植物microRNA功能及其在逆境条件下的研究进展

microRNA(miRNA)是一种内源性的小分子RNA,长度约为21到25个核苷酸大小,在动植物生长发育的各个过程中起重要的调控作用。近几年随着高通量测序技术的飞速发展,研究人员在许多物种中鉴定了大量的miRNA,未来miRNA的研究主要集中在功能研究方面,尤其是植物miRNA在逆境条件下的功能方面。就目前miRNA功能的主要研究方法,以及逆境条件下植物miRNA的研究进行了综合阐述。     

小麦品种资源耐盐性鉴定

按照农业部行业标准NY/PZT001-2002,对882份小麦品种资源进行耐盐性初步鉴定,筛选出芽期耐盐性为一级的品种328份,苗期和芽期都达到中度耐盐的品种43份。这些品种中很多既具有中度或中度以上耐盐性且具有高产优质等优异特性,如小偃22、新曙光1号等,为小麦耐盐育种提供重要信息。相关分析表明,不同耐盐级别的小麦品种其芽期和苗期耐盐性并没有一致的相关关系,二者并没有可比性,在耐盐种质筛选过程中,都有其本身的意义。     

一种新的植物miRNA体内下调表达系统

MicroRNA(miRNA)是一种内源性的21到24个核苷酸长度的小分子RNA,在植物发育过程中起重要作用。旨在建立一种新的植物miRNA下调表达系统,为miRNA的功能研究提供有力的工具。不同于原有target mimicry的构建方法,以miRNA核心序列为基础,通过设计特定DNA引物,利用聚合酶链式反应(PCR)获得多拷贝的靶基因类似序列(Target mimicry or target mimics),构建target mimicry载体,转化拟南芥。通过qRT-PCR验证miRNA靶基因在转基因植株中的表达。以拟南芥6个保守miRNA为基础,获得了各个miRNA下调表达转基因株系,在转基因植株中检测miRNA靶基因的表达,与野生型相比差异明显,均发生了明显的上调。我们基于一种新的target mimicry的载体构建方法,成功建立了一种在植物中具有普遍适用性的高效miRNA低表达系统。     

小分子RNA表达载体构建的新方法——MicroRNA前体PCR置换法

MicroRNA(miRNA)基因的终产物是进化上高度保守的、具有基因表达调控功能的非编码小分子RNA。miRNA的特征性发卡环前体(pre-miRNAs)在体内经数步加工后,与AGO蛋白构成沉默复合体(RISC)以行使其功能。如将已知pre-miRNAs上的miRNA成熟链和互补链(miRNA*)分别置换为有待研究的小分子RNA,并构建表达载体转化植株,利用转化株内源的miRNA成熟加工体系,可以产生预设的小分子RNA。利用已知拟南芥miRNA前体为模板,使用替换PCR的方法,人工构建了gso8-ap-miRNA-pBI121表达载体。利用农杆菌介导法转化拟南芥,多数T1代植株表现出提早开花的突变表型。该方法是一种简便、高效的构建小分子RNA表达载体的方法。     

植物丙酮酸磷酸双激酶研究进展

丙酮酸磷酸双激酶(pyruvate orthophosphate dikinase,PPDK)作为C4光合途径中一个非常重要的限速酶,其功能已经清楚,但在C3植物中以及逆境条件下的作用尚不明确。在阐述PPDK基本生物学特征的基础上,重点介绍了PPDK在C4植物和C3植物中的功能、活性调控、基因工程以及PPDK对逆境胁迫应答的研究进展,以期为植物抗逆基因挖掘及抗逆种质创制提供参考。     

大豆遗传转化技术在转基因大豆研究中的应用

大豆是公认的难转化的作物,大豆的遗传转化还没有模式化。利用转基因技术的原理和方法,对大豆遗传体系进行优化,可以实现对大豆产量和品质的改良。综述了应用于大豆遗传转化的研究方法,浅谈转基因技术的重要性,对转基因发展方向进行了展望。现阶段大豆遗传转化的效率依旧偏低,无法形成规模化的转基因体系。因此,建立高效、快速、稳定的大豆组织培养再生体系,解决外源基因难导入的难题,使之广泛应用于大豆生产成为亟待解决的问题。     

部分耐盐小麦品种(系)SSR位点遗传多样性研究

选择有多态性的32对SSR引物对80个小麦耐盐品种(系)进行遗传差异研究,共检测出155个等位变异,平均每个位点上有4.75个等位变异;供试80份耐盐小麦品种(系)来源广泛,遗传基础丰富,表现出较高的遗传多样性,遗传相似系数范围在0.26～0.81;聚类分析结果显示,冬性小麦品种(系)聚为一大类;春性小麦品种(系)也聚为一大类;一些系谱相同或相近的品种(系)遗传相似系数较大;A、B、D基因组中SSR位点平均等位变异差异不大,以B基因组较高.     

小麦TaLEA1基因的表达特征及抗逆功能验证

我国土壤盐碱化日益严重,对我国的粮食安全造成了严重威胁,因此耐盐基因挖掘对作物耐盐育种非常重要。许多研究表明胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)在植物应对非生物胁迫中发挥积极作用。本研究以小麦TaLEA1基因为研究对象,分析了其表达蛋白的理化性质及基因表达模式,并通过在拟南芥中过表达,分析Ta LEA1基因的抗逆功能。结果表明,TaLEA1基因的表达蛋白属于第3组LEA蛋白,是稳定的亲水蛋白,富含α-螺旋、β-转角等结构。Ta LEA1基因在小麦根、茎、叶、花、种子等不同组织中均有表达,盐胁迫条件诱导其高表达。在拟南芥中过表达TaLEA1基因,显著提高了盐胁迫下转基因拟南芥的种子萌发率、根长及盐和旱胁迫下的叶绿素含量。本研究结果为LEA基因抗逆机理的研究和耐盐基因的挖掘提供了重要信息。     

金藜麦耐盐性分析及营养评价

对我国沿海地区新收集种质资源金藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)进行了耐盐性及营养品质评价。结果表明:金藜麦在对盐胁迫相对敏感的芽期和苗期表现出相对较高的耐盐性;子粒蛋白质含量为14.2%,蛋白营养价值优于牛奶以及小麦、水稻、玉米、大豆等作物;子粒中富含维生素B、E等以及钙、锰、铁、铜、锌等矿质元素,特别是钙含量高达190.16 mg/100g,是小米钙含量的35倍;且金藜麦子粒含有丰富的必需脂肪酸,如亚油酸(3.58 g/100g)和亚麻酸(0.44 g/100g),天然抗氧化剂维生素E含量为7.66 mg/100g。这些研究结果表明,新收集的金藜麦种质资源具有较高的营养价值和耐盐性,将为我国藜麦研究和种植提供重要的种质资源。     

过表达TaLEA1和TaLEA2基因提高转基因拟南芥的耐盐性

我国土壤盐碱化日益严重,对我国的粮食安全造成了严重威胁。耐盐基因挖掘对作物耐盐育种非常重要。LEA蛋白家族是一个多基因家族,在植物应对非生物胁迫中发挥重要作用。本课题组前期研究阐明小麦TaLEA1基因在拟南芥中过表达可以提高转基因植物的耐盐性和抗旱性。本研究系统分析了小麦TaLEA2基因表达蛋白的理化性质、基因表达模式及启动子功能区域,并在拟南芥中过表达TaLEA2基因及共表达TaLEA1和TaLEA2基因,分析TaLEA2基因的抗逆功能及2个LEA基因的抗逆效果。结果表明,TaLEA2基因的表达产物属于第3组LEA蛋白,是稳定的亲水蛋白,富含α-螺旋、β-转角等结构。TaLEA2基因在小麦根、茎、叶、花、种子等不同组织中均有表达,盐胁迫条件诱导其高表达。在拟南芥中过表达TaLEA2基因,或过表达TaLEA1和TaLEA2基因都能够提高转基因拟南芥的耐盐性和抗旱性,转基因株系的种子萌发率、根长及叶绿素含量显著高于野生型,且双基因过表达的转基因植物的抗逆能力高于单个基因过表达株系。本研究结果为LEA基因抗逆机理的研究和多基因共转提高植物抗逆性提供了重要信息。