拟南芥乙烯突变体在干旱胁迫下的形态学差异

为了揭示乙烯在植物与环境相互作用过程中的生物学功能,以拟南芥（Arabidopsis thaliana）的ein2-5、ein3-1、EIN3ox、EIL1ox 4种乙烯突变体与Col-0野生型为材料,对比研究它们在干旱胁迫条件下的生长和形态学变化。研究发现,干旱胁迫导致莲座叶直径、叶片面积、花序、水势等指标发生显著变化,同时不同突变体的形态适应特点呈现显著差异。这些结果表明,乙烯积极参与了植物形态塑造过程,与植物的抗旱性具有紧密相关性。     

AtERF49在拟南芥应答盐碱胁迫中的作用

盐碱胁迫是造成作物减产的主要逆境因素之一。植物AP2/ERF（APELATA2/ethylene response factors）转录因子在植物生长发育及其响应非生物逆境胁迫过程中发挥重要作用。探究AtERF49在拟南芥中对盐碱胁迫的应答,为深入解析AtERF49参与植物对盐碱胁迫的分子机理奠定基础。选取拟南芥野生型Col-0、过表达AtERF49转基因拟南芥和CRISPR/Cas9突变体erf49为试验材料,用150 mmol/L混合盐碱（摩尔比NaHCO₃∶Na₂CO₃=9∶1）溶液进行处理,使用荧光定量PCR技术对该基因的基本特性、盐碱胁迫及光合响应基因表达模式等进行分析。结果表明,盐碱胁迫处理后,突变体erf49叶片萎蔫并发生白化,而过表达AtERF49植株叶片稍有变黄。此外,在盐碱胁迫条件下,过量表达AtERF49上调盐碱胁迫响应基因（RD29A和RAB18）以及光合响应基因rbcL的表达。拟南芥叶片叶绿素荧光参数测定结果表明,过表达AtERF49植株的光系统Ⅱ实际量子产能Y（Ⅱ）、光化学淬灭系数（qP）显著高于Col-0,光损伤程度（NO）和非光化学淬灭系数（qN）显著低于Col-0,而突变体erf49与之相反。因此,AtERF49通过调控下游盐碱胁迫响应基因的表达以及植物的光合作用效率,改变参与植物对盐碱胁迫的应答。     

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.     

聚乙二醇模拟水分胁迫筛选拟南芥突变体的新方法

在以聚乙二醇（PEG）模拟水分胁迫的条件下,分别在拟南芥种子萌发期和幼苗期以25％和30％为选择浓度,根据一种子是否萌发和幼苗能否存活为指标,筛选拟南芥抗水分胁迫突变体。此法操作简单,方便快捷,特别适合实验室进行大规模筛选。我们用这种方法筛选了T—DNA插入的拟南芥突变体库,得到78株可能是拟南芥抗水分胁迫的突变体。     

拟南芥agl16突变体的创制及功能鉴定

AGL16是调控拟南芥气孔密度和ABA含量的重要负调控转录因子,在拟南芥抗旱反应过程中发挥重要的作用。为了获取拟南芥agl16突变体材料,采用棉花叶皱缩病毒(CLCrV)介导的VIGE系统筛选靶向敲除拟南芥AGL16的sgRNA,同时利用农杆菌介导的浸花法将完整编辑载体转化野生型拟南芥,创制了拟南芥agl16突变体并进行抗旱性鉴定。结果表明：(1)利用CLCrV介导的VIGE系统筛选获得2个能靶向敲除AGL16基因的sgRNA,同时构建AtU6 26∷AtAGL16 sgRNA1 35S∷Cas9 Ter p1300编辑载体转化野生型拟南芥Col 0,筛选获得靶位点缺失4 bp的agl16纯合突变体(AGL16: 4)。(2)抗旱表型性鉴定结果显示,干旱处理18 d后,大部分野生型植株干枯死亡,而突变体植株受胁迫的表型相对较轻;复水后,野生型和突变体植株的存活率分别为34.5%(10/29)和75%(27/36)。(3)与野生型相比,干旱胁迫下AGL16: 4纯合突变体植株叶片单位面积气孔数量减少、离体叶片失水率显著降低,但二者的单株种子量并没有发生明显的改变。研究认为,AGL16: 4纯合突变体的抗旱性较野生型明显增强,且种子量与野生型基本一致,表明AGL16基因可作为作物抗旱育种理想的候选靶基因;所获得的agl16突变体为后期从农作物中克隆的AGL16同源基因进行功能回补验证提供了有利的转基因受体材料。     

植物对盐碱胁迫的响应机制研究进展

盐碱胁迫是制约植物生长发育的主要非生物胁迫之一,也是制约农作物生产和生态环境建设的严峻问题。研究作物的耐盐碱机理,对开发和有效利用盐碱地有重要的现实意义。许多研究将盐碱胁迫笼统称为盐胁迫,实际上这是两种不同的非生物胁迫,且碱胁迫对植物的伤害要大于盐胁迫。总结性阐述了盐碱胁迫对植物的危害。从生物量、光合作用、离子平衡和膜透性等方面分析了植物对盐碱胁迫的响应机制,并结合最新研究从多角度综述了植物的抗盐碱机理,包括合成渗透调节物质、提高抗氧化酶活性、对离子的选择性吸收及p H平衡和诱导抗盐碱相关基因表达。提出了抗盐碱性的途径,即外源物质的加入、与真菌的协同效应、利用生物技术手段、培育耐盐碱品种和抗性锻炼。最后针对植物适应盐碱逆境方面的研究进行了展望,提出了当前研究需要解决的问题和突破口,旨在为提高植物耐盐碱能力、增加作物产量提供一定的理论依据。     

拟南芥活性氧不敏感型突变体筛选与特性分析

采用EMS化学诱变方法与H2O2氧化胁迫选择,以根在重力作用下的弯曲生长为指标,筛选得到拟南芥活性氧不敏感型突变体。对突变体杂交后代遗传分析表明,突变株对活性氧不敏感性状为隐性单基因突变所致;生理生化分析表明突变体对H2O2有很强的抗性,表现为气孔开度对H2O2不敏感和H2O2胁迫时较低的膜脂过氧化水平。运用LSCM技术并结合H2O2荧光探针H2DCFDA检测外源ABA诱导保卫细胞内产生H2O2的情况,结果显示突变体体内荧光强度比对照低,暗示了突变体体内消除H2O2的能力可能有所提高,增强了植株对氧化胁迫的抗性。拟南芥活性氧不敏感突变体的筛选,不仅为人们深入研究活性氧在细胞内的作用提供良好的实验材料,而且还将大大加深人们对信号转导途径的再认识。     

杂交方法获得的拟南芥蔗糖转运蛋白基因SUC3/SUC5双突变体及其PCR鉴定

文章以拟南芥T-DNA插入纯合突变体atsuc3和atsuc5为亲本,采用传统杂交技术与PCR鉴定相结合的方法获得了atsuc3/atsuc5纯合双突变体。     

拟南芥CKL3基因表达对非生物胁迫的响应

以拟南芥为材料,采用PCR和RT-PCR技术在DNA和RNA水平上鉴定出了与CKL3基因对应的T-DNA插入纯合突变体,并对其表型变化进行了观察.半定量RT-PCR检测CKL3基因在拟南芥不同器官和非生物胁迫响应中表达的结果表明,CKL3基因在根、花、叶中表达较高,在茎、叶柄中表达较弱;盐胁迫下CKL3基因表达下降,蓝光下CKL3基因表达升高,但热激和红光对此基因表达量的影响不大.     

拟南芥H_2O_2突变体的筛选及特性分析

通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)获得突变体筛选群体.在5 mmol/L H2O2胁迫下,以叶片温度差异为筛选指标,利用远红外成像技术进行突变体的筛选,获得了对H2O2不敏感突变体hpi1(hydrogen peroxide-insensitive1)和敏感突变体hps1(hydrogen peroxide-sensitive1).进一步研究发现,两种突变均为单基因隐性突变,气孔密度同野生型一样,而叶片温度、气孔开度和叶片失水率则有明显的差异.种子萌发实验表明,hpi1对甘露醇(Man)和NaCl不敏感而对ABA敏感,hps1则对3种胁迫都表现出敏感特性.     

中国蕨类植物孢子形态的研究XI.石杉科

利用扫描电镜对中国产石杉科2属22种植物孢子形态进行了观察,为石杉科分类和系统演化研究提供依据。结果显示:石杉科植物孢子为三裂缝,四面体形,辐射对称;极面观为钝三角形、圆三角形或近圆形;赤道面观为扇形或近椭圆形;石杉属孢子三边向内凹,马尾杉属孢子三边外凸;极轴长为16～26μm,赤道轴长为22～36μm;孢子具外壁,不具周壁,由外壁形成表面穴状纹饰的轮廓,穴为大小、深浅和密度不等的点状近圆形或不规则条状的凹陷。从孢子形态和纹饰类型看,石杉属和马尾杉属属间差异明显,属内差异不明显。     

拟南芥乙酰羟酸合成酶(AHAS)点突变原核表达与活性测定

拟南芥乙酰羟酸合成酶(AHAS)参与支链氨基酸合成。为考察AHAS不同结构域对支链氨基酸合成的影响,分别对其大小亚基上特定位点进行点突变后进行原核表达,体外重组后对其全酶活性进行测定,并对其终端产物之一——缬氨酸对AHAS全酶活性的影响进行探讨。结果显示:AHAS小亚基G88D突变将解除其终端产物的反馈抑制作用,而大亚基E305D与E482D的突变降低AHAS全酶活性,且2种不同突变大亚基对AHAS全酶活性影响存在差异。AHAS大亚基E482D突变较E305D突变影响更大。研究结果表明:AHAS大小亚基间存在着相互作用,且大小亚基不同结构域突变对AHAS全酶活性具有不同的影响。     

拟南芥株型突变体zpr1的性状特征与基因鉴定分析

对本研究室经T-DNA插入法获得的拟南芥株型突变株系——隐性突变体zpr1植株进行植物学性状调查和遗传分析,并对该突变基因进行鉴定、表达定位和调控元件分析。结果显示:(1)性状分析表明,与野生型拟南芥Ws-2相比,突变体zpr1的茎生叶分枝数量增加,茎生叶分枝发生于拟南芥顶端花序部位;野生型拟南芥茎生叶为披针形,而突变体zpr1没有出现分枝的茎生叶呈倒卵形,出现分枝的茎生叶呈披针型;突变体zpr1的主花序高度、株高、分枝高度和分枝长度都高于野生型,且分枝数多于野生型。(2)利用质粒挽救和反向PCR法(IPCR)确定了ZPR1基因突变发生位置是该基因起始密码子上游426bp处,证明T-DNA插入破坏了ZPR1基因的启动子区域,导致该基因在拟南芥内不能正常表达。(3)基因转录调控区域的顺式作用元件分析发现在ZPR1基因的转录调控区有多个与植物激素相关的调控元件,还有与光周期调节相关的调控元件。(4)亚细胞定位发现,ZPR1基因在所有细胞中的细胞膜中表达,而在部分细胞的细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达。研究表明,ZPR1基因的表达对植物株型发育有重要的调控作用,该基因的表达水平受植物激素和光照的调节,最终导致了植物株型的变化。     

转香蕉MaASR1基因的拟南芥株系在干旱胁迫条件下的表达谱分析

干旱是最重要的环境胁迫,香蕉MaASR1基因在植物响应逆境胁迫时发挥着重要作用,为了深入研究MaASR1基因的过表达使拟南芥抗旱的分子机制,利用全基因组表达芯片来广谱的筛选MaASR1基因转入后自然条件下及干旱处理条件下差异基因的表达情况。对基因芯片的结果进行了详细的生物信息学分析及相关基因的RT-PCR验证,结果表明MaASR1基因异源表达的拟南芥株系在自然生长条件下共有747个差异基因,其中上调基因559个,下调基因188个;在干旱胁迫条件下共得到653个差异基因,其中上调基因256个,下调基因397个;MaASR1基因的转入可以通过影响激素、光合作用、锌指蛋白及不依赖ABA途径的DREB2A等相关基因的表达来提高拟南芥的抗旱性。为解析MaASR1基因作为转录因子提高植物抗旱能力的分子机制奠定基础。     

转CkLEA4基因拟南芥种子萌发期的抗逆性分析

该研究在实验室前期研究的基础上,将受脱水、盐胁迫和ABA诱导的柠条锦鸡儿CkLEA4基因转入野生型拟南芥,并利用实时荧光定量PCR从8株纯合体中筛选出3个表达量不同的株系,比较野生型和转CkLEA4基因过表达拟南芥种子在不同胁迫处理下的萌发率,以探讨CkLEA4基因在植物抵抗逆境胁迫中的功能。结果发现:(1)在不同浓度NaCl、甘露醇及ABA处理下,转CkLEA4基因过表达拟南芥种子的萌发率均高于野生型,随着NaCl、甘露醇及ABA浓度增加,各株系萌发率均降低,但野生型的萌发率下降幅度均高于3个过表达株系,并且在200mmol/L NaCl和400mmol/L甘露醇处理下,过表达株系子叶绿化率均显著高于野生型。(2)在低浓度ABA处理下,CkLEA4过表达植株子叶的绿化率也高于野生型。研究表明,柠条锦鸡儿CkLEA4基因提高了拟南芥种子萌发阶段对盐、ABA及渗透胁迫的耐受性。     

Intragenic recombination in the CSR1 locus of Arabidopsis

Four classes of herbicides are known to inhibit plant acetolactate synthase (ALS). In Arabidopsis, ALS is encoded by a single gene, CSR1. The dominant csr1-1 allele encodes an ALS resistant to chlorsulfuron and triazolopyrimidine sulfonamide while the dominant csr1-2 allele encodes an ALS resistant to imazapyr and pyrimidyl-oxy-benzoate. The molecular distance between the point mutations in csr1-1 and csr1-2 is 1369 bp. Here we used multiherbicide resistance as a stringent selection to measure the intragenic recombination frequency between these two point mutations. We found this frequency to be 0.008 ± 0.0028. The recombinant multiherbicide-resistant allele, csr1-4, provides an ideal marker for plant genetic transformation.     

AtWRKY63基因过表达拟南芥对核盘菌抗性的研究

为研究草酸在核盘菌致病过程中可能的作用,以模式植物拟南芥为材料,采用30mmol/L草酸喷施3周龄拟南芥,发现草酸显著诱导拟南芥AtWRKY63的表达。通过构建AtWRKY63过表达载体转化拟南芥,获得过表达AtWRKY63的纯系转基因植株,再用核盘菌活体接种拟南芥,结果表明过表达AtWRKY63植株对核盘菌的抗性显著增强。组织化学染色结果表明,AtWRKY63是通过诱导植物的氧爆发,抑制核盘菌菌丝的生长来抵御核盘菌的侵染;qRT-PCR对拟南芥转录水平分析表明,AtWRKY63可能激活了过表达植株的水杨酸与茉莉酸依赖的抗病信号途径,从而增强对核盘菌的抗性。     

中国冷蕨属孢子形态研究

采用光学显微镜和扫描电子显微镜对中国产冷蕨属(Cystopteris Bernh.)8种植物的孢子进行详细的观察与比较。结果表明:(1)冷蕨属孢子均为单裂缝,两侧对称,极面观为椭圆形,赤道面观为肾形。但不同种孢子在大小和周壁纹饰等方面均有差异。(2)依据周壁表面纹饰将冷蕨属植物分为3种类型:第一种类型是刺状纹饰(或以刺状纹饰为主),主要有冷蕨(Cystopteris fragilis)、西宁冷蕨(C.kansuana)、膜叶冷蕨(C.pellucida)、藏冷蕨(C.tibetica)、欧洲冷蕨(C.sudetica)和宝兴冷蕨(C.moupinensis);第二种类型是瘤状纹饰,主要有高山冷蕨(C.montana);第三种类型是颗粒状纹饰,主要有皱孢冷蕨(C.dickieana)。依据孢子纹饰的类型支持高山冷蕨作为独立类群,同时发现颗粒状纹饰是皱孢冷蕨的明显特征。     

中国产石韦属植物孢子形态特征及分类学意义

利用光镜和扫描电镜,对石韦属(Pyrrosia)19种植物的孢子纹饰进行了研究。结果表明:19种石韦属孢子都为黄色,形态均为肾形,两侧对称,单裂缝,说明该属植物是一个自然类群。表面纹饰类型有3种,即瘤状、瘤状—疣状和瘤状—网脊状。孢子表面纹饰特征性状稳定,在种间存在较大差异。该研究结果可以为形态近似种的分类提供参考依据,同时也为石韦属属下分类系统的建立提供了重要证据。     

拟南芥PKS5激酶点突变体外表达与磷酸化测试

PKS5(protein kinase SOS2-like 5)虽为拟南芥(Arabidopsis thaliana)中介导植物响应外界高p H的蛋白激酶,但其关键功能结构域尚未被确定。该研究用PCR对PKS5不同位置点突变形式进行克隆,并在原核系统中进行表达,得到PKS5不同的点突变蛋白;使用激酶通用底物MBP(myelin basic protein)及PKS5体内特异底物AHA2(A.thaliana isoform of the PM H+-ATPase,拟南芥质膜质子泵等位形式之一)对PKS5点突变蛋白磷酸化活性进行了测试。结果表明:点突变PKS5-2失去了激酶活性,PKS5-4、PKS5-5、PKS5-9自磷酸化与MBP磷酸化活性与PKS5相比无差异;而与PKS5相比,点突变PKS5-6和PKS5-7自磷酸化及对AHA2的磷酸化活性升高,且PKS5-7活性高于PKS5-6。说明PKS5特定位置点突变改变PKS5的自磷酸化及底物磷酸化活性水平,不同位置的点突变对其磷酸化活性的影响存在差异。研究结果可为确定PKS5功能结构域及体内作用机理提供依据。