盐胁迫下宁夏枸杞苯丙烷代谢相关基因差异表达分析北大核心CSCD

为探究盐胁迫条件下宁夏枸杞苯丙烷代谢相关基因差异表达规律,以不同浓度NaCl(0,100,200,300 mmol/L)处理的水培宁夏枸杞幼苗为研究材料,利用高通量测序技术和qRT-PCR对盐胁迫下宁夏枸杞苯丙烷代谢相关基因差异表达进行分析,同时对该途径中关键酶活性及产物含量进行测定。结果表明,(1)宁夏枸杞在不同浓度NaCl处理下共有58个苯丙烷代谢相关基因差异表达,且随着盐胁迫程度的增加大部分基因表达水平上调或不变;(2)随着NaCl浓度的增加,宁夏枸杞叶片抗氧化酶SOD、POD、CAT的活性均下降,而酚类物质、类黄酮和木质素的含量在100 mmol/L NaCl处理下均显著积累。研究发现,宁夏枸杞可能通过调控苯丙烷代谢相关基因上调表达,增加酚类物质、类黄酮和木质素的合成,来清除过多活性氧和提升细胞壁强度以适应盐胁迫;宁夏枸杞可耐受的NaCl浓度在100~200 mmol/L之间。     

燕麦盐胁迫响应基因的差异表达与生理响应的关系

以耐盐燕麦品种VAO-9为材料,通过Illumina测序与数字基因表达谱技术对300mmol/L NaCl处理前后的叶片cDNA文库进行RNA-Seq与DGE分析,同时测定0(CK)、100、200、250、300mmol/L NaCl胁迫下VAO-9幼苗叶片的相对电导率、丙二醛含量和脯氨酸含量,探讨燕麦盐胁迫响应基因的差异表达与生理响应的关系。结果表明:(1)RNA-Seq分析得到Unigenes 65 801条,其基因表达呈现高度的不均一性和冗余性;若差异基因表达谱鉴定分析以log2Ratio≥2且FDR值≤0.001为选择标准,则发现上调和下调表达基因在胁迫0.5h时分别有306和64个,在胁迫3h时分别有639和290个,胁迫24h时分别有1 488和882个。(2)KEGG代谢分析显示,有23 652条Unigenes比对到KEGG中的128条代谢途径,包括与逆境胁迫相关的植物激素信号转导途径、ABC转运蛋白途径、肌醇磷酸代谢途径、渗透调节途径等。(3)在300mmol/L NaCl处理下燕麦叶片的相对电导率、丙二醛含量、脯氨酸含量等生理指标的变化与相关差异表达基因的变化趋势基本一致,说明基因差异表达量与生理反应密切相关。研究认为,在相同的栽培及胁迫处理条件下,可根据植物盐响应生理指标的变化判断耐盐基因的表达情况。     

海滨锦葵萌发期和苗期盐胁迫反应及耐盐性鉴定指标筛选

选用海滨锦葵自然群体为研究材料,以Na Cl溶液为盐胁迫,研究海滨锦葵在不同浓度盐胁迫下萌发期和幼苗期生长状况的变化,并筛选萌发期和幼苗期耐盐鉴定指标。结果表明,Na Cl胁迫下海滨锦葵种子发芽率、发芽势、发芽指数、下胚轴长、胚根长、鲜重、活力指数及幼苗株高均降低,并且各指标的盐害系数随着盐胁迫浓度的升高而升高。较低Na Cl浓度(0.5%~1.5%)胁迫下的幼苗地上干重和地上鲜重高于未用Na Cl胁迫的幼苗,2.0%和2.5%浓度的Na Cl胁迫抑制了地上干重和地上鲜重。1.0%和2.0%的Na Cl浓度分别是萌发期和幼苗期鉴定海滨锦葵耐盐性的适宜浓度,发芽率、发芽势、发芽指数、下胚轴长、根长、鲜重以及活力指数可以作为萌发期耐盐性的鉴定指标,株高、地上鲜重和地上干重可以作为幼苗期耐盐性的鉴定指标。     

钙传感蛋白互作激酶CIPK14参与拟南芥盐和ABA胁迫应答调节

钙和蛋白激酶在植物胁迫应答过程中起重要作用．本研究以拟南芥蛋白激酶CIPKl4的T—DNA插入突变体为材料,系统研究了CIPK14基因在不同组织与生长发育期的表达情况,和CIPKl4基因的钙调节属性及其在胁迫应答过程中的作用．研究发现CIPKl4基因在拟南芥根、茎、叶、花各组织器官中都有所表达,其中花器官和根部表达量较为显著;不同阶段比较发现CIPKl4在幼苗期具有较高的转录水平．研究同时发现,ABA和盐胁迫能激活CIPKl4基因的转录;CIPKl4T-DNA插入突变体中一系列胁迫应答基因的转录水平全都不同程度地降低或表达滞后,说明CIPKl4基因在胁迫应答中起作用．另外,CIPKl4突变体的种子萌发和根伸长对各种渗透胁迫敏感,并且ABA合成抑制剂哒草伏（Norflurazon）能部分恢复突变体对ABA,盐等的敏感表型．进一步证明CIPKl4是胁迫应答相关基因．研究还发现,CIPKl4的转录受到极端浓度下外源钙离子的激活,另外在一定胁迫条件下,突变体中RD29A基因的表达对外源钙离子浓度变化不敏感,说明CIPKl4基因功能缺失降低了受钙调节的胁迫相关基因对外源钙的敏感性．相应的表型分析发现,突变体种子萌发和根伸长与野生型相比对外源钙敏感性下降,进一步证明CIPKl4基因接受钙信号调节,并作用于拟南芥ABA和盐胁迫应答信号途径,激活胁迫相关转录因子．     

大豆两个C2H2型转录因子基因序列特征及表达分析

干旱气候已严重影响需水作物大豆的产量,而植物中C2H2型转录因子在应答非生物逆境中起到重要作用,因此充分挖掘优异抗旱大豆种质的基因资源及功能研究,为利用基因工程手段获得抗旱大豆种质奠定理论基础。本研究从大豆叶片中克隆到2个基因,分别命名为GmZAT9-like和GmZAT5-like。序列特征分析表明二者都属于C2H2型转录因子,均包含典型双锌指结构域和EAR保守基序,且氨基酸同源性低于其他物种同源基因。分子进化树分析表明,2个基因分别与拟南芥AtZAT9和ATZAT5基因划分为一类。基于荧光实时定量PCR技术检测到2个基因分别在叶片和根部组织特异性表达。通过半定量RT-PCR和荧光定量PCR分析大豆幼苗在PEG、SA、ABA、NaCl和4℃胁迫处理条件下2个基因的表达模式。结果表明,在PEG和SA胁迫条件下,叶片中GmZAT9-like基因表达在处理后期有升高趋势,而根部GmZAT5-like基因在处理早期受到诱导表达;ABA胁迫条件下,2个基因均在处理初期呈现表达升高趋势而后下降;盐和冷胁迫条件下,叶片中GmZAT9-like基因表达受到抑制,而根部GmZAT5-like基因表达在冷胁迫处理初期呈现升高趋势。因此推测这两个基因与大豆非生物胁迫响应相关。     

柽柳bZIP基因调控耐盐相关基因的表达

本研究探讨了柽柳（Tamarixhispida）bZIP（basicleucine zipper）基因对抗逆基因表达的调控。我们比较了非盐胁迫和盐胁迫条件下非转基因和转bZIP基因植株的SOD、POD、ATPase、GST、LTP和LEA等基因表达量的变化。结果表明,在非胁迫条件下,bZIP转录因子可能直接调控了poxN1、TOBPXD、TOBLTP和ltp1基因的表达,而其他基因的表达可能不受bZIP转录因子的直接调控。在盐胁迫下,bZIP转录因子能够直接或间接地调控部分抗逆基因的表达,使它们的表达量显著增强。     

不同盐度胁迫下杜氏盐藻全转录组测序及注释

【目的】通过对杜氏盐藻的转录组进行测序和基因功能分析,阐明不同浓度盐胁迫对杜氏盐藻生长发育以及不同信号途径的影响。【方法】分别获取9%NaCl浓度和24%NaCl浓度培养下的杜氏盐藻转录组并通过Illumina平台进行测序。将所得的序列进行拼接、去冗余处理。【结果】获得40682个unigenes,其中注释到NR数据库的10905个,注释到NT数据库的2768个,注释到SWISS-PROT数据库的7261个,注释到COG/KOG数据库的6499个。受到高盐胁迫的杜氏盐藻细胞相比低盐环境下,有717个基因表达上调,1012个基因表达下调。进一步对60个显著差异基因进行了功能聚类,发现盐胁迫诱导了光合作用途径的基因表达。【结论】杜氏盐藻通过提高光合作用基因表达增强耐盐性。该研究最大范围上挖掘了杜氏盐藻在高盐和低盐环境的基因转录水平,为深入揭示杜氏盐藻盐胁迫下基因差异表达提供了平台,并为进一步研究杜氏盐藻耐盐机理提供理论依据。     

玉米转录因子ZmNAC59调控植物抗盐性

【目的】NAC转录因子家族是植物中研究较多的一类转录因子,在调控植物生长发育和响应非生物胁迫过程中起重要作用。玉米是三大粮食作物之一,其生长过程常会面临各种逆境胁迫,盐害被认为是限制作物生长和生产的主要环境因素之一。因此鉴定玉米抗盐基因,解析其抗盐机制对培育玉米抗逆品种具有重要意义。【方法】研究克隆了玉米转录因子ZmNAC59,并用生物信息学手段分析其保守结构域和系统进化关系,用实时荧光定量PCR方法分析该基因在NaCl和MeJA处理下的表达模式,并用稳定转基因体系将该基因异源表达拟南芥观察表型,同时还用病毒诱导沉默技术将该基因在玉米中沉默后进行盐处理表型观察,并进行酶活性检测。【结果】ZmNAC59能够被NaCl和MeJA诱导上调。病毒诱导沉默ZmNAC59后进行盐胁迫,沉默株系对盐胁迫更敏感,ROS积累更多;而ZmNAC59过表达拟南芥后,过表达株系在盐胁迫处理下存活率更高,活性氧积累更少,Na⁺/K⁺比率低,表明ZmNAC59作为盐胁迫中的正调控因子可以通过调节离子流动提高植物抗盐性。实时荧光定量PCR结果表明拟南芥过表达株系中Na     

胡杨无性系幼苗响应盐胁迫的miRNA表达差异研究

植物miRNA在调控基因表达、细胞周期、生物体发育、抗逆等方面起重要作用。为研究胡杨(Populus euphratica Oliv.)的耐盐机制,以1年生胡杨无性系幼苗为材料,构建具有空间代表性的盐胁迫胡杨cDNA文库,利用二代测序技术测定NaCl胁迫下和正常培养条件下胡杨叶和根miRNA表达情况。结果表明,不同的miRNA之间表达量存在明显差异,表达丰度最高的miRNA有miR156、miR157、miR165、miR166和miR167等,合计占总表达量的90%以上。胡杨根部存在特异表达的miRNA,在整个耐盐调控机制中发挥着生理调节、分子调控和信号传导等极为重要的作用。盐处理样品中发现大量响应盐胁迫的miRNA,对这些转录因子进行靶基因预测和注释后,发现很多盐胁迫响应的miRNA与NAC和SPL等重要转录因子家族相关,与前人的结论一致,另外还发现许多miRNA的调控对象是ATP酶和激素响应因子。     

盐胁迫下盐穗木差异表达基因的转录组信息分析

盐穗木是一种理想的耐盐模式植物,本文利用生物信息学方法分析盐穗木在盐胁迫下差异表达基因的转录组,为盐穗木耐盐机理及耐盐关键基因的储备提供理论依据。基于盐穗木在盐胁迫（600 mM NaCl）下差异表达的转录组数据,以代谢通路中基因表达数量最多的7条通路和与胁迫刺激响应相关的共8条通路为主要研究内容,筛选出上调和下调表达差异显著的unigene,将其与NCBI数据库中所有物种相关基因进行Blastx比对,筛选出通路中上调和下调差异表达最显著的unigene,同时对差异表达活跃的unigene进行分类汇总。共得到23组差异表达活跃的基因类群,分别是乙烯响应因子、WRKY转录因子、Myb转录因子、bZIP转录因子、葡聚糖酶、6-磷酸脱氢酶、醛脱氢酶、柠檬酸合成酶、蛋白激酶等,推测这些类群的基因在盐穗木耐盐机制中发挥重要作用。     

一氧化氮调节盐胁迫下小麦幼苗根部质膜H^＋-ATPase和焦磷酸酶活性提高耐盐性

采用外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)研究了NO对盐胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)幼苗耐盐性的影响。结果表明,0.1 mmol/L SNP处理显著缓解了150 mmol/L NaCl 胁迫对小麦幼苗生长的抑制效应,包括水分丧失以及叶绿素降解,从而提高了小麦幼苗的耐盐性。进一步结合1 mg/mL血红蛋白处理则显著逆转了SNP诱导的上述效应;利用亚硝酸钠和铁氰化钾作为对照也证实了NO对小麦幼苗耐盐性的专一性调节作用,并可能与NO对小麦幼苗根部质膜 H -ATPase和焦磷酸酶活性诱导有关。此外,尽管NO显著提高了盐胁迫下小麦幼苗根部细胞质膜H -ATPase和焦磷酸酶的ATP水解活性,但是对跨膜H 转运则没有明显影响。应用外源CaSO4 和 EGTA 处理也证实,Ca2 可能在NO诱导的质膜 H -ATPase和焦磷酸酶活性的提高过程中起信号作用。另外,分析盐胁迫下小麦幼苗根部 Na 和K 含量的变化也发现,NO对Na 含量没有明显影响,但是却显著提高了K 水平和K /Na 比,这可能也是NO提高小麦幼苗耐盐性的原因之一。     

NaCl胁迫下黑果枸杞转录组测序分析

研究黑果枸杞在不同浓度盐胁迫下基因表达谱变化情况,为进一步研究黑果枸杞抗盐分子机制奠定研究基础。对0(CK)、50、250 mmol/L NaCl溶液胁迫的黑果枸杞组培苗的根和叶在胁迫时间为0、1、12 h时分别取样,采用转录组测序(RNASeq)技术进行测序分析。结果表明,转录组测序共产生222.49 Gb原始数据,拼接出Unigenes 86 037条,注释到7大功能数据库(GO、KEGG、KOG、NR、Pfam、Swiss-Prot和egg NOG)上的Unigenes总数为46 594个,占总Unigenes的54.76%,还有38 929个Unigenes在这些数据库中没有得到注释。通过GO分类和KEGG Pathway富集性分析,分别归于51个GO类别和211条代谢途径。差异表达基因分析显示,黑果枸杞叶片和根的上调基因和下调基因数随着NaCl浓度的增大和处理时间的延长均呈增加趋势,叶片中的上调基因数(7 514)小于下调基因数(9 032),根中的上调基因数(12 347)大于下调基因数(11 559)。在黑果枸杞盐胁迫下转录组中发现28 325个SSR位点,最多的为单核苷酸SSR,占70.47%。综合分析表明,黑果枸杞对盐胁迫的反应是一个多基因参与、多个生物过程协同调控的过程,基因表达量的变化可能是基因调控的主要方式。     

盐胁迫下水稻叶绿体中Na+、Cl-积累导致叶片净光合速率下降

研究了0-200mmol/L的NaCl胁迫下耐盐性不同的水稻品种Pokkali(耐盐）和Peta(盐敏感）根系,叶片和叶绿体中Na^ ,K^ 和Cl^-含量的变化及其与叶片光合作用的关系。结果表明：随着NaCl胁迫时间和浓度的增加,供试2个品种在根,叶片和叶绿体中Na^ ,Cl^－含量增加,K^ 含量下降。耐盐品种体内Na^ ,Cl^－含量增加或K^ 含量减少的幅度小于盐敏感品种。在200mmol/L的NaCl胁迫下盐敏感品种根,叶片和叶绿体中的Na^ /K^ 分别是耐盐品种的208％,308％和297％。与Na^ 相比,耐盐品种根系对K^ 吸收和向叶片运输的选择性（SK,Na)较强。但在经过0,100和200mmol/L的NaCl处理后2个品种叶绿体中的Na^ /K^ 均高于叶片（SK,Na均小于1）。盐胁迫下水稻叶绿体中Na^ ,Cl^-含量和Na^ /K^ 与叶片净光合速度呈极显著负相关。     

盐胁迫下水稻叶绿体中Na~ 、Cl~-积累导致叶片净光合速率下降

研究了 0～ 2 0 0mmol/L的NaCl胁迫下耐盐性不同的水稻品种Pokkali(耐盐 )和Peta(盐敏感 )根系、叶片和叶绿体中Na 、K 和Cl-含量的变化及其与叶片光合作用的关系。结果表明 :随着NaCl胁迫时间和浓度的增加 ,供试 2个品种在根、叶片和叶绿体中Na 、Cl-含量增加 ,K 含量下降。耐盐品种体内Na 、Cl-含量增加或K 含量减少的幅度小于盐敏感品种。在 2 0 0mmol/L的NaCl胁迫下盐敏感品种根、叶片和叶绿体中的Na /K 分别是耐盐品种的 2 0 8%、30 8%和 2 97%。与Na 相比 ,耐盐品种根系对K 的吸收和向叶片运输的选择性 (SK ,Na)较强。但在经过0、10 0和 2 0 0mmol/L的NaCl处理后 2个品种叶绿体中的Na /K 均高于叶片 (SK ,Na均小于 1)。盐胁迫下水稻叶绿体中Na 、Cl-含量和Na /K 与叶片净光合速率呈极显著负相关。     

盐胁迫下柚和橘幼苗体内矿质元素变化的比较研究

采用沙培法,对盐胁迫下坪山柚和福橘幼苗体内矿质元素的变化进行了研究。结果表明,随着NaCl浓度的增加,坪山柚和福橘幼苗根部及地上部Na^＋、Cl-含量增加,且相同浓度下,福橘比坪山柚高。40mmol／L NaCI胁迫下,坪山柚和福橘幼苗地上部的K^＋、Fe含量,根部的Ca^2＋、Mg^2＋、Zn含量显著下降,而根部Fe含量及地上部Zn含量显著增加。随NaCl浓度增大,坪山柚根部K^＋含量,地上部Ca^2＋、Mg^2＋含量变化不明显,而福橘根部、地上部上述离子含量在NaCl浓度≥160mmol／L时均显著下降。因此,根部K^＋含量,地上部Ca^2＋、Mg^2＋含量存在品种问差异,或许可作为耐盐性鉴定指标。NaCl胁迫降低坪山柚和福橘幼苗根部及地上部P、Mn含量,而Cu含量在较高浓度NaCl胁迫下显著增加。NaCl胁迫明显降低坪山柚和福橘幼苗地上部K^＋／Na^＋、Ca^2＋／Na^＋和Mg^2＋／Na^＋值,其中K^＋／Na^＋值的变化可考虑作为柑橘耐盐性鉴定的指标。     

盐胁迫下番茄砧木对嫁接苗生物量、氨基酸含量和活性氧代谢的影响

为探讨砧木对提高番茄嫁接苗耐盐性的作用机理,以耐盐性较敏感的‘中杂9号’(S)为接穗,耐盐性较强的‘OZ-006’(R)为砧木,采用劈接法形成嫁接苗(RS)以及接穗自嫁接苗(SS)、砧木自嫁接苗(RR)3个试验材料,在175 mmol·L^-1 NaCl处理下测定植株生长、Na⁺积累、氨基酸含量和活性氧代谢的变化。结果表明: NaCl胁迫导致番茄幼苗的盐害指数和Na⁺含量均显著提高,幼苗生长速率和叶绿素含量显著降低,但不同嫁接苗的类型差异显著,在盐害表型上表现为SS>RS>RR的规律。NaCl胁迫诱导嫁接苗的叶片和根系总氨基酸含量显著提高,其中RR、RS叶片有9种、根系有8种氨基酸含量显著高于对照,以脯氨酸含量变化最为显著,而SS叶片中仅有2种、根系中仅有4种氨基酸含量显著高于对照;幼苗间的氨基酸含量呈现RR>RS>SS的规律,RR、RS叶片的氨基酸含量分别比SS叶片上升了32.8%、16.6%,根系分别比SS上升了53.1%和32.5%。NaCl胁迫造成活性氧代谢的变化,幼苗叶片和根系的抗氧化酶活性、超氧阴离子产生速率、丙二醛含量均显著提高,以RR叶片和根系中抗氧化酶活性的增幅最大,其次为RS;SS和抗氧化酶活性的增幅最小,品种间活性氧水平表现为SS>RS>RR。综上,砧木通过抑制Na⁺向上运输、提高氨基酸水平和抗氧化酶活性缓解了盐胁迫对嫁接苗的伤害,但不同砧穗组合的耐盐性差异较大,以RR的耐盐性最强,其次为RS,SS最弱。因此,番茄嫁接苗的耐盐性主要受砧木耐盐性的影响,其次为接穗,同时,其与番茄体内的氨基酸和活性氧代谢调控密切相关。