水稻含有B-box锌指结构域的OsBBX25蛋白参与植物对非生物胁迫的响应

锌指蛋白在调控植物生长发育和应对逆境过程中发挥着重要作用.为进一步研究锌指类蛋白参与植物非生物胁迫响应的分子机制,对水稻(Oryza sativa)中一个编码含有B-box锌指结构域蛋白的OsBBX25基因进行了功能分析.OsBBX25受盐、干旱和ABA诱导表达.异源表达OsBBX25的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)与野生型相比对盐和干旱的耐受性增强,且盐胁迫条件下转基因植物中KIN1、RD29A和COR15的表达上调,干旱胁迫下KIN1、RD29A和RD22的表达上调.外源施加ABA时,转基因植物的萌发率与野生型之间没有明显差异.OsBBX25可能作为转录调控的辅助因子调节胁迫应答相关基因的表达,进而参与植物对非生物胁迫的响应.     

水稻锌指蛋白基因OsBBX6的克隆、表达及生物信息学分析

锌指蛋白作为植物体内一类重要的转录因子,对植物生长发育、基因调控以及响应外界环境变化方面发挥重要作用。Os BBX6基因属于水稻锌指蛋白B-Box基因家族成员,启动子元件分析发现其含有高温应答元件(HSE)、干旱应答元件(MBS)及非生物胁迫响应元件(TC-rich repeats)等逆境相关元件。组织特异性定量表达分析表明,Os BBX6在叶片中表达最高,根其次,茎和幼穗中表达最低。胁迫处理后的荧光定量PCR发现其受低温诱导上调,受高温、干旱、盐胁迫等抑制表达,表明其正向响应低温胁迫,负向响应高温、干旱、盐胁迫等。另外,本研究还克隆了OsBBX6基因,并对其进行了系统进化、蛋白跨膜、蛋白亚细胞定位及OsBBX6基因共表达等分析,为进一步研究其生物学功能奠定基础。     

香蕉钙调蛋白基因MaCAM在非生物胁迫下的表达分析

为研究香蕉钙调蛋白基因MaCAM的功能,对香蕉幼苗进行盐、低温和干旱胁迫处理,利用荧光定量PCR技术分析香蕉根中钙调蛋白基因MaCAM在上述不同非生物胁迫条件下的表达特性.盐胁迫处理后MaCAM表达随时间延长为先增加后降低趋势,在处理4 h时表达量最高;低温胁迫处理后,MaCAM的表达量随温度降低呈梯度增加,在温度降至5℃时表达量在处理范围内达最大值;干旱胁迫处理后,MaCAM的表达量随胁迫程度增加也是呈梯度增加,重度干旱胁迫时在处理范围内表达量最高.说明香蕉中的钙调蛋白基因具有响应非生物胁迫的能力,可能在香蕉适应盐、低温和干旱等胁迫逆境中发挥重要作用,参与了香蕉幼苗抗逆性调控.     

天山雪莲sikFBA1基因克隆定位及表达分析

果糖-1,6-二磷酸醛缩酶FBA家族(fructose-l,6-bisphosphate aldolase)在植物响应逆境调控中具有重要的意义。该研究基于天山雪莲低温转录组研究,采用RT-PCR方法克隆了1个sikFBA1基因,ORF长度为1 077bp,共编码358个氨基酸,含有1个保守的Glycolytic结构域,具有典型的FBA家族特征。系统进化分析发现,sikFBA1蛋白分类上属于Ⅰ型FBA,与来自四叶参(Codonopsis lanceolata)的同源蛋白亲缘关系最近。亚细胞定位结果表明,sikFBA1蛋白定位于细胞质,属于胞质型同工酶,与预测一致。实时定量PCR结果显示,天山雪莲经过不同低温(4℃/-2℃)处理,sikFBA1基因的表达水平整体下调,但该基因在冷胁迫与冰冻胁迫、冷驯化与非冷驯化下呈现出不同的表达模式。研究表明,sikFBA1基因参与了天山雪莲低温胁迫的响应。     

植物类钙调素生理功能的研究进展

钙调素(也称钙调蛋白)是一种广泛存在于真核生物中的钙感受器,参与各种生理活动的信号转导.植物除了含有钙调素以外,还含有一类与钙调素同源性很高,但在结构上又不同于钙调素的蛋白,称为类钙调素(也称类钙调蛋白).近年来,人们在植物特有的类钙调素的功能研究方面取得了一些重要的进展.研究表明,类钙调素与钙调素一样,也具有广泛的生物学功能,参与植物生长发育和对各种胁迫的响应.本文就植物类钙调素与钙调素之间的区别、类钙调素与钙离子及靶蛋白的结合,以及类钙调素的各种生理功能进行总结.     

茶树CsGIF1基因的克隆及其对非生物胁迫的响应分析

GRF-INTERACTING FACTOR(GIF)基因是植物叶发育相关的一类重要调控因子,调节植物叶器官的发育。该研究采用RT-PCR方法从茶树‘龙井43’的叶片cDNA中克隆得到CsGIF1基因,并利用荧光定量PCR分析了高温(38℃)、低温(4℃)、干旱(200g·L-1 PEG)、盐胁迫(200mmol·L-1 NaCl)下CsGIF1基因的表达水平,以明确CsGIF1基因对非生物胁迫的应答特性,为茶树CsGIF1基因的逆境调控以及功能研究奠定基础。结果表明:(1)CsGIF1基因长666bp,编码221个氨基酸,具有高度保守的SNH结构域;CsGIF1蛋白为亲水性蛋白,理论相对分子质量为23 380,理论等电点为6.30;酸性氨基酸、碱性氨基酸、芳香族氨基酸和脂肪族氨基酸所占比例分别为7%、9%、5%和13%;蛋白质二级结构显示,茶树CsGIF1蛋白由38.01%的α-螺旋、10.41%的β-折叠、12.22%的延伸主链和39.37%的随机卷曲组成。(2)qRT-PCR分析显示,茶树CsGIF1基因对于4种非生物胁迫均有响应,但不同处理响应不同。其中在胁迫2h时,高温和低温胁迫下,CsGIF1基因相对表达量显著增加,分别为对照的3.54和5.69倍,且高低温胁迫下,CsGIF1基因响应明显大于干旱和盐胁迫。在高温、低温、干旱、盐等不同胁迫处理下,茶树‘龙井43’中CsGIF1基因的表达水平与对照相比均差异明显。     

紫花苜蓿MsCIPK8基因的克隆与表达分析

CIPK是植物中一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物响应逆境胁迫中发挥着重要的作用。本研究根据盐碱胁迫下紫花苜蓿(Medicago sativa L.)转录组数据设计引物,通过RT-PCR克隆获得紫花苜蓿MsCIPK8基因,该基因CDS全长1341bp,编码446个氨基酸,编码蛋白相对分子质量50.73 kD,等电点6.72,具有CIPKS家族蛋白所特有的N端激酶域和C端NAF/FISL结构域。生物信息学分析结果显示,MsCIPK8为可溶性蛋白,二级结构多为无规矩卷曲;系统进化分析表明,紫花苜蓿MsCIPK8与蒺藜苜蓿(Medicago truncatula Gaertn.)MtCIPK8亲缘关系最近。两个蛋白序列比对发现存在4个差异位点,其中3个在保守结构域内。MsCIPK8在低温、干旱、盐和盐碱胁迫下表达量均受到诱导上调表达。低温胁迫下,MsCIPK8在根和叶中的表达量分别在12 h和3 h达到峰值;盐胁迫下,MsCIPK8在根中的表达量12 h达到峰值;盐碱胁迫下,根和叶中MsCIPK8的表达量在12 h后持续高表达;干旱胁迫下,MsCIPK8在根和叶中的表达量在12 h均达到峰值。上述结果表明MsCIPK8参与紫花苜蓿对干旱、低温、盐和盐碱等非生物胁迫的应答。     

盐芥叶片响应干旱胁迫的蛋白质组学初步分析

盐芥是新兴起的植物非生物逆境研究模式植物,研究盐芥叶片蛋白质组对于干旱胁迫的响应,以推进对植物干旱耐受机制的认识。该研究应用双向电泳技术分析了干旱胁迫对于盐芥叶片蛋白质组的影响,结果共鉴定了63个干旱胁迫差异表达蛋白,包括丰度上调的31个,新出现的蛋白点14个,丰度下调的15个,消失的蛋白点3个。应用生物质谱分析技术确定了包括硫氧还蛋白,铁蛋白-1和凝集素在内的9个干旱胁迫响应蛋白的身份,对这些干旱胁迫响应蛋白的功能分类分析表明,盐芥的耐旱机制可能涉及自由基清除能力的增强、能量代谢的调整以及光合作用的维持。     

毛竹MYB转录因子PeMYB2的克隆与功能分析

MYB类转录因子在调控逆境应答基因的表达起着重要的作用, 是最大的植物转录因子之一。文章通过同源基因克隆方法和RACE(Rapid-amplification of cDNA ends)技术, 以毛竹幼苗为材料, 获得一个MYB类转录因子, 命名PeMYB2。氨基酸序列分析表明, PeMYB2具有典型的R2R3-MYB特征, N端含有两个串联重复保守结构域, C端含有一个膜蛋白DUF3651; 进化树分析表明, PeMYB2与水稻OsMYB18序列相似性最高, 达到85.98%; 酵母单杂实验表明, PeMYB2具有转录激活功能。将PeMYB2转化拟南芥对其功能进行分析, 获得7株转基因纯合体植株。比较转基因和野生型拟南芥表型发现, PeMYB2的过量表达使转基因拟南芥出现矮化、晚花的现象; 非生物胁迫处理(盐胁迫、干旱胁迫、低温胁迫)结果表明, 转基因拟南芥中PeMYB2的过量表达, 导致转基因植株对盐胁迫和低温胁迫有更高的耐性, 但是对低温胁迫的耐受性没有明显的变化; 进一步通过盐胁迫信号通路相关Marker基因(NXH1、SOS1、RD29A、COR15A)的定量PCR实验验证, 发现PeMYB2对下游这些抗逆基因的表达具有调控作用。上述实验结果表明, 毛竹PeMYB2可参与非生物胁迫调控, 对毛竹盐胁迫和低温胁迫的响应起着重要的作用。     

水稻PHD-finger转录因子基因OsMsr16增强耐盐性的可能性研究

Os Msr16(Oryza sativa L.multi-stress-responsive gene 16)是一个新的水稻植物同源结构域(PHD)-finger家族转录因子基因。之前研究显示,Os Msr16受到低温、高温和干旱胁迫的诱导表达。本研究中,q RT-PCR分析表明Os Msr16同样受到盐胁迫的诱导表达,推测该基因可能参与植物在高盐胁迫下的生理调控。苗期盐处理条件下,与对照相比,过表达Os Msr16的转基因水稻植株叶片失绿面积较少,存活率更高。盐胁迫条件下,转基因植株中积累更高含量的脯氨酸和可溶性糖,而丙二醛含量和双氧水含量明显降低。转基因植株中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性明显高于对照。以上结果说明Os Msr16基因可能在植物防御盐胁迫过程中发挥重要作用。     

毛竹APX家族基因鉴定和表达分析

为了解毛竹(Phyllostachys edulis)抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)基因家族成员在不同组织和非生物胁迫下的表达模式,利用生物信息学方法从毛竹基因组数据库中鉴定得到7条APX同工酶基因(PeAPXs),根据亚细胞定位预测结果可分为3个亚类。各个基因启动子序列中存在低温、干旱以及光响应元件。毛竹PeAPXs在7个组织中的表达丰度不同,具有组织特异性。qRT-PCR结果表明,在干旱、盐和低温胁迫下各基因的表达模式存在着较大差异,其中PeAPX2在3种胁迫下均维持着较高的表达水平;低温胁迫对PeAPXs有诱导作用,其表达量均呈上调趋势;干旱胁迫下,PeAPX1的表达量下调,未检测到PeAPX3、PeAPX6、PeAPX7表达;盐胁迫下,除PeAPX3和PeAPX6外,其余基因表达量上调。因此,毛竹APX基因可能参与到不同的非生物胁迫过程并在毛竹的生长发育阶段发挥着重要的作用。     

植物体内钙信号及其在调节干旱胁迫中的作用

钙作为植物体内第二信使广泛参与了植物响应的各种非生物和生物胁迫的信号传导。胁迫信号通过激活位于细胞质膜上的钙离子通道,产生胞质内特异性的钙信号,传递至钙信号感受蛋白,如钙调素(calmodulin,CaM)、钙依赖蛋白激酶(Ca2+-dependent protein kinases,CDPK)和类钙调磷酸酶B蛋白(calcineurin B-like protein,CBL)等,进而引起胞内一系列生理生化变化,最终对胁迫做出响应。钙信号在植物响应干旱胁迫信号系统中起枢纽作用,主要通过调节气孔运动,水通道蛋白(aquaporin,AQP)和抗氧化酶活性来减少水分流失,提高水分利用率,最终降低干旱对植物细胞的伤害,并具有一定的生态学功能。该文对近年来国内外有关植物体内钙信号的研究进展以及在干旱逆境中的调节作用进行综述,并对今后的研究做了展望。     

苦荞NAC转录因子FtNAC17的鉴定及表达分析

植物特有的NAC转录因子参与植物生长发育和逆境响应。研究苦荞中NAC转录因子在非生物胁迫中的应答,为阐明基因功能提供理论依据。以苦荞为试验材料,克隆一个NAC家族基因,对其进行生物信息学分析。通过荧光定量PCR技术检测该基因在干旱、低温、盐、茉莉酸甲酯、脱落酸和赤霉素胁迫时的响应情况。该基因编码272个氨基酸,将其命名为FtNAC17,GenBank登录号为MT641452。基因结构分析表明,FtNAC17由2个外显子和1个内含子组成。氨基酸序列多重比对和进化关系分析表明,FtNAC17蛋白与拟南芥ANAC002亲缘关系最近,属于NAC转录因子家族中同一亚组。FtNAC17对干旱、低温、盐等非生物胁迫均有不同程度的响应。     

蛋白质组学在研究植物响应逆境机理上的应用

逆境条件下植物可以通过改变其基因表达和相关代谢活动来适应,探讨植物基因和蛋白表达谱的变化就成为植物逆境响应机制研究中的重要内容,蛋白质表达谱反映了植物细胞和组织的实际状态,是植物基因表达和最终代谢的关键环节。随着蛋白质分离技术、质谱鉴定技术和植物生物信息学的迅速发展,蛋白质组学在植物响应逆境方面的研究中的应用已经比较成功,加深了人们对植物响应逆境机制的认识,并为人们提供了新的线索和思维。本文主要对蛋白质组学在植物响应非生物逆境(干旱、盐胁迫、低温胁迫、高温胁迫等)和生物逆境(病虫害)的机制研究的应用上进行了综述。     

天山雪莲LEA14基因克隆及功能分析

从天山雪莲叶片低温诱导的EST文库中获得了1个胚胎发育晚期丰富蛋白基因(LEA)cDNA全长序列。序列分析表明,该基因含有1个468bp编码155个氨基酸的开放阅读框。NCBI保守域预测此蛋白属于LEA_2家族,命名为SiLEA14。系统进化分析表明,该蛋白与北柴胡的LEA-2蛋白亲缘关系最近。荧光定量PCR结果显示,SiLEA14表达量在低温、盐和干旱胁迫条件下迅速升高。亚细胞定位结果表明,SiLEA14蛋白定位于细胞核中。利用农杆菌介导法将该基因导入烟草,测定并分析转基因植株在冷冻和盐胁迫处理下的生理指标,结果表明,SiLEA14基因在烟草中的过量表达提高了烟草的抗冻和耐盐能力。     

大豆UBC基因家族鉴定及GmUBC46基因的功能初步分析

泛素/26S蛋白酶体途径在植物响应非生物胁迫反应中起着重要的作用。E2(泛素结合酶,UBC)是蛋白质泛素化中重要的泛素结合酶,与E1和E3共同参与蛋白降解途径。本研究通过构建隐马尔可夫模型,鉴定了54个大豆UBC基因,通过进化树分析将该家族成员分为11个亚家族(A-K)。蛋白保守结构域分析表明,GmUBC家族蛋白成员大部分含有保守Motif 1、Motif 2与Motif 3,且均属于泛素结合酶保守结构域。组织定位分析表明大部分GmUBC家族基因成员在大豆根、茎、叶、花等组织中有所表达。转录组数据表明有20个GmUBC基因在干旱、盐或冷胁迫下具有不同的表达模式,启动子顺式作用元件分析发现其胁迫响应过程可能与激素信号转导相关。进一步通过qRT-PCR发现GmUBC46基因能积极响应干旱、盐或冷胁迫诱导上调表达。通过酵母功能验证表明,GmUBC46基因降低了对干旱或盐胁迫的耐受性。综上,本研究初步阐明了大豆UBC基因家族的基本特性及GmUBC46基因的耐逆功能,为后续研究提供了重要依据和参考价值。     

茶树钙调素基因CsCaMs的克隆及其低温胁迫下的表达分析

钙调素(CaM)是植物钙离子信号通道的主要参与者,参与低温胁迫下多种植物的抗寒生理作用。本研究根据钙调素基因相关表达序列标签(EST)序列,借助RACE-PCR技术,获得CsCaM1和CsCaM2两条cDNA全长序列,GenBank登录号分别为KT238971和KT238972,长度分别为693 bp和841 bp,均包含450 bp的完整开放阅读框(ORF),编码149个氨基酸,两条氨基酸序列仅一个氨基酸有差异,且均含有4个植物CaM家族的共同特征手型结构EF(EF-hand)。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析CsCaMs在茶树低温胁迫下各种处理中的表达模式。结果表明,CsCaMs无组织表达特异性,低温胁迫处理和CaCl2均能诱导CsCaMs的表达,而钙调素拮抗剂W7与钙离子通道抑制剂LaCl3则会抑制其表达。本研究结果对阐明茶树抗寒性的分子机理有一定理论意义,为茶树的抗寒性育种提供参考。     

香蕉泛素结合酶基因MaUCE2在非生物胁迫下的表达分析

为了研究泛素结合酶(ubiquitin-conjugating enzyme)E2和植物抗逆性的关系,对香蕉苗进行了非生物胁迫(干旱、低温、盐胁迫)处理,利用荧光定量PCR技术分析了香蕉泛素结合酶基因MaUCE2在不同胁迫条件下的表达特性。结果表明,MaUCE2表达量随着干旱程度的加重而逐步上升,在高度干旱胁迫下MaUCE2的表达量最高;低温胁迫可以诱导MaUCE2的表达,其表达量随着温度的降低而逐步升高,当温度降低到5℃时,MaUCE2的表达量最高;而在盐胁迫下,MaUCE2的表达量与对照相比略有上升,上述结果表明MaUCE2基因表达受非生物胁迫的诱导。     

植物非生物逆境胁迫相关RING finger蛋白

RING finger蛋白是锌指蛋白类中一个庞大的蛋白家族,已成为拟南芥第三大蛋白家族,在水稻中也发现了488个。最典型的结构特点是序列内包含环指结构域(RING finger domain)。RING finger蛋白主要通过泛素化途径参与到植物细胞的生理生化过程。介绍了植物RING finger蛋白的结构特点和分类,综述它们的亚细胞定位,重点阐述它们在响应干旱胁迫、温度胁迫和盐胁迫等非生物逆境胁迫的调控作用。     

决明GRAS基因家族全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫条件下的表达分析

目的: 基于决明(Senna tora L.)全基因组数据,对GRAS家族成员、理化性质、基因结构、进化关系以及胁迫条件下的表达模式进行鉴定和分析。方法: 将决明基因组蛋白数据与拟南芥GRAS成员进行比对,分别利用TBtools、MEGA-X、CLUSTALW、MEME等生物信息学软件和工具,对决明GRAS基因家族成员进行分析。利用qRT-PCR(quantitative real-time PCR)检测干旱和盐胁迫条件下决明根中GRAS基因的表达情况。结果: 50个StGRAS分为9个亚家族,不均等地分布在13条染色体上。结构分析表明,StGRAS34和StGRAS12分别与蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)结瘤信号蛋白NSP1和NSP2高度同源。StGRAS的启动子区域多含有与胁迫响应、激素调节等相关的响应元件。qRT-PCR结果表明,在盐胁迫条件下,StGRAS表达具有明显差异;在干旱胁迫条件下,绝大多数检测基因能够快速响应,表达显著升高;两种胁迫条件下,StGRAS28和StGRAS29表达趋势互补,具有协同调控关系。结论: GRAS基因家族能够广泛参与胁迫响应,其中StGRAS28与StGRAS29可能共同参与介导决明根的盐与干旱胁迫应答,StGRAS34和StGRAS12分别作为决明共生结瘤的NSP1和NSP2,可能与增强结瘤因子信号诱导相关,这为进一步挖掘和研究GRAS基因在决明响应胁迫和共生固氮过程所发挥的作用提供了基础。