林烟草蛋白激酶NsylCIPK3基因的克隆与功能分析

CIPK蛋白激酶家族(CBL-interacting protein kinase)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族,与类钙调磷酸酶B亚基CBL(calcineurin B-like protein)蛋白共同形成CBL-CIPK网络,在植物的生长发育和逆境胁迫响应过程中发挥重要作用。烟草中该家族的研究还比较少,本研究从林烟草(Nicotiana sylvestris)中获得一个CIPK家族基因,该基因与拟南芥和杨树中的CIPK3同源性分别为68.4%和87.5%,将其命名为Nsyl CIPK3。氨基酸序列分析表明,Nsyl CIPK3具有CIPK蛋白家族的典型结构特征,在N端和C端分别具有典型的激活环结构域和NAF结构域。进化树分析显示,Nsyl CIPK3属于CIPK蛋白亚家族Ⅱ。表达模式研究表明,该基因在林烟草的叶和腋芽中的表达量相对较高,在主根中的表达量次之,在侧根、茎、花瓣和萼片中的表达量相对较低,并且在烟草成熟期的叶中表达量明显升高。在高盐、紫外光和低钾胁迫下该基因的表达发生不同程度的上调。酵母双杂交结果显示,Nsyl CIPK3可与Nsyl CBL9互作。推测Nsyl CIPK3可能通过与Nsyl CBL9互作形成信号通路,激活下游靶蛋白,参与烟草响应非生物逆境胁迫的信号转导过程。     

转EPSPS基因抗除草剂玉米CC-2对田间节肢动物多样性的影响

【背景】转基因手段已成为改良玉米品种的重要途径之一,具有诸多优点的转基因玉米越来越受到人们的青睐。转基因玉米带来巨大经济和社会效益的同时,其安全风险问题也引发人们广泛关注,因此有必要对转基因玉米进行生物多样性影响评价。【方法】采用直接观察法和陷阱法对种植转EPSPS基因抗除草剂玉米CC-2及其对应的非转基因对照郑58的田间节肢动物进行调查,分析其群落组成、群落结构及主要类群动态。【结果】转基因玉米CC-2无论是喷施除草剂还是不喷施除草剂处理,与其对应的非转基因对照郑58相比,田间节肢动物群落组成、群落结构,以及田间主要节肢动物类群动态均无显著差异。【结论与意义】初步认为转EPSPS基因抗除草剂玉米CC-2对节肢动物多样性无安全风险,为转EPSPS基因抗除草剂玉米的推广提供一定生态安全数据。     

玉米JAZ家族基因ZmJAZ4的克隆及功能分析

JAZ(Jasmonate ZIM-domain)蛋白是植物特有的一类转录因子,通过抑制茉莉素调控基因的表达,在植物的生长发育及非生物胁迫等方面发挥重要的功能。从玉米B73自交系中克隆到一个新的JAZ家族基因Zm JAZ4,该基因c DNA全长为651bp,编码蛋白含有216个氨基酸,分子量约为23.1 k D,p I为10.78,属于碱性蛋白。Real-time RT-PCR结果表明,Zm JAZ4主要在茎端分生组织、雄穗、发育早期的种子以及胚乳中表达。系统进化分析显示,Zm JAZ4与At JAZ10转录因子相似性较高。亚细胞定位试验表明,Zm JAZ4定位于细胞核内。Zm JAZ4在酵母细胞中不具有转录激活活性。激素及胁迫处理表明,Zm JAZ4在地上部的表达受PEG、Na Cl、SA、GA和ABA诱导,而在地下部的表达受到ABA和GA诱导。结果分析表明,Zm JAZ4可能是一个重要的转录调控因子,参与调控多种激素信号通路及非生物胁迫响应。     

棉花抗逆基因GhAREB4的克隆及功能分析

AREBs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应,在植物抵御各种逆境胁迫中起着非常重要的作用。该研究经序列电子拼接克隆了陆地棉GhAREB4基因,该基因全长1 784bp,其开放阅读框为1 227bp,编码408个氨基酸,预测分子量为44.3kD,等电点为8.88。蛋白结构预测发现,该蛋白二级结构中含有bZIP基因家族的保守结构域。系统进化树分析表明,GhAREB4与可可的AREB转录因子同源性最高。绿色荧光蛋白亚细胞定位分析表明,GhAREB4蛋白分布在细胞核内。qRT-PCR分析表明,GhAREB4基因在花中的表达量最高;且GhAREB4基因表达受到干旱、高盐、低温、脱落酸(ABA)等处理的诱导,其可能调控棉花对非生物逆境的耐性响应。研究结果为进一步研究该基因对棉花耐逆调控机制奠定了基础。     

AhAO2转基因拟南芥植株抗旱生理分析

目的:研究AhAO2基因对拟南芥抗旱生理的影响.方法:以转AhAO2基因拟南芥(AO2 -1 -4、AO2 -3 -7、AO2 -8 -1)为实验材料,通过植物根长、相对含水量、气孔开度和抗氧化酶比活力指标的综合评定,分析超表达AhAO2基因对拟南芥抗旱生理的影响.结果:在PEG胁迫下,AO2 -1 -4、AO2 -3 -7、AO2 -8 -1植株体内相对含水量分别比野生型高2.1％、1.3％和1.6％;超表达植株AO2 -1 -4、AO2 -3 -7、AO2 -8 -1抗氧化酶POD酶比活力较野生型提高73.1％、66.2％和74.4％,SOD酶比活力较野生型提高64.6％、80.5％和43.1％.而野生型的气孔开度在正常生长和PEG胁迫的条件下均低于超表达拟南芥株系.AhAO2转基因植株可能通过提高抗氧化酶活性提升了抗旱能力.     

玉米液泡膜焦磷酸酶基因ZmVPP1的克隆及逆境下的表达分析

采用同源克隆的方法在玉米中得到一个与拟南芥耐盐基因AVP1类似的基因.BLAST分析表明,该基因编码蛋白属于质子泵焦磷酸酶家族(H_PPase superfamily)中的Ⅰ型VPP,将其命名为ZmVPP1.ZmVPP1包舍一个2301bp的开放阅读框,编码766个氨基酸残基.蛋白比对结果表明,该蛋白在不同植物中相当保守.实时荧光定量PCR检测发现,ZmVPP1基因在成熟叶片中高丰度表达,在生殖器官中表达量较少.脱水、高盐、低温等逆境胁迫条件和ABA处理下的表达分析表明,ZmVPP1基因受逆境的诱导表达,属于不依赖于ABA的途径.由此推断,ZmVPP1可能参与玉米对Na+的隔离,从而起到耐盐的作用.     

转Bt基因抗虫玉米的研究

对转Bt基因抗虫玉米的研究概况、转化方法、转化体的鉴定方法、遗传评价以及其存在的问题进行了综述.     

抗氧化系统在H2O2诱导的玉米幼苗耐热性形成中的作用

H2O2预处理可显著增强玉米幼苗的耐热性.H2O2预处理后,玉米幼苗抗氧化酶谷胱甘肽还原酶(GR)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性及还原型抗氧化剂抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)的水平显著提高,且H2O2预处理过的幼苗在高温处理期间及其后的恢复过程中均能保持相对较高的抗氧化酶活力和还原型/氧化型抗氧化剂比例.     

玉米脱氢抗坏血酸还原酶基因的克隆和特性研究

通过电子克隆方法得到玉米脱氢抗坏血酸还原酶基因,命名为ZmDHAR1。结果显示,ZmDHAR1基因全长723bp,开放阅读框642bp,编码214个氨基酸。ZmDHAR1基因与高粱、水稻及小麦等植物的脱氢抗坏血酸还原酶基因高度相似,其中与高粱的DHAR基因相似性为85%,与水稻的DHAR1基因相似性为83%。基因表达分析显示,ZmDHAR1基因在根以外的其他部位都可以检测到表达,而且ZmDHAR1基因可以在4℃低温、100μmol/L ABA、100mmol/L PEG、250mmol/L NaCl和机械损伤等多种逆境胁迫下均可应答表达。研究表明,ZmDHAR1基因可能在玉米抗逆境胁迫反应中发挥重要的作用。     

一氧化氮在脱落酸诱导的玉米叶片亚细胞抗氧化防护中的作用

研究了ABA诱导NO产生的来源以及NO在ABA诱导的玉米叶片H2O2累积和亚细胞水平抗氧化中的作用。ABA诱导玉米叶片NO的产生以及NOS活性增加,NOS抑制剂抑制这种增加。NO清除剂和NR抑制剂预处理也抑制了ABA诱导的NO产生,但是并不影响ABA诱导的NOS活性,结果提示了ABA诱导的NO的产生来源于NOS和NR2条途径。NO清除剂、NOS抑制剂和NR抑制剂预处理抑制了ABA和H2O2诱导的抗氧化防护酶基因SOD4、cAPX、GR1的表达和叶绿体及细胞溶质抗氧化酶活性的增加,表明NO参与ABA和H2O2诱导的玉米亚细胞抗氧化防护系统。另一方面,以NO供体SNP预处理减少了ABA诱导的H2O2的累积,而c—PTIO逆转了SNP减少ABA诱导的H2O2累积的作用。SNP处理诱导了亚细胞抗氧化酶活性的增加,用c—PTIO预处理抑制了这种增加。实验结果表明ABA诱导H2O2和INO产生,NO上调了玉米亚细胞抗氧化防护酶活性,进而防止玉米叶片中H2O2的过量累积。因此在玉米ABA诱导的信号转导中有一个NO和H2O2负反馈环。     

冠菌素对玉米幼苗耐干旱胁迫的诱导效应

以玉米幼苗为材料,在20%PEG模拟干旱条件下,研究了植物生长物质冠菌素0.001~1.0μmol?L-1处理时叶片水分状况及其脯氨酸、可溶性糖、MDA含量及抗氧化酶活性.实验表明,在干旱胁迫条件下,低浓度(0.01μmol?L-1)的冠菌素处理能显著降低干旱胁迫下叶片水势,并显著提高玉米幼苗叶片相对含水量、可溶性糖和游离脯氨酸的含量;同时能显著提高玉米叶片中POD、CAT和APX的活性(分别比对照高32.1%、13.8%和29.5%),而对SOD和GR的活性无显著影响;此时叶片中MDA的含量显著比对照降低11.6%,能够在一定程度上维持细胞膜的完整性.高浓度冠菌素处理(1.0μmol?L-1)下各指标的变化趋势则相反.结果证明,低浓度冠菌素(0.01μmol?L-1)能增强玉米幼苗耐干旱胁迫的能力.     

玉米分子伴侣基因ZmBiP1的表达模式和功能研究

以抗旱玉米自交系旱21为材料,克隆获得玉米分子伴侣基因Zm Bi P1,通过荧光定量PCR技术研究Zm Bi P1基因的表达模式,并将Zm Bi P1基因转入拟南芥中研究其功能。荧光定量PCR结果表明,Zm Bi P1基因在玉米自交系旱21的不同组织器官中均有表达,且在子房中表达量最高。Zm Bi P1基因受甘露醇胁迫诱导上调表达,受盐胁迫诱导下调表达。转基因拟南芥功能验证结果表明,过表达Zm Bi P1基因导致拟南芥在种子萌发时期对盐和甘露醇胁迫的耐受能力减弱。这些结果表明Zm Bi P1基因可能是逆境反应信号传递途径的负调节因子。     

干旱胁迫下转基因甘薯块根膨大期水分利用效率和生理代谢特征

以转Cu/Zn-SOD和APX基因及其非转基因甘薯进行盆栽试验,在甘薯块根膨大期进行正常供水(田间最大持水量的80%)、中度缺水(田间最大持水量的60%)和重度缺水(田间最大持水量的40%)3种水分处理,分别测定转基因植株和对照植株在薯块膨大期的第20天和第70天的抗氧化酶系统、可溶性糖含量、光合系统之间的差异,以及在不同水分胁迫处理下产量和水分利用效率之间的差异。以此研究外源基因的超表达是否可以提高甘薯的产量及水分利用效率。结果显示:(1)转基因甘薯(TS)的SOD、APX活性以及可溶性糖含量均高于非转基因对照株(NT),但POD活性低于NT;TS和NT植株的APX活性、可溶性糖含量、净光合速率以及蒸腾速率均随干旱胁迫加重呈递减趋势。(2)干旱胁迫70d时,TS和NT植株光合参数均较胁迫20d时降低,且TS和NT间的净光合速率没有明显差异。(3)TS和NT两株系的块根产量在中度胁迫下最高而在重度胁迫下最低,而TS具有较高的块根产量且在重度胁迫下产量降低幅度较小。(4)TS的气孔导度和蒸腾速率显著低于NT,且TS的水分利用效率较NT更高。研究表明,Cu/Zn-SOD和APX基因可以显著增加干旱胁迫下甘薯块根膨大期的SOD、APX活性和可溶性糖含量,提高其水分利用效率,从而减轻干旱胁迫对产量的影响。     

叶面喷施褪黑素对干旱及复水下玉米光合特性和抗氧化系统的影响

为揭示叶面喷施外源褪黑素(MT)在干旱胁迫及复水下调控玉米的生理机制,该研究以玉米‘陕科9号’为试验材料,叶面喷施100 μmol·L^-1褪黑素,在重度干旱胁迫和复水后测定叶片相对含水量(RWC)、叶面积、地上部生物量、光合机构活性以及抗氧化酶活性等指标。结果表明：(1)外源喷施褪黑素能有效缓解干旱胁迫诱导的玉米生长发育抑制,同时显著提高干旱胁迫下玉米叶片光系统(PSⅡ和PSⅠ)有效量子产量［Y(Ⅱ)和Y(Ⅰ)］,并降低干旱胁迫下叶片PSⅠ 受体侧和供体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量Y(ND)和Y(NA)。(2)喷施外源褪黑素显著增强了干旱胁迫玉米植株叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及谷胱甘肽还原酶(GR)活性,显著降低了其丙二醛(MDA)和过氧化氢(H₂O₂)含量;同时外源褪黑激素也显著上调了其相应抗氧化酶活性相关基因的表达量。(3)复水后,干旱胁迫下经褪黑素处理的玉米植株叶片上述各参数恢复速度较单独干旱胁迫处理植株更快。研究认为,叶面喷施褪黑素有效缓解了干旱胁迫对玉米叶片的光合机构的损伤,增强了叶片抗氧化酶活性及相关基因的表达,显著降低了膜脂过氧化伤害程度,且复水后显著促进叶片生理功能的恢复,表明外源褪黑素可通过改善干旱及复水下玉米叶片光合效率和抗氧化能力,从而促进植株生长以适应干旱多变的环境。     

壳聚糖对镉胁迫下玉米幼苗根系抗氧化酶活性和内源激素水平的影响

为探究壳聚糖对增强玉米幼苗抗镉胁迫能力的生理生化机制,以玉米(Zea mays L.)杂交种‘郑单958’为试验材料,采用室内Hoagland水培法,探讨外施100mg·L~(-1)壳聚糖对镉胁迫(80mg·L~(-1))不同时间(0h、24h、48h、72h和96h)下玉米幼苗根系抗氧化酶活性和内源激素水平的影响。结果显示:(1)镉胁迫显著抑制玉米幼苗根系生长,并诱导根系活性氧产生、抗氧化酶活性增加、内源激素的平衡受到破坏。(2)镉胁迫下,外施壳聚糖处理96h后根系干重提高16.1%,根系的O-·2产生速率和H2O2含量分别降低9.1%和19.2%,SOD、POD和CAT活性分别提高32.5%、20.4%和21.3%,IAA、ZR和GA含量分别增加34.4%、40.4%和42.5%,ABA含量减少19.1%,IAA/ABA、ZR/ABA和GA/ABA分别提升66.1%、73.5%和76.0%。研究表明,壳聚糖能够调控镉胁迫下玉米幼苗根系内源激素的含量及平衡,减轻胁迫对抗氧化酶系统的破坏,增强其清除活性氧的能力,从而降低镉胁迫对根系的毒害,提高玉米幼苗对镉胁迫的抵抗能力,为玉米抗逆栽培提供了理论及试验依据。     

玉米胚胎发生后期丰富蛋白基因的启动子克隆与功能验证

该研究在生物信息学分析的基础上,克隆玉米胚胎发生后期丰富蛋白基因(MGL3)的启动子序列(pMGL3),进行非生物逆境应答元件分析以及实时定量PCR验证其非生物逆境胁迫响应特性,构建了pMGL3启动子驱动报告基因(GUS)表达载体,基因枪法转化玉米愈伤组织,通过GUS染色验证pMGL3启动子在非生物逆境胁迫下的驱动活性。再根据启动子序列分析结果,去除不同的顺式作用元件,构建不同长度pMGL3启动子驱动报告基因GUS表达载体,农杆菌介导法转化烟草叶盘,以确定pMGL3启动子的最短活性序列。结果显示:pMGL3启动子长1 554bp,存在多种与非生物逆境胁迫应答相关的调控元件,在干旱、高盐、低温胁迫及脱落酸、乙烯诱导下驱动MGL3基因增量表达,用以驱动GUS基因转化玉米愈伤组织,在高渗、高盐、低温胁迫及脱落酸诱导下具有驱动活性,且截短至325bp仍可保持驱动活性。研究表明,pMGL3启动子的确有非生物逆境诱导启动活性,进一步验证其作用机理后可运用于玉米抗逆转基因研究。     

Molecular Improvement of Tropical Maize for Drought Stress Tolerance in Sub-Saharan Africa

The C4 grass Zea mays (maize or corn) is the third most important food crop globally after wheat and rice in terms of production and the second most widespread genetically modified (GM) crop, after soybean. Its demand is predicted to increase by 45% by the year 2020. In sub-Saharan Africa, tropical maize has traditionally been the main staple of the diet, 95% of the maize grown is consumed directly as human food and as an important source of income for the resource—poor rural population. However, its growth, development and production are greatly affected by environmental stresses such as drought and salinization. In this respect, food security in tropical sub-Saharan Africa is increasingly dependent on continuous improvement of tropical maize through conventional breeding involving improved germplasm, greater input of fertilizers, irrigation, and production of two or more crops per year on the same piece of land. Integration of advances in biotechnology, genomic research, and molecular marker applications with conventional plant breeding practices opens tremendous avenues for genetic modifications and fundamental research in tropical maize. The ability to transfer genes into this agronomically important crop might enable improvement of the species with respect to enhanced characteristics, such as enriched nutritional quality, high yield, resistance to herbicides, diseases, viruses, and insects, and tolerance to drought, salt, and flooding. These improvements in tropical maize will ultimately enhance global food production and human health. Molecular approaches to modulate drought stress tolerance are discussed for sub-Saharan Africa, but widely applicable to other tropical genotypes in Central and Latin America. This review highlights abiotic constraints that affect growth, development and production of tropical maize and subsequently focuses on the mechanisms that regulate drought stress tolerance in maize. Biotechnological approaches to manage abiotic stress tolerance in maize will be discussed. The current status of tropical maize transformation using Agrobacterium as a vehicle for DNA transfer is emphasized. This review also addresses the present status of genetically modified organisms (GMOs) regulation in sub-Saharan Africa.     

microRNA在玉米生长发育及非生物胁迫响应中的调控功能

microRNA（miRNA）是一类广泛存在于真核生物中长度为20~24 nt的内源非编码小RNA，它们通过对靶基因mRNA进行切割或翻译抑制，在转录后水平调控靶基因的表达。近期研究表明，miRNA参与植物生长发育与逆境胁迫响应的多个重要生物学过程，对作物的农艺性状也起到重要的调控作用。玉米作为重要的粮食、饲料和工业原料，提高其产量和品质对于保障世界粮食安全至关重要，然而与模式植物拟南芥和水稻相比，玉米中miRNA的研究仍然相对较少，理解miRNA在玉米中的功能和调控机理有助于通过分子育种对关键农艺性状进行遗传改良。本文综述了玉米中miRNA的发现与鉴定，系统总结了参与玉米miRNA代谢途径的关键蛋白DCL、AGO和HEN1的研究进展，重点阐述了在玉米生长发育和非生物胁迫响应过程中已开展功能研究miRNA的调控作用，并对玉米miRNA研究当前存在的问题和未来的发展趋势进行了讨论。     

The Relationship Between Yield and the Antioxidant Defense System in Tomatoes Grown Under Heat Stress

Four putative heat-tolerant tomato (Lycopersicum esculentum) cultivars (Tamasabro, Heat Wave, LHT-24, and Solar Set) and one putative heat-sensitive tomato culti-var (Floradade) were grown in the field under non-stress (average daily temperature of 26°C) and heat-stress (average daily temperature of 34°C) conditions. At anthesis, approximately five weeks after being transplanted to the field, leaf samples were collected for antioxidant analyses. Yield was determined by harvesting ripe fruit seven weeks after the collection of leaf samples. Heat stress resulted in a 79.1% decrease in yield for the heat-sensitive Floradade, while the fruit yield in the heat-tolerant cultivars Heat Wave, LHT-24, Solar Set, and Tamasabro was reduced 51.5%, 22.1%, 43.8%, and 34.8% respectively. When grown under heat stress, antioxidant activities were also greater in the heat-tolerant cultivars. Superoxide dismutase (SOD) activity increased up to 9-fold in the heat-tolerant cultivars but decreased 83.1% in the heat-sensitive Floradade. Catalase, peroxidase, and ascorbate peroxidase activity increased significantly in all cultivars. Only Heat Wave showed a significant increase in glutathione reductase in response to heat stress but all heat-tolerant cultivars exhibited significantly lower oxidized ascorbate/reduced ascorbate ratios, greater reduced glutathione/oxidized glutathione ratios, and greater a-tocopherol concentrations compared to the heat-sensitive cultivar Floridade. These data indicate that the more heat-tolerant cultivars had an enhanced capacity for scavenging active oxygen species and a more active ascorbate-glutathione cycle and suggest a strong correlation between the ability to up-regulate the antioxidant defense system and the ability of tomatoes to produce greater yields when grown under heat stress.     

一氧化氮缓解盐胁迫对玉米生长的抑制作用

研究了一氧化氮(nitric oxide,NO)对NaCl 100mmol/L胁迫下玉米幼苗生长的影响.结果表明:0.1～200μmol/L的NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP),特别是100μmol/L SNP处理可以显著提高盐胁迫下玉米幼苗的干物质积累速率.100μmol/L的SNP处理还显著提高了叶绿素含量、植株体内K /Na 比和(Spd Spm)/Put的比值,降低膜透性.推测NO对盐胁迫下玉米生长抑制的缓解作用是由于NO促进根系对K 的选择性吸收及其向地上部的运输,而降低对Na 的吸收及其向地上部的运输,并促进Put向Spd和Spm的转化.