敲除AMP1基因可以提高干旱响应基因的表达量从而增强拟南芥的抗旱能力

干旱严重影响植物的生长发育及农作物产量,因此研究植物的干旱反应机制显得至关重要.我们发现在拟南芥中一个推测的谷氨酸羧肽酶, AMP1, 其缺失突变体amp1的抗旱能力大大增强.基因芯片分析表明,amp1突变体抗旱能力的提高与许多干旱响应基因的高表达息息相关,例如,在amp1突变体中2个干旱诱导表达的转录因子基因,DREB2A和DREB1A的表达量升高;AT1G61340 (LEA 蛋白)的表达量也升高了很多,它在干旱条件下具有解毒和缓解细胞伤害的作用.而且,在amp1突变体中DREB2A 转录因子的2个下游基因RD29A 和COR47受干旱诱导的表达量和时间都比野生型中高和早. 在突变体中一些参与蛋白代谢、糖代谢和脂代谢的基因上调,一些保护和解毒相关基因表达量也升高,这些都可以给突变体在抗旱反应过程提供一定的保护作用.因此,我们认为AMP1基因在干旱胁迫反应中对干旱响应基因的表达起到一个负调控作用.实验中我们还发现, amp1突变体具有较低的水势与非常发达的根系,这也可能在抗旱反应中起到了一定作用.     

敲除AMP1基因可提高干旱响应基因的表达量从而增强拟南芥的抗旱能力

干旱严重影响植物的生长发育及农作物产量,因此研究植物的干旱反应机制显得至关重要.我们发现在拟南芥中一个推测的谷氨酸羧肽酶,AMP1,其缺失突变体amp1的抗旱能力大大增强.基因芯片分析表明,amp1突变体抗旱能力的提高与许多干旱响应基因的高表达息息相关,例如,在amp1突变体中2个干旱诱导表达的转录因子基因,DREB2A和DREB1A的表达量升高;AT1G61340(LEA蛋白)的表达量也升高了很多,它在干旱条件下具有解毒和缓解细胞伤害的作用.而且,在amp1突变体中DREB2A转录因子的2个下游基因RD29A和COR47受干旱诱导的表达量和时间都比野生型中高和早.在突变体中一些参与蛋白代谢、糖代谢和脂代谢的基因上调,一些保护和解毒相关基因表达量也升高,这些都可以给突变体在抗旱反应过程提供一定的保护作用.因此,我们认为AMP1基因在干旱胁迫反应中对干旱响应基因的表达起到一个负调控作用.实验中我们还发现,amp1突变体具有较低的水势与非常发达的根系,这也可能在抗旱反应中起到了一定作用.     

拟南芥ANAC055基因突变体对高盐和渗透胁迫的响应

高盐和渗透等非生物胁迫是影响农作物产量和品质的重要因素,非生物胁迫发生时,植物通过体内各类转录因子启动胁迫应答反应,进而降低非生物胁迫对植物的损伤。本研究筛选出植物特异性转录因子ANAC055编码基因的纯合T-DNA插入突变体SALK_152738,测序分析发现T-DNA插在ANAC055基因的3'UTR区域。实时荧光定量PCR结果表明叶中ANAC055基因表达量最高;与野生型相比,突变体叶、茎和花中ANAC055基因表达量分别下降了40%、50%和70%。高盐胁迫后,野生型和突变体叶中ANAC055基因表达量分别比对照上升了320%和55.4%;而渗透胁迫时,该基因叶中的表达量分别比对照下降了47.7%和56.3%;电子表达谱分析发现该基因根中的表达可受高盐和渗透等多种非生物胁迫的诱导表达。高盐和渗透胁迫时野生型和突变体幼根的生长均受到明显抑制,但高盐胁迫对突变体根生长的抑制作用比对野生型根生长的抑制作用更大。上述分析表明拟南芥ANAC055基因可受高盐和渗透等非生物胁迫的诱导表达,并且其在拟南芥幼根的生长发育过程中具有一定的作用,本研究有助于进一步明确其在非生物胁迫过程中的作用。     

拟南芥APX家族基因在植物生长发育与非生物逆境胁迫响应中的作用分析

活性氧造成的氧化胁迫是植物主要非生物逆境胁迫之一。在不利的生长条件下,植物细胞内的各种代谢过程不协调可导致过氧化氢(hydrogen peroxide, H_2O_2)含量增加,从而对细胞造成多种威胁和伤害。抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)是植物中清除H_2O_2的一种重要酶,拟南芥(Arabidopsis thaliana) APX家族包括8个成员:APX1～APX6、sAPX和tAPX。本研究以拟南芥野生型和突变体为材料,对拟南芥不同发育时期和不同逆境胁迫下的8种APX基因表达模式进行了分析,同时研究了其相应的缺失突变体对盐、干旱和热胁迫的耐受性。mRNA差异表达模式分析显示:在拟南芥生长的第4～8周,APX1表达量最高,APX2表达量最低,APX4、sAPX和tAPX随着生长发育的时间进程表达量逐渐减少,但APX6表达量不断增加;在非生物胁迫下,APX1、APX2和APX6受热胁迫诱导表达明显,sAPX响应盐胁迫,APX3和APX5对盐、干旱和热胁迫均表现出明显的诱导表达应答。盐和干旱胁迫耐受性分析结果表明:无论是在拟南芥的萌发期还是成熟期,任何一个APX基因缺失均使抗逆性降低;在萌发期,与盐胁迫相比,突变体对干旱胁迫更敏感;在成熟期,与野生型和其他突变体相比,apx1和apx6对盐和干旱胁迫更加不耐受。生理指标检测结果显示:干旱胁迫10 d后,所有突变体植株中的H_2O_2含量均明显高于野生型,其中apx1、sapx和tapx中最高;盐胁迫5 d后,突变体中丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量显著高于野生型;热胁迫2h就会导致apx1、apx2和apx6中H_2O_2和MDA含量大幅增加,其中在apx2中最高。本研究结果表明,拟南芥APX基因家族的8个成员均不同程度地参与植物生长发育及非生物胁迫响应的过程,在不同发育时期或逆境响应过程有特定的一种或几种APX发挥主要作用。     

拟南芥钙调素结合蛋白参与胁迫响应的研究

采用实时荧光定量RT-PCR和Northern blotting技术检测了野生型拟南芥中CBP60g基因对丁香假单胞菌和非生物胁迫的响应,并对丁香假单胞菌接种后,野生型拟南芥、cbp60g-1突变体和CBP60g过表达转基因植物中抗逆相关基因的表达变化进行检测。结果显示:(1)在野生型拟南芥中CBP60g基因的表达能被丁香假单胞菌、高盐、冷和机械损伤所诱导。(2)经丁香假单胞菌诱导后病程相关基因PR5和AIG1的表达在过表达转基因植物中明显高于野生型。(3)受干旱和ABA诱导的AtMYB2基因的表达在过表达转基因植物中也高于野生型。研究表明,CBP60g同时参与了拟南芥对生物和非生物胁迫响应。     

拟南芥ACOL8基因在乙烯合成与响应中的功能分析

植物激素乙烯在多种生理生化过程中发挥重要作用,但其在特定组织器官中的合成机制尚不完全清楚。拟南芥中存在12个功能未知的ACC氧化酶类似蛋白（ACO-like homolog,ACOL）,运用基因定点编辑技术构建了ACOL8的功能丧失型突变体,发现该基因的突变削弱了经典的乙烯“三重反应”。与野生型相比,突变体黄化幼苗下胚轴及主根的长度显著增加,这与突变体对外源ACC的敏感性下降现象一致。同时还发现ACOL8基因的表达受乙烯信号的正反馈调控,EIN3过表达增强其表达水平,而etr1-3的突变则产生相反效应。再者,在正常条件下,ACOL8基因的突变并未影响拟南芥的生长;但在盐胁迫条件下,突变体的根冠比显著下降,这说明该基因参与植物的盐胁迫响应。综上,这些结果说明ACOL8可能具有ACC氧化酶的功能,参与乙烯的合成与响应。     

拟南芥钾转运突变体atkup12鉴定及非生物胁迫的敏感性检测

[目的]鉴定获得拟南芥HAK/KUP/KT高亲和钾离子转运突变体atkup12,通过检测种萌期atkup12突变体在低钾、盐及氧化胁迫下的生长指标以初步明确拟南芥AtKUP12基因是否参与植物对非生物胁迫的响应。[方法]以拟南芥atkup12突变体基因组和总RNA反转后的cDNA为模板,通过PCR扩增确定AtKUP12基因T-DNA插入失活的纯合突变体。将野生型和atkup12突变体点种于0.5μmol/L低钾、不同NaCl浓度和1μmol/L甲基紫精的胁迫培养基,测定并比较突变体与野生型拟南芥在根长、种子萌发率及子叶绿化率间的差异。[结果]利用双引物法,结合反转录PCR,在DNA及RNA水平鉴定获得了AtKUP12基因的纯合突变体。低钾胁迫下,atkup12突变体种苗的根长比较野生型拟南芥短40%左右,较野生型受到了显著抑制;不同NaCl浓度胁迫下,atkup12突变体种子的萌发率较野生型显著降低;1μmol/L甲基紫精显著的抑制了突变体种苗的子叶绿化率。[结论]成功鉴定获得了AtKUP12基因T-DNA插入失活的纯合突变体,且AtKUP12基因的缺失会增加植物对盐、低钾及氧化等非生物胁迫的敏感性。     

拟南芥组蛋白分子伴侣AtHIRA参与体细胞同源重组及盐胁迫响应

HIRA是组蛋白H3.3的特异分子伴侣, 在组蛋白H3.3掺入染色质的过程中发挥重要作用。研究表明, HIRA在哺乳动物胚胎发育和DNA损伤修复过程中不可或缺。而目前人们对于植物中HIRA同源基因功能的研究相对较少。该研究主要关注拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtHIRA基因在植物体细胞同源重组以及减数分裂同源重组过程中的功能。将体细胞同源重组和减数分裂同源重组报告系统分别导入野生型和hira-1突变体后统计同源重组频率, 结果表明在正常生长条件下及在伯莱霉素(bleomycin)或UV-C处理条件下, hira-1突变体体细胞的分子内和分子间同源重组频率均低于野生型。而在正常生长条件下, 野生型与hira-1突变体花粉母细胞间的减数分裂同源重组频率没有明显差异, hira-1突变体的DNA损伤水平与野生型接近。qRT-PCR结果表明, DNA损伤修复相关基因RAD51和RAD54在hira-1突变体中的表达水平均高于野生型。此外, 盐胁迫处理实验表明, hira-1突变体对于高盐胁迫更加敏感。综上, AtHIRA在拟南芥体细胞同源重组及盐胁迫响应过程中发挥了一定作用。     

赤霉素调节植物对非生物逆境的耐性

赤霉素（GAs）是一类重要的植物激素,调控植物生长发育的诸多方面．最近的研究表明,GA也参与对生物与非生物胁迫的响应,然而GA参与非生物胁迫响应的遗传学证据及其机制有待于进一步研究．本实验室前期研究证明,水稻EullfELONGATEDUPPERMOSTINTERNODE）通过一个新的生化途径降解体内的活性赤霉素分子,并参与调控水稻对病原菌的基础抗病性．本研究发现,euil突变体对盐胁迫能力降低,而超表达EUll基因的水稻和拟南芥耐盐性显著提高．进一步研究发现,积累高含量赤霉素的水稻euil突变体对脱落酸（ABA）的敏感性下降,而赤霉素缺失的EUll超表达转基因水稻和拟南芥均改变了对于ABA的敏感性．EUll基因的转录受逆境诱导,其功能缺失与超表达调控了逆境标志基因的表达．综上推测,GA可能是通过影响ABA的信号途径从而改变了植物对非生物胁迫的响应．     

花色素苷对拟南芥耐盐性的影响

为探讨花色素苷在盐胁迫中的防御作用及其机制,以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)花色素苷合成途径相关基因缺失突变体(DFR基因缺失突变体tt3,CHS基因缺失突变体tt4,CHS、DFR基因双缺失突变体tt3tt4)及其野生型(WT)为材料,采用叶绿素荧光和超氧阴离子(O_2·~–)组织定位等方法,分析了tt3,tt4,tt3tt4和WT对盐胁迫处理的生理响应。结果表明,盐胁迫下3种缺失突变体叶片花色素苷含量的增加显著低于野生型,与WT相比,叶绿素荧光参数Fv/Fm、Yield、ETR、q P和NPQ下降较快,膜渗漏率升高显著,叶片O_2·~–积累程度为tt3tt4tt3/tt4WT。这表明花色素苷在植物抵御盐胁迫过程中起着重要作用,它可能是作为渗透调节剂及抗氧化剂来增强植物的耐盐性。因此,花色素苷含量可以作为筛选耐盐作物的指标。