ABA对植物侧根发生的调节(综述)

本文概述侧根发生及其受ABA调控的研究进展.ABA通过抑制部分侧根起始基因的表达、抑制侧根分生组织的活化等调控侧根发生.氮水平和干旱胁迫抑制拟南芥侧根发育,ABA可以缓解这种抑制作用.ABA和生长素在侧根原基发生过程中相互作用,其作用机理较为复杂.     

ABA抑制花生侧根发生

本实验研究了ABA对花生侧根发生的影响。结果表明：用10umol·L-1 ABA浸泡处理花生种子1h或在含ABA的培养基上培养,均抑制侧根的发生,侧根发生率降低,数目减少,长度降低,发生的时间推迟1-2d;用ABA合成抑制剂25umol·L-1 NAPR浸泡后的种子,无论在1／2MS还是在含NAA培养基上培养,侧根发生率、侧根的数目和长度均增加。用NAA的极性运输抑制剂10umol·L-1 TIBA浸泡处理种子后,再在含ABA培养基上培养,侧根不发生,说明ABA抑制花生侧根的发生与种子内源ABA和IAA的水平相关。     

拟南芥AtNCED2基因启动子区域序列克隆及其活性分析

目的:克隆拟南芥AtNCED2基因启动子区域序列,并分析其组织器官特异性及对外界刺激的响应.方法:通过PCR从拟南芥基因组中克隆AtNCED2基因5'侧翼2295bp启动子区域序列(AtNCED2p),并进行生物信息学分析.构建AtNCED2p驱动GUS的植物双元表达载体pAtNCED2p::GUS,通过根癌农杆菌介导法将其转化野生型拟南芥,检测转基因植侏中GUS表达的组织器官特异性.结果:该启动子序列中存在TATA-box、CAAT-box、根器官特异性元件、ABA响应元件、低温响应元件、昼夜节律响应元件等顺式作用元件.GUS活性主要集中在转基因拟南芥根尖及侧根发生部位.外源ABA处理的转基因植株根中GUS活性为174.8nmol 4-MU min-1 mg-1蛋白,明显高于对照值91.7nmol 4-MU min-1mg-1蛋白.结论:AtNCED2基因可能在根的生长和发育中起作用,且外源ABA处理增强其在根中的表达.     

陆地棉GhPYR1基因的克隆和功能分析

植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物应对干旱、盐碱等逆境胁迫以及植物种子萌发、根伸长、芽休眠等阶段发挥重要作用。PYR/PYL/RCAR蛋白家族是ABA受体,与ABA结合后能够启动ABA信号传导通路,诱导ABA应答基因的表达。利用电子克隆和RT-PCR技术从陆地棉中克隆了Gh PYR1基因,其编码的Gh PYR1蛋白与拟南芥中At PYR1蛋白相似度为73%。将Gh PYR1蛋白序列与拟南芥14个PYR/PYL/RCAR家族成员蛋白序列进行比对并构建进化树,发现它与拟南芥PYR/PYL/RCAR蛋白亚家族III亲缘关系最近。过表达Gh PYR1基因的T3代拟南芥在外源ABA处理下,其种子萌发和初期根生长均滞后于野生型,表现出对ABA更加敏感;高盐和干旱胁迫对转基因种子的萌发抑制更强烈,但苗期胁迫处理下转基因拟南芥的长势却明显优于野生型;同时在外源ABA诱导条件下ABA应答基因RD29A、RAB18的表达量较野生型有明显提高。以上结果说明Gh PYR1基因编码的蛋白是ABA的受体,过表达该基因能够提高植物对ABA的敏感性和增强应对逆境胁迫的能力。     

忽地笑LaSUVH1基因克隆与功能分析

为了深入探究忽地笑(Lycoris aurea)组蛋白赖氨酸甲基转移酶(histone lysine methyltransferase, HKMT)基因的功能,该研究根据前期转录组测序结果,采用RT PCR方法克隆得到一个组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因LaSUVH1。序列分结果表明, LaSUVH1基因的编码区(coding sequences, CDs)序列长2 007 bp,编码668个氨基酸残基;LaSUVH1蛋白不具有信号肽结构,无跨膜结构,为亲水性蛋白,含有SET、YDG/SRA、Pre SET和Post SET结构域;序列比对和系统进化树分析发现,LaSUVH1与芦笋AoSUVH1 like蛋白亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,LaSUVH1基因在忽地笑不同组织部位均有表达,且在叶中表达量最高。经潮霉素筛选成功获得3个反义过表达LaSUVH1的转基因拟南芥株系。进一步功能分析发现,反义过表达LaSUVH1促进了拟南芥幼苗侧根的发生,降低了拟南芥对NaCl的耐受性,增加了拟南芥种子萌发对脱落酸(ABA)的敏感性,表明LaSUVH1基因响应盐胁迫应答可能依赖ABA信号通路。     

小麦E3泛素连接酶基因TaAIRP2-1B克隆及功能分析

干旱等非生物胁迫严重影响农作物生产。本研究克隆了小麦(Triticum aestivum L.)TaAIRP2-1B基因,探讨其对非生物胁迫的响应机制,为促进小麦抗旱性的遗传改良提供基因资源。组织特异性表达模式分析显示,TaAIRP2-1B基因在小麦抽穗期的各个组织中均有表达,在茎组织中的表达水平较高,而根系中的表达水平较低。非生物胁迫表达模式分析显示,Ta AIRP2-1B受ABA、PEG及冷胁迫诱导表达。过表达TaAIRP2-1B拟南芥在0.4μmol/L的ABA处理条件下,种子发芽率显著低于野生型,表明TaAIRP2-1B提高了拟南芥种子萌发期对ABA的敏感性。ABA处理抑制转基因和野生型拟南芥幼苗的根系生长,但转基因拟南芥受抑制程度显著高于野生型,表明TaAIRP2-1B提高了拟南芥幼苗对ABA的敏感性。转基因结果表明超表达TaAIRP2-1B增强了拟南芥的抗旱性,并且转基因株系的保水率显著高于野生型。总之,本研究发现小麦基因Ta AIRP2-1B参与了植物对非生物胁迫的应答,可能是通过ABA途径正向调控植物的抗旱性。     

拟南芥高迁移率族蛋白B族基因表达模式分析

为了解高迁移率族蛋白B族(HMGB)基因在拟南芥中的表达模式及作用方式,该研究克隆了拟南芥中5个编码HMGB的基因:AtHMGB1、AtHMGB2、AtHMGB3、AtHMGB4、AtHMGB5,并运用荧光实时定量PCR方法检测野生型拟南芥中以上5种基因在不同器官中的表达及在外源植物激素(ABA、2,4-D)处理前后的表达差异,选取AtHMGB2、AtHMGB4和AtHMGB5分别转化拟南芥并筛选出超表达株系,随即检测ABA诱导下超表达AtHMGB的转基因拟南芥的表型。研究证实:在野生型拟南芥中AtHMGB2在拟南芥各个器官中的表达量远高于其它家族成员,AtHMGB4和AtHMGB5在花、果荚和根中的表达略高于茎和叶;在ABA处理前后AtHMGB家族成员的表达水平有显著差异,其中AtHMGB2的表达被ABA显著负调控;ABA诱导下超表达AtHMGB2的转基因拟南芥与野生型相比出现萌发及生长迟缓现象,但超表达AtHMGB4与AtHMGB5的转基因拟南芥在ABA诱导下的种子萌发和幼苗生长与野生型相比差异不大。研究发现,AtHMGB家族成员在转录水平上响应ABA的方式各有不同,对理解AtHMGB家族成员的生物学功能提供了新的基础。     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控。构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(ArabidopsisthalianaL.)植物和水稻(OryzasativaL.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因。转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高。这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达。在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节。     

水分胁迫下花生叶片AhNCED1蛋白表达与气孔开度的变化

研究了水分胁迫下不同花生抗旱品种叶片气孔开度和相对含水量变化,分析TAhNCEDI基因和AhNCED1蛋白进行表达情况,发现水分胁迫下,叶片相对含水量下降,叶片气孔开度降低,叶片AhNCED1基因和AhNCED1蛋白表达增强。抗旱品种较之敏旱品种在响应水分胁迫初期时（1h）AhNCED1基因和AhNCED1蛋白表达较强,叶片气孔开度下降较快,引发气孔关闭,其叶片相对含水量较高,保水能力较强。ABA合成抑制剂naproxen处理后,叶片AhNCED1基因和AhNCED1蛋白的表达减弱,气孔开度快速增加,水分胁迫下花生叶片AhNCED1蛋白表达可能影响气孔开闭。     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控.构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)植物和水稻(Oryza sativa L.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因.转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高.这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达.在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节.     

花生ASR基因家族特性及其对干旱和盐胁迫的响应

【目的】探究花生ASR基因家族特性及在干旱和盐胁迫响应中的作用,为花生抗旱抗盐新品种的培育提供潜在的基因位点。【方法】通过生物信息学方法对花生ASR家族进行全基因组水平鉴定以及基本特性分析,并借助转录组数据分析其在200 mmol/L NaCl及模拟干旱PEG处理下的表达变化。【结果】（1）通过分析花生栽培种狮头企参考基因组,鉴定到7个花生ASR基因,pI为5.34~6.98,蛋白脂肪系数为23.77~56.84,GRAVY值均为负值,表明这7个蛋白均是亲水性蛋白;（2）AhASR3与AhASR7基因表达模式相似,转录水平较高,基因结构及蛋白结构域和保守基序的位置和数量较相似,motif 5、6、9仅存在于AhASR3与AhASR7蛋白中;（3）AhASR1、AhASR5及AhASR2的启动子区域有干旱诱导MYB转录因子的结合位点,AhASR1、AhASR2及AhASR4的启动子区发现有ABA响应元件;（4）花生盐胁迫处理转录组分析结果显示AhASR2、AhASR3及AhASR7在200 mmol/L NaCl处理后根部出现较明显转录上调;（5）模拟干旱PEG处理转录组数据分析结果显示AhASR1、AhASR3、AhASR4及AhASR7在PEG处理4 h和8 h后,转录水平出现2倍以上上调。【结论】明确花生ASR家族基因和蛋白的基本特性,并鉴定可能参与盐胁迫和干旱胁迫响应的ASR基因,为进一步培育耐盐耐旱花生品种提供重要的目标基因。     

非生物胁迫对花生叶片AhNCED1蛋白表达的影响

AhNCED1(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase 1 in Arachis hypogaea L.)是调控花生ABA(abscisic acid)生物合成的关键限速酶.利用Western blotting研究不同非生物胁迫对花生叶片AhNCED1蛋白表达的影响.结果表明渗透胁迫引起叶片AhNCED1蛋白表达快速(1 h)增加,ABA含量不断升高;NaCl处理后叶片AhNCED1蛋白在胁迫中期(7 h)表达增加,胁迫10 h时ABA含量显著升高;低温处理后叶片AhNCED1蛋白在胁迫后期(10 h)表达增加;高温胁迫后AhNCED1蛋白表达无明显变化.说明花生在感受(高渗、高盐、低温)等非生物胁迫后可能通过激活AhNCED1蛋白的表达,促使花生内源ABA水平升高以适应外界环境.     

拟南芥类受体蛋白激酶基因CRK45对外源钙离子的响应

以拟南芥野生型和类受体蛋白激酶基因CRK45的T-DNA插入突变体crk45为材料,采用差异基因表达筛选技术检测ABA处理后野生型和crk45中基因表达的差异。结果显示:(1)crk45突变体中有1个基因的表达比野生型高约4倍。(2)NCBI数据库检索表明,该基因编码的蛋白具有EF手型结构,蛋白序列全长为130个氨基酸,是典型的Ca2+结合蛋白,故命名为CRK45抑制的钙离子结合蛋白(CICBP)。(3)Northern blotting分析结果显示,ABA处理后crk45突变体中CICBP的表达明显升高,证明CICBP基因的确受ABA诱导,且其表达受CRK45的抑制。(4)外源75mmol/L的Ca2+处理后,crk45突变体的萌发率(30.8%)显著高于野生型(17.16%),说明在Ca2+介导下CRK45的功能是抑制种子萌发。(5)qRT-PCR检测显示,野生型中CRK45的表达受Ca2+诱导明显升高,而crk45突变体中的表达一直保持很低,说明crk45突变体是一个基因敲除突变体;Ca2+处理后crk45突变体中CICBP基因表达上调,而野生型中CICBP的表达反而降低,说明Ca2+处理下CRK45抑制CICBP基因的表达。研究表明,ABA或Ca2+处理后,CRK45通过负调控CICBP基因的表达,从而抑制拟南芥种子萌发。     

花生响应水分胁迫过程中叶片AhCYP707A1蛋白和ABA分布的变化

CYP707A蛋白是高等植物内源ABA代谢主要途径的关键酶,在水分胁迫过程中花生植株Ah CYP707A1蛋白和ABA分布与水平的变化并不清楚。研究结果表明,水分胁迫初期,花生叶片Ah CYP707A1蛋白表达均先被强烈抑制,促进ABA积累,随后蛋白表达回升,参与调节ABA稳态;叶片Ah CYP707A1蛋白以及ABA主要分布在叶片维管组织中。水分胁迫下,经CYP707A蛋白抑制剂处理后,花生叶片ABA分布和含量均有提高。抗旱花生品种‘粤油7’在水分胁迫下,Ah CYP707A1蛋白的表达以及分布均强于敏旱品种‘汕优523’,表明ABA代谢更为活跃。     

拟南芥CIPK1基因的功能初步分析

以模式植物拟南芥为材料,采用RT-PCR分析、基因克隆、转化等方法对CIPK1基因功能进行了研究.结果发现,CIPK1(CBL-interacting protein kinase 1)基因在拟南芥茎和花中表达量最高,在叶中表达量最低;ABA能迅速诱导CIPK1基因的表达,GA则抑制该基因的表达,但2,4-D和6-BA对该基因的表达无明显影响;通过对CIPK1基因转基因突变体进行ABA处理,发现转基因拟南芥种子的萌发率明显高于野生型.以上结果表明CIPK1基因的表达具有组织特异性,并且该基因参与ABA和GA信号传导,尤其在ABA促进种子休眠的信号传导途径中具有非常重要的作用.     

大豆转录因子GmC2H2基因转化拟南芥效果分析

GmC2H2转录因子基因是本实验室获得的一个编码172个氨基酸携带516bp核苷酸的转录因子,属于经典C2H2型锌指蛋白.通过构建植物表达载体GmC2H2-pCAMBIA1304,借助优化的Floral-dip法转化模式植物拟南芥,经潮霉素Hygromycine( 45-50 mg/L)抗性筛选获得转基因拟南芥植株.GUS组织染色分析表明,GmC2H2基因在生长12d的转基因拟南芥幼苗中,表达部位主要集中在根部.对转基因拟南芥进行了低温(1℃)和脱落酸(200 μmol/L)胁迫处理,测定其生理生化指标,通过real-time qPCR确定目的基因在转基因拟南芥中的表达情况.结果表明,携带GmC2H2目的基因的转基因拟南芥中脯氨酸和可溶性糖水平要高于野生型植株,而丙二醛水平要低于野生型,在抗逆性方面明显优于野生型拟南芥植株;并且胁迫处理下的转基因拟南芥中GmC2H2基因的表达量要高于未胁迫处理的转基因植株,说明GmC2H2基因的表达受低温和ABA的诱导,初步明确了该转录因子基因的功能.     

拟南芥RopGEFs家族基因在外源脱落酸处理下的表达分析

ABA不同浓度和不同时间处理拟南芥野生型7天龄幼苗,采用实时荧光定量PCR方法,分析小G蛋白ROP10和ROP乌苷酸交换因子RopGEFs基因的表达水平差异。结果表明,RopGEF7-10,12及33没有检测到表达,而RopGEFI-6,11,14ROP10在ABA处理下表现出不同的应答趋势,其中RopGEF5基因的表达变化与ROP10的变化相似。推测RopGEF5有可能在ROP10介导的ABA信号转导途经中起调控作用。     

拟南芥prr5突变体对ABA的响应

以拟南芥为材料,统计PRRs （pseudo-response regulators）突变体 prr5及其野生型经ABA处理后的萌发率、根长和NaCl处理后的萌发率,并采用实时定量PCR方法,对不同浓度ABA处理的拟南芥幼苗中的PRR5基因表达进行分析.结果表明：prr5突变体对ABA弱敏感,其种子萌发率比野生型显著或极显著增高,主根比野生型长,且PRR5基因表达受ABA抑制.同时,NaCl处理后,prr5的萌发率比野生型极显著增高.因此,推测prr5可能为ABA信号通路相关基因.     

拟南芥GEF14不独立参与ROP10介导的ABA信号转导途径

通过PCR扩增技术,从DNA和mRNA水平上鉴定出拟南芥GEF14基因的T-DNA插入纯合突变体gef14-1。不同浓度ABA处理拟南芥野生型(Col-0)及gef14-1的7 d龄幼苗,采用实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,Q-PCR)方法,分析小G蛋白ROP10的表达模式,结果表明gef14-1在不同浓度ABA处理下的ROP10的表达模式与Col-0中的一致;表型分析结果显示gef14-1与野生型并无明显区别。推测GEF14不参与ROP10介导的ABA信号转导途径或其调控与其他GEFs存在功能冗余。     

Leukamenin E调节拟南芥幼苗根部生长素极性运输及根系生长发育

本文采用14种拟南芥转基因报告株系,研究了对映-贝壳杉烷二萜(leukamenin E)调节拟南芥根部生长素极性运输转运蛋白表达并影响根生长发育的机制。结果表明:leukamenin E浓度在20～40μmol·L~(-1)范围显著抑制拟南芥幼苗主根的生长,较低浓度leukamenin E(10μmol·L~(-1))促进侧根提前发生并增加侧根数量; 10～30μmol·L-1的leukamenin E在处理拟南芥幼苗48 h后可显著提高其根尖部生长素水平;进一步检测根部生长素极性运输转运蛋白表达,发现该浓度条件下leukamenin E促进PIN1在转录水平表达并增加其蛋白丰度,但在转录水平抑制PIN2表达并减少其蛋白丰度;同时,显著减少PIN3、PIN7和PIN4蛋白在小柱和静止中心及其周围细胞的丰度以及AUX1的定位丰度; Leukamenin E对PIN1丰度的上调以及对PIN2、PIN3、PIN4、PIN7和AUX1定位丰度的减少可导致生长素在根尖顶部的积累以及根部生长素浓度梯度的改变,引起根生长的抑制及侧根的提前发生。