红梨PybHLH基因过表达提高烟草NaCl抗性的研究

为探究过表达云南红梨bHLH转录因子对烟草抗盐性的影响,从红梨红色果皮中分离了bHLH转录因子基因PybHLH.亚细胞定位表明PybHLH蛋白定位于细胞核.以转基因PybHLH烟草和野生型烟草为材料,进行了NaCl胁迫对转基因PybHLH烟草生理生化影响研究及其相关酶基因的表达分析.表明PybHLH转基因烟草具有一定的耐盐性,一方面表现为随着盐胁迫时间延长,PybHLH转基因烟草中总可溶性糖、可溶性总蛋白和游离脯氨酸含量的增加,H2O2含量降低;另一方面表现为脯氨酸生物合成关键酶基因P5CS、抗氧化相关基因MnSOD、CuZn-SOD和POD、胁迫相关基因HSP和HSP cherpron和ABA抗盐信号途径基因NAC等均呈上调表达趋势.PybHLH的过表达提高了烟草的耐盐性,这将为进一步研究植物的耐盐机制及耐盐植物新品种的开发奠定基础.     

豌豆过氧化氢酶在烟草叶绿体中的过量表达提高了植物的抗逆性

通过构建融合番茄RuBP羧化酶小亚基转运肽基因(rbcS-3)和CAT基因编码阅读框(ORF)的双元表达载体,采用农杆菌介导的叶圆盘转化法将融合基因转入烟草,使其能够定向导入叶绿体中发挥作用。在含有50mg/L潮霉素的培养基上筛选获得转CAT烟草30多个株系,并对其进行了分子生物学的验证和生理指标的检测。对获得的抗性植株用PCR、RT-PCR、植株总蛋白Western blot和叶绿体蛋白Western blot分析表明,目的基因已经整合到烟草基因组中,并能正常表达,且在叶绿体rbcS-3转运肽的作用下能定向进入叶绿体中。对转基因植株生理指标的检测发现,在20% PEG₆₀₀₀模拟干旱条件下,野生型烟草的相对电导率提高幅度为43.4%,而转CAT植株的相对电导率仅提高8.8%,表明在干旱胁迫下转CAT烟草的质膜透性小于野生型烟草;经20% PEG₆₀₀₀处理后,野生型和转CAT基因烟草的叶绿素含量都下降,下降幅度分别为68.0%和20.4%;另外,经20% PEG₆₀₀₀处理的野生型烟草叶片的Fv/Fm下降幅度为5.3%,而转CAT基因烟草叶片的Fv/Fm下降幅度0.9%,这些结果表明,在叶绿体中过量表达CAT对干旱胁迫下的细胞质膜、叶绿素和PSⅡ具有一定的保护作用。此外,经150 μmol/L百草枯处理后发现,处理3h后,野生型烟草和转CAT烟草的相对电导率分别比对照提高67.9%和13.5%,而野生型和转CAT烟草的Fv/Fm都下降,降幅分别为23.7%和3.9%,这表明在百草枯氧化胁迫下转CAT烟草的质膜和PSⅡ的损伤程度都小于野生型烟草。总之,豌豆CAT基因在烟草叶绿体中过量表达,提高了转基因烟草的抗旱性和抗氧化性。     

过量表达棉花GaSus3基因增强拟南芥的耐盐性

构建了植物过量表达载体p35S：：GaSus3,通过花序浸染法成功获得转GaSus3基因拟南芥植株。利用NaCl模拟盐胁迫处理,证实转基因拟南芥与野生型相比耐盐性明显增强。在盐胁迫下,转基因拟南芥受到的影响较小,而野生型则受盐害影响严重：转基因拟南芥具有更好的萌发率和主根长度,以保证植株正常生长;盐胁迫下转基因拟南芥能保持较多的绿色叶片,而野生型则过早黄化死亡。研究还发现,转基因拟南芥的过氧化氢酶活性在胁迫前后都高于野生型,这说明转GaSus3基因能够提高拟南芥抗氧化胁迫的能力。研究结果为进一步探讨GaSus3基因在棉花耐盐方面的功能奠定了基础。     

过量表达星星草PtSOS_1提高拟南芥的耐盐性

将星星草中分离的质膜型Na+/H+逆向转运蛋白基因PtSOS1(GenBank登录号EF440291)构建到pGWB2植物表达载体上,转化拟南芥,获得抗卡那霉素的抗性植株.PCR和Northern检测表明,PtSOS1已整合到拟南芥基因组中并过量表达.耐盐性实验表明,PtSOS1过量表达提高了拟南芥植株的耐盐性.盐分测定表明,盐胁迫下PtSOS1转基因植株中Na+积累低于野生型的,K+含量则高于野生型的,转基因植株中K+/Na+比值高于野生型.     

谷胱甘肽转移酶基因过量表达能加速盐胁迫下转基因拟南芥的生长

盐地碱蓬谷胱甘肽转移酶基因(glutathione s-transferase gene,GST)克隆到植物表达载体pROKⅡ35s启动子的下游,通过农杆菌介导,利用花絮浸泡法转化拟南芥.转化子在含有卡那霉素的培养基上经过筛选以后,将初步验证为阳性的转基因植株通过PCR-Southem进一步证实.经过选育,筛选并分离到卡那霉素的抗性并且遗传稳定的T3代纯合子转基因拟南芥品系.通过Northern杂交证实外源基因在转基因拟南芥中表达.在盐胁迫条件下,通过测量转基因植株(GT)和野生型植株(wY)的生物量和谷胱甘肽(氧化型:GSSG;还原型:GsH)发现:转基因植株的生物量较野生型有一定程度的提高;GssG含量在转基因品系中比野生型的含量明显高.因此,过量表达GsT能够提高转基因植株在盐胁迫条件下的生长,而且这很可能是由于还原型谷胱甘肽被氧化的结果.     

过量表达星星革PtSOS1提高拟南芥的耐盐性

将星星草中分离的质膜型Na^＋／H^＋逆向转运蛋白基因PtSOSJ（GenBank登录号EF440291）构建到pGWB2植物表达载体上,转化拟南芥,获得抗卡那霉素的抗性植株。PCR和Northem检测表明,PtSOS1已整合到拟南芥基因组中并过量表达。耐盐性实验表明,PtSOS1过量表达提高了拟南芥植株的耐盐性。盐分测定表明,盐胁迫下PtSOS1转基因植株中Na^＋积累低于野生型的,K^＋含量则高于野生型的,转基因植株中K^＋／Na^＋比值高于野生型。     

气体甲醛胁迫对蚕豆保卫细胞中过氧化氢的积累和气孔导度及开度的影响

以蚕豆为材料,考察气体甲醛（HCHO）胁迫对保卫细胞H2O2积累和叶片气孔导度、开度的影响。结果表明:气体HCHO胁迫增加了叶片中H₂O₂的积累,荧光显微分析发现在较低浓度(0.2⁰.4μmol·L^-1)气体HCHO胁迫下,保卫细胞中增加的H₂O₂主要分布在细胞质中,高浓度(0.8¹.6μmol·L^-1)气体HCHO胁迫不仅增加保卫细胞质中H₂O₂的积累,而且显著增加叶绿体中H₂O₂的含量及积累H₂O₂的叶绿体数量,这说明在高浓度气体HCHO胁迫下蚕豆保卫细胞中增加的H₂O₂主要来源于叶绿体和细胞质。保卫细胞中H₂O₂积累的增加显著降低蚕豆的气孔导度和开度,从而导致蚕豆HCHO吸收效率下降。气体HCHO胁迫下叶片中抗氧化酶活性的变化可能是H₂O₂积累增加的主要原因,气体HCHO胁迫显著增强叶片中CAT和SOD的活性,但只有低浓度HCHO胁迫诱导叶片POD活性,叶片APX对HCHO胁迫很敏感,低浓度的气体HCHO对叶片APX活性都有显著的抑制作用。     

过量表达水稻细胞质型OsAPXs基因提高转基因烟草的耐盐性

为了验证水稻(Oryza sativa L.)细胞质型APXs与细胞耐盐性的关系,实验分别将OsAPXa和OsAPXb（基因登录号：D45423、AB053297）转化到烟草(Nictiana tabacum,N.plum)植株中。Southern结果表明,二基因分别整合到烟草的基因组;Northern分析表明,外源基因在转基因烟草中得到高效表达;在碳酸盐逆境下,T2代转基因植株与野生型对照相比,其APX活性呈现显著的提高,T₂代品系的H₂O₂含量和叶片受害程度显著低于野生型;T₂代品系分别在含有10 mmol·L^-1 NaHCO₃、5 mmol·L^-1 Na₂CO₃的MS培养基上生长,根的生长受到抑制,叶片产生黄化;野生型烟草则难以存活。水稻细胞质型OsAPXs基因的过量表达提高了转基因烟草的耐盐性,揭示出OsAPXa和OsAPXb在碳酸盐逆境应答过程中发挥着重要的作用。     

GmHSFA1基因克隆及其过量表达提高转基因大豆的耐热性

热激转录因子在调节植物对逆境胁迫应答和热激蛋白基因表达方面起重要作用。采用生物信息学和比较基因组学方法结合RACE技术从大豆基因组中克隆到一个新的热激转录因子基因GmHsfA1, 其cDNA全长1 781 bp, 包含1个1 533 bp的开放阅读框, 编码含有510个氨基酸残基的蛋白质(GenBank登录号为AY458843)。与其他转录因子的分子结构相似,GmHSFA1也含有4个典型的结构功能域—DNA结合域、寡聚域、核定位信号和C端激活域。BLAST分析表明, GmHSFA1与其同源性最高的番茄热激转录因子LpHSFA1之间的氨基酸序列相似性为52.46%。RT-PCR、Northern和遗传转化结果显示: 1)GmHsfA1在大豆的不同组织中呈现组成型表达模式; 2)常温下转基因大豆植株的GmHsfA1表达水平明显高于非转基因对照; 3)GmHsfA1的过量表达激活了转基因大豆植株中热激蛋白基因GmHsp22在非诱导条件下的转录, 并加强了高温胁迫下另2个热激蛋白基因GmHsp23和GmHsp70的表达; 4)转GmHsfA1大豆植株的耐热温度(达52℃)明显高于非转基因植株。上述结果说明, GmHsfA1的过量表达激活或促进其下游3个热激蛋白基因的转录或表达, 明显提高了转基因大豆植株的耐热能力。     

异源表达AtCYSa基因烟草的耐盐和抗虫特性分析

植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂在植物防御生物与非生物胁迫过程中发挥着重要的作用。拟南芥中的半胱氨酸蛋白酶抑制剂AtCYSa基因的表达能够受到多种胁迫的诱导,且在拟南芥中过量表达AtCYSa基因可以增强转基因拟南芥抵御盐、干旱和氧化等非生物胁迫的能力。为了进一步探究AtCYSa基因的功能以及在烟草中的应用,构建了植物表达载体pCAMBIA 1302-AtCYSa。通过PCR以及RT-PCR验证共获得4株阳性转基因烟草,选择其中3株转基因烟草进行盐胁迫处理和抗虫活性实验。在盐胁迫处理中,100mmol/L NaCl和200mmol/L NaCl处理组的丙二醛含量显著低于野生型对照组。伊文思蓝染色和细胞相对活性结果表明,转基因烟草的细胞活性比野生型烟草明显偏高。这说明在盐胁迫处理下,AtCYSa基因的表达能够起到保护转基因烟草的作用。抗虫活性研究发现,实验组的幼虫总重均呈明显的下降趋势,且幼虫死亡率显著高于对照组。这些结果表明,AtCYSa基因在烟草中的过量表达能够增强转基因烟草的耐盐以及抗虫的能力。     

抗虫/耐草甘膦双价融合基因表达载体的构建及烟草转化

随着植物基因工程的发展,将多个基因转化植株已成为研究的热点之一,利用连接肽进行多个基因融合的策略巳引起广泛关注.利用连接多肽2A和LP4/2A分别将抗虫基因Bt(Bacillus thuringiensis,Bt) cry1Ah和耐革甘膦基因mG2epsps连接起来,构建了4个融合基因表达载体pHAG、pHLAG、pGAH、pGLAH和两个单基因载体pSAh、pSmG2,其中pHAG、pHLAG是Bt cry1Ah基因在前,mG2-epsps基因在后,pGAH、pGLAH是mG2-epsps基因在前,Bt cry1Ah基因在后,分别用2A和LP4/2A作为连接肽,由CaMV35S启动子驱动.利用农杆菌介导法将6个植物表达载体转入烟草,得到再生植株529株.经PCR检测,有261株再生苗为阳性植株,转化率达到49.3％.获得的转基因烟草可用于分析连接肽2A和LP4/2A的剪切效率以及不同基因与连接肽连接位置差异对基因表达的影响.     

C1 metabolism and the Calvin cycle function simultaneously and independently during HCHO metabolism and detoxification in Arabidopsis thaliana treated with HCHO solutions

Formaldehyde (HCHO) is suggested to be detoxified through one‐carbon (C1) metabolism or assimilated by the Calvin cycle in plants. To further understand the function of the Calvin cycle and C1 metabolism in HCHO metabolism in plants, HCHO elimination and metabolism by Arabidopsis thaliana in HCHO solutions was investigated in this study. Results verified that Arabidopsis could completely eliminate aqueous HCHO from the HCHO solutions. Carbon‐13 nuclear magnetic resonance (¹³C‐NMR) analysis showed that H¹³CHO absorbed by Arabidopsis was first oxidized to H¹³COOH. Subsequently, a clear increase in [U‐¹³C]Gluc peaks accompanied by a strong enhancement in peaks of [2‐¹³C]Ser and [3‐¹³C]Ser appeared in Arabidopsis. Pretreatment with cyclosporin A or L‐carnitine, which might inhibit the transport of ¹³C‐enriched compounds into chloroplasts and mitochondria, caused a remarkable decline in yields of both [U‐¹³C]Gluc and [3‐¹³C]Ser in H¹³CHO‐treated Arabidopsis. These results suggested that both the Calvin cycle and the C1 metabolism functioned simultaneously during HCHO detoxification. Moreover, both functioned more quickly under high H¹³CHO stress than low H¹³CHO stress. When a photorespiration mutant was treated in 6 mm H¹³CHO solution, formation of [U‐¹³C]Gluc and [2‐¹³C]Ser was completely inhibited, but generation of [3‐¹³C]Ser was not significantly affected. This evidence suggested that the Calvin cycle and C1 metabolism functioned independently in Arabidopsis during HCHO metabolism.     

过量表达棉花CBF2基因提高转基因拟南芥抗旱耐盐能力

CBF/DREB是一类植物中特有的转录因子,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要功能。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)Coker 312中克隆获得1个棉花CBF/DREB基因,命名为Gh CBF2,该基因编码一个由216个氨基酸组成的CBF蛋白。序列分析结果显示,Gh CBF2与其他植物的CBF蛋白类似,含有AP2转录因子典型的保守结构域。干旱或高盐胁迫处理明显增加了Gh CBF2基因的表达量。亚细胞定位分析结果发现Gh CBF2定位在细胞核中。将Gh CBF2基因构建到由35S启动子调控的植物表达载体p MD上并转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),结果表明,在干旱和盐胁迫条件下,过量表达Gh CBF2基因拟南芥的成活率显著高于野生型,并且游离脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型,说明转Gh CBF2基因提高了拟南芥的耐盐抗旱能力。采用实时荧光定量PCR方法分析胁迫相关标记基因COR15A、RD29A和ERD6的表达情况,结果显示转基因株系中的表达量显著高于野生型,说明Gh CBF2参与调控拟南芥干旱和盐胁迫相关基因的表达。     

NtSKP1基因的反义载体构建及转基因烟草的产生

根据枯斑三生烟SKP1基因(NtSKP1)的序列,设计一对分别含有特定酶切位点的特异引物,以重组质粒pMD18-SKP1为模板,扩增目的基因(约473bp)片段。将反向目的片段插入中间载体pHANNIBAL的内含子右侧,再经NotⅠ酶切回收约3443bp的目的片段,插入到双元载体质粒pART27中,成功构建了含NtSKP1基因片段反向序列的植物表达载体pART27-skp1a,其转录产物能减弱目的基因的表达。将pART27-skp1a质粒导人根癌农杆菌LBA4404中并转化烟草叶片细胞,经选择分化培养,获得转基因烟草。     

钙对高温胁迫下烟草幼苗抗氧化代谢的影响

用10mmol/LcaCl2溶液处理烟草幼苗,能减缓高温胁迫所引发的一些胁变反应,如叶绿素破坏、积累膜脂质过氧化产物MDA,增加细胞膜相对透性,降低内源抗氧化剂（AsA,GSH）和脯氨酸含量,在高温胁迫下,SOD和CAT等抗氧化酶活性呈现先升后降的变化趋势。恢复生长以后,钙处理和未处理的烟草幼苗其内源抗氧化剂含量和抗氧化酶活性均有不同程度的回升。由此认为,高温胁迫后烟草幼苗体内抗氧化酶活性受抑,活性氧积累以及由此引发的膜脂过氧化作用是烟草幼苗高温伤害的原因之一。     

异源表达番茄LeMPK3基因提高烟草的抗低温胁迫能力

促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号系统在植物应对环境胁迫中发挥重要作用。为了探讨LeMPK3基因在低温胁迫中的功能,我们从番茄中分离了LeMPK3基因并将其转化到烟草中,获得了异源表达LeMPK3基因的转基因烟草。RT-PCR分析结果表明,番茄幼苗在低温和高温胁迫及外源物质——过氧化氢(H2O2)、茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸(SA)处理下LeMPK3基因的表达量提高。在烟草中异源表达LeMPK3基因可以提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,增加脯氨酸和可溶性糖的含量,增强逆境相关基因的表达。说明异源表达番茄LeMPK3基因提高烟草对低温的抗性。     

拟南芥根特异表达基因启动子在烟草中的表达

以拟南芥为材料,利用PCR技术分离pyk10启动子序列,构建了该启动子GUS植物表达载体,农杆菌介导转化烟草,分析该基因在烟草中的表达,以明确拟南芥根特异表达基因pyk10启动子在烟草中的表达特性.结果表明:克隆的pyk10启动子与已报道的pyk10启动子一致性为100%,GUS基因在烟草的根部特异表达,表明该启动子为根部特异表达启动子,为揭示植物根的发生、分化和发育机制,以及培育抗根部病虫害和营养高效利用型转基因烟草奠定了基础.