小麦Lhc基因家族鉴定与表达模式分析北大核心CSCD

捕光叶绿素a/b结合蛋白(Lhc,light-harvesting chlorophyll a/b-binding protein)直接影响光合系统的效率和作物产量。小麦作为我国主要粮食作物之一,生长发育过程中,非生物胁迫严重影响小麦的产量和品质。为了系统研究小麦Lhc基因家族的特性,本研究对普通小麦中的Lhc基因家族成员进行了鉴定和生物信息学分析,并选择其中的差异显著或高表达基因进行了定量表达分析。结果显示,从小麦基因组中共鉴定到96个Lhc基因,除4个基因(TaLhca5.1、TaLhcb1.31、TaLhcb1.39和TaLhcb1.29)未定位到具体染色体外,其余基因分布于除3A和3D外的19条染色体上;这些Lhc基因在系统发育上分属于3个亚家族,处于同一分支的基因具有相似的基因结构与motif;在Lhc基因的启动子区域,发现存在大量的胁迫响应元件和生长发育相关响应元件;Lhc基因在根、茎、叶、穗和籽粒等器官中的表达模式不同,其中在叶中的表达较高;在所选的4个基因中,TaLhca3.3、TaLhcb1.7和TaLhcb1.20的表达量呈现先升高后降低的趋势,TaLhcb1.46呈下调表达趋势。     

抗逆相关基因GmAREB转基因小麦的获得与鉴定

从大豆中克隆一个抗逆相关的bZIP类转录因子基因GmAREB,功能分析表明:GmAREB基因的过表达可以显著提高转基因拟南芥和烟草的抗旱、耐盐和耐寒性。为了获得抗逆转基因小麦,本研究利用玉米的Ubiqutin启动子控制GmAREB基因表达,构建了用于小麦转化的载体pSK-GmAREB。采用基因枪共转化法转化小麦品种郑147和济麦22。通过PCR检测共获得T0代的阳性植株70株,转化率为1.37%。其中,郑147阳性植株共31株,转化率为2.14%;济麦22阳性植株39株,转化率为1.08%。目前,已经获得T1代转基因株系18个,其中以郑147为受体的株系4个,以济麦22为受体的株系14个。对部分株系进行Southern blotting分析,进一步证实GmAREB基因已经整合到小麦基因组中。在低温胁迫条件下,3个以济麦22为受体的转基因株系体内脯氨酸的积累与受体小麦相比有显著增加,初步证明在小麦中过表达GmAREB基因,可以促进渗透调节物质脯氨酸的积累,可能有助于转基因小麦抗逆性的提高。本研究为进一步筛选抗逆转基因小麦新材料奠定了基础。     

大豆C3HC4型RING锌指蛋白基因GmRZFP1克隆与表达分析

锌指蛋白在调节植物防卫基因表达和抗性反应上起关键作用。目前,对大豆中C3HC4型RING锌指蛋白基因的研究不多。本研究利用核蛋白筛选系统(NTT)筛选大豆(铁丰8号)干旱处理5h的cDNA文库,获得一个RING锌指蛋白基因。该基因全长927bp,编码308个氨基酸,含有C3HC4-type RING锌指结构域,命名为GmRZFP1。系统进化树分析显示,Gm-RZFP1属于C3HC4-type锌指亚家族。Real-time PCR结果表明,GmRZFP1基因受干旱、高盐、高温、低温、乙烯和ABA等胁迫诱导表达,表明该蛋白涉及多种胁迫相关的信号传导途径。亚细胞定位结果表明,163hGFP-GmRZFP1融合蛋白定位于细胞核中。本研究结果有助于研究该类基因在大豆逆境应答反应中的作用,阐明大豆抗逆分子机制。     

小麦耐热性鉴定方法及热胁迫应答机理研究进展

小麦是全球最重要的粮食作物之一,高温特别是开花期和灌浆期的高温胁迫严重影响小麦的产量和品质。本文从直接鉴定法和间接鉴定法两个方面提出了小麦耐热性的评价指标;分析了在高温胁迫下温度信号的感知和传递以及植物对高温的响应机理;从传统育种方法和基因工程策略两个方向综述了小麦耐热性培育的研究进展。最后总结了提高小麦耐热性的措施及存在的问题,并提出了今后小麦耐热性研究展望。     

小麦泛素结合酶TaE2的表达分析及蛋白互作

以小麦抗逆相关蛋白TaMAPK2作为诱饵,利用酵母双杂交系统筛选小麦cDNA融合表达文库,获得候选蛋白TaE2。生物信息学分析表明,TaE2基因属于泛素结合酶UCE2基因家族成员。半定量RT-PCR结果表明TaE2基因在小麦根、茎、叶和种子等器官中均有表达,荧光定量PCR显示TaE2基因在干旱、高盐和ABA胁迫下均上调表达。利用原核表达获得GST-E2融合蛋白并使用蛋白标记亲和层析柱纯化。本文报道的小麦TaE2基因,为进一步分析泛素蛋白酶体途径在小麦逆境响应中的功能和机制打下基础。     

植物基因启动子的克隆及其功能研究进展

启动子在植物基因表达调控过程中起着重要作用。对于植物基因启动子的克隆及其功能研究有助于了解信号传递途径和基因表达调控模式,为植物转基因工程研究提供理论依据。本文综述了植物基因启动子的基本结构、类型、克隆方法及功能研究进展,着重介绍了广泛应用于转基因工程的诱导型启动子及启动子功能分析,展望了今后植物启动子的研究方向。     

植物蛋白激酶介导的非生物胁迫和激素信号转导途径的研究进展

干旱、盐渍、低温和高温等非生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物的产量。在长期的进化过程中,植物逐渐形成了对外部刺激快速感知和主动适应的能力,其中植物体内逆境信号的传递在植物快速感知外部刺激和主动适应非生物胁迫过程中起着非常重要的作用。蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的蛋白质磷酸化和去磷酸化是植物体内存在的最普遍且最重要的信号转导调节方式。其中,蛋白激酶的主要作用是将ATP或GTP上的γ磷酸基团转移到特定的底物蛋白上,使蛋白磷酸化,被磷酸化的蛋白发挥相应的生理功能。近年来,利用生物技术和基因工程等手段从细胞、分子水平上研究有关蛋白激酶的抗逆机理,通过基因沉默、基因过表达等策略提高植物的抗逆性成为国内外抗逆分子生物学与分子育种学研究的热点。本文主要对植物蛋白激酶在介导非生物胁迫和激素信号通路中的作用进行综述,为进一步研究植物蛋白激酶功能提供有价值的信息。     

小麦TaMAPK2激酶基因的原核表达以及多克隆抗体制备

MAPK蛋白激酶是一类重要的植物胁迫信号调控因子.为了研究小麦MAPK基因的功能,苯试验克隆了小麦MAPK蛋白激酶基因TaMAPK2.为了制备TaMAPK2基因的多克隆抗体,TaMAPK2的非保守区段的DNA序列anti-MAPK2被构建到原核表达载体 pET-28a-(+)上,表达融合蛋白His-antiMAPK2.在终浓度为1 mmol/L IPTG诱导1h的条件下,融合蛋白His-antiMAPK2表达量达到最大.通过蛋白标记亲和层析柱(HisTrapTMHP)得到纯化的His-antiMAPK2融合蛋白.利用新西兰大白兔制备了TaMAPK2基因的多克隆抗体,ELISA竞争抑制法检测抗体效价检测,效价为1:80000,能满足后续试验要求的效价值,为进一步分析TaMAPK2的蛋白定位、表达等提供基础.     

植物逆境胁迫相关蛋白激酶的研究进展

干旱、高盐、高温和低温等非生物胁迫及各种病虫害等生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量.蛋白激酶主要通过激活不同的磷酸化途径介导外界环境信号的感知和传递,调控下游抗逆基因的转录表达,启动相应的生理生化等适应性反应来降低或消除危害.该文对近年来国内外有关与非生物胁迫和生物胁迫信号传导相关的受体蛋白激酶、促分裂原活化蛋白激酶、钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激酶、蔗糖不发酵相关蛋白激酶和其它胁迫相关的植物蛋白激酶的研究进展进行综述,探索蛋白激酶介导的不同磷酸化途径应对逆境胁迫的信号传递网络,为进一步了解植物逆境分子应答机制提供依据.     

大豆类钙调磷酸酶B亚基GmCBL1互作候选蛋白的筛选

Ca2+是非生物胁迫信号转导途径中的重要信号分子,植物类钙调磷酸酶B亚基蛋白(CBL,calcineurin B-like proteins)是一类重要的钙信号受体蛋白,主要通过与其他蛋白的特异结合传递信号,使植物形成对非生物胁迫的响应。本实验室已经获得大豆Gm CBL1基因,功能鉴定显示Gm CBL1增强了转基因拟南芥对非生物胁迫的耐性。为了进一步研究Gm CBL1的作用机理,本研究构建诱饵载体p GBKT7::Gm CBL1,利用酵母双杂交技术筛选大豆Gm CBL1的互作蛋白。通过对筛选获得的106个蛋白基因测序和Blast比对分析,并根据其可能的生理功能对这些候选蛋白归类,整理得到4类蛋白:能量代谢相关蛋白、修饰蛋白、防御蛋白、钙信号转导相关蛋白。筛选得到候选蛋白的功能预测初步表明,大豆Gm CBL1参与多条信号途径,为进一步研究探索大豆CBL介导的抗逆信号转导途径奠定了基础。