番茄多蛋白桥梁因子基因LeMBF1的克隆及抗病性分析

采用同源序列克隆法,从番茄中克隆了多蛋白桥梁因子基因LeMBF1,该基因包含一个完整的420 bp的开放阅读框,编码139个氨基酸,具有MBF1保守结构域.LeMBF1氨基酸序列与马铃薯StMBF1、烟草NtMBF1和葡萄VvMBF1的氨基酸序列相似度分别是99.3%、91.4%和84.2%.为了研究番茄多蛋白桥梁因子LeMBF1在植物抗病性中的作用,以LeMBF1超表达转基因番茄和野生型番茄为材料,对其进行接种病原细菌Pst.DC3000和尖孢镰刀菌Fusarium.oxysporum的生物胁迫实验.抗菌表型分析发现,LeMBF1超表达转基因番茄叶片上的菌斑数明显少于对照植株;实时定量PCR分析表明,LeMBF1超表达番茄植株中防卫基因PR1、PR6的表达水平明显增强.由此可见,LeMBF1可能通过激活部分PRs基因的表达提高了植物的抗病性.     

番茄SlGRAS4基因特征分析和耐热功能鉴定

GRAS转录因子是调控植物生长发育和非生物胁迫响应的重要转录因子之一,而目前还没有GRAS调控高温胁迫的研究。为了深入研究番茄SlGRAS4生物功能,以耐热番茄LA2093为试验材料,分析番茄SlGRAS4基因结构、启动子序列及进化关系,利用qRT-PCR检测SlGRAS4在不同胁迫和不同激素处理下的表达水平,利用VIGS验证SlGRAS4基因耐热功能。结果表明:(1)生物信息学分析显示,SlGRAS4蛋白长度为666 aa,分子量为75 737.72 Da,理论等电点为6.31,含有GRAS转录因子家族典型的结构域,主要集中在C末端的277～657 aa之间;在SlGRAS4启动子区域发现脱落酸(ABA)和水杨酸(SA)响应元件;SlGRAS4与烟草NtGRAS1蛋白亲缘关系最近,推测SlGRAS4可能与其同源基因具有相似的生物功能。(2)在高温、低温、盐和干旱胁迫处理12 h时番茄SlGRAS4基因表达量升至最高,分别增加到对照的8.86、4.86、55.38和7.63倍;在ABA和SA激素处理8 h时SlGRAS4基因的表达量达到峰值,分别达到对照的120.72和3.55倍,说明SlGRAS4可能参与了多种非生物胁迫响应和激素信号传导。(3)沉默SlGRAS4基因番茄植株(VSlGRAS4)在高温胁迫下较对照植株(Ve)更容易萎蔫,且F_v/F_m与SOD、POD活性显著降低,REL和H_2O_2含量显著升高,说明在高温胁迫下沉默SlGRAS4使番茄植株细胞膜氧化损伤加重,光合能力降低,活性氧(ROS)清除酶活性减弱。(4)qRT-PCR分析显示,VSlGRAS4植株中高温信号应答关键基因HsfA1b、ROS信号应答基因ZAT10和ZAT12以及ROS清除酶编码基因CuZnSOD、FeSOD、APX1、APX2、CAT的表达水平均显著低于Ve植株,表明SlGRAS4转录因子可以通过调控高温和ROS信号转导来影响番茄的耐热性。研究认为,高温、低温、干旱、盐、ABA和SA均可显著诱导番茄SlGRAS4基因的表达,沉默SlGRAS4基因番茄植株的耐热性显著降低,证明番茄SlGRAS4基因具有耐热功能,为进一步解析SlGRAS4参与番茄耐热调控的分子机制奠定基础。     

高粱ATP合成酶E亚基基因(SbATPase-E)的克隆及其抗逆功能研究

高粱是一种抗旱性较强的禾谷类作物。本研究在高粱中克隆到一个全长为693 bp的编码ATP合成酶E亚基的基因(SbATPase-E)。在高粱幼苗期,SbATPase-E基因受Na Cl和脱落酸(ABA)处理诱导上调表达。该基因在拟南芥中过量表达可提高转基因植株的耐旱性和耐盐性,在逆境胁迫条件下转基因拟南芥植株较野生型植株根系发达,可能是转基因植株耐旱性和耐盐性提高的主要原因。在干旱胁迫条件下,转基因植株中DREB2A、P5CS1、RD29A、RAB18和ABI1基因的表达量相对于野生型植株中的表达量提高更为显著;在高盐处理条件下,转基因植株中SOS1和SOS2基因的表达量也较野生型植株中的表达量明显提高。这些抗逆相关基因的上调表达可能是转基因植株抗逆性提高的主要分子机制。     

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。     

番茄LeRma1基因的克隆与表达

以番茄‘哈大粉801’为试材,利用RT-PCR技术,克隆得到1个E3泛素蛋白连接酶基因LeRma1（GenBank登录号XM_004243764.1）。对LeRma1基因进行序列分析,并对LeRma1基因在番茄植株的不同部位以及在非生物胁迫（干旱、盐、碱、高温、低温）下的表达和生理特性进行研究,为培育和改良番茄品种提供理论依据。结果表明：（1）序列分析显示,LeRma1基因的cDNA全长序列729 bp,编码242个氨基酸,分子量为27.05 kD,理论pI 7.97;同源分析显示,番茄LeRma1蛋白与马铃薯的一致性最高（91%）。（2）半定量PCR检测表明, LeRma1基因在番茄根、茎、叶、花、果实中均有表达,且表达差异不明显。（3）干旱胁迫下,LeRma1基因在番茄叶片中优势表达,而在整个干旱过程中根部的LeRma1基因表达量变化不明显;抗旱相关基因LEA、 DREB2A、ABI3在干旱胁迫过程中,番茄叶片中均有表达,且其表达量呈上升趋势,而在根部DREB2A、ABI3基因基本没有检测到。（4）干旱胁迫过程中,番茄植株中丙二醛（MDA）含量呈显著升高趋势,质膜系统严重损伤,体内保护酶（SOD、POD、CAT）活性上升,且根部活性总体明显高于叶片。（5）在非生物逆境（盐、碱、高温、低温）胁迫过程中,LeRma1基因在番茄叶片和根部的表达几乎都有增强的趋势,且在叶片中均是胁迫3 h后诱导起始增强表达。研究认为,LeRma1基因是一个受干旱胁迫诱导增强表达的基因,且在叶片中优势表达,说明LeRma1基因对植物耐受干旱胁迫所起的作用存在一定的组织差异性,而且LeRma1基因可能参与番茄的干旱应答及信号转导过程,在番茄抵抗其他非生物胁迫中LeRma1基因也可能具有一定的作用。     

VIGS介导的番茄转录因子SIDREB2基因的耐旱特征

SlDREB2基因是利用rd29A基因启动子的DRE元件通过酵母单杂交技术从番茄幼苗(丽春)cDNA文库中筛选得到的属于EREBP家族的一个转录因子基因.利用构建病毒VIGS载体,分别用含pBINTRB6、pTV00::SlDREB2-1和pTV00::SlDREB2-2重组载体的农杆菌GV3101菌液灌根与叶片注射法侵染番茄植株,转化7d后进行病毒DNA检测与验证.测定了干旱胁迫下侵染成功的番茄植株与野生型株系的生理指标,并通过Real-time qPCR分析了VIGS介导的SlDREB2转录因子基因的表达特征.番茄植株干旱3周胁迫处理后测定结果表明,野生番茄中脯氨酸和可溶性糖水平要高于被VIGS病毒侵染的番茄植株,而丙二醛水平要低于被侵染植株,并且指标显示被pTV00::SlDREB2-2重组载体的农杆菌GV3101菌液侵染的番茄植株抗旱性明显降低;复水1周后,受VIGS浸染株系丙二醛含量明显高于野生型,而可溶性糖与脯氨酸累积却低于野生型.Real-time qPCR结果表明,经VIGS病毒侵染过的番茄植株在胁迫处理时期SlDREB2基因的相对表达量都明显低于野生型株系,表明番茄SlDREB2基因保守域末端459 bp的特异片段具有较显著的沉默效果,说明VIGS介导的SlDREB2基因的表达受干旱诱导,该基因可以作为抗旱型作物品种改良的有价值基因.     

蒙古冰草MwMYB4基因功能鉴定

MwMYB4基因是从蒙古冰草中克隆得到的MYB类转录因子家族成员之一。该研究以转MwMYB4基因的拟南芥后代为材料,通过在干旱和低温胁迫下对转基因植株进行表型分析、理化指标测试和分子鉴定,分析并验证MwMYB4基因的功能。结果显示:(1)蒙古冰草MwMYB4基因已成功整合到转基因拟南芥T_1代的基因组中并实现转录水平的表达。(2)转基因拟南芥T_2代植株在干旱胁迫条件下,转基因植株叶片枯黄程度较轻,相对电导率较野生型变化幅度低,脯氨酸含量明显高于野生型对照,且MwMYB4基因的表达量随干旱胁迫时间延长而增加。(3)在低温胁迫条件下,转基因拟南芥叶片的枯白程度明显低于野生型,且MwMYB4基因的表达量随低温胁迫时间增加而增加。研究表明,过量表达蒙古冰草MwMYB4基因能够提高转基因拟南芥对干旱和低温的耐受性,该基因可能在干旱胁迫和低温胁迫调控机制中发挥调控作用,可作为改良农作物和其他牧草抗旱、抗寒性的重要候选基因。     

番茄SlWRKY31基因启动子的克隆与逆境应答模式分析

该研究以野生型番茄（Solanum lycopersicum）为材料,采用PCR技术克隆得到了番茄 SlWRKY31 基因起始密码子 ATG 上游启动子序列,并利用该启动子驱动 GUS基因在野生型番茄中表达,对获得的转基因番茄采用不同胁迫处理后进行GUS 染色和定量分析。结果表明：（1）序列分析显示,该启动子全长1 849 bp,含有多个与非生物胁迫和激素响应相关的顺式作用元件,主要包括热胁迫响应元件 HSE、干旱诱导响应元件 MBS、防卫和胁迫响应元件 TC rich repeats、创伤诱导响应元件 WUN motif、脱落酸（ABA）响应元件 ABRE 和水杨酸（SA）响应元件 TCA element。（2）实时荧光定量 PCR 结果显示,SlWRKY31 基因呈组成型表达模式,且在叶和果实中表达量较高,茎中较低;在NaCl、甘露醇、SA、ABA 和42 ℃ 高温的胁迫处理下,其表达量显著升高。（3）构建 SlWRKY31 启动子和 GUS 基因融合的植物表达载体,并通过农杆菌介导法将其转化野生型番茄,对获得的转基因番茄进行 GUS 组织化学染色分析结果显示,SlWRKY31 基因在番茄的各个组织（根、茎、叶、花、果实和种子）中均有表达,表明 SlWRKY31 启动子是组成型表达启动子。（4）对转基因番茄在不同胁迫处理后的 GUS 染色和定量分析显示,SlWRKY31 启动子显著受到NaCl、甘露醇、SA、ABA 和42 ℃ 高温的诱导表达,说明该启动子是一个可以响应多种逆境胁迫的诱导型启动子。     

拟南芥漆酶基因AtLAC4参与生长及非生物胁迫响应

植物漆酶基因家族在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中共有17个成员,目前各基因的具体功能尚不十分清楚.该研究利用过量表达的方法初步分析了拟南芥AtLAC4的功能.GUS染色显示AtLAC4在拟南芥的维管组织中有较强的表达,并在叶片排水器中特异表达.AtLAC4过量表达导致植株木质素含量增多、次生壁加厚、植株变小和莲座叶叶柄变短.ABA对AtLAC4的表达具有明显的诱导作用,AtLAC4过量表达植株对外源ABA敏感;干旱处理后,AtLAC4过量表达植株的耐旱能力比野生型明显增强.以上结果表明,AtLAC4基因在调控植物生长发育及非生物胁迫响应中具有重要作用.     

番茄Sly-MIR167的抗冷性研究

以番茄为材料,采用Northern杂交技术,分析番茄MIR167(Sly-MIR167)在低温胁迫下的表达模式,以明确Sly-MIR167在冷胁迫下的分子调控机制,为基因工程在改良番茄品种中的实际应用提供依据。结果显示:(1)25℃下Sly-MIR167在番茄根、茎、花瓣、果实、叶片都有表达,4℃低温胁迫下的表达量均增加,表明Sly-MIR167表达受低温诱导。(2)采用农杆菌侵染构建表达载体并转化番茄获得转基因植株,冷胁迫实验结果显示:转基因植株在冷胁迫处理的生长状况明显优于对照;另外,冷胁迫下2个转基因株系(T2-5和T2-19)的最大光化学效率、叶绿素含量下降幅度明显低于野生型;脯氨酸含量高于野生型;MDA含量低于野生型,表明Sly-MIR167能够提高番茄对冷胁迫的耐受性。(3)通过miRU在线软件预测Sly-MIR167的靶基因为NF-YA1、NF-YA2,利用RT-PCR技术分析其表达下调,证明它们被MIR167负调控。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.