外源水杨酸对盐胁迫下小桐子幼苗脯氨酸代谢的影响

以小桐子幼苗为材料,设置盐胁迫(200mmol·L-1 NaCl)和外源水杨酸处理(0~2.0mmol·L-1 SA)水培试验,通过检测幼苗叶片脯氨酸含量、脯氨酸代谢关键酶活性及相关代谢酶基因的表达水平,研究了外源水杨酸对盐胁迫下小桐子幼苗脯氨酸代谢机理的影响。结果显示:(1)外源0.9mmol·L-1 SA处理可显著提高盐胁迫下小桐子幼苗的脯氨酸含量,上调脯氨酸合成关键酶Δ1-吡咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS)和鸟氨酸转氨酶(OAT)活性,以及上调JcP5CS和JcOAT基因的表达水平。(2)SA也显著抑制了脯氨酸降解酶ProDH的活性及JcProDH基因的表达水平。(3)SA处理还显著提高了盐胁迫下小桐子幼苗的组织活力,降低了叶片电解质渗漏率和丙二醛(MDA)含量。研究发现,外源SA可通过活化脯氨酸合成的谷氨酸途径和鸟氨酸途径,以及抑制脯氨酸的降解途径来促进盐胁迫下小桐子幼苗脯氨酸的积累;外源SA处理也可提高小桐子幼苗的耐盐性,且这种提高可能与SA诱导脯氨酸的积累密切相关。     

外源ABA对低温胁迫下小桐子幼苗脯氨酸积累及其代谢途径的影响

本文以小桐子为材料,研究了外源脱落酸（ABA）对低温胁迫下小桐子幼苗脯氨酸积累的影响。结果表明,低温胁迫（5℃）可促进小桐子幼苗体内脯氨酸的积累,上调脯氨酸合成关键酶Δ¹-吡咯琳-5-羧酸合成酶（P5CS）和鸟氨酸转氨酶（OAT）的活性,上调P5CS基因（JcP5CS）的表达,及抑制脯氨酸降解酶脯氨酸脱氢酶（Pro DH）的活性。用外源ABA处理低温胁迫下的小桐子幼苗,发现150μmol·L^-1的ABA可显著提高其低温胁迫下的脯氨酸含量,上调P5CS的活性和JcP5CS的表达水平,及抑制ProDH的活性。表明外源ABA可通过活化脯氨酸合成的谷氨酸途径和抑制脯氨酸的降解途径来促进低温胁迫下小桐子幼苗脯氨酸的积累。     

外源茉莉酸甲酯对盐胁迫下小桐子幼苗渗透调节和脯氨酸代谢的影响

以小桐子幼苗为材料,采用人工气候箱内水培试验,设置不同浓度(0、20、40、60、80、100μmol·L^(-1))茉莉酸甲酯(MeJA)和150 mmol·L^(-1)NaCl胁迫处理,分析不同处理条件下小桐子幼苗叶片的组织活力、MDA含量、水势、含水量和叶片渗透调节物质脯氨酸、甜菜碱和可溶性糖的含量,以及脯氨酸代谢关键酶P5CS、OAT和甜菜碱合成关键酶BADH活性和相关基因表达水平,探讨外源茉莉酸甲酯对盐胁迫下小桐子幼苗渗透调节能力的影响及其机制。结果表明:(1)外源MeJA处理可提高盐胁迫下小桐子幼苗叶片的组织活力和叶片含水量,降低小桐子幼苗叶片的MDA含量和水势,且60μmol·L^(-1)浓度处理效果最佳。(2)外源MeJA处理可提高盐胁迫下小桐子幼苗叶片的脯氨酸、甜菜碱和可溶性糖的含量,且60μmol·L^(-1)MeJA处理显著提高了盐胁迫下小桐子幼苗内源茉莉酸、脯氨酸和甜菜碱的含量。(3)60μmol·L^(-1)MeJA也提高了盐胁迫下小桐子BADH、P5CS和OAT的活性,并上调了JcBADH、JcP5CS、JcOAT基因的表达水平,但MeJA降低了脯氨酸降解酶ProDH的活性,下调了JcProDH基因的表达。研究发现,在盐胁迫条件下,外源MeJA通过活化脯氨酸生物合成的谷氨酸和鸟氨酸途径,尤其是鸟氨酸途径,以及抑制脯氨酸降解途径来促进小桐子幼苗脯氨酸的积累,同时MeJA也激活了幼苗体内甜菜碱的生物合成过程,从而强化了盐胁迫下幼苗的渗透调节作用和耐盐性,表明MeJA诱导的渗透调节在小桐子耐盐性形成过程中发挥着重要作用。     

稻纵卷叶螟几丁质合成酶及合成通路相关酶基因的鉴定及表达分析

【目的】稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis(Guenee)是水稻上的四大害虫之一,危害较为严重,近年来以几丁质合成和代谢过程作为害虫防治的标靶研究已成为热点。为阐明几丁质合成酶及合成通路上关键酶的作用,本研究开展了对稻纵卷叶螟几丁质合成酶及合成相关通路上关键酶的克隆及时空表达分析。【方法】本研究基于稻纵卷叶螟转录组,结合PCR及RACE技术,克隆了几丁质合成酶代谢通路上的4条基因的c DNA全长;利用生物信息学软件对序列进行结构预测、序列比对和进化分析;采用实时定量PCR技术研究了4条基因在不同虫态和幼虫的不同组织中的表达情况。【结果】获得了2条几丁质合成酶序列及2条合成通路上的基因序列,包括几丁质合成酶A(Chitin synthase A,CHSA),几丁质合成酶B(Chitin synthase B,CHSB),N-乙酰葡糖胺磷酸变位酶(Phosphoacetylglucosamine mutase,PGM和UDP-N-乙酰葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-N-acetylglucosamine pyrophosphorylase,UAP),并分别命名为Cm CHSA、Cm CHSB、Cm PGM和Cm UAP;序列分析显示Cm CHSA序列全长4 868 bp,编码1 564个氨基酸。Cm CHSB序列全长4 651 bp,编码1 525个氨基酸。Cm PGM全长1 934 bp,编码548个氨基酸。Cm UAP序列全长1 837 bp,编码487个氨基酸。实时定量研究表明,Cm UAP和Cm PGM在血淋巴中表达量最高,Cm CHSA在头部和表皮中表达量较高,而Cm CHSB在中肠中表达量最高。【结论】本研究得到了稻纵卷叶螟几丁质合成路径的4个关键酶基因c DNA全长,它们在稻纵卷叶螟的不同组织和虫态中呈现了差异显著的时空表达,本文为进一步探究稻纵卷叶螟的几丁质合成酶的生理功能和几丁质的合成代谢途径奠定了基础。     

ABA对低温胁迫下小桐子幼苗耐冷性及甜菜碱积累的影响

旨在探讨外源脱落酸(ABA)对低温胁迫下小桐子幼苗耐冷性及甜菜碱积累的影响。用150μmol/L ABA处理低温胁迫下的小桐子幼苗,研究其对小桐子幼苗存活率,根系活力,电解质渗漏率,MDA含量,甜菜碱含量及其代谢关键酶BADH活性和Jc BADH基因表达水平的影响。结果表明,外源150μmol/L ABA处理可显著提高低温胁迫下小桐子幼苗的存活率和根系活力,降低电解质渗漏率和MDA含量;ABA也提高了低温胁迫下小桐子幼苗的甜菜碱含量,上调了BADH的活性和Jc BADH的表达水平。因此,ABA可提高低温胁迫下小桐子幼苗的耐冷性,并且在ABA诱发的小桐子幼苗耐冷性的提高过程中,甜菜碱发挥着重要作用。     

赤霉素、钙和甜菜碱对小桐子种子萌发及幼苗抗低温和干旱的影响

小桐子(Jatropha curcas L.)属大戟科( Euphorbiaceae)麻疯树属(Jatropha L.)的能源植物。分别以小桐子种子和幼苗为实验材料,研究了不同浓度的赤霉素和CaCl₂单独处理,以及不同浓度的赤霉素、CaCl₂和甜菜碱组合处理对小桐子种子萌发及幼苗抗低温和干旱的影响。结果表明:分别用10 mg/L赤霉素和10 mmol/L CaCl₂处理小桐子种子,不仅可以提高其在正常萌发条件(26℃)、低温(18℃)和干旱胁迫(5% PEG6000)下的发芽率,还可缓解小桐子幼苗在低温(2℃)或干旱胁迫(25% PEG6000)下电解质渗漏率的增加和丙二醛(MDA)的积累。用10 mg/L赤霉素、5 mmol/L CaCl₂和15 mmol/L甜菜碱组合处理小桐子种子,也可进一步增强其在正常萌发(26℃)、低温(18℃)和干旱胁迫(5% PEG6000)条件下种子的发芽率,以及缓解小桐子幼苗在低温(2℃)或干旱胁迫(25% PEG6000)下电解质渗漏率的增加和MDA的积累,表明10 mg/L赤霉素和10 mmol/L CaCl₂分别处理或10 mg/L赤霉素、5 mmol/L CaCl₂和10 mmol/L甜菜碱组合处理可提高小桐子种子在低温和干旱胁迫下的发芽率,以及提高小桐子幼苗对低温和干旱胁迫的抵抗能力。     

植物中棉子糖系列寡糖代谢及其调控关键酶研究进展

棉子糖系列寡糖代谢与植物生长发育、逆境胁迫、种子耐贮性及脱水耐性等关系密切.棉子糖系列寡糖的合成从棉子糖的合成开始,由半乳糖苷肌醇上的半乳糖基的转移依次生成棉子糖、水苏糖、毛蕊花糖等.寡糖代谢是一个复杂的调控体系,其中肌醇-1-磷酸合成酶、肌醇半乳糖苷合成酶、蔗糖合成酶、棉子糖合成酶、水苏糖合成酶和毛蕊花糖合成酶等参与了棉子糖系列寡糖的生物合成过程.本文对植物中棉子糖系列寡糖的代谢及其重要调控酶的特性、功能及分子生物学研究进展进行综述.     

液质联用法测定干旱胁迫下红砂(Reaumuria soongorica)叶片F3H、DFR酶活性

黄烷酮3-羟化酶(flavanone 3-hydroxylase,F3H)和二氢黄酮醇4-还原酶(di-hydroflavonol 4-reductase,DFR)是类黄酮合成途径中的2个关键酶,研究其活性的变化对探讨类黄酮合成途径的调控有重要的意义。以荒漠植物红砂(Reaumuria soongorica)为材料,建立了类黄酮合成途径关键酶F3H、DFR活性的液质联用检测法,研究干旱胁迫对红砂叶片F3H、DFR酶活性的影响。结果表明,F3H酶作用的底物柚皮素和DFR酶作用的底物二氢槲皮素的检测含量线性范围分别为0.04～1.20μg(r=0.998)和0.08～2.40μg(r=0.998)。因此,本方法可用于测定F3H、DFR酶活性。根据以上建立的方法,对干旱胁迫处理下,不同处理时间的红砂植株叶片进行F3H、DFR酶活性的测定,结果表明,干旱胁迫下,F3H酶活性随着干旱胁迫处理时间的延长,先升高后降低至处理前水平。DFR酶活性随干旱胁迫时间的延长逐渐升高。表明干旱胁迫对红砂叶片F3H、DFR酶活性有诱导作用。     

干旱胁迫下丹参数字基因表达谱分析

丹参是中国传统大宗药材,具有重要的药用价值,但其品质受干旱胁迫影响较大,而对丹参响应干旱胁迫的应答机制尚不明确。本研究基于数字基因表达谱技术,对干旱胁迫处理后的丹参植株cDNA文库进行了差异基因表达谱分析。分析结果表明,共有5 740条基因受干旱胁迫诱导差异表达,其中1 143条表达上调,4 597条表达下调。Gene Ontology (GO)功能显著性富集分析表明,干旱胁迫应答基因的生物学功能主要集中在催化活性和结合活性中。Pathway显著性富集分析结果表明,上调基因显著富集在黄酮生物合成途径、核糖体途径、苯基丙酸类生物合成途径、半胱氨酸蛋氨酸代谢途径和植物激素生物合成等途径,下调基因则主要富集在鞘糖脂的合成途径、糖胺聚糖降解途径、卟啉代谢和叶绿素代谢途径上。随机抽取9个差异表达基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与EDG检测结果一致。本研究的分析结果有助于进一步了解丹参响应干旱胁迫的分子机制,为干旱应答功能基因的筛选奠定基础。     

拟南芥肌醇半乳糖苷合成酶与棉子糖合成酶的体外催化活性比较

[目的]基因克隆及原核表达纯化后比较拟南芥的2个肌醇半乳糖苷合成酶及2个棉子糖合成酶的体外催化活性,为微生物法或酶法合成棉子糖尊定基础。[方法]RT-PCR克隆拟南芥的肌醇半乳糖苷合成酶(GolS1及GolS3)与棉子糖合成酶(RafS1及RafS5)的基因,分别构建原核表达菌株,诱导表达纯化获得酶,电泳检测及蛋白定量后进行体外酶催化反应,HPLC分析产物。[结果]克隆到GolS1与GolS3及RafS1与RafS5的基因,原核表纯化获得纯酶,以反应体系中目标产物生成速率衡量,GolS1与GolS3催化速率分别为0.51和0.28mmol/(mg·min),RafS1与RafS5的催化速率分别为0.45和0.21mmol/(mg·min)。[结论]拟南芥的肌醇半乳糖苷合成酶(GolS1及GolS3)与棉子糖合成酶(RafS1及RafS5)基因经异源表达后具有良好酶活,其中GolS1酶活是GolS3的1.82倍,RafS1酶活是RafS5的2.14倍。     

水曲柳丙二烯氧化物合成酶基因FmAOS序列与表达模式分析

茉莉酸(jasmonic acid,JA)作为一种重要的信号分子参与了植物的生长发育过程,JA生物合成途径中的关键酶为丙二烯氧化物合成酶(allene oxide synthase,AOS)。本研究克隆了水曲柳(Fraxinus mandschurica)AOS基因,命名为Fm AOS。生物信息学分析表明该基因全长1 605 bp,具有完整的开放阅读框,编码534个氨基酸。Fm AOS为两性不稳定性蛋白,不存在信号肽,具有跨膜能力,亚细胞定位预测其存在于叶绿体中。三维建模分析表明该蛋白属于混和型。Fm AOS表达模式分析表明,其响应了寒冷、Na Cl、干旱等非生物胁迫及脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)等植物激素信号,但表达模式各不相同,说明Fm AOS参与了植物的生长发育和逆境胁迫的平衡。本文为Fm AOS功能的深入研究提供参考。     

基于整合方法分析茶树响应病原真菌胁迫的共有模式

为探讨茶树(Camellia sinensis)对病菌胁迫的共有响应模式和抗病机制,运用生物信息学方法对多组RNA-seq数据进行提取、整合及功能富集,结合多种工具和数据库资源对主要调控分子及蛋白互作模块加以分析。结果表明,病原真菌胁迫下,茶树有较多细胞色素P450家族成员表达显著上调;类固醇和激素的代谢过程、苯丙烷合成途径被激活,有丝分裂细胞周期调控、DNA甲基化等生物过程及光合作用途径受到抑制;主要调控分子如转录因子WRKY和NAC、激酶RLK-Pelle和CAMK等以上调为主。差异表达的蛋白互作模块分析表明,有丝分裂周期调控、基于微管运动、淀粉和蔗糖代谢、细胞壁多糖合成、光合作用、类黄酮代谢模块明显下调,木质素合成和萜类生物合成模块上调;且模块之间可能存在互作。病菌胁迫激活的木质素和萜类合成途径的关键基因包括阿魏酸-5-羟基化酶基因F5H、过氧化物酶基因POD和萜类合成酶基因HMGR等。细胞色素P450基因可能在病菌胁迫中起关键作用,增强木质素和萜类物质的合成、削弱光合作用可能是茶树响应真菌胁迫的核心模式。     

小桐子半胱氨酸蛋白酶家族和相应miRNAs的鉴定及其对低温锻炼的响应

小桐子(Jatropha curcas)是一种极具潜力的能源植物及冷敏植物,12°C低温锻炼可显著提高其耐冷性。在全基因组水平上对小桐子半胱氨酸蛋白酶家族及靶向其基因的miRNAs进行鉴定、生物信息学分析和表达特性分析,并对该基因家族成员与miRNAs互作参与调控小桐子对低温锻炼的响应进行解析。结果表明,在小桐子基因组...     

蔗糖磷酸合成酶研究的新进展

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)是高等植物体内控制蔗糖合成的关键酶之一,它主要通过异构调节和磷酸化修饰在酶水平调节蔗糖合成。本文简要介绍SPS家族的成员、SPS蛋白上的3个磷酸化位点,以及SPS的生物学功能、SPS与磷酸蔗糖磷酸酶的关系等。     

小桐子低温胁迫下microRNA实时荧光定量PCR内参的筛选与比较

选择合适的内参对实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果的准确性极其重要,在microRNA(miRNA)的qRT-PCR分析中尤为如此。通过筛选适宜分析小桐子低温胁迫下miRNA定量表达的内参,为小桐子及其他物种mi RNA的qRT-PCR分析提供有用的理论参考。基于以前的小RNA-seq结果,以低温处理的小桐子为材料,挑选11个候选内参基因,用实时荧光定量PCR技术检测它们在不同样本中的表达量,采用GeNorm、NormFinder和BestKeeper软件进行表达稳定性综合分析。结果表明,表达最稳定的基因是miR6448和U6,miR6448的Ct值为23左右,表达丰度适中;U6的Ct值为10左右,表达丰度高;因此,miR6448可作为小桐子低温胁迫下表达丰度适中的miRNA qRT-PCR的内参基因;U6可作为小桐子低温胁迫下丰度较高的miRNA qRT-PCR的内参基因。     

泡核桃肌醇半乳糖苷合成酶基因克隆及表达分析

肌醇半乳糖苷合成酶是植物中棉子糖系列寡糖合成中的关键酶,在植物抗性生理中扮演重要作用。本研究利用RT-PCR技术从泡核桃中成功克隆获得一个受冷害诱导的肌醇半乳糖苷合成酶基因(Js GS1),其含有1 026 bp的开放阅读框,编码341个氨基酸,登录号为:KX657831。该基因推断的蛋白与核桃(Juglans regia)GS蛋白的相似性为89%;系统进化树分析显示其与核桃、麻疯树(Jatropha curcas)、蓖麻(Ricinus communis)形成一个分支。半定量PCR显示:低温4℃处理3 h后有微弱表达,6 h后大量表达。这说明Js GS1是典型的受冷害诱导的GS基因。本研究为揭示泡核桃抗寒机理以及肌醇半乳糖苷合成酶在冷害胁迫下的作用提供帮助,并为利用基因工程手段培育抗寒新品种提供理论依据。     

小桐子肌醇半乳糖苷合成酶3的基因克隆及其生物信息学分析和功能初步验证

旨在研究可溶性糖在小桐子抗冷性形成中的作用机制及其相关抗冷基因工程的应用。克隆了小桐子肌醇半乳糖苷合成酶家族成员3基因(Jc GS3)的全长c DNA,序列长1 053 bp,包含完整的开放阅读框1 008 bp,编码由335个氨基酸组成的酶蛋白(理论分子量为38 k D、等电点为5.44,含有典型的Dx D基序)。对其相应基因组序列中启动子区域进行分析,鉴定到了TATA框、CAAT框、CRT/DRE低温响应元件以及ABA应答元件等。进一步将其在酵母中表达,发现该基因的表达能够显著提高其重组酵母菌的低温抵抗能力。     

PEG胁迫及复水对不同抗旱性小麦幼苗脯氨酸代谢关键酶活性的影响

以两种不同抗旱性小麦品种幼苗为试验材料,采用PEG模拟干旱胁迫处理,探究干旱胁迫及复水对小麦幼苗叶片与根系脯氨酸累积及关键酶活性的影响。结果显示:(1)PEG胁迫下抗旱品种‘普冰143’根长和根干重下降不大,而水敏感品种‘郑引1号’根长和根干重下降显著;且于胁迫处理36h时‘普冰143’根系脯氨酸含量增加(75.0%)显著大于‘郑引1号’(37.7%),复水24h后均恢复至对照水平。(2)PEG胁迫下‘普冰143’叶片中谷氨酸合成途径关键酶P5CS和鸟氨酸合成途径关键酶δ-OAT活性均显著增加,且‘普冰143’叶片脯氨酸两条合成途径关键酶活性均得以加强;PEG胁迫处理36h时,‘郑引1号’叶片中P5CS活性增加显著,δ-OAT活性变化较小,且‘郑引1号’叶片脯氨酸合成可能以谷氨酸途径为主;但在PEG胁迫下两个不同抗旱性品种的根中P5CS、δ-OAT活性均变化较小。(3)PEG胁迫处理36h时‘普冰143’叶片脯氨酸降解酶PDH活性显著下降,而‘郑引1号’叶片PDH活性显著增加,复水后抗旱品种叶片该酶活性显著增加,水敏感品种恢复至对照水平;但PEG胁迫处理下两个不同抗旱性品种的根中PDH活性均显著下降。研究表明,PEG胁迫下小麦叶片是合成脯氨酸的主要部位,抗旱品种‘普冰143’根系脯氨酸持续积累与叶片中高的脯氨酸合成关键酶活性及脯氨酸转运有关。     

丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究进展

丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza, AM)对于植物适应各种逆境胁迫具有重要生态学意义。有关菌根共生体对植物抵御干旱胁迫的积极作用已有较多文献报道:无论在植物个体层面——AM调节植物水分生理,还是在生态层面——干旱条件下菌根真菌和宿主植物之间的互动关系,人们都已有一定的认识。然而,目前对于菌根植物适应干旱胁迫的生理和分子机制还缺乏系统深入的研究。综述了近年来相关研究成果,从干旱胁迫相关植物基因入手,讨论了AM对晚期胚胎富集蛋白(LEA)、脯氨酸合成限速酶△¹-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)、水孔蛋白(MIPs),及脱落酸合成途径重要酶9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)编码基因的可能调控机制,旨在揭示AM共生体提高植物抗旱性的分子基础和实质贡献,同时通过分析当前研究工作薄弱之处及未来研究热点,期望推动相关研究进展。     

小桐子JcLEA4基因克隆及表达和功能分析

LEA蛋白是一类跟抗逆性紧密相关的蛋白,在不同物种中都有大量发现。基于前期对小桐子叶片在干旱锻炼和干旱胁迫下的RNA-seq分析,本研究分离出一个LEA编码基因(XM_012232372.1),经序列分析可知该蛋白基因CDS序列全长为459 bp,编码蛋白由152个氨基酸组成。多重序列比对和进化分析显示该蛋白属于第四组典型亲水性LEA蛋白,暂命名为Jc LEA4。荧光定量PCR分析发现,幼苗叶片中Jc LEA4转录本的积累受到空气干旱胁迫和外源ABA处理的显著诱导。在酿酒酵母中异源表达分析显示,Jc LEA4的过表达提高了转基因酵母对PEG模拟干旱胁迫的存活率和生长速率,表现出增强的耐受性。本研究初步证实了Jc LEA4基因与抗旱性紧密相关,为以后小桐子的抗旱性遗传改良提供了良好的基因资源。