烟草氧化胁迫相关基因NtOSA1的克隆表达及亚细胞定位分析

植物类蛋白激酶Abc1家族(activity of bc1complex)在植物生长发育及响应非生物胁迫中起着重要的作用。该研究通过将拟南芥AtOSA1蛋白氨基酸序列与烟草转录组数据进行比对,利用巢式PCR技术克隆得到1个烟草氧化胁迫相关Abc1家族基因NtOSA1,NtOSA1与拟南芥AtOSA1基因具有72.89%的一致性。NtOSA1基因开放阅读框长度为2 283bp,编码760个氨基酸,含有典型的ABC1结构域、一个激酶结构域、叶绿体定位信号肽和两个跨膜结构域。采用实时荧光定量PCR技术,对NtOSA1基因在烟草不同组织以及氧化胁迫、盐胁迫等处理下的表达分析表明:NtOSA1基因的表达具有组织特异性,主要在叶片中表达;NtOSA1基因在H2O2和NaCl处理后表达量上升,均在处理后6h达到最大值,分别为处理前的1.95和2.69倍。亚细胞定位结果表明,NtOSA1蛋白定位在细胞叶绿体上,与预测结果一致。研究表明,NtOSA1基因参与了烟草抗氧化胁迫和盐胁迫的响应。     

烟草盐诱导Abc1基因NtSIA1的克隆及表达分析

为了研究烟草Abc1基因家族成员在植物非生物胁迫应答过程中的作用,根据烟草转录组数据,利用巢式PCR技术克隆得到1个烟草盐诱导Abc1基因NtSIA1。序列分析表明,该基因与拟南芥AtSIA1基因具有67.57%的一致性,开放阅读框长度为2109bp,编码702个氨基酸,含有一个典型的ABC1结构域、两个激酶结构域和两个跨膜结构域。采用实时荧光定量PCR技术,对NtSIA1基因在烟草不同组织以及盐胁迫、Cd胁迫等处理下的表达分析表明:该基因主要在花和叶中表达;200mmol/LNaCl处理6h以及60μmol/L和100μmol/LCdCl2处理48h后,NtSIA1基因的表达量分别为对照组的2.27、2.9和3.1倍。结果表明烟草NtSIA1基因的表达具有组织特异性,且受到盐胁迫和Cd2+的诱导。     

花烟草NaNHX1基因的克隆及其在非生物胁迫下的表达模式

植物NHX家族基因,在植物的生长发育以及生物与非生物胁迫的应答反应中发挥着十分重要的作用。为了探究花烟草Na+/H+逆向转运蛋白的生理功能,为花烟草耐盐分子机制的研究提供参考。采用同源克隆的方法进行基因克隆,对花烟草进行非生物胁迫,并运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。结果表明,从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于Na+/H+逆向转运蛋白家族的基因NaNHX1。该基因的开放阅读框全长为1 599 bp,编码了532个氨基酸残基。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为58.4 kD,等电点为5.66;具有Na+/H+逆向转运蛋白家族典型的保守结构域NhaP2;该蛋白属于疏水性蛋白,包含10个跨膜区。NaNHX1基因主要定位于细胞质膜,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaNHX1基因与美花烟草(Nicotiana sylvestris)、茸毛烟草(Nicotiana tomentosiformis)以及番茄(Solanum lycoperisicum)NHX基因的亲缘关系最近,而与拟南芥的NHX基因同源性最低。NaNHX1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaNHX1的表达呈现3种不同的表达模式。其中,对高盐及低钾胁迫的响应强烈。本研究的结果表明,NaNHX1基因属于Na+/H+逆向转运蛋白家族,可能参与了花烟草高盐和低钾胁迫,以及其它非生物胁迫响应在内的众多生理过程。     

紫花苜蓿F-box蛋白基因MsFTL的克隆及功能分析

FTL(F-box Triple LRR protein)是F-box蛋白家族的成员,具有F-box保守结构域,在植物抵御逆境胁迫过程中起重要作用。本研究参考低温胁迫下紫花苜蓿转录组数据设计引物,通过RT-PCR克隆获得紫花苜蓿MsFTL基因,该基因的全长1422 bp,编码473个氨基酸。该蛋白含有1个F-box结构域及3个LRR重复。系统进化分析表明,MsFTL与蒺藜苜蓿XP_003626345.1 F-box/FBD/LRR-repeat protein亲缘关系最近。两者蛋白序列比对发现共有11个差异位点。在低温、盐、干旱以及外源ABA处理下,MsFTL基因受到诱导,表达量上调。构建植物过表达载体pCBM-MsFTL,通过农杆菌介导法转化烟草。对经过抗性筛选、PCR和Real-time PCR验证的转基因植株进行低温抗性鉴定。在-4℃低温胁迫下,野生型烟草叶片出现了明显的萎蔫失水现象,而转基因烟草萎蔫程度相对较轻。生理检测结果表明,4℃处理24 h之后,转基因烟草的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD活性,CAT活性高于野生型,MDA含量低于野生型。本研究表明,MsFTL基因在提高植物对低温胁迫的抗性方面具有重要的作用。     

天山雪莲未知蛋白基因的克隆及其耐铝特性分析

从天山雪莲叶片低温诱导的cDNA文库中克隆了一个未知蛋白基因(SikSD-82)cDNA全长序列。生物信息学分析表明SikSD-82基因共编码262个氨基酸,具有小麦铝诱导蛋白Wali7的保守结构域,属Gn_AT_Ⅱ家族的可溶性蛋白;其氨基酸序列与蓖麻的茎部特异性表达蛋白相似性最高为60.89%;进化树分析显示,该蛋白与番茄的茎部特异性表达蛋白关系最近。亚细胞定位结果表明,SikSD-82蛋白主要定位于细胞核。在铝胁迫条件下,转SikSD-82烟草幼苗根的伸长明显优于野生型,根部铝离子和丙二醛含量均显著低于野生型烟草,转SikSD-82烟草显示出较强的耐铝性。     

毛果杨HDA901基因的克隆和表达分析

该实验克隆了毛果杨组蛋白去乙酰化酶基因HDA901的编码序列,并进行生物信息学、亚细胞定位和盐胁迫表达分析。序列分析表明,HDA901开放阅读框为1 245bp,编码1个由414个氨基酸残基组成的蛋白质,等电点为5.77;毛果杨HDA901与其他植物同源蛋白具有一段保守序列,在进化上与拟南芥AtHDA14亲缘关系较近。启动子分析表明,毛果杨HDA901基因启动子序列包含ACE、ABRE、HSE和TC-rich repeats等多个与逆境相关的顺式作用元件。亚细胞定位分析表明,毛果杨HDA901蛋白在细胞核和细胞质中无分布,可能位于线粒体或穿梭于线粒体和叶绿体之间。实时荧光定量PCR结果显示,毛果杨HDA901基因表达受盐胁迫调节,在盐胁迫下,根和茎中HDA901基因表达受抑制;叶中HDA901基因表达受诱导。研究表明,毛果杨HDA901基因参与盐胁迫应答反应。     

向日葵E3泛素连接酶基因的分析定位和表达鉴定

该研究利用前期获得的向日葵耐盐相关基因E3泛素连接酶基因序列(HERC2),构建瞬时表达载体Cam-35S-HERC2-GFP,采用基因枪法转化洋葱表皮细胞进行亚细胞定位;采用RT-PCR技术,分析盐胁迫下HERC2在耐盐品种P50和盐敏感品种P29根、下胚轴和叶中的表达差异;构建HERC2植物表达载体pPZP221-HERC2,采用农杆菌介导法将HERC2导入烟草,进行耐盐功能验证。结果表明:(1)HERC2蛋白定位在细胞膜、细胞质和细胞核中。(2)受到NaCl胁迫后,HERC2基因在耐盐品种P50和盐敏感品种P29中均上调表达,但耐盐品种中的表达量较高。(3)HERC2基因的表达,能够提高转基因烟草的耐盐性。该研究结果为进一步解析向日葵对盐胁迫的响应机制,以及耐盐新品种的选育奠定了基础。     

烟草磷转运蛋白基因NtPHT2;1的克隆和表达分析

植物对磷酸盐的吸收与利用主要依靠磷转运蛋白,其中PHT2家族编码的低亲和磷转运蛋白主要负责植物在正常供磷条件下磷酸盐的吸收、转运与再利用。为了探究低亲和磷转运蛋白基因NtPHT2;1在烟草转运磷酸盐中的作用和表达模式,本研究以普通烟草K326的cDNA为模板,克隆得到NtPHT2;1,对该基因进行生物信息学分析和蛋白质的亚细胞定位,并通过荧光定量PCR技术对该基因在低磷等非生物胁迫下的基因表达模式进行分析。结果表明：（1）NtPHT2;1基因的全长为1 764 bp,编码587个氨基酸。（2）亚细胞定位结果表明,NtPHT2;1蛋白定位于叶绿体上。（3）同源性比对发现,NtPHT2;1蛋白与辣椒CaPHT2;1蛋白的同源性最高达到91.00%。（4）启动子分析表明,NtPHT2;1启动子含有参与调控植物衰老、逆境胁迫相关的顺式作用元件。（5）组织表达模式分析表明,NtPHT2;1在叶片中的表达量最高,新叶中的表达量比老叶中的高;在低磷诱导条件下,该基因的表达量与正常条件相比差异不显著。（6）不同非生物胁迫下的表达模式表明,在盐胁迫和干旱胁迫下,该基因的表达量显著降低。研究认为,NtPHT2;1基因主要是负责烟株正常生长发育条件下磷酸盐的转运与利用。     

拟南芥高迁移率族蛋白B（AtHMGB）族基因启动子的转录激活功能分析

为了解高迁移率族蛋白B族（high mobility group protein B,HMGB）基因调控植物响应低温、高盐和干旱等外源胁迫的表达调控方式, 本文克隆了拟南芥AtHMGB前5个家族成员的启动子区域（PAtHMGB1,PAtHMGB2,PAtHMGB3,PAtHMGB4和PAtHMGB5）.运用基因重组技术将其分别替换表达载体上35S启动子区域获得重组表达载体,利用农杆菌介导法侵染烟草获得稳定表达的转基因烟草. 运用实时定量PCR检测上述5种启动子的转基因烟草,观察在外源胁迫（低温、高盐和干旱）处理前后gusA基因的表达差异,同时检测转基因烟草种子在不同外源胁迫条件下的萌发状况. 检测结果证实,在低温胁迫下,PAtHMGB2,PAtHMGB3和PAtHMGB4正调控gusA基因的表达,而在干旱或盐胁迫下,gusA基因的表达被PAtHMGB2和PAtHMGB3负调控. 种子萌发结果表明,在干旱胁迫下,PAtHMGB2调控下的转基因烟草比野生型烟草萌发及生长迟缓|在低温胁迫下,PAtHMGB2调控的转基因烟草长势明显强于野生型. 本研究克隆了拟南芥AtHMGB家族前5个成员启动子,分析其生物学功能发现,PAtHMGB2在响应低温和干旱胁迫方面效果尤为显著.     

小麦TaMAPK2基因的克隆及表达分析

该研究从小麦中克隆了1个MAPK基因TaMAPK2。序列分析表明,TaMAPK2基因的ORF为1 110bp,编码369个氨基酸。序列比对分析表明,该基因所编码的蛋白与粗山羊草、水稻、谷子等MAPK蛋白具有较高的一致性,分别为99%、94%、94%。进化树分析表明,TaMAPK2与水稻OsMAPK2的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受渗透胁迫、低温胁迫、高盐胁迫、乙烯和双氧水诱导,受ABA抑制。研究表明,TaMAPK2可能参与非生物逆境胁迫及相关信号分子应答。     

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。     

巴西橡胶树HbWRKY1基因的克隆及转化烟草的初步研究

利用RACE结合RT-PCR技术,从巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)总RNA中扩增得到长度为1234 bp的WRKY基因cDNA全长编码序列。通过氨基酸同源性比对,该序列推导的氨基酸序列与蓖麻、白杨的WRKY同源性分别为79%和73%,表明分离的cDNA序列为橡胶树WRKY基因,命名为HbWRKY1。通过构建pCAMBIA1304-HbWRKY1植物表达载体,经农杆菌GV3101介导,将HbWRKY1基因导入烟草(Nicotiana tabacum)中,对所获得的潮霉素抗性烟草株系进行PCR鉴定。结果表明,HbWRKY1基因已整合到65株转基因植株中。干旱胁迫试验表明,HbWRKY1的过量表达可以明显提高转基因烟草对干旱胁迫的耐受能力。这说明WRKY基因与橡胶树抗旱能力之间存在一定的关系。     

Interaction between an isolate of dark-septate fungi and its host plant <Emphasis Type="Italic">Saussurea involucrata</Emphasis>

A dark-septate endophytic (DSE) fungus EF-M was isolated from the roots of an alpine plant Saussurea involucrata Kar. et Kir. ex Maxim. The fungus was identified by sequencing the PCR-amplified rDNA 5.8S gene and ITS regions. The sequence was compared with similar sequences in the GenBank, and results showed that EF-M was congeneric to Leptodontidium. Resynthesis study was conducted to clarify the relationship between the root endophyte EF-M and the host plant S. involucrata using the material grown in sterile culture bottle. In roots recovered 6 weeks after inoculation, epidermal cells were colonized by intercellular and intracellular hyphae and “microsclerotia” formed within individual cells in the epidermis layers. However, hyphae did not invade the cortex and the stele. There were no profound effects of endophyte EF-M on plant root development, but significant differences were detected in plant height and shoot dry weight between the treatments. The present study is the first report hitherto on DSE fungi in S. involucrata.     

In vitro propagation of an endangered medicinal plant Saussurea involucrata Kar. et Kir.

An efficient micropropagation system for Saussurea involucrata Kar. et Kir., an endangered Chinese medicinal plant, has been developed. Shoot organogenesis occurred from S. involucrata leaf explants inoculated on medium with appropriate supplements of plant growth regulators. 66.0% of shoot regeneration frequency and 5.2 shoots per leaf explant were achieved when cultured on a medium containing 10 μM 6-benzylaminopurine (BAP) and 2.5 μM 1-naphthaleneacetic acid (NAA). Shoot organogenesis was improved further when the leaf explants were pre-incubated at low temperature, and 80.6% of shoot regeneration frequency was recorded with 9.3 shoots per leaf explant at 4°C by 5-day pretreatment period. Up to 87.0% of the regenerated shoots formed complete plantlets on a medium containing 2.5 μM indole-3-acetic acid (IAA) within 28 days, and 85.2% of the regenerated plantlets survived and grew vigorously in greenhouse condition. The phytochemical profile of the micropropagated plants was similar to that of wild plants. The regeneration protocol developed in this study provides a basis for germplasm conservation and for further investigation of medicinally active constituents of the elite medicinal plant.     

铁皮石斛DoSMT2基因的功能分析

为了揭示铁皮石斛(Dendrobium officinale)甾醇C-24甲基转移酶2基因(DoSMT2)在甾醇代谢过程的功能,该研究通过根癌农杆菌介导法将来源于铁皮石斛的DoSMT2基因转化烟草(Nicotiana tabacum),并采用qRT-PCR技术检测DoSMT2基因在转基因烟草叶片中的表达,采用气相色谱质谱法分析菜油甾醇和谷甾醇的含量。结果显示:(1)成功获得DoSMT2基因的开放阅读框(1 119 bp),并成功构建正义植物表达载体质粒pCXSN-DoSMT2,经农杆菌介导的烟草叶盘转化法转化烟草并鉴定,获得4株阳性转基因烟草植株。(2)Southern blot结果表明,4株转基因烟草植株都有1条杂交信号带,而非转基因烟草植株没有,说明外源DoSMT2基因都以单拷贝整合到4株转基因烟草基因组中。(3)qRT-PCR检测显示,非转基因烟草未检测到外源DoSMT2基因的表达,4株转基因烟草都能检测到DoSMT2基因的表达,且表达水平差异极显著,各株系表达量高低依次为P3P1P2(P4)。(4)气相色谱质谱分析显示,转DoSMT2基因烟草叶片的菜油甾醇含量均极显著低于非转基因烟草叶片,而谷甾醇含量均极显著高于非转基因烟草叶片。研究表明,DoSMT2具有催化24-亚甲基胆甾烯醇转化形成24-亚乙基胆甾烯醇活性。     

小麦盐华南象草PpCAD基因的亚细胞定位及其在转基因烟草中的异源表达迫相关基因的克隆与表达分析

该研究根据已克隆的华南象草(Pennisetum purpureum cv.Huanan)肉桂醇脱氢酶(CAD)基因PpCAD的cDNA序列,构建亚细胞定位载体pAN580-PpCAD,用PEG介导法转化象草原生质体,以探究PpCAD蛋白在细胞内的定位;同时构建植物过表达载体pBA002-PpCAD,通过农杆菌介导法在烟草中异源表达,以研究PpCAD基因与植物木质素合成的关系。结果显示:(1)PpCAD定位在象草原生质体的细胞质内;(2)过表达载体pBA002-PpCAD转化烟草后获得27株转基因烟草,其中25株PCR鉴定为阳性;(3)半定量RT-PCR检测6株转基因烟草后发现,PpCAD基因在不同植株的表达量存在差异,通过Southern杂交检测后发现该差异与目的基因插入的拷贝数有关;(4)6株转基因烟草和野生型烟草表型上没有明显差异,除目的基因多拷贝插入的植株OEC6外,木质素含量有不同程度的提高,最高比野生型提高了56.50%。研究表明,PpCAD是一个细胞质蛋白,在烟草中过表达PpCAD能够提高植株木质素含量,表明PpCAD基因参与了植物的木质素合成,可用于象草的木质素调控研究。     

盐穗木HcDmc1基因的克隆和表达分析

根据盐穗木盐胁迫下响应的转录组测序结果,克隆获得盐穗木DNA损伤修复基因的cDNA序列,其开放阅读框1 035bp,编码344个氨基酸,命名为HcDmc1。保守结构域分析显示,该基因编码的蛋白具有RecA蛋白家族典型的保守结构域;统进化树分析显示HcDmc1为独立的分支;亚细胞定位于细胞质,为无信号肽、不跨膜的稳定亲水性蛋白。实时荧光定量PCR分析表明,盐穗木在100mmol/L NaCl胁迫7d后,同化枝中HcDmc1基因表达迅速上调并达到最大值,约为对照组的6.58倍;在700mmol/L NaCl胁迫14d后根中HcDmc1基因表达最高,约为对照的1.79倍。研究表明,HcDmc1基因表达受盐胁迫诱导。     

蒙古沙冬青AmRD22基因的克隆及耐逆功能研究

脱水应答蛋白22(RD22)属于植物特有的BURP蛋白家族中的一个亚族,与耐逆性关系密切。该研究从中国西北荒漠区特有的强耐逆植物蒙古沙冬青克隆到一个RD22基因(AmRD22)的全长cDNA,并对其编码蛋白、表达模式和耐逆功能进行了研究。结果表明：(1)AmRD22蛋白(360 aa)的初级结构中含有RD22亚族共有的4个结构域,预测其定位于细胞壁;在功能已知的RD22蛋白中,AmRD22与大豆GmRD22的进化关系最近。(2)在室内培养的蒙古沙冬青幼苗中,AmRD22的表达受失水、高盐、低温和ABA胁迫的诱导显著上调,其中失水和低温胁迫诱导其上调幅度较大;在野外生长的蒙古沙冬青植株嫩叶中,其表达量从中秋至隆冬远高于其他季节。(3)转AmRD22基因拟南芥的耐盐性显著提高且Na⁺含量降低,其耐旱性也有较明显的改善且在种子萌发早期对外源ABA的敏感性降低,但耐冷性和耐冻性无明显变化。