玉米JAZ家族基因ZmJAZ4的克隆及功能分析

JAZ(Jasmonate ZIM-domain)蛋白是植物特有的一类转录因子,通过抑制茉莉素调控基因的表达,在植物的生长发育及非生物胁迫等方面发挥重要的功能。从玉米B73自交系中克隆到一个新的JAZ家族基因Zm JAZ4,该基因c DNA全长为651bp,编码蛋白含有216个氨基酸,分子量约为23.1 k D,p I为10.78,属于碱性蛋白。Real-time RT-PCR结果表明,Zm JAZ4主要在茎端分生组织、雄穗、发育早期的种子以及胚乳中表达。系统进化分析显示,Zm JAZ4与At JAZ10转录因子相似性较高。亚细胞定位试验表明,Zm JAZ4定位于细胞核内。Zm JAZ4在酵母细胞中不具有转录激活活性。激素及胁迫处理表明,Zm JAZ4在地上部的表达受PEG、Na Cl、SA、GA和ABA诱导,而在地下部的表达受到ABA和GA诱导。结果分析表明,Zm JAZ4可能是一个重要的转录调控因子,参与调控多种激素信号通路及非生物胁迫响应。     

Application of Lake-model based indices from chlorophyll fluorescence on sugarcane seedling Application of Lake-model based indices from chlorophyll fluorescence on sugarcane seedling

 为从能量平衡及分配的角度研究干旱胁迫下甘蔗(Saccharum officinarum)苗期光系统的运转状况, 进而为丰富不同甘蔗品种的抗旱性评价指标及实现对季节性干旱胁迫的快速诊断提供理论依据, 该研究通过对基于Lake模型的叶绿素荧光参数在不同入射光强下变化的动态分析, 研究光合电子传递链中能量平衡状态对不同水分梯度(40%、25%、10%、8%)的响应。结果表明: 两个供试品种(耐旱品种‘ROC22’和非耐旱品种‘ROC16’)的最大光能利用效率(F_v/F_m)、相对电子传递速率(rETR)、光系统II(PSII)量子效率(Φ_II)和光化学猝灭(q_L)均随着干旱胁迫程度的增加而下降, 可调节性能量耗散(Φ_NPQ)和非调节性能量耗散(Φ_NO)则随着干旱胁迫程度的增加而上升。除Φ_NO之外的叶绿素荧光参数的变化幅度均随着光合有效辐射(PAR)的增加而增大。在干旱胁迫的前中期, 相对于‘ROC22’, ‘ROC16’的PSII反应中心能够维持较高的开放程度; 但‘ROC22’调节能量耗散的能力和对干旱胁迫的敏感程度均高于‘ROC16’, 说明较强的光保护能力是‘ROC22’的抗旱性高于‘ROC16’的主要原因之一。对干旱胁迫敏感且在不同PAR下较为稳定的Φ_NO可作为甘蔗苗期抗旱性的快速诊断和评价指标。rETR对递增的PAR的响应表现为随着干旱胁迫程度的增加而提前出现峰值或下降趋势, 但是不同水分梯度下的rETR在PAR较低时并无显著差异, 表明干旱胁迫下光抑制现象的提早出现是造成光系统损伤的首要因素, 高光强对干旱胁迫信号起放大作用。     

根系盐胁迫对盐生植物和甜土植物的幼苗生长及矿质元素分布的影响

为了解盐胁迫对植物的影响, 研究了根系NaCl 胁迫在温室条件下对盐生植物榄仁(Terminalia catappa)和甜土植物枇杷(Eriobotrya japonica)幼苗生长、矿质元素和灰分含量的影响。结果表明:在根系盐胁迫下, 两种植物幼苗的叶片病斑多分布于中心区, 灰分含量增加, 幼苗的Na⁺-Cl^- 呈极显著的正相关关系, 盐胁迫对两种植物幼苗的5 种矿质元素(Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Cl^-)含量影响不大, 但它们在植物中的分布发生了变化。可见, 盐生植物和甜土植物抗盐性的区别是量上的不同, 没有质的差别。     

大麦与油菜种皮特异启动子表达模式的比较

启动子位于转录起始位点上游并能特异性地结合RNA聚合酶,其作为调控序列驱动外源基因在异源植物中表达,从而实现转基因的高效性,具有时空表达特异性的启动子对获得有效转基因植物及产物具有重要意义。为了解种皮特异启动子的表达模式,该研究基于前期报道的序列,通过同源克隆的方法分别从大麦和油菜中克隆获得Gerb和Bntt两个种皮特异性启动子,并对其进行生物信息学分析,构建了Gerb::GUS和Bntt::GUS植物表达载体并转化拟南芥,通过组织化学染色观察了GUS的表达情况。结果表明:两种启动子序列中都含有多拷贝种皮特异表达启动子元件以及多种胁迫诱导响应元件;转基因拟南芥幼苗期,大麦Gerb种皮特异启动子驱动GUS全株表达且子叶和下胚轴较真叶和根中表达量高;油菜Bntt种皮特异启动子表达较弱;成株期,Gerb在不同组织(叶片、茎、花序和角果)中均有表达,未显示组织特异性;Bntt仅在叶片及角果维管束中有微弱表达。在各种非生物胁迫下,Gerb表达模式未发生显著变化,而Bntt仅在盐胁迫下显示很强的角果和种子特异性表达,其他胁迫未见明显表达。以上结果显示,大麦种皮特异性启动子Gerb和油菜种皮特异性启动子Bntt在时间和空间表达模式上存在差异,这对今后选择种皮特异启动子具有参考作用,但其具体机制仍需进一步研究验证。     

低温胁迫下枇杷幼果种子膜脂过氧化、保护酶活性及显微结构的变化

枇杷(Eriobotrya japonica)开花结果正值冬季低温期,易受低温影响,因此寒害成为抑制枇杷健康生长、发育的重要因素之一。种子作为产生多种内源激素的中心,其健康程度与枇杷果实正常发育息息相关。该研究以四川省成都市龙泉驿区柏合镇的‘早钟六号’枇杷幼果种子为材料,经不同低温(6、3、0、-3℃)胁迫不同时间(12、24、36、48 h)后,对其相对电导率、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的变化进行测定以及细胞解剖结构分析,旨在探究枇杷幼果种子抗寒机制,为提高四川地区枇杷抗寒栽培新技术提供理论和实践依据。结果表明:低温胁迫下,枇杷幼果种子相对电导率及MDA含量随着处理温度的降低整体呈上升趋势;保护酶SOD、CAT活性在低温胁迫前期不同程度升高,至某个低温后呈下降趋势;而POD活性总体呈升-降-升趋势;相对电导率、MDA含量、SOD活性、CAT活性、POD活性的变化临界温度均为6℃,胁迫临界时间分别为12、24、48、36 h,而MDA含量变化临界温度为3℃,胁迫临界时间为36 h;显微结构表明枇杷幼果种子6℃低温开始受冻,最先受冻部位为种皮,其次为种胚真叶原始体或真叶,最后到细胞破裂,说明枇杷幼果种子随着处理温度降低,细胞结构受损越严重。综上,枇杷幼果种子受冻临界温度为6℃,受冻临界时间为12 h。     

干热河谷乡土树种叶绿素荧光特征对水分胁迫的响应

以干热河谷地区典型乡土树种清香木为试验材料,采用快速植物效率分析仪(PEA),对土壤相对含水量为50%(C_1)、30%(C_2)、20%(C_3)、10%(C_4)、5%(C_5)5种处理下清香木的光系统Ⅱ快速叶绿素荧光诱导动力学参数进行测定,探讨清香木快速叶绿素荧光诱导曲线在不同水分处理下的变化机制。结果表明:(1)清香木经水分胁迫处理后,放氧复合体受到了不同程度的损害,光合电子传递链中Q_A~-大量积累,电子传递能力和量子产额逐渐降低。(2)随着土壤相对含水量的逐渐降低,清香木ABS/CS、TR_o/CS、RC/CS、DI_o/CS均在C_3处理下降到了最低值,而此时ABS/RC、ET_o/RC、DI_o/RC、M_o均达到最大值,V_j在C_2处理下达到了最大值,而此时Ψ_o、ΨE_o、ET_o/CS均降至最低值,ET_o/RC却一直增加。(3)清香木光合性能指数PI_(ABS)对水分胁迫的敏感性比F_v/F_m(φp_o)更强。研究认为,清香木在30%土壤水分处理下已经启动了相应的自我防御机制,质体醌Q_A被还原的速率均减慢,电子在传递过程中受阻;在20%土壤水分处理下天线系统发生了一定程度的降解或者损坏,导致光能的吸收降低,同时将过多的激发能及时散失,减少了活性氧对反应中心造成的伤害;在10%土壤水分处理下,清香木的自我防御机制得以解除,光合作用效率进一步提高。说明清香木的生理状况在水分过多或者过少条件下都会受到明显影响,其健康生长的理论土壤相对含水量应保持在10%左右,清香木能够适应干旱的环境。     

香蒲对不同浓度Pb~(2+)胁迫的生理应答及其细胞超微结构变化

通过室内水培试验,研究了不同浓度Pb2+(0、0.25、0.50、1.00和2.00mmol·L-1)胁迫对东方香蒲根和叶中Pb含量、叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶(SOD、CAT和POD)活性以及亚细胞结构的影响。结果显示:(1)随着外源Pb2+浓度的增加,Pb在香蒲根和叶中的积累量均显著高于对照,且Pb在根中的含量明显高于叶中,并与外源Pb2+浓度呈显著正相关关系。(2)香蒲叶片中的叶绿素a和叶绿素b含量随着外源Pb2+浓度的增加呈先升后降趋势,均在处理浓度为0.50mmol·L-1时达到峰值。(3)胁迫处理叶片的MDA含量与对照相比变化不显著,但根中MDA含量呈显著下降趋势。(4)叶片中SOD活性在1.00mmol·L-1 Pb2+处理时达到峰值,然后下降,但始终高于对照,CAT和POD活性则均低于对照组;根中SOD活性除1.00mmol·L-1 Pb2+处理组外均显著低于对照组,CAT和POD活性分别在0.25和0.50mmol·L-1 Pb2+处理时达到峰值,然后随处理Pb2+浓度升高而下降。(5)电镜观察发现,Pb2+胁迫使香蒲叶细胞中叶绿体被膜破裂,类囊体膨胀、破损;根和叶细胞中的线粒体被膜均破裂、内腔空泡化,细胞核核膜破损、核仁消失、染色质凝集。研究表明,Pb2+胁迫致使东方香蒲根、叶生理代谢失衡,亚细胞结构出现不可逆的损伤,这为从分子水平研究Pb2+作用的具体机理以及香蒲在重金属污染修复中的应用提供了依据。     

嫁接对盐胁迫下西瓜幼苗体内离子和内源激素含量与分布的影响

以小型西瓜‘秀丽’为接穗、耐盐砧木瓠瓜‘超丰抗生王’为砧木,以自根嫁接苗为参照,分析了砧木嫁接对NaCl胁迫下西瓜幼苗根、茎、叶中离子和内源激素含量的影响。结果表明:(1)盐胁迫下,自根嫁接苗Na+主要积累在地上部,K+含量和K+/Na+比下降幅度大;砧木嫁接苗大部分Na+积累在根系中,K+含量和K+/Na+比下降幅度小且在不同部位皆高于自根嫁接苗。(2)盐胁迫下,自根嫁接苗吲哚-3-乙酸(IAA)以及玉米素和玉米核苷的总量(Z+ZR)在根系和接穗茎中显著增加,在叶片中明显下降,赤霉素(GA3)含量在不同部位保持不变或明显增加;而砧木嫁接苗不同部位IAA和(Z+ZR)的含量均显著增加,GA3含量在不同部位保持不变或明显下降。(3)盐胁迫下,两种嫁接组合根系和茎中脱落酸(ABA)含量均明显下降,叶片中ABA含量则显著增加。(4)盐胁迫下,自根嫁接苗和砧木嫁接苗根系和接穗茎中IAA/(Z+ZR)的比值均明显上升,叶片中明显下降,但砧木嫁接苗上升和下降幅度均远大于自根嫁接苗。研究表明,瓠瓜根系对进入根系的Na+具有截留作用;采用瓠瓜砧木嫁接可有效防止Na+在西瓜接穗地上部尤其是在叶片中的大量累积,从而防止离子毒害的发生;瓠瓜砧木嫁接植株体内具有较高的K+含量和K+/Na+比,可有效维持盐胁迫下西瓜嫁接植株体内的离子稳态;瓠瓜砧木嫁接植株体内具有较高的IAA和(Z+ZR)含量,IAA/(Z+ZR)比值较高,对提高西瓜嫁接植株盐胁迫耐性起到了积极的作用。     

铜离子胁迫对两种地衣细胞结构的影响

采用光学显微镜徒手切片技术和透射电子显微镜超薄切片制备技术,以两种叶状地衣即中国树花(Ramalina sinensis)和地卷(Peltigera rufescens)为实验材料,研究了不同浓度CuSO4(0、1、2、3、4mmol/L)处理24h后地衣体细胞的存活率以及Cu2+胁迫对细胞超微结构的影响。结果显示:(1)光学显微镜下可初步确定,Cu2+浓度越大中国树花共生藻细胞存活率越小,而同样处理条件下地卷共生藻细胞的存活率则基本保持不变。(2)低浓度Cu2+(1mmol/L)对中国树花细胞结构基本无影响,细胞壁、细胞膜及细胞内的线粒体、叶绿体完整;随着Cu2+浓度增加,当处理Cu2+浓度为2mmol/L时,细胞壁无损,但细胞膜开始破坏形成小空泡,线粒体嵴变凌乱,叶绿体也出现皱缩,类囊体膨胀,基粒排列紊乱;当Cu2+处理浓度大于2mmol/L时,共生藻的细胞膜和细胞器出现不同程度的损伤;当Cu2+浓度为3mmol/L时,细胞壁变薄,细胞膜形成的空泡变大,细胞内部结构变松散,蛋白核消失,叶绿体与细胞质混在一起,基粒片层扭曲,分布混乱,线粒体变形;当Cu2+浓度达4mmol/L时,细胞结构完全受到破坏。(3)不同浓度Cu2+处理对地卷共生藻细胞结构无明显的影响,在所有处理条件下地卷共生藻细胞壁、细胞膜都完整,且大多数共生藻细胞处于分裂状态。研究认为,中国树花对Cu2+胁迫较敏感,Cu2+耐受在1~2mmol/L之间,Cu2+浓度与中国树花细胞结构的损伤程度存在着明显的剂量效应关系,Cu2+浓度越高,其属于共球藻的真核共生藻细胞受损程度越大;地卷对Cu2+胁迫具有一定的耐性,Cu2+胁迫下地卷属于蓝藻的原核共生藻细胞仍能繁殖分裂产生子代细胞。     

非生物胁迫下耐辐射异常球菌drB0118基因功能分析

【目的】鉴定和确定被预测为编码干燥相关蛋白的耐辐射异常球菌(Deinococcus radiodurans) drB0118基因功能,探讨该基因对盐、渗透和氧化胁迫抗性的作用。【方法】构建drB0118基因缺失突变株(ΔB0118),通过氯化钠、D-山梨糖醇和过氧化氢等胁迫冲击实验及氧化胁迫条件下qRT-PCR分析,研究drB0118突变对非生物胁迫反应及氧化胁迫相关基因表达的影响。【结果】drB0118突变导致菌株对NaCl和D-sorbitol胁迫的抗性降低;对氧化胁迫(H2O2)敏感;qRT-PCR分析显示,drB0118突变引起氧化胁迫抗性基因pod和oxyR分别下调4倍和10倍。【结论】D. radiodurans中drB0118参与了盐、渗透和氧化等多种非生物胁迫反应。