拟南芥ABI5基因对BR胁迫响应及其对下胚轴生长的调节作用

植物脱落酸不敏感蛋白5 (abscisic acid-insensitive 5,ABI5)是种子中大量表达的碱性亮氨酸拉链类型(basic leucine zipper,b ZIP)转录因子,在调节种子萌发和幼苗早期生长的脱落酸(abscisic acid,ABA)信号中起着核心作用。油菜素内酯(brassinosteroid,BR)是一种新型植物内源激素,具有调节植物生长发育和逆境胁迫响应等诸多生理功能。近期研究发现,油菜素内酯胁迫条件下,BR信号通路中BIN2 (BRASSINOSTEROID INSENSITIVE2)和BES1 (BRI1-EMS-SUPPRESSOR 1)通过抑制ABI5表达,促进拟南芥(Arabidopsis thaliana)种子萌发。为进一步探究BR胁迫下ABI5功能,本研究分析了种子萌发期ABI5表达特性,鉴定出拟南芥ABI5基因缺失突变体abi5-1并对BR胁迫下其功能进行解析。结果表明:ABI5在拟南芥干种子中大量表达并响应萌发期BR胁迫;正常条件下,abi5-1与野生型幼苗下胚轴无明显差异;BR胁迫下,abi5-1幼苗下胚轴明显长于野生型。本研究结果揭示了ABI5调控BR胁迫下拟南芥下胚轴生长,为深入了解ABI5调节植物发育的分子机制提供了依据。     

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。     

小麦TaLCD基因的克隆及其对渗透胁迫的调节作用

半胱氨酸脱巯基酶(CDes)可催化降解半胱氨酸(Cys)生成硫化氢(H2S)。通过克隆小麦(Triticumaestivum)中的L-半胱氨酸脱巯基酶基因TaLCD,并将其在拟南芥(Arabidopsisthaliana)中过表达,探讨TaLCD对渗透胁迫条件下种子萌发和根系生长的影响,并分析其对干旱胁迫的调节作用。结果显示,盐胁迫条件下, TaLCD过表达植株种子萌发率显著高于野生型;甘露醇处理条件下, TaLCD过表达植株的根长也显著高于野生型,且TaLCD过表达显著提高植株抗旱性。此外, TaLCD过表达植株对ABA更加敏感,ABA处理下TaLCD过表达植株的种子萌发率及根长均显著低于野生型。干旱胁迫下,TaLCD过表达植株胁迫响应基因(COR47、RD29A、RAB18和RD22)及ABA信号途径相关基因(NCED3、HAB1、HAB2、ABI1、ABI2和ABF2)的表达水平均显著高于野生型。因此推测, TaLCD增强植株抗旱和抗盐能力可能依赖于ABA信号途径。     

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。     

陆地棉GhPYR1基因的克隆和功能分析

植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物应对干旱、盐碱等逆境胁迫以及植物种子萌发、根伸长、芽休眠等阶段发挥重要作用。PYR/PYL/RCAR蛋白家族是ABA受体,与ABA结合后能够启动ABA信号传导通路,诱导ABA应答基因的表达。利用电子克隆和RT-PCR技术从陆地棉中克隆了Gh PYR1基因,其编码的Gh PYR1蛋白与拟南芥中At PYR1蛋白相似度为73%。将Gh PYR1蛋白序列与拟南芥14个PYR/PYL/RCAR家族成员蛋白序列进行比对并构建进化树,发现它与拟南芥PYR/PYL/RCAR蛋白亚家族III亲缘关系最近。过表达Gh PYR1基因的T3代拟南芥在外源ABA处理下,其种子萌发和初期根生长均滞后于野生型,表现出对ABA更加敏感;高盐和干旱胁迫对转基因种子的萌发抑制更强烈,但苗期胁迫处理下转基因拟南芥的长势却明显优于野生型;同时在外源ABA诱导条件下ABA应答基因RD29A、RAB18的表达量较野生型有明显提高。以上结果说明Gh PYR1基因编码的蛋白是ABA的受体,过表达该基因能够提高植物对ABA的敏感性和增强应对逆境胁迫的能力。     

麻疯树G蛋白γ亚基JcAGG3基因的克隆及表达分析

从麻疯树c DNA中克隆到一个与拟南芥AGG3同源的基因,命名为Jc AGG3。该基因开放阅读框为834bp,编码277个氨基酸,软件预测等电点为8.61,分子质量为30.514k Da。亚细胞定位预测显示其定位于细胞质膜上。在该基因的顺势作用元件上发现了与胚乳发育、激素调节、光响应和逆境胁迫相关的启动元件。荧光定量PCR(q PCR)检测发现,Jc AGG3在根、茎、叶和种子中均有表达,在发育中的种子中表达量最高,幼叶中的表达量显著高于老叶,在茎中只检测到极微量的表达;对麻疯树的幼苗进行黑暗处理后Jc AGG3基因表达显著下调,脱落酸(ABA)和干旱胁迫处理下Jc AGG3表达量显著增加。     

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。     

脱落酸激素诱导拟南芥幼苗中花青素的合成

脱落酸(abscisic acid,ABA)激素是一类重要的生长调节物质,参与调控植物的多种生理过程。花青素(anthocyanins)是植物次生代谢产生的类黄酮化合物,对植物的生长发育和逆境胁迫响应有重要作用。该文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究对象,探讨ABA信号对花青素生物合成的调控功能和作用机制。结果表明:外源施加ABA显著提高野生型幼苗茎尖中花青素的积累。相一致的是,ABA能诱导某些与花青素合成相关的转录因子及合成酶基因的表达。遗传学分析发现,ABA诱导花青素合成部分依赖于MBW复合体中的核心转录因子,如TTG1、TT8及MYB75等。初步机制研究揭示,ABA信号途径中的bZIP类转录因子ABI5能与TTG1、TT8及MYB75等相互作用形成蛋白复合物。综上结果认为,ABA信号诱导拟南芥幼苗中花青素的积累,并可能通过ABI5与MBW复合体协同作用调控花青素的合成。     

柱花草WRKY转录因子在低磷胁迫下的克隆与分析

该研究依据生物信息学分析,采用RT-PCR方法从格拉姆柱花草[Stylosanthes guianensis (Aubl.)]中克隆出1个WRKY转录因子基因,命名为StWRKY45。该基因最大开放阅读框(ORF)为924bp,编码307个氨基酸,分子量为35.62kD,等电点为9.81。系统进化树分析表明,StWRKY45属于WRKY转录因子第Ⅱ类WRKY基因,与拟南芥AtWRKY45、AtWRKY57亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果表明,在非磷胁迫下(对照),StWRKY45基因在柱花草幼苗的根、茎、叶中都有表达,但表达量均相对较低;在低磷胁迫下,StWRKY45基因在格拉姆柱花草根、茎、叶中的表达基本随胁迫时间的延长逐渐升高,且均在叶中的表达量最高;在低磷胁迫96h时叶、茎中的相对表达量均达到最高,分别是对照的20.47倍、9.38倍,但在低磷胁迫72h时根中的相对表达量达到最高,为对照的9.29倍。研究表明,StWRKY45基因受低磷胁迫诱导高表达,推测StWRKY45基因可能参与柱花草对低磷胁迫的响应。     

VHA-c2&c4双基因沉默株系拟南芥对NaCl与ABA的响应

研究液泡H~+-ATPase c亚基基因(VHA-c2和VHA-c4)在植物生长发育及响应非生物胁迫过程中的功能,构建拟南芥VHA-c2c4的RNAi表达载体,通过浸花法转化野生型拟南芥。利用卡那霉素筛选纯合体株系,进行半定量PCR鉴定,并对其进行NaCl和ABA胁迫处理。获得7个T_2代双沉默基因纯合体株系,其VHA-c2和VHA-c4的mRNA表达水平均低于野生型。挑选沉默效率较高的3个株系进行NaCl和ABA处理,在NaCl处理下,它们的主根相对伸长量和种子萌发率均小于对照,表明VHAc2c4沉默株系对NaCl胁迫作用敏感。ABA处理下,子叶的展开程度和主根相对伸长量均比对照高,表明VHA-c2c4沉默株系对ABA抑制作用不敏感。NMT试验表明ABA促进了双沉默基因纯合体株系的H+内流能力。推测VHA-c2和VHA-c4的转录水平影响了植物对盐胁迫和ABA介导的信号转导途径的响应。