玉米自交系干旱应答基因的鉴定

为开发耐旱分子选择标记提供有用信息,用mRNA差异显示技术分离耐旱玉米自交系‘81565’在干旱胁迫与灌溉对照之间差异表达的基因,发现MD1、MD2和MD3三个在干旱胁迫下差异表达的片段。MD1和MD2为下调表达,MD3为上调表达。序列分析和同源性比对表明,MD1与编码成熟酶的玉米叶绿体基因matK有97％的相似性,MD2与极端耐旱植物Sporobolus stapfianus编码丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶的PP2C基因有99％的相似性,MD3与属精氨酸／赖氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶类的水稻metacaspase酶基因有99％的相似性。根据MD2片段序列,结合电子克隆和RT-PCR方法,克隆出一条1731bp的全长cDNA序列,它编码388个氨基酸。此氨基酸序列包含丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶2C的催化中心结构域,被认定为玉米PP2C基因族的新成员,命名为ZmPP2Ca。实时荧光定量PCR结果表明,在干旱胁迫下,ZmPP2Ca基因在3个耐旱自交系中呈下调表达,在2个不耐旱自交系中呈上调表达。     

西府海棠(Malus micromalus)MaMAPK基因的克隆及表达特性

依据高等植物MAPK基因的保守区设计简并引物,用 RT-PCR方法,首次从西府海棠幼苗叶片中克隆了促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)基因(MaMAPK)的cDNA全序列.Southern杂交结果表明在西府海棠中存在一个小的MAPK基因家族.20%PEG处理西府海棠幼苗不同时间后的Northern杂交分析表明,该基因在根系和叶片中均有表达,随着胁迫时间延长表达量增加,说明西府海棠MaMAPK基因在转录水平上受水分胁迫诱导表达.     

叶片涂施茉莉酸对玉米幼苗防御反应的时间和浓度效应

茉莉酸是环境胁迫下植物产生防御反应的重要信号物质, 但它发挥生理作用的时间和浓度效应以及该效应在叶片和根系中差异性并不清楚。该文以‘高油115’玉米(Zea mays)为材料, 采用4种浓度(1、2.5、5和10 mmol·L^-1)的外源茉莉酸溶液涂施玉米幼苗叶片, 在3~48 h的不同时间内跟踪测定叶片和根系中的直接防御物质(丁布(DIMBOA)和总酚)含量及其合成调控基因(Bx1、Bx9和PAL)、直接防御蛋白调控基因(PR-1、PR-2a和MPI)和间接防御物质挥发物调控基因(FPS和TPS)表达的动态变化。结果表明, 外源茉莉酸处理对玉米叶和根系的化学防御反应具有显著的时间和浓度效应。茉莉酸处理玉米叶片后3~6 h就能诱导叶片中Bx9和PAL基因的表达, 使得丁布和总酚的含量显著增加, 且与处理浓度有呈正比的趋势, 随后诱导作用逐渐减弱; 茉莉酸处理还能明显诱导叶片中PR-2a和MPI基因的表达, 诱导作用分别持续到24和48 h; 在处理后3~6 h内, 高浓度茉莉酸处理对挥发物调控基因FPS表达起诱导作用, 而低浓度茉莉酸则对TPS基因的表达起诱导作用。此外, 茉莉酸处理玉米叶片还能间接影响到根系的防御反应, 但大部分检测指标表明间接诱导作用主要出现在处理后期(24~48 h)。例如, 在处理后48 h, 茉莉酸能系统增加根系中直接防御物质丁布和总酚的含量, 增强根系中防御相关基因PR-2a、MPI、FPS和TPS的表达, 并有随茉莉酸处理浓度的增加而增强的趋势。可见, 外源茉莉酸叶片涂施玉米幼苗对根系的间接诱导作用不如对叶片的直接诱导作用强; 叶片启动防御反应的时间较根系早; 随着处理浓度的增加, 茉莉酸对叶片和根系中防御反应的诱导作用有增强的趋势。     

Ca2+位于H2O2上游参与H2S诱导的拟南芥气孔关闭过程

以拟南芥为材料,利用药理学实验,结合分光光度法和激光共聚焦显微技术,研究了Ca2+在硫化氢(H2S)诱导拟南芥气孔关闭过程中的作用及其与过氧化氢(H2O2)的关系。结果表明： H2S诱导气孔关闭, Ca2+螯合剂EGTA和质膜Ca2+通道阻断剂硝苯地平(Nif)能不同程度抑制H2S诱导的气孔关闭,而内质网钙泵阻断剂毒胡萝卜素(Thaps)对H2S的作用无显著影响。由此推测, Ca2+参与调节H2S诱导的拟南芥气孔关闭过程,且胞质中Ca2+来源于胞外Ca2+的内流。另外, H2S诱导拟南芥叶片NADPH氧化酶基因AtRBOHD和AtRBOHF以及细胞壁过氧化物酶基因AtPRX34表达增强,促进叶片和保卫细胞中H2O2积累, EGTA对此起抑制作用,而外源CaCl2处理上调AtRBOHD、AtRBOHF和AtPRX34的表达。表明Ca2+可能位于H2O2上游参与H2S诱导的拟南芥气孔关闭过程。     

水分亏缺下玉米根系ZmPIP1亚族基因的表达

在PEG-6000胁迫条件下,以微管蛋白基因为内参基因、水通道蛋白基因ZmPIP1-1和ZmPIP1-2为检测基因,采用半定量逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）体系检测它们在玉米根系中的表达情况。实验结果是：胁迫条件下,ZmPIP1-1的表达量在杂交F,代‘户单4号’（抗旱）和母本‘天四’（抗旱）根系中增多,它的表达量与品种的抗旱性呈正相关,并且胁迫不同时间段它的表达量有差异;而ZmPIP1-2在3个玉米品种的不同水分处理条件下,表达量均没有明显变化。这提示,水分胁迫条件下根系中某些种类的水通道蛋白基因的表达量增多,并且与品种的抗旱性有关;而另一些水通道蛋白基因的表达不受水分亏缺的影响。     

外源茉莉酸处理地下部对玉米化学防御反应影响的时间和浓度效应

在“高油115”玉米幼苗地下部施用4种不同浓度（10、50、100、200 μmol·L^-1）的茉莉酸3～48 h后,采用生化成分分析和基因表达分析方法,检测了处理部位（根系）和非处理部位（叶片）中防御物质及防御相关基因的表达,以探讨茉莉酸诱导玉米地下部对化学防御反应影响的时间和浓度效应.结果表明：茉莉酸处理玉米地下部对处理部位（根系）和非处理部位（叶片）化学防御反应的影响均与茉莉酸作用的时间和浓度相关.茉莉酸处理玉米地下部后,在3～12 h内就能直接诱导处理部位（根系）Bx9、PAL、PR-2a、MPI和FPS基因的表达,使得根中的丁布含量增加而总酚含量下降,其中100 μmol·L^-1茉莉酸处理浓度产生的诱导作用最强,其次是50 μmol·L^-1,再次是10 μmol·L^-1;后期诱导作用则逐渐减弱.另外,茉莉酸处理玉米地下部还能间接影响到非处理部位（叶片）的化学防御反应,50 μmol·L^-1茉莉酸在处理后3 h就能系统诱导叶片中Bx9和FPS基因的表达,使叶片的丁布含量增加;在6～24 h内则使叶片Bx9、PAL、PR-1、MPI和TPS基因表达量增加,丁布和总酚含量降低.可见,对于大部分检测指标来说,茉莉酸处理玉米地下部对地上部的间接诱导作用不如对地下部的直接诱导作用强,根系启动防御反应的时间较叶片早,同时,随着处理浓度的增加,茉莉酸对根系和叶片防御反应的诱导作用有增强趋势.     

巴西橡胶树6个PP2C家族基因成员分子信息学与抗旱功能分析

PP2C是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,在高等植物ABA信号途径中起着重要的作用。为阐明巴西橡胶树中PP2C基因的结构与功能,本研究通过生物信息学方法,从橡胶树转录组数据库中鉴定并获得6个PP2C家族基因,均含有PP2CD、F1和F2亚族。通过qRT-PCR技术对6个PP2C家族基因进行了干旱处理下的差异表达分析,发现6个基因都不同程度上响应橡胶树干旱胁迫。本研究为探究PP2C基因在橡胶树抗干旱反应机制提供了理论依据。     

磷亏缺对小麦TaIPS基因表达的影响

为了解小麦高效利用土壤磷的分子机理和实现对小麦缺磷的分子诊断,以普通小麦（Triticum aestivum L.）小偃54为材料,克隆了5个受缺磷诱导的IPS基因,同源比较结果显示,小麦IPS基因属于典型的受缺磷条件特异诱导的TPSI1/MT4小基因家族.对小麦根系和地上部的半定量RT-PCR研究结果表明,与全营养处理对照相比,3叶期小麦幼苗经过缺氮、缺磷和氮磷同时缺乏处理8d后,缺磷显著增加了根系中3个TaIPS1（TaIPS1.1、TaIPS1.2和TaIPS1.3）基因和地上部TaIPS1.1基因的表达,中度上调了根系中2个TaIPS2基因（TaIPS2.1和TaIPS2.2）的表达,轻度上调了地上部TaIPS1.2和2个TaIPS2基因的表达.通过比较5个基因在根系和地上部对缺磷的响应,认为TaIPS1.1是一个较理想的用于诊断小麦植株磷素丰缺的基因.缺氮不仅降低了3个TaIPS1基因在根系中的表达,并抑制了IPS基因对缺磷的响应.这一研究结果预示了TaIPS基因对低磷胁迫的响应依赖于植株体内的氮素营养状况.     

氮磷亏缺对小麦TaIPS基因表达的影响

为了解小麦高效利用土壤磷的分子机理和实现对小麦缺磷的分子诊断,以普通小麦(Triticum aestivum L.)小偃54为材料,克隆了5个受缺磷诱导的IPS基因,同源比较结果显示,小麦IPS基因属于典型的受缺磷条件特异诱导的TPSI1/MT4小基因家族.对小麦根系和地上部的半定量RT-PCR研究结果表明,与全营养处理对照相比,3叶期小麦幼苗经过缺氮、缺磷和氮磷同时缺乏处理8d后,缺磷显著增加了根系中3个TaIPS1(TaIPS1.1、TaIPS1.2和TaIPS1.3)基因和地上部TaIPS1.1基因的表达,中度上调了根系中2个TaIPS2基因(TaIPS2.1和TaIPS2.2)的表达,轻度上调了地上部TaIPS1.2和2个TaIPS2基因的表达.通过比较5个基因在根系和地上部对缺磷的响应,认为TaIPS1.1是一个较理想的用于诊断小麦植株磷素丰缺的基因.缺氮不仅降低了3个TaIPS1基因在根系中的表达,并抑制了IPS基因对缺磷的响应.这一研究结果预示了TaIPS基因对低磷胁迫的响应依赖于植株体内的氮素营养状况.     

机械损伤对Bt玉米化学防御的系统诱导效应

植物在生长过程中形成了抵御机械损伤等外界胁迫的直接和间接防御体系, 并具有明显的系统性特征。Bt (Bacillus thuringiensis)玉米(Zea mays)是全球商品化最快的抗虫转基因作物之一。机械损伤等外界胁迫对Bt玉米和常规玉米化学防御的系统诱导效应是否存在差异是值得探讨的问题。该文以两个不同转化事件的Bt玉米‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)以及它们共同的同源常规玉米‘5422’幼苗为材料, 对玉米第一叶进行机械损伤处理6 h后, 检测非损伤部位(第二叶和根系)中Bt蛋白含量、直接防御物质丁布(DIMBDA)含量及其调控基因(Bx1、Bx6和Bx9)表达、直接防御物质总酚含量及其调控基因(PAL)表达、直接防御蛋白调控基因(MPI和PR-2a)表达以及间接防御物质挥发物调控基因(FPS和TPS)表达的变化。结果表明, 与健康植株相比, 机械损伤对两个Bt玉米第二叶和根系的Bt蛋白含量均没有显著影响; 机械损伤第一叶只能系统诱导常规玉米‘5422’第二叶中PAL、TPS和根系中PAL、FPS基因的表达, 使得第二叶丁布含量显著增加, 但根中丁布含量及其调控基因Bx6和Bx9基因的表达量明显下降; 而机械损伤能系统诱导Bt玉米‘5422Bt1’第二叶中Bx6、PAL、PR-2a、TPS和根系中Bx6、Bx9、PAL、MPI、PR-2a、TPS基因的表达, 使得第二叶丁布含量明显增加; 对于另一Bt玉米‘5422CBCL’而言, 机械损伤能系统诱导第二叶中Bx9、PAL、PR-2a、TPS和根系中Bx6、PAL、MPI、TPS基因的表达, 使得根系的总酚含量显著增加。由此可见, 机械损伤对两个Bt玉米化学防御反应的系统诱导作用均强于常规玉米‘5422’, 说明在机械损伤的系统诱导防御过程中, 人工导入抗性(Bt基因)与自身化学防御过程之间的互作关系是协同的。     

一个与玉米基因表达沉默有关的cDNA片段的克隆及序列分析

利用cDNA-AFLP技术分离了一个与玉米基因表达沉默有关的cDNA片段,Northern杂交分析表明,该基因在Mo17的苗期和雄穗生长锥伸长期都表达,但在Mo17与其亲缘关系较近的另一亲本杂交的F1代中却表现沉默,即表现单亲沉默。同源性分析表明,该克隆片段与GenBank中玉米通用调控因子(GRF)部分区段有98．6％的同源性,与玉米通用调控因子编码的mRNA部分序列有83％的同源性。以上结果表明,基因沉默可能是亲本GRF在F     

Interaction between abscisic acid receptor PYL3 and protein phosphatase type 2C in response to ABA signaling in maize

Abscisic acid (ABA) is a ubiquitous hormone that regulates plant growth, development and responses to environmental stresses. In recent researches, pyrabactin resistance 1-like protein (PYL) and protein phosphatase type 2C (PP2C) were identified as the direct receptor and the second component of ABA signaling pathway, respectively. However, a lot of PYL and PP2C members were found in Arabidopsis and several other plants. Some of them were found not to be involved in ABA signaling. Because of the complex diversity of the genome, few documents have been available on the molecular details of the ABA signal perception system in maize. In the present study, we conducted bioinformatics analysis to find out the candidates (ZmPYL3 and ZmPP2C16) of the PYL and PP2C members most probably involved in ABA signaling in maize, cloned their encoding genes (ZmPYL3 and ZmPP2C16), verified the interaction between these two proteins in response to exogenous ABA induction by yeast two-hybrid assay and bimolecular fluorescence complementation, and investigated the expression patterns of these two genes under the induction of exogenous ABA by real-time fluorescence quantitative PCR. The results indicated that the ZmPYL3 and ZmPP2C16 proteins interacted in vitro and in vivo in response to the induction of exogenous ABA. The downregulated expression of the ZmPYL3 gene and the upregulated expression of the ZmPP2C16 gene are responsive to the induction of exogenous ABA. The ZmPYL3 and ZmPP2C16 proteins are the most probable members of the receptors and the second components of ABA signaling pathway, respectively.     

氮磷亏缺对玉米根系水流导度的影响

在人工气候室水培条件下,从单根和整株根系两个层次研究了N、P营养与玉米(Zea mays L.)根系水流导度(root hydraulic conductivity,Lpr)间的关系。结果表明：表型抗旱的杂交种F1代户单4号和母本天四的单根水导和整株根系水导均高于不抗旱的父本478,其中天四的单根水导最高,而户单4号的整株根系水导最高。N、P亏缺均使玉米单根水导和整株根系水导降低,但与N亏块相比,P亏缺的植株具有较高的整株根系水导和较低的单根水导。整株根系的水导更能反映植物根系的输水性能。     

玉米ST和ATPS部分cDNA序列克隆及分析

硫酸盐转运蛋白(ST)和ATP硫酸化酶(ATPS)是根系吸收硫酸盐和植物体内硫酸盐同化过程的关键蛋白和酶,在硫酸盐的生物转运过程中具有重要作用.以水培玉米农大108根系为材料,并根据已报道的玉米的硫酸盐转运蛋白和ATP硫酸化酶基因保守序列分别设计PCR引物对,采用RT-PCR方法克隆到783 bp和820 bp的部分硫酸盐转运蛋白和ATP硫酸化酶cDNA片段,分别命名为ST_ND108和ATPS_ND108.序列分析和比对结果显示,ST_ND108与已报道的玉米和水稻的高亲和型硫酸盐转运蛋白基因同源性分别为99%和85%;而ATPS_ND108与已报道的玉米ATP硫酸化酶基因同源性达到97%,进化树聚类分析和预测氨基酸的BLAST结果证实ST_ND108为高亲和性硫酸盐转运蛋白基因片段,ATPS_ND108为质体ATP硫酸化酶基因片段.     

The effect of selenium on the accumulation of some metals in Zea mays L. plants treated with indole-3-acetic acid

In this study, we examined the relationship between the accumulation of NaHSeO3, the plant hormone (IAA), and some nutrient elements (K(+), Na(+), Ca(2+)) in the tissues of the roots, mesocotyls and leaves of Zea mays L. plants. Our experiments were carried out with eight- to nine-day old maize plants (Zea mays L. var K33xF2) grown on Hoagland's medium containing the standard macro- and microelements, IAA and NaHSeO(3). The accumulation of selenium, potassium, sodium and calcium in the seedlings was measured by emission spectroscopy using a spectrometer with excitation by the argon inductively coupled plasma technique (ICP-AES). We observed that when selenite and phytohormone (IAA) are present in the external medium of growing plants, they change the uptake and accumulation of some cations (K(+), Na(+), Ca(2+)) in the leaf, mesocotyl and root tissues. The change of transport of some nutrient elements is probably one of the first observed symptoms of selenium's effects on plants.     

Movement of Endogenous Calcium in the Elongating Zone of Graviresponding Roots of Zea mays

Endogenous calcium (Ca) accumulates along the lower side ofthe elongating zone of horizontally oriented roots of Zea mayscv. Yellow Dent. This accumulation of Ca correlates positivelywith the onset of gravicurvature, and occurs in the cytoplasm,cell walls and mucilage of epidermal cells. Corresponding changesin endogenous Ca do not occur in cortical cells of the elongatingzone of intact roots. These results indicate that the calciumasymmetries associated with root gravicurvature occur in theoutermost layers of the root Calcium, corn, gravitropism (root), Zea mays     

Isolation and expression of a maize type 1 protein phosphatase

The dephosphorylation of phosphoproteins by protein phosphatases represents an important mechanism for regulating specific cellular processes in eukaryotic cells. The aim of the present study was to examine the structural and biochemical characteristics of a specific class of protein Ser/Thr phosphatases (type 1 protein phosphatases) which have received very little attention in higher plants. A cDNA clone (ZmPP1) was isolated from a maize (Zea mays L.) cDNA library. The deduced amino acid sequence is 80% identical with a 292-amino acid core region of rabbit and yeast type 1 protein phosphatase catalytic subunit. Southern blot analysis indicates that ZmPP1 may belong to a family of related genes in maize. ZmPP1 RNA was present in all maize tissues examined, indicating that it may play a fundamental role in cellular homeostasis. To demonstrate that ZmPP1 encodes an active protein phosphatase and, in an effort to characterize this gene product biochemically, high levels of ZmPP1 were expressed in Escherichia coli. Active ZmPP1 enzyme dephosphorylates rabbit phosphorylase a and is strongly inhibited by okadaic acid and by the mammalian inhibitor-2. These data show that ZmPP1 is structurally and biochemically very similar to the corresponding enzyme in animal cells. These results also suggest that the function and regulation of the higher plant type 1 protein phosphatases may be similar to the mammalian protein phosphatases.