盐胁迫对盐芥生长及硝酸还原酶活性的影响

盐胁迫处理导致盐芥植株鲜重、干重、含水量、肉质化程度和根冠比都下降;根中有机物含量上升,而无机物含量下降,叶的变化与根的相反;渗透调节能力、Na 含量和根系活力上升;硝酸还原酶活性显著增加;超氧阴离子(O2-)含量先降低后升高.表面扫描电镜图像显示:盐芥叶片表面没有盐腺或盐囊泡,所以它不是泌盐盐生植物.盐芥生长状况、Na 含量和Na X-ray微区分析结果表明:盐芥也不是拒盐盐生植物,而很可能是稀盐盐生植物.     

盐芥miRNAs耐盐表达研究

以盐生植物盐芥为实验材料,选择经过Solexa测序筛选的盐芥tsa-miR172a和tsa-miR398b为目标基因,采用茎环的反转录PCR(stem-loop RT-PCR)方法分析其在盐芥根中的耐盐表达模式,以探讨盐芥miRNAs的stem-loop RT-PCR验证体系。结果显示,经过300mmol.L-1 NaCl处理72h后,与对照相比,盐芥根中的tsa-miR172a上调表达,tsa-miR398b下调表达。用stem-loop RT-PCR方法进行tsa-miR172a和tsa-miR398b扩增,对其电泳图进行光密度分析结果显示,盐胁迫处理与对照的比值分别为1.8和0.55,Solexa测序结果分别为2.00和0.44,说明两种方法所得结果基本一致。表明该研究建立了盐芥miRNAs的stem-loop RT-PCR验证体系:每个miRNA设计3个引物(miRNA stem-loop引物、miRNA正向引物和miRNA通用反向引物);扩增条件为94℃2min,94℃15s,55℃45s,23个循环。     

基于核磁共振波谱的盐芥盐胁迫代谢组学分析

以甲醇/水(1∶1)作为溶剂,利用高分辨核磁共振氢谱分析了盐生模式植物盐芥(Thellungiella salsuginea)代谢组对盐胁迫的响应。根据1H核磁共振(NMR)波谱,在盐芥莲座叶中准确鉴定出23种代谢产物,包括11种氨基酸、4种糖类、6种有机酸和2种其他代谢产物。主成分分析表明,150、300 mmol/L NaCl处理盐芥的代谢组与对照均有显著差异(P<0.05),两种浓度的NaCl处理对盐芥代谢组的影响也不相同。盐胁迫处理以后,盐芥23种代谢产物含量均发生显著变化,除天冬氨酸、延胡索酸受盐胁迫诱导含量下降以外,其余代谢物含量均不同程度升高。这些代谢物主要参与了糖类代谢途径、氨基酸合成途径、三羧酸循环和甜菜碱合成途径,这些代谢途径在盐芥响应盐胁迫过程中有重要作用。     

盐胁迫对拟南芥和盐芥莲座叶芥子油苷含量的影响

芥子油苷是十字花科植物中一类含氮、含硫的次生代谢产物,与其水解产物在植物防御功能中有重要意义且与环境因子关系密切。以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）和盐生模式植物盐芥（Thellungiella halophila）为研究对象,系统地分析了盐胁迫下二者芥子油苷组成和含量的变化规律。拟南芥（生长4周）和盐芥（生长6周）叶片的芥子油苷组成在盐胁迫后没有改变。拟南芥的芥子油苷总量、脂肪族芥子油苷总量、吲哚族芥子油苷总量受盐胁迫的影响均不显著,而盐芥的则随盐胁迫增强先减少、后增加并高于对照水平。拟南芥脂肪族的3MSOP、5MSOP和吲哚族的4OHI3M、4MOI3M随盐胁迫增强而含量降低,而脂肪族的6MSOH、吲哚族的I3M以及盐芥脂肪族的3MSOP则随盐胁迫增强有含量增加的趋势。拟南芥脂肪族的8MSOO和吲哚族的1MOI3M,盐芥脂肪族的3MTP、Allyl、10MSD和吲哚族的4MOI3M,在盐胁迫下的含量变化与盐芥芥子油苷总量的变化趋势一致。     

新疆无苞芥锌指蛋白基因的克隆及表达分析

利用同源克隆法从新疆无苞芥中克隆获得1个锌指蛋白基因(OpZFP)。序列分析表明,OpZFP基因的开放阅读框为684bp,推测编码含227个氨基酸的蛋白质。生物信息学分析显示,OpZFP蛋白含有1个典型的C2H2型锌指结构,在C端含有一个可能具有转录抑制功能的EAR结构域。系统进化树分析表明OpZFP编码产物与拟南芥AtZFP1、琴叶拟南芥AlZFP1的进化关系较近。分离了OpZFP基因2 095bp的启动子序列,发现该启动子与拟南芥AtZFP1基因的启动子序列只有84.4%的相似性,启动子分析表明二者存在多处不同的顺式作用元件。半定量RT-PCR分析表明,OpZFP在根、茎、叶、花和果荚中均有表达,在根中的表达量最高。OpZFP基因受高盐、干旱和低温等胁迫的诱导表达,表明该蛋白涉及多种胁迫相关的信号传导途径。     

NaCl 胁迫对盐芥和拟南芥光合作用的影响

本研究检测了与盐芥(Ghellungiella halophila)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)光合作用相关的叶绿素、净光合速率(photosynthetic rate, Pn)、气孔导度(stomatal conductance, Gs)、胞间隙CO2浓度以及叶绿素荧光参数等指标, 观察到随着NaCl浓度逐渐增加, 盐芥的叶绿素a/b值(Chl a/Chl b)、类胡萝卜素/总叶绿素值(Car/Chl)显著高于拟南芥, 且二比值变化幅度较小并保持较高水平。盐胁迫下拟南芥净光合速率下降、气孔导度下降和胞间CO2浓度减小。气孔因素是引起拟南芥光合能力下降的主要因素。叶绿素荧光参数的变化表明, 50-200 mmol.L-1 NaCl降低拟南芥叶绿体对光能的吸收能力, 而且降低叶绿体的光化学活性, 使电子传递速率和光能转化效率大幅度下降,造成光能转化为化学能的过程受阻,进一步加剧了光合放氧和碳同化能力的降低。而50-200 mmol.L-1 NaCl 胁迫没有使盐芥的光合作用受到不良影响。     

盐芥热激同源蛋白70基因(Thhsc70)的分子克隆及鉴定

热激蛋白70(hsp70s)具有分子伴侣的功能,其中在非胁迫条件下表达的hsp70s称为热激同源蛋白70(hsc70).为更好地了解hsc70基因的特性,鉴定了盐芥(Thellungiella halophila(C.A.Mey.)O.E. Schulz)中编码胞质hsc70蛋白的基因Thhsc70.实验结果表明:在非胁迫条件下,Thhsc70基因具有组织特异性表达;Thhsc70基因受热胁迫和冷胁迫的诱导表达,但几乎不受盐诱导和干旱诱导.Thhsc70基因在拟南芥中过量表达后提高了转基因拟南芥的热耐受性和冷耐受性.     

盐芥(Arabidopsis salsuginea)cDNA文库的随机测序

实验以盐生植物盐芥为材料 ,提取经盐处理的盐芥总RNA ,分离mRNA后 ,构建cDNA文库。从cDNA文库中随机挑取克隆进行测序。结果共测得 5 3个表达序列标记 (EST) ,有 37个EST( 6 9 8% )与拟南芥的基因在多肽水平上有较高同源性 ;2 1个EST( 39.6 % )的功能未知     

盐芥ThMSD基因在大肠杆菌中的表达及特性研究

超氧化物歧化酶(SODs)是真核生物中广泛存在的含金属抗氧化酶,包括Cu/Zn-SOD、Mn-SOD和Fe-SOD 3种.植物线粒体中的Mn-SOD在植物抗逆中发挥重要作用.ThMSD是前期工作中从极度抗逆植物盐芥中克隆到的Mn-SOD编码基因.将ThMSD连接到原核表达载体pET30a(+),转化到BL21,获得重组菌BL21(pET30a-ThMSD).SDS-PAGE分析表明,重组菌在32kDa处有明显的诱导条带,与理论大小一致.Western blotting分析表明,诱导的条带能和抗His标签的单克隆抗体发生特异性反应.对3个重组子的可溶性全蛋白进行SOD活性分析,发现均高于空白对照菌.选择能大量表达ThMSD的重组子进行大量诱导表达,通过镍亲和层析纯化目的蛋白.对纯化的ThMSD重组蛋白进行热稳定性分析,结果表明,55℃下ThMSD仍有50％以上活性,42℃处理40 min后仍保持60％以上活性.在重组菌BL21(pET30a-ThMSD)对NaCl的抗性分析实验中,当培养基中盐浓度高于正常值时,在所测定阶段重组菌的生长速度均高于对照菌.可见,经原核表达的重组蛋白ThMSD具有较强的SOD活性及热稳定性,表达ThMSD基因的BL21菌株提高了对NaCl的耐受力.推测盐芥ThMSD基因与盐芥极强的抗逆性有密切联系.     

花生小GTP结合蛋白基因AhRabG3f启动子的盐胁迫响应元件分析

为研究花生小GTP结合蛋白基因AhRabG3f对盐胁迫响应的分子机制,文中克隆了花生AhRabG3f基因起始密码子上游1 914 bp的启动子片段(3f-P)。将该启动子5''末端截短获得5个片段(3f-P1-3f-P5),长度分别为1 729、1 379、666、510、179 bp。构建了将这6个启动子片段与gus基因融合的植物表达载体,利用农杆菌介导法转化烟草。对转基因烟草进行GUS表达分析和酶活性检测,结果表明,在转入各启动子片段的烟草中,都能检测到gus基因的表达,其中全长启动子3f-P的驱动活性最弱,而截短片段3f-P3的驱动活性最强。对转基因烟草进行盐胁迫处理后,3f-P、3f-P1、3f-P2和3f-P3所驱动GUS酶活性是未经盐诱导的3.3、1.2、1.9、1.2倍,表明AhRabG3f启动子是盐诱导型的,在3f-P至3f-P3之间可能存在对盐响应的正调控元件。通过对盐胁迫处理后各启动子片段驱动的GUS活性分析,推测在AhRabG3f启动子上游1 930–1 745 bp、682–526 bp之间存在可能对盐响应的正调控元件MYB、GT1和富含TC的重复序列,1 395–682 bp之间存在可能对盐响应的负调控元件MYC。研究结果可为利用诱导型启动子调控花生的耐盐性提供指导。     

盐芥叶片响应干旱胁迫的蛋白质组学初步分析

盐芥是新兴起的植物非生物逆境研究模式植物,研究盐芥叶片蛋白质组对于干旱胁迫的响应,以推进对植物干旱耐受机制的认识。该研究应用双向电泳技术分析了干旱胁迫对于盐芥叶片蛋白质组的影响,结果共鉴定了63个干旱胁迫差异表达蛋白,包括丰度上调的31个,新出现的蛋白点14个,丰度下调的15个,消失的蛋白点3个。应用生物质谱分析技术确定了包括硫氧还蛋白,铁蛋白-1和凝集素在内的9个干旱胁迫响应蛋白的身份,对这些干旱胁迫响应蛋白的功能分类分析表明,盐芥的耐旱机制可能涉及自由基清除能力的增强、能量代谢的调整以及光合作用的维持。     

Comparative sequence analysis of the SALT OVERLY SENSITIVE1 orthologous region in Thellungiella halophila and Arabidopsis thaliana

To provide a framework for studies to understand the contribution of SALT OVERLY SENSITIVE1 (SOS1) to salt tolerance in Thellungiella halophila, we sequenced and annotated a 193-kb T. halophila BAC containing a putative SOS1 locus (ThSOS1) and compared the sequence to the orthologous 146-kb region of the genome of its salt-sensitive relative, Arabidopsis thaliana. Overall, the two sequences were colinear, but three major expansion/contraction regions in T. halophila were found to contain five Long Terminal Repeat retrotransposons, MuDR DNA transposons and intergenic sequences that contribute to the 47.8-kb size variation in this region of the genome. Twenty-seven genes were annotated in the T. halophila BAC including the putative ThSOS1 locus. ThSOS1 shares gene structure and sequence with A. thaliana SOS1 including 11 predicted transmembrane domains and a cyclic nucleotide-binding domain; however, different patterns of Simple Sequence Repeats were found within a 540-bp region upstream of SOS1 in the two species.     

新疆盐穗木GRAS转录因子基因克隆及表达分析

利用抑制消减杂交法从藜科盐穗木属盐生植物盐穗木中分离得到了一个盐胁迫响应的表达序列标签(EST)片段,结合SMARTTMRACE技术获得了盐穗木GRAS转录因子基因的cDNA。序列分析表明,该基因全长2 090bp,含有1 635bp的阅读框,294bp的5′-UTR和161bp的3′-UTR,编码544个氨基酸,分子质量为61.503kD,理论等电点为6.1。系统进化树和Blast同源序列比对分析结果显示,该基因编码的蛋白具有GRAS家族特有的C端保守结构域,并与葡萄GRAS家族蛋白VvSCL13聚集在一起,故将该基因命名为HcSCL13(GenBank登录号KC68640)。实时荧光定量qRT-PCR分析表明,HcSCL13基因在盐胁迫后表达呈明显上调,初步推测Hc-SCL13基因可能与盐穗木的耐盐性相关。     

日本结缕草转录因子基因ZjDREB1.4的功能特征分析

DREB1(dehydration-responsive element binding protein1)是植物中广泛存在的转录因子,在应答非生物胁迫中起重要作用。该研究根据转录组测序数据,从暖季型植物日本结缕草‘Meyer’(Zoysia japonica Steud.)中克隆得到1个DREB1类转录因子基因,命名为ZjDREB1.4。结果表明:(1)该基因推测编码226个氨基酸,含有一个AP2结构域,其上下游具有DREB1组的典型特征序列。(2)半定量RT-PCR检测显示,在日本结缕草叶组织中,ZjDREB1.4基因在4℃低温、高盐和干旱胁迫下均上调表达,其中受低温诱导上调最显著。(3)亚细胞定位分析显示,ZjDREB1.4-GFP融合蛋白主要定位在细胞核中。(4)酵母单杂交结果显示,ZjDREB1.4蛋白具有强的转录激活功能,但与以ACCGAC为核心序列的DRE元件结合功能较弱。(5)与野生型拟南芥相比,超表达ZjDREB1.4的拟南芥植株的营养生长无明显改变,仅抽薹时间推迟3～8 d,但是对高温和冷冻低温胁迫的耐受能力明显增强。ZjDREB1.4基因具有抗逆功能,对植株生长发育的负效应又小,其在植物育种中的应用潜力值得进一步探究。     

盐角草和盐芥3个超氧化物歧化酶基因的克隆和功能分析

为了探究盐生植物的耐盐机制,比较不同盐生植物超氧化物歧化酶(SOD)基因耐盐性的大小,采用RACE技术克隆了盐角草锰和铜/锌两种SOD的cDNA全长。序列分析表明,盐角草MnSOD基因(SeMSD,GenBank登录号为JQ061158)含有699bp的开放阅读框,编码一个长233个氨基酸的多肽,其预测相对分子量为25.7kD。Cu/ZnSOD基因(SeCSD,GenBank登录号为JQ061160)开放阅读框长为684bp,并编码228个氨基酸的多肽,相对分子量为23.3kD。根据已获得的这两个cDNA序列和GenBank公布的盐芥MnSOD基因序列(ThMSD,EF140719),构建了3个原核表达载体pET30a-SeMSD、pET30a-SeCSD和pET30a-ThMSD,并将它们转化大肠杆菌BL21,成功表达出了目的蛋白。通过优化IPTG的诱导浓度,在6.5%和7.5%盐度下对这3个SOD基因的耐盐能力验证结果显示,相比对照菌BL21(pET30a),转化了pET30a-SeMSD和pET30a-ThMSD载体的重组菌具有更高的耐盐性,而转化pET30a-SeCSD载体的重组菌没有表现出耐盐性的提高。     

青杄转录因子PwNAC30及其启动子序列的克隆与表达分析

该研究以青杄(Picea wilsonii)为实验材料,通过PCR从青杄的cDNA文库中克隆得到一个NAC转录因子,命名为PwNAC30。生物信息学分析显示,PwNAC30开放阅读框1 179bp,共编码392个氨基酸,在其N端存在保守的NAM(no apical meristem)结构域,可分为A～E等5个亚结构域。多序列对比和系统进化树分析显示,PwNAC30蛋白与同为云杉属的北美云杉(Picea sitchensis)聚为一类。启动子克隆分析显示,PwNAC30基因启动子上存在脱落酸(ABA)、赤霉素(GA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、TC-rich repeats等激素和逆境响应元件,在GA、ABA、MeJA、低温、干旱、盐的处理下,其启动子活性均明显增强。荧光定量PCR分析表明,PwNAC30在球果中的表达量最高,而在花粉和种子中的表达量最低。PwNAC30对于盐、干旱、低温、ABA、MeJA、GA处理均有响应,尤其对盐、干旱、MeJA的响应最为显著。亚细胞定位结果显示,PwNAC30蛋白定位于细胞核与细胞质,主要定位于细胞核中。酵母单杂及双杂结果表明,PwNAC30蛋白的全长和N端没有转录激活活性,而C端有转录激活活性,且PwNAC30自身能形成同源二聚体。研究表明,青杄PwNAC30基因可以作为一个转录因子发挥作用,其转录激活活性在C端,且自身能够形成同源二聚体结构;PwNAC30基因广泛参与了ABA、GA、MeJA等激素的信号通路,并对盐、干旱、低温处理有响应。     

‘潘那利’番茄碱性螺旋环螺旋转录因子基因的克隆与表达分析

碱性螺旋环螺旋(basic/Helix Loop Helix, bHLH)转录因子是植物最大的转录因子家族之一,其广泛参与植物逆境胁迫响应。该研究从野生‘潘那利’番茄(Solanum pennellii Correll)中成功克隆出bHLH转录因子基因SpbHLH89(Sol Genomics登录号Sopen04g001150),采用qRT PCR分析其在干旱胁迫下的表达模式,并利用异源表达初步分析其对非生物胁迫的响应。结果表明：(1)SpbHLH89编码区包含684 bp,编码227个氨基酸,具有典型的碱性螺旋环螺旋区,主要定位于细胞核中;进化树结果显示,SpbHLH89转录因子高度保守,与拟绒毛烟草NtbHLH94(Nicotiana tomentosiformis)存在高度相似性。(2)qRT PCR结果显示,SpbHLH89在‘潘那利’番茄的茎、叶和花中均有表达,其表达量受干旱胁迫诱导。(3)SDS PAGE与Western bloting结果显示,pET 30a SpbHLH89重组蛋白大小约为31 kD。(4)在盐胁迫(400 mmol/L NaCl)和干旱胁迫(600 mmol/L甘露醇)条件下,异源表达重组蛋白的E. coli BL21(DE3)重组菌生长速度提高,说明异源表达SpbHLH89转录因子基因可提高细菌对非生物胁迫的耐受性。     

互花米草NHX2基因的克隆与功能鉴定

NHX2属于CPA1基因家族,编码Na~+/H~+逆向转运蛋白,控制液泡膜中活性K~+的摄取,同时调节气孔的关闭。该研究以耐盐植物互花米草为材料,采用PCR技术克隆NHX2基因,并将其转入拟南芥进行相关功能鉴定。结果显示:(1)成功克隆获得互花米草NHX2基因CDS序列(1 602 bp),命名为SaNHX2,该基因编码533个氨基酸,SaNHX2蛋白的分子量约为58.65 kD,定位于细胞核和细胞膜,表明SaNHX2基因可能发挥转录调控的功能。(2) qRT-PCR结果显示,在ABA、NaCl和干旱胁迫处理下,互花米草叶和根中SaNHX2基因的表达量均上调。(3)为进一步鉴定其功能,成功构建植物表达载体,将SaNHX2基因转入拟南芥;经RT-PCR检测结果显示,SaNHX2基因在转基因植株中过表达;高盐胁迫处理后,转SaNHX2基因拟南芥的主根长度、叶绿素总量和相关胁迫应答基因表达量均高于转空载拟南芥,表明转SaNHX2基因拟南芥的耐盐能力显著增强。研究表明,SaNHX2基因可能在盐胁迫调节机制中发挥调控作用,可作为改良农作物耐盐的重要候选基因。     

丹参抗性基因SmORA1的克隆及诱导表达分析

该研究采用PCR方法从丹参中克隆出一条乙烯应答因子结合蛋白(ERF)转录因子编码基因,命名为SmORA1,GenBank登录号为KT359598。经分析发现该基因全长648bp,不包含内含子,编码206个氨基酸残基。编码蛋白SmORA1含有典型的AP2结合结构域。表达分析结果表明,SmORA1主要在丹参根中表达,且该基因的表达明显受到茉莉酸甲酯(MeJA)、脱落酸(ABA)、乙烯(ET)、机械创伤和病原菌等逆境信号的诱导,但低温和脱水情况下SmORA1表达下调。研究表明,SmORA1参与丹参生物胁迫反应,可整合JA、ABA、ET和病原菌等胁迫信号途径。     

胡萝卜低温胁迫转录因子DcICE1基因克隆与非生物逆境响应分析

植物ICE1基因是调控CBF基因表达的上游调控因子,在植物抵抗逆境胁迫中具有重要的作用。该实验以2个胡萝卜品种‘黑田五寸’和‘君川红’为实验材料,分别克隆出DcICE1转录因子基因,并通过荧光定量PCR方法测定了4种不同逆境胁迫下(4℃低温、38℃高温、0.2mol·L-1 NaCl及200g·L-1 PEG)DcICE1基因的表达情况,探讨DcICE1转录因子在植物抵抗非生物胁迫下的功能。序列分析显示,该基因全长1 458bp,编码485个氨基酸。2个胡萝卜品种的DcICE1基因在核苷酸水平上有2个位点的差异,分别为第139位的G/A和第475位的A/G,导致编码的氨基酸在第47位的E/K和第159位的N/D差异,该差异可能与DcICE1转录因子在2个不同品种应对逆境胁迫下的响应不同有关。胡萝卜DcICE1转录因子有一个保守的ICE1功能结构域。实时定量PCR检测DcICE1基因在不同逆境胁迫下的响应表明,低温(4℃)处理能明显地诱导DcICE1基因的表达,但盐(0.2mol·L-1 NaCl)和干旱(200g·L-1 PEG)处理下的诱导效果均不明显。