沙冬青AmFAD7和AmFAD8基因的克隆与转化及其功能初步分析

对强抗逆植物蒙古沙冬青2个脂肪酸去饱和酶基因AmFAD7和AmFAD8的功能进行了初步研究。结果表明:(1)AmFAD7和AmFAD8的编码蛋白分别含455和457个氨基酸残基。(2)半定量RT-PCR分析显示,在野外生长植株的嫩叶中,AmFAD7表达量在夏季很低、冬季较高,春秋两季略低于冬季,而AmFAD8在春秋两季和初冬时表达量高于其他月份;在低温(4℃~-6℃梯度降温)处理2~48h的幼苗中,AmFAD7的表达呈先降低后升高的变化趋势,而AmFAD8的表达比处理前略有上调;在高温(42℃)处理2~48h的幼苗中,2个基因的表达均被抑制,尤其对AmFAD7的抑制较为迅速而且明显;在干燥处理2~48h的幼苗中,AmFAD7的表达量有较明显的升高,而AmFAD8则略有降低。(3)成功构建了2个基因的植物表达载体(p3300-35S-AmFAD7和p3300-35S-AmFAD8)并转化拟南芥,分别获得18和16个转基因株系。RT-PCR检测表明,其中F7-1和F7-2以及F8-1~F8-4转基因株系中目的基因的表达量均较高。(4)相对电导率分析显示,在正常温度下,AmFAD7转基因株系(F7-1和F7-2)的相对电导率与野生型无显著差异;在低温(-1℃)胁迫24h后,F7-1和F7-2的相对电导率(分别为32.8%和36.1%)显著低于野生型(48.5%),而在高温(37℃)胁迫24h后,F7-1和F7-2的相对电导率(分别为44.7%和41.9%)显著高于野生型(33.2%)。研究表明,AmFAD7在转录水平受低温和干燥胁迫的诱导,但被高温胁迫抑制,而AmFAD8的转录受低温诱导但被干燥和高温胁迫抑制;在拟南芥中组成型表达AmFAD7增强了转基因植株在低温胁迫下细胞膜的稳定性及其耐冻性,但却增加了其在高温胁迫下的细胞膜损伤程度和热敏感性。     

沙冬青AmNAC3转录因子基因在抗旱性和抗寒性中的功能鉴定

为了研究强抗逆植物沙冬青Am NAC3转录因子基因在抗旱性和抗寒性中的功能,首先利用半定量RT-PCR方法对该基因进行了表达分析。结果表明,在室内培养的沙冬青幼苗中,Am NAC3有一定量的基础表达,在干旱胁迫下其转录水平明显上调,而在低温胁迫下其表达上调较弱。然后利用5'RACE技术获得该基因的5'端序列及全长cDNA序列,并利用RT-PCR方法克隆到其全长编码区(846bp)。将编码区片段构建到植物表达载体上,利用农杆菌介导法获得转基因拟南芥。进一步分析表明,转基因拟南芥对于干旱和低温胁迫的抗性表型与野生型无明显差异,但其离体叶片的失水率和气孔开度均大于野生型。此外,转基因幼苗中气孔开闭相关基因ABI1和ABI2的表达量降低。这些结果表明,Am NAC3可能主要在响应干旱胁迫和调节气孔开闭及叶片保水性中发挥功能,而在抵抗低温胁迫中无明显作用。     

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.     

沙冬青AmCaM1基因的克隆及其功能初步分析

钙调素(calmodulins, CaMs)是一类非常保守的Ca2+感受蛋白,在Ca2+信号转导中起重要调节作用。本研究分析了强抗逆植物沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)AmCaM1在非生物胁迫下的表达变化,克隆了该基因并将其构建到植物表达载体上,然后转化拟南芥进行了初步的功能分析。结果表明,AmCaM1的转录水平在低温、干旱和盐胁迫下迅速上调;其cDNA编码区由450 bp组成,编码蛋白含149个氨基酸残基,在其一级结构中具有四个保守的EF-手型基序;将该基因转化拟南芥可提高种子萌发期对水分胁迫的耐性,而对耐盐和耐冷性无明显作用。     

甜高粱FAD7基因的功能分析

从甜高粱自交系M81-E中分离并克隆出ω-3脂肪酸去饱和酶FAD7(Fatty acid desaturase)基因,然后构建表达载体侵染拟南芥获得SbFAD7过表达拟南芥的纯合植株,通过测定和分析低温处理条件下野生型和过表达植株的Fo、Fv/Fm、电导率、MDA、超氧阴离子自由基和过氧化氢含量等指标,初步说明该基因在提高植物抗冷性方面具有重要的作用。     

拟南芥lncRNA-At5NC056820过表达载体构建及其转基因植株的抗旱性研究

以拟南芥At5NC056820为研究对象,构建其过表达载体,以蘸花法侵染拟南芥,经半定量PCR鉴定成功获得了12株过表达株系,并测定转基因植株在干旱胁迫下的生理指标,分析转基因植株的抗旱性,以明确At5NC056820对干旱胁迫的响应,为进一步揭示lncRNA影响植物抗旱性的分子机制提供依据。结果显示:(1)成功构建出含有At5NC056820的载体,并得到了12株阳性植株。(2)阳性植株经RCR验证,证实At5NC056820已在拟南芥中过表达;转基因拟南芥A-3、A-7和A-8在干旱处理下均较野生型长势良好。(3)干旱处理10d后,转基因拟南芥的游离脯氨酸含量为2 429.58μg·g~(-1),比野生型高2.2~2.5倍;转基因拟南芥叶绿素含量为0.82mg·g~(-1),平均下降了48.9%,而野生型拟南芥下降了63.0%;转基因拟南芥丙二醛含量为2.15 mmol·L~(-1)·g~(-1),其上升量较野生型少1.19mmol·L~(-1)·g~(-1);转基因拟南芥的植物组织相对含水量为53.73%,其下降量较野生型少19.0%。研究表明,lncRNA-At5NC056820能够在一定程度上提高拟南芥的耐旱性。     

毛竹MYB转录因子PeMYB2的克隆与功能分析

MYB类转录因子在调控逆境应答基因的表达起着重要的作用, 是最大的植物转录因子之一。文章通过同源基因克隆方法和RACE(Rapid-amplification of cDNA ends)技术, 以毛竹幼苗为材料, 获得一个MYB类转录因子, 命名PeMYB2。氨基酸序列分析表明, PeMYB2具有典型的R2R3-MYB特征, N端含有两个串联重复保守结构域, C端含有一个膜蛋白DUF3651; 进化树分析表明, PeMYB2与水稻OsMYB18序列相似性最高, 达到85.98%; 酵母单杂实验表明, PeMYB2具有转录激活功能。将PeMYB2转化拟南芥对其功能进行分析, 获得7株转基因纯合体植株。比较转基因和野生型拟南芥表型发现, PeMYB2的过量表达使转基因拟南芥出现矮化、晚花的现象; 非生物胁迫处理(盐胁迫、干旱胁迫、低温胁迫)结果表明, 转基因拟南芥中PeMYB2的过量表达, 导致转基因植株对盐胁迫和低温胁迫有更高的耐性, 但是对低温胁迫的耐受性没有明显的变化; 进一步通过盐胁迫信号通路相关Marker基因(NXH1、SOS1、RD29A、COR15A)的定量PCR实验验证, 发现PeMYB2对下游这些抗逆基因的表达具有调控作用。上述实验结果表明, 毛竹PeMYB2可参与非生物胁迫调控, 对毛竹盐胁迫和低温胁迫的响应起着重要的作用。     

AtNHX5基因过量表达对拟南芥耐盐性的影响

为了研究AtNHX5基因在植物耐盐中的作用,构建了植物过量表达载体pROKⅡ-AtNHX5,并转化拟南芥。结果显示:(1)RT-PCR检测表明,转基因拟南芥中AtNHX5基因的表达大幅提高。(2)对转基因纯合株系进行耐盐性分析显示,AtNHX5过量表达提高了植株在种子萌发和苗期的耐盐性。(3)转基因植株在盐处理下的干重、鲜重以及地上部分Na+、K+含量均高于野生型对照。在200mmol/L NaCl处理下,以转基因株系a1-4为例,其地上部分单株鲜重、单株干重、K+含量分别是野生型的1.27、1.54、1.16倍,较野生型显著升高。研究表明,过量表达AtNHX5基因促进了盐胁迫下转基因植株对K+的吸收,转基因拟南芥的耐盐性明显提高。     

同源四倍体拟南芥的耐锌性及其机理

锌(Zn)是植物生长发育所必需的微量元素,但其过量积累也会对植物产生毒害作用。通过对同源四倍体拟南芥进行高浓度锌处理,发现四倍体拟南芥对锌具有高耐受性和低积累性的特点。在高浓度锌胁迫条件下,同源四倍体的根长和生物量较野生型对照均有明显增加,并且谷胱甘肽(GSH)的含量也明显升高。定量实时PCR(q RT-PCR)分析表明,一些锌胁迫响应基因的表达水平发生了显著改变。以上结果表明,锌胁迫响应基因表达水平的改变以及GSH含量的升高可能在四倍体拟南芥的耐锌过程中发挥重要作用。     

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。     

蒙古沙冬青AmRD22基因的克隆及耐逆功能研究

脱水应答蛋白22(RD22)属于植物特有的BURP蛋白家族中的一个亚族,与耐逆性关系密切。该研究从中国西北荒漠区特有的强耐逆植物蒙古沙冬青克隆到一个RD22基因(AmRD22)的全长cDNA,并对其编码蛋白、表达模式和耐逆功能进行了研究。结果表明：(1)AmRD22蛋白(360 aa)的初级结构中含有RD22亚族共有的4个结构域,预测其定位于细胞壁;在功能已知的RD22蛋白中,AmRD22与大豆GmRD22的进化关系最近。(2)在室内培养的蒙古沙冬青幼苗中,AmRD22的表达受失水、高盐、低温和ABA胁迫的诱导显著上调,其中失水和低温胁迫诱导其上调幅度较大;在野外生长的蒙古沙冬青植株嫩叶中,其表达量从中秋至隆冬远高于其他季节。(3)转AmRD22基因拟南芥的耐盐性显著提高且Na⁺含量降低,其耐旱性也有较明显的改善且在种子萌发早期对外源ABA的敏感性降低,但耐冷性和耐冻性无明显变化。     

Cloning and characterization of an AtNHX2-like Na+/H+ antiporter gene from Ammopiptanthus mongolicus (Leguminosae) and its ectopic expression enhanced drought and salt tolerance in Arabidopsis thaliana

An orthologue of the vacuolar Na⁺/H⁺ antiporter gene, AmNHX2, was isolated from a desert plant, Ammopiptanthus mongolicus, by RACE-PCR. It has a total length of 1,986 bp, with an open reading frame of 1,632 bp, encoding a predicted polypeptide of 543 amino acids. Sequence similarity and exon constituent analysis clearly suggested that AmNHX2 encoded an AtNHX2 (an antiporter from Arabidopsis) like vacuolar Na⁺/H⁺ antiporter. AmNHX2 could be strongly induced by both drought and salt stress. Heterologous expression in the yeast mutant nhx1 indicated that AmNHX2 was the orthologue of ScNHX1, and the complementation effect was almost the same as AtNHX1. Over-expressing AmNHX2 resulted in enhanced tolerances to both drought and salt stresses in transgenic Arabidopsis plants. The transgenic plants accumulated lower Na⁺ content in their leaves, showing healthier root system after salt stress, and retained more water during the drought stress. Our work suggested that AmNHX2 was a salt tolerance determinant in A. mongolicus, but might not be a contributor to the difference in salt sensitivity between A. thaliana and A. mongolicus.     

siRNA介导的ERA1表达下调对拟南芥抗旱性的影响

ERA1是控制植物气孔开闭的一个重要基因,根据其保守域构建RNA干扰(RNAi)载体并转化拟南芥,考察转基因植株的生长、气孔导度、离体叶片失水率以及ERA1和相关基因表达,探讨siRNA介导的ERA1表达下调对拟南芥抗旱性的影响。结果表明:转基因拟南芥株系中ERA1的表达受到明显抑制,其离体叶片失水率低于野生型,但并未出现ERA1缺失突变体的负面生长表型;转基因株系对ABA处理比野生型更敏感,其ABA处理株的根长显著变短,气孔孔径更小;转基因株ABI1、ABI2、ATHB6的表达量降低,而RAB18、RD29B、ADH1的表达量升高,siRNA介导的ERA1表达下调可能会激活RAB18、RD29B等逆境响应元件。研究发现,采用RNAi技术可以有效下调ERA1表达,在没有过多负面生长表型的前提下提高拟南芥的抗旱性,且ERA1表达下调可能通过ABA途径正面影响拟南芥的抗旱性。     

砂藓RcPLD基因的抗旱功能分析

砂藓(Racomitrium canescens)是一种具有极强耐脱水性的苔藓植物,编码磷脂酶D的基因RcPLD能够在砂藓的脱水和复水过程中产生显著的表达响应,它可能参与了砂藓的强耐脱水性功能。该研究使用已克隆的RcPLD编码序列构建拟南芥(Arabidopsis thaliana)过量表达转基因株系rcpld-oe,初步考察过表达株系的干旱胁迫耐受能力及其相关的生理生化指标,分析RcPLD增强拟南芥抗旱性的机制。结果表明:(1)利用已克隆的RcPLD编码序列构建了植物中的过表达载体,成功构建了RcPLD的过表达转基因拟南芥株系rcpld-oe,并获得了多个T_3代rcpld-oe纯合体株系。(2)在正常生长条件下,rcpld-oe株系T_3代纯合体植株比野生型拟南芥植株体积小,但营养生长期较长,抽薹较晚,莲座叶衰老速率较慢;在干旱处理条件下,rcpld-oe株系表现出比野生型拟南芥更强的干旱耐受能力。(3)在干旱胁迫处理过程中,rcpld-oe株系莲座叶的水分散失速率降低,可能在一定程度上降低了干旱对膜完整性的损伤和光合作用的抑制,但其渗透调节物质含量的变化相对较小。研究发现,在干旱胁迫条件下,rcpld-oe植株莲座叶的水分散失速率和光合作用抑制程度显著降低,从而表现出明显强于野生型的干旱耐受能力,这为后续RcPLD功能的深入研究和更多砂藓抗旱功能基因的挖掘奠定了基础。     

陆地棉GhCDPK1基因响应干旱胁迫的功能初探

钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)是一类重要的钙信号感受蛋白和响应蛋白,在植物干旱、低温、盐碱等非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。为探讨陆地棉GhCDPK1基因在干旱胁迫下所起的作用,该研究利用实时荧光定量PCR技术分析了PEG模拟干旱胁迫下该基因的表达量,发现GhCDPK1基因受干旱胁迫诱导。通过构建植物表达载体pCAMBIA2300-GhCDPK1,采用农杆菌介导的叶盘法转化模式植物烟草,发现干旱胁迫下转基因植株保水能力明显高于野生型植株,叶绿素、脯氨酸、可溶性蛋白含量及POD、SOD活性也高于野生型植株,而丙二醛含量低于野生型植株。研究结果表明,GhCDPK1基因作为正向调控因子响应干旱胁迫诱导,过表达GhCDPK1基因可以使植株积累更多的渗透调节物质、增强抗氧化系统酶的活性和维持细胞膜的稳定性来提高植物抵御外界干旱胁迫的能力。     

沙冬青RING型锌指蛋白基因AmRFP1的克隆与功能初步分析

利用RT-PCR方法,从强抗逆植物蒙古沙冬青克隆到1个受寒旱诱导的锌指蛋白基因AmRFP1。预测其编码蛋白由366个氨基酸残基组成,其中含有1个C3H2C3型锌指结构域,故属于RING-H2(C3H2C3)型锌指蛋白。该蛋白还含有2个跨膜区,很可能定位于细胞质膜。半定量RT-PCR分析表明,在不同季节野外生长沙冬青植株嫩叶中,AmRFP1在夏季只有低水平表达,进入秋季后表达量明显增加,尤其在秋末冬初其表达量迅速增加并达到全年最高峰,但在进入最寒冷的隆冬后又回落至秋季水平并维持到翌年春季基本未变。将该基因在拟南芥中超表达,则明显降低了转基因拟南芥的抗冻性。     

转彩色马铃薯StAN1基因的烟草幼苗耐旱性分析

该研究以转彩色马铃薯StAN1基因烟草为材料、野生型烟草(WT)为对照,测定分析转StAN1基因烟草在种子萌发期、幼苗期和苗期对干旱(甘露醇)处理的耐受情况,并对苗期旱热共同胁迫的耐受情况进行测定分析,以探讨彩色马铃薯StAN1基因的功能,为耐旱彩色马铃薯育种提供新路径.结果显示:(1)转StAN1基因烟草鉴定显示,阳...     

CRISPR/Cas9介导靶向敲除拟南芥GGB基因突变体的鉴定

GGB是抗旱负调控基因。为了获得拟南芥ggb突变体材料,构建了以拟南芥U6启动子驱动GGB sgRNA的CRISPR/Cas9基因组编辑载体。将构建好的编辑载体利用农杆菌介导的浸花法转化野生型拟南芥。对转基因后代GGB基因的测序结果分析发现,在靶位点处有缺失4个碱基和增加1个T碱基的2种突变体产生。分别对野生型拟南芥和上述2种ggb突变体进行半定量RT PCR分析结果显示,突变体材料中几乎检测不到GGB基因表达,说明获得了GGB基因敲除突变体。对野生型和ggb突变体叶片失水率、耐旱表型及单株种子量的测定结果表明,与野生型相比,拟南芥GGB基因突变后,叶片失水率显著减少,抗旱性明显增强,而单株种子量却并没有改变。研究表明,GGB是一种理想的作物分子育种的候选靶基因,获得的突变体为今后从农作物中克隆的GGB同源基因进行功能互补验证提供了有用的遗传材料。     

Overexpression of a NTR1 in transgenic soybean confers tolerance to water stress

Methyl jasmonate (MeJA) is an important plant regulator that involves in plant development and regulates the expression of plant defense genes in response to various stresses such as wounding, drought, and pathogens. In order to determine the physiological role of endogenous MeJA in plants, a NTR1 from Brassica campestris encoding a jasmonic acid carboxyl methyltransferase that produces methyl jasmonate was constructed under the control of CaMV 35S promoter and transformed into soybean [Glycine max (L) Merrill]. The transgenic soybean plants constitutively expressed the NTR1 and accumulated more MeJA levels than wild type plants. Overexpression of the gene in transgenic soybean conferred tolerance to dehydration during seed germination and seedling growth as reflected by the percentage of the fresh weight of seedlings. In addition, the transgenic soybean plants also conferred better capacity to retain water than wild type plants when drought tolerance was tested using detached leaves.