tubes where ROP1 is activated. These results provide strong evidence that RopGEF1 activates ROP1 in control of polar growth in pollen tubes.     

Active ROP2 GTPase inhibits ABA- and CO2-induced stomatal closure

ROP GTPases function as molecular switches in diverse cellular processes. Previously, we showed that ROP2 GTPase is activated upon light irradiation, and thereby negatively regulates light-induced stomatal opening. Here we studied the role of ROP2 during stomatal closure. The expression of a constitutively active form of ROP2 (CA-rop2) in Arabidopsis thaliana and Vicia faba resulted in slower and reduced stomatal closure in response to abscisic acid (ABA) and CO(2) . In contrast, the expression of a dominant-negative form of ROP2 (DN-rop2) and the knockout mutation of ROP2 (rop2 KO) promoted ABA-induced stomatal closure in Arabidopsis. As early as 10 min after ABA treatment, ROP2 was inactivated and translocated to the cytoplasm of the stomatal guard cells. To elucidate the mechanism by which active ROP2 suppresses stomatal closure, we monitored endocytotic membrane trafficking, which is regulated by Rho GTPases in animal cells. We found that the endocytosis of plasma membrane (PM), as tracked by FM4-64, was lower in CA-rop2-expressing guard cells than in those of wild-type plants, which suggests that active ROP2 suppresses the endocytotic internalization of PM, a process required for stomatal closure. Together, our results suggest that ROP2 is inactivated by ABA, and that this inactivation is required for the timely stomatal closure.     

茉莉酸甲酯对水稻幼苗抗冷性的影响

测定茉莉酸甲酯（MJ）对冷胁迫条件下水稻幼苗生长和与抗冷性相关生理生化指标影响的结果表明：较高浓度的MJ（10^-3mol·L^-1）明显抑制冷胁迫下的水稻幼苗生长,增加细胞膜的渗透性;浓度低一些的MJ（10^-4、10^-5、10^-6、10^-7mol·L^-1）对冷胁迫下水稻幼苗的生长和细胞膜有不同程度的保护作用,其中以10～mol·L^-1MJ的效果为佳。10～mol·L^-1 MJ处理的叶中叶绿素降解程度小,可溶性糖、可溶性总蛋白和脯氨酸的含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性均增加,丙二醛（MDA）含量降低,因而水稻幼苗的抗冷性提高。