水分胁迫下不同抗旱性小麦品种叶片转录因子表达差异研究

通过研究不同抗旱性小麦品种中转录因子表达水平的差异,为阐明小麦抗旱机制奠定基础。依据候选基因序列设计PCR引物,以干旱胁迫后0、3、6、9、12和24 h的小麦叶片为实验材料,以26S rRNA为内参,运用荧光定量PCR技术,检测Wdreb2、Wlip19基因在干旱敏感性和干旱耐受性小麦叶片中的相对表达量。定量PCR结果显示：干旱胁迫后,Wdreb2、Wlip19基因在干旱敏感性小麦叶片中的表达明显低于干旱耐受性小麦,在不同品种叶片中的响应时间和表达趋势存在差异。研究认为,Wdreb2、Wlip19基因在不同品种小麦受到干旱胁迫后的表达差异,与该品种小麦的抗旱能力具有一定的相关性。     

PEG模拟干旱胁迫下马铃薯茎段转录组分析

该研究以‘青薯9号’马铃薯无菌苗为材料,采用转录组测序技术分析模拟干旱胁迫下马铃薯茎段的差异表达,探究茎段在干旱胁迫下的分子机制。结果表明:(1)不同程度干旱胁迫下,马铃薯叶片脯氨酸、可溶性糖以及可溶性蛋白含量明显增加;马铃薯茎段差异表达基因下调的数量均多于上调,其中3种处理条件下共有的差异表达基因有657个。(2)GO富集分析表明,马铃薯茎段差异表达基因主要集中在氧化还原过程、激素响应、氧化还原酶活性以及糖基水解酶活性;Pathway富集分析表明,马铃薯茎段差异表达基因主要集中在植物激素信号转导、苯丙酸生物合成、玉米素生物合成、苯丙氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢以及次生代谢产物的生物合成。(3)实时荧光定量PCR验证结果表明,6个差异表达基因在不同程度干旱胁迫中的差异表达与转录组分析的结果基本一致,证明转录组数据的可靠性。该结果对进一步研究马铃薯干旱胁迫响应机制有一定参考价值,也丰富了马铃薯抗旱育种的基因资源。     

菌根真菌提高植物抗旱性机制的研究回顾与展望

菌根真菌与全世界约97％的维管植物具有广泛的共生关系.大量研究结果显示菌根植物相比于非菌根植物对于干旱胁迫具有更高的耐受性,说明菌根真菌在植物抗旱过程中发挥着重要作用.本文对近年来国内外在菌根真菌协助植物抵御干旱作用机制方面的研究进行了归纳和总结,主要包括在干旱胁迫下菌根真菌对植物生理学特性的影响机制、菌根真菌提高植物...     

丛枝菌根真菌数个种的基因组和转录组研究概况

丛枝菌根真菌（AMF）在自然界分布广泛，能与大部分维管植物的根系形成菌根共生体。它们在调节植物群落结构和全球的碳、氮、磷循环等方面发挥着重要的生态功能，也是农林、环境领域最具应用前景的微生物类群。受限于培养方法、研究手段等，长期以来对AMF基因组、转录组特征的认识非常有限。最近10年，AMF基因组和转录组的相关研究在高通量测序技术的推动下取得了较快发展；研究结果也显著提高了对AMF遗传发育、代谢生理、共生机制等的认识。本文综述了目前已完成测序的AMF种类的基因组、转录组信息。结果发现，已测序的AMF种类普遍具有基因组大、转座子丰富、AT碱基含量高、含大量未知功能基因与特异性基因、缺少部分共生相关基因等特点。在转录层面，总结了不同AMF种类、AMF不同共生结构、共生阶段以及与不同寄主植物共生时的转录本特征。结果发现，不同种类AMF的转录本大小差异明显。不同共生阶段或不同共生结构中的AMF转录本也具有较大的差异，且差异表达的基因大部分与养分交易、信号转导等密切相关。相比之下，同种AMF与不同寄主植物共生时的转录本表现出较高的保守性。最后，本文提出了本领域需要重点关注的研究方向，包括AMF纯培养技术的革新、AMF基因功能的解析、非模式AMF类群的研究以及对AMF蛋白组的研究。     

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.     

地衣型真菌石果衣(疣孢菌科，子囊菌门)次级代谢产物的多样性

地衣能够产生大量的新型次级代谢产物,但以往对石果衣Endocarpon pusillum的研究中未能检测出任何次级代谢产物。然而,对其共生菌进行基因组测序发现其中含有14个沉默的PKS基因和2个沉默的NRPS基因。在此研究中,为激活其途径,使用了优化马铃薯培养基和大米培养基对石果衣共生真菌进行了培养。从优化马铃薯培养物中分离得到9个次级代谢产物,包括2个新的异吲哚-1-酮类化合物(1, 2)。而从大米培养物中分离到3个已知化合物和1个新的萘醌类化合物(9)。通过核磁共振和质谱数据确定了新化合物的结构。研究结果表明,大量地衣中未能检测出任何次级代谢产物,或仅能检测出少量次级代谢产物,可能与其基因组中的沉默基因有关。因此,通过对沉默基因的激活方法为地衣次级代谢产物资源的研究与开发开辟了有效途径。     

菌根真菌在改善附生兰干旱耐受性中的作用：以禾叶贝母兰为例

干旱胁迫是在多种生态系统中影响植物生存、发育及产量的最主要的非生物因素之一。菌根共生已被证明可以提高植物对干旱的耐受性。兰科植物对菌根真菌有非常高的依赖性,但是有关兰科菌根真菌是否可以提高宿主植物的耐旱性以及能提高到什么程度还少有报道。在本研究中,我们检测了一株分离自附生型兰科植物禾叶贝母兰Coelogyne viscosa的胶膜菌属真菌Tullasnella sp. hy-111对宿主植物幼苗生长及耐旱性的影响,并从转录组水平检测了该菌根真菌对禾叶贝母兰幼苗基因表达的影响。结果显示,接种hy-111不仅能显著提高幼苗的生物量、与耐旱相关的酶活性以及渗透调节物质的富集,而且还能显著诱导植物抗性途径相关基因的上调表达。本研究表明菌根真菌能改善生长于胁迫的附生生境中的兰科植物对于干旱的耐受性,并可能在兰科植物的生态适应中起到重要作用。     

干旱胁迫对不同抗旱性棉花品种抗氧化酶活性及基因表达的影响

为明确不同抗旱性棉花品种对干旱胁迫的适应性差异,该研究选用‘新陆早50号’(耐旱型)和‘新陆早27号’(干旱敏感型)为材料,分析干旱及复水处理下两材料的活性氧产生、电解质渗漏、抗氧化酶活性变化,并分析部分抗氧化酶基因、渗透调节基因和转录因子在干旱胁迫下的表达谱。结果显示:(1)棉花叶片的电导率和MDA含量随着干旱胁迫的加强逐渐增加,复水后恢复;在干旱胁迫处理6和8d,耐旱型品种‘新陆早50号’的抗氧化酶活性显著高于干旱敏感型品种‘新陆早27号’。(2)基因表达谱分析显示,棉花超氧化物歧化酶基因(GhSOD)仅在干旱胁迫下表达,且2个品种间差异不显著,GhBADH、GhNCED和GhP5Cs及转录因子GhPHD1、GhPHD5、GhPHD6和GhPHD10在‘新陆早50号’叶片中的表达量均高于‘新陆早27号’。研究表明,耐旱型棉花品种较干旱敏感型在干旱胁迫下其体内的活性氧含量、电导率和MDA含量较低,抗氧化酶活性较高,并且其抗旱相关基因表达量也更高。     

割手密2C型蛋白磷酸酶ScPP2C基因的克隆与表达分析

割手密由于具有抗病、抗虫、抗逆等潜在的有利基因,历来被用于甘蔗的抗性遗传改良。在割手密中克隆编码2C型蛋白磷酸酶(protein phosphatase 2C, PP2C)的基因,并分析其在干旱胁迫下的差异表达。本研究利用RT-PCR方法从割手密叶片中克隆得到PP2C基因的CDS全长序列,利用生物信息学在线软件对PP2C蛋白的理化性质、蛋白结构进行预测分析,并采用实时荧光定量的方法分析该基因在不同干旱处理下的差异表达。结果显示从割手密中克隆到一个全长951 bp编码316个氨基酸的2C型蛋白磷酸酶基因,命名为ScPP2C,GenBank登录号为MG322120。荧光定量分析表明,随着干旱胁迫时间的延长,其表达量呈先上调后下调的表达模式,说明该基因是干旱胁迫诱导型基因。本研究通过挖掘甘蔗野生种割手密中的抗旱新基因ScPP2C,为甘蔗野生种质资源开发利用、转基因抗旱甘蔗新品种的选育提供了参考依据。     

沙鞭PvDREB基因克隆与表达特异性分析

基于沙鞭的三代转录组数据,该研究利用PCR技术克隆DREB基因,并对其进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR分析该基因的表达模式以及在20%PEG-6000模拟干旱胁迫处理下的表达特征,以探讨干旱胁迫下沙鞭DREB转录因子的功能和作用,为揭示PvDREB基因响应沙鞭的耐旱分子机制奠定基础。结果表明：(1)成功克隆获得一个沙鞭DREB基因,命名为PvDREB;PvDREB基因编码区长度831 bp、编码276个氨基酸,含有典型的AP2转录因子保守结构域;PvDREB蛋白是亲水性蛋白,不具有信号肽结构,存在跨膜结构和可能的糖基化及磷酸化位点。(2)系统进化分析显示,PvDREB基因与毛竹的DREB亲缘关系较近。(3)亚细胞定位预测表明,PvDREB蛋白定位于线粒体和细胞核中。(4)qRT-PCR显示,沙鞭根、茎和叶中PvDREB均可诱导表达但差异较大,且在茎中表达量最高,叶中次之,根中最低,具有明显的组织特异性;20%PEG-6000模拟干旱下,PvDREB基因在叶中的表达量随干旱胁迫时间增加而增加,12 h时达到最高,之后逐渐下降。研究推测,沙鞭PvDREB基因受干旱胁迫诱导表达,且...     

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。     

ABA和干旱胁迫下菊花脑ZF-HD基因家族的表达分析

干旱是影响菊花生长发育和产量的重要非生物因子，在应对干旱胁迫时ZF-HD转录因子家族起着重要的作用。菊花脑是研究菊花遗传育种机制的模式植物，筛选其抗旱相关基因可为菊花相关研究奠定基础。本研究在菊花脑基因组基础上，建立了本地数据库以实现本地BLAST，并利用Pfam数据库、HMMER、DNAMAN、MEGA、Tbtools、ExPASy、WOLF PSORT在线网站及实时荧光定量技术，对ZF-HD基因家族进行筛选以及生物信息学和表达分析。最终在菊花脑基因组中共鉴定出19个CnZFHD基因，分为ZHD、MIF两个亚家族，其中ZHD亚族包括I-VI亚群。家族成员的组织特异性表达具有时间和空间差异性，且启动子区富含与生长发育、胁迫和激素相关的响应元件。RT-qPCR结果显示，19个CnZF-HD基因均响应干旱胁迫和ABA处理，且在干旱条件下均被诱导表达。CnZF-HD4、CnZF-HD5、CnZF-HD9、CnZF-HD10、CnZF-HD14、CnZF-HD15、CnZF-HD19这7个基因在ABA处理中被诱导表达，亚群VI在调控菊花脑抗旱性方面起着重要作用。另外，CnZF-HD1基因的表达...     

黄芪AmMYB44基因的克隆与表达模式分析

以黄芪转录组测序获得的一条MYB基因为基础,进行克隆、生物信息学分析和荧光定量分析。克隆得到cDNA序列1 296 bp,其中包含一个长度为1 200 bp的开放阅读框,编码一个由399个氨基酸组成的蛋白质,命名为AmMYB44。预测黄芪MYB44蛋白的分子量为43.392 kD,等电点为6.39,平均亲水数是-0.459,不稳定系数为46.08,属于不稳定蛋白。实时荧光定量PCR分析显示,AmMYB44基因在干旱和低温条件下的表达均明显上调,但调节幅度存在组织差异、条件差异和处理时间的差异。在AmMYB44启动子上发现了多个与逆境和激素应答相关的顺式作用元件。推测AmMYB44基因在黄芪干旱、低温等非生物胁迫应答中具有重要的调控作用,本研究将促进黄芪的抗旱抗寒分子机制的研究。     

干旱胁迫对小麦幼苗抗氰呼吸和活性氧代谢的影响

研究了干旱胁迫对抗旱性强弱不同的两种小麦幼苗的抗氰呼吸和活性氧代谢的影响。干旱胁迫导致了两种小麦抗氰呼吸活性及基因转录水平的下降,但抗旱品种在轻度干旱胁迫下表现出一定的适应能力,其抗氰呼吸活性及基因转录水平均高于不抗旱品种。干旱胁迫下,对干旱敏感的小麦幼苗叶片中活性氧含量高于抗旱小麦;3种抗氧化酶的活性低于抗旱小麦的3种抗氧化酶的活性。据此认为,严重的干旱胁迫引起活性氧含量的增加扰动了活性氧与抗氰呼吸之间的应答平衡,但抗氰呼吸可能通过清除活性氧等机制而起了抗旱的作用。     

一个源于皮革肾岛衣地衣型真菌中的HR-PKS基因克隆与鉴定

本研究通过对皮革肾岛衣(Nephrmopsis pallescens)地衣型真菌转录组数据的分析,首次克隆得到一种高度还原型聚酮合酶(Highly reducing PKS)基因全长,并对该基因进行生物信息学分析,并检测该基因在不同培养基上的表达量。该基因cDNA全长7 491 bp (命名为NpPKS1),可编码2 496个氨基酸,是一种稳定存在于细胞质基质中的非分泌蛋白;结构域与其他真菌的洛伐他汀九酮合成酶(LNKS)结构域极为相似,且聚类分析与其他真菌的洛伐他汀九酮合成酶(LNKS)聚为一类;在以葡萄糖和麦芽糖作为碳源的情况下,番茄浸粉、牛肉浸粉、酪蛋白胨等作为氮源可强烈刺激NpPKS1基因的表达,而胰蛋白胨对该基因的表达存在一定程度的抑制效应。本研究为皮革肾岛衣地衣型真菌中的基因资源利用、聚酮化合物异源表达和其合成机制的研究奠定了基础。     

植物干旱胁迫的信号通路及相关转录因子研究进展

植物对干旱环境的适应是一个复杂的生物学过程,涉及多条信号通路的交叉调控。其中,通过转录因子发挥的调控在植物的抗旱过程中起着至关重要的作用。目前参与植物干旱胁迫反应的转录因子主要有AP2/EREBP、MYB、NAC、bZIP和WRKY等。研究表明,单个转录因子可以激活或抑制大量下游靶基因的转录,而单一的靶基因又受到不同转录因子的调控,转录因子之间的串扰现象在植物干旱调控网络中普遍存在。该文总结了近年来国内外有关植物干旱胁迫响应中涉及的主要信号通路［ABA信号通路、Ca²⁺信号通路和促有丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)级联信号通路等］,并对以上5种转录因子的结构特点、分类以及它们对干旱胁迫的调控作用进行综述,同时对今后的研究方向进行了展望。     

基于比较转录组分析海洋弧菌X511的褐藻胶代谢途径

【目的】从北海涠洲岛海域腐烂的马尾藻中分离得到的海洋弧菌(Vibrio X511)具有较强的利用褐藻胶能力,本文利用转录组测序的方法以研究弧菌X511的褐藻胶代谢途径。【方法】采用Illumina Hi Seq2500测序平台对菌株在褐藻胶及葡萄糖培养下的转录组进行测序;比较和分析差异转录本,利用荧光定量PCR验证测序结果;采用GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)对差异转录本进行功能和Pathway注释。【结果】经比较发现,菌株在褐藻胶培养下相对于葡萄糖的培养共有2024个差异表达基因,其中1066个基因上调,958个基因下调;某些普遍存在于代谢途径中的基因在不同培养条件下也存在差异表达;海洋弧菌X511中涉及褐藻胶利用的所有基因以及合成乙醇的关键基因其转录量均有一定程度的上调;此外,通过分析发现该菌株具有独特的褐藻胶利用方式,其中的一个代谢过程尚未在弧菌中被报道。【结论】成功解析了海洋弧菌X511的褐藻胶代谢途径,丰富了生物方法降解褐藻胶的研究,为大型海藻生物质能源的研究提供有价值的数据支持。     

三种荒漠地衣共生菌藻的耐热性研究

作为沙漠生物地毯工程研究的组成部分,对荒漠地衣石果衣Endocarpon pusillum、节瘤微孢衣Acarospora nodulosa以及荒漠微孢衣A. schleicheri的共生菌藻进行了耐热性研究。结果表明,3种荒漠地衣的共生菌藻在湿润条件下对温度的最大忍受力仅为50℃,而在干燥条件下石果衣的共生菌藻的最大忍受力均为75℃,而其他两种地衣共生菌藻的最大忍受力均为80℃。3种荒漠地衣共生菌、藻分别对高温胁迫的耐受力,在干燥状态下均比在湿润状态下明显增高。     

陆地棉干旱胁迫相关基因GhTrx的克隆及表达

采用RACE和RT-PCR技术,克隆了陆地棉干旱胁迫硫氧还蛋白基因,利用荧光定量PCR技术分析该基因在不同组织和不同时期的表达情况.结果表明,陆地棉硫氧还蛋白基因(GhTrx)的cDNA全长1 340 bp,其中ORF 864 bp,推测编码288个氨基酸.该基因编码蛋白与杨树、蓖麻、拟南芥的相似性分别为70%、72%和76%,系统发育树分析显示,GhTrx与蓖麻中该蛋白的亲缘关系最近.RT-PCR分析显示,GhTrx基因表达受干旱胁迫诱导,在干旱诱导下,该基因在抗旱材料中H177中上调表达,在根中的表达量明显高于叶.研究表明,GhTrx基因在干旱胁迫时根部进行大量表达,对抵御外界的干旱威胁起到关键作用,可能对提高陆地棉抗旱性方面具有一定的作用.     

砂藓抗旱相关基因RcSOD的克隆及表达分析

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)是植物抗氧化系统的关键酶,在植物应对各种环境胁迫的过程中发挥重要的作用。本研究在砂藓(Racomitrium canescens)干旱胁迫转录组数据中发现一个表达量上调的SOD基因,将其命名为RcSOD。通过RT-PCR技术对RcSOD的开放阅读框进行了克隆及相关的生物信息学预测分析。通过实时荧光定量PCR (qPCR)对砂藓复水和脱水过程中RcSOD基因的表达量变化进行了检测分析。结果显示,该基因c DNA全长1 230 bp,开放阅读框长555 bp。RcSOD编码蛋白质的氨基酸数为184,相对分子质量为18.9 kD,理论等电点为5.94,不稳定指数为18.35,总平均亲水性为-0.172,预测该蛋白为疏水性蛋白,属于非跨膜、非分泌型蛋白,含有Cu/Zn SOD结构域。系统进化分析表明,RcSOD与藓类Cu/Zn SOD蛋白属于同一分枝。实时荧光定量PCR结果显示,RcSOD基因在复水和干旱的条件下均有差异性表达,在脱水过程中显著上调,初步推测RcSOD可能参与砂藓干旱胁迫应答反应。本研究对进一步研究砂藓中Cu/Zn SOD基因的生物学功能具有推动作用。