发状念珠藻NfwspA3基因的克隆及其耐旱能力分析北大核心CSCD

水分胁迫蛋白(WSP,Water stress protein,)在植物耐干旱过程中起着重要作用。发状念珠藻具有极强的耐旱、耐盐和抗辐射等能力。本研究以发状念珠藻基因组DNA为模板,利用PCR技术克隆到一个发状念珠藻水分胁迫蛋白基因的开放阅读框(ORF)序列,命名为NfwspA3,其序列全长1017 bp。生物信息学预测表明,该基因可编码338个氨基酸残基,预测等电点为4.85,分子量为37.48 kD,为亲水性稳定蛋白,分布在细胞质中。构建了NfwspA3基因的重组表达菌株pET32aNfwspA3,以聚乙二醇-6000(PEG-6000)对其模拟干旱胁迫,发现重组菌株最高可忍耐60%浓度的PEG-6000,表现出较强的耐旱性,且具有较高的半乳糖苷酶活性。研究结果为探知发状念珠藻WSP蛋白逆境响应机制及其遗传改良提供了理论依据和基因元件。     

发状念珠藻醛酮还原酶基因NfAKR的克隆与表达

以发状念珠藻细胞为试材,采用PCR技术克隆了醛酮还原酶基因的开放阅读框(ORF)序列,命名为NfAKR。对基因序列特征进行了生物信息学分析,根据其编码氨基酸序列预测了NfAKR蛋白的三维结构,同时探讨了PEG-6000胁迫下NfAKR的表达特性。结果表明:NfAKR基因的编码序列长912bp,编码304个氨基酸,预测其编码蛋白的相对分子量为33.51kD,理论等电点为4.94,具有醛酮还原酶超家族保守结构域。NfAKR蛋白主要由10个α-螺旋和11β-折叠组成,中间形成一个疏水穴,作为酶的催化活性中心。NfAKR与点形念珠藻处在同一进化枝上,具有较近的亲缘关系。qRT-PCR分析显示,PEG-6000胁迫下NfAKR基因上调表达,当PEG-6000浓度为8%时,其相对表达量为5.66并达到峰值。依据NfAKR基因响应干旱胁迫上调表达的特性,推测醛酮还原酶可能参与发状念珠藻抵御干旱胁迫过程。     

发状念珠藻干旱胁迫响应基因NfGR的克隆与鉴定

该研究采用PCR技术,从发状念珠藻细胞中克隆了谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)基因,命名为NfGR,其开放阅读框长1 374bp,编码458个氨基酸,蛋白相对分子量为49.42kD,理论等电点为5.49。氨基酸序列分析表明,NfGR蛋白具有NADPH结合位点超家族(NADB-Rossmann superfamily)和吡啶氧化还原酶二聚体超家族(Pyr_redox_dim superfamily)2个结构域,与点形念珠藻(Nostoc punctiforme)的相似性达93%。系统进化树分析表明,NfGR与点形念珠藻处在同一进化枝上,亲缘关系较近。qRT-PCR表达分析表明,在不同浓度PEG-6000处理下,NfGR基因均保持上调表达,其中,PEG-6000浓度为8%时,NfGR基因的相对表达量达到峰值(32.69)。研究推测,谷胱甘肽还原酶可能参与了发状念珠藻对干旱胁迫过程的响应。     

悬浮培养发状念珠蓝细菌对盐碱胁迫的生理应答研究

天然发状念珠蓝细菌是荒漠化土壤中的"先锋生物",具有极强的耐旱、耐碱、耐高温等能力。本研究旨在揭示悬浮培养发状念珠蓝细菌的抗盐碱能力,为发状念珠蓝细菌的人工培养提供基础。25℃,80μmol/(m2·s)光照下,BG-11培养液培养发状念珠蓝细菌,利用不同浓度(0、60、120、180、240 mmol/L)混合的Na2SO4和Na2CO3胁迫发状念珠蓝细菌细胞,处理时间分别为24 h和72 h,测定其质膜透性、超氧化物歧化酶活性、丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白以及可溶性多糖含量,分析发状念珠蓝细菌细胞对盐碱胁迫的响应。盐碱胁迫下,随着胁迫程度的加重,发状念珠蓝细菌细胞的质膜相对透性增加,丙二醛含量上升;超氧化物歧化酶活性和脯氨酸含量先上升后下降;可溶性蛋白含量逐渐下降;可溶性多糖含量不断升高。悬浮培养的发状念珠蓝细菌细胞对盐碱胁迫产生结构和生理的应激响应,增强了发状念珠蓝细菌抗盐碱能力。     

悬浮培养发状念珠蓝细菌对盐碱胁迫的生理应答研究北大核心CSCD

天然发状念珠蓝细菌是荒漠化土壤中的"先锋生物",具有极强的耐旱、耐碱、耐高温等能力。本研究旨在揭示悬浮培养发状念珠蓝细菌的抗盐碱能力,为发状念珠蓝细菌的人工培养提供基础。25℃,80μmol/(m2·s)光照下,BG-11培养液培养发状念珠蓝细菌,利用不同浓度(0、60、120、180、240 mmol/L)混合的Na2SO4和Na2CO3胁迫发状念珠蓝细菌细胞,处理时间分别为24 h和72 h,测定其质膜透性、超氧化物歧化酶活性、丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白以及可溶性多糖含量,分析发状念珠蓝细菌细胞对盐碱胁迫的响应。盐碱胁迫下,随着胁迫程度的加重,发状念珠蓝细菌细胞的质膜相对透性增加,丙二醛含量上升;超氧化物歧化酶活性和脯氨酸含量先上升后下降;可溶性蛋白含量逐渐下降;可溶性多糖含量不断升高。悬浮培养的发状念珠蓝细菌细胞对盐碱胁迫产生结构和生理的应激响应,增强了发状念珠蓝细菌抗盐碱能力。     

转小拟南芥ApHRD基因烟草获得及其抗旱性鉴定

根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)的HRD基因序列,采用PCR方法从新疆小拟南芥(A.pumila)中克隆了ApHRD基因,并构建了植物表达载体pBIN-ApHRD,通过农杆菌介导法转化烟草('NC89')获得转化植株,用PCR和RT-PCR法对转化烟草进行鉴定,并采用水分胁迫和PEG-6000模拟干旱进行抗旱性分析.结果显示:(1)克隆的新疆小拟南芥ApHRD基因与拟南芥AtHRD基因的核苷酸序列相似性为99.1%,对应氨基酸序列的同源性为98.37%,只有3个位点发生实义突变.(2)与野生型烟草植株相比,转ApHRD基因烟草植株主根粗壮,一级侧根较发达,移栽成活的植株生长快.(3)在水分胁迫和30%的PEG-6000模拟干旱胁迫条件下,转ApHRD基因烟草的叶片相对含水量和PSⅡ相对量子产率降低幅度、相对电导率和丙二醛含量的升高幅度均显著低于野生型烟草植株;与野生型植株相比,转ApHRD基因烟草植株叶片出现萎蔫症状的时间较迟、程度较轻,复水后恢复快且较完全,在干旱胁迫过程中受到的伤害较轻,表现出了较强的抗旱特性.研究表明,在干旱胁迫条件下,转小拟南芥ApHRD基因烟草植株表现出了优良的生理和生长优势,显示出较强的抗旱性特征,ApHRD基因在抗旱基因工程方面具有较好的应用前景.     

S-腺苷甲硫氨酸代谢途径相关基因在小麦水分胁迫中的表达

以小麦品种‘晋麦47’为材料,利用半定量RT-PCR方法,对S-腺苷甲硫氨酸代谢途径中的S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)基因、S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)基因和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(-γECS)基因在正常供水、PEG-6000模拟水分胁迫和复水过程中小麦叶片的表达模式进行了分析。结果表明,3个基因在正常生长情况下有一定量的表达,SAMS和SAMDC基因在水分胁迫早期(PEG-6000胁迫6、12、244、8 h)上调表达,水分胁迫后期(PEG-6000胁迫75 h)表达量下降;复水后3~6 h上调表达,复水9 h后表达量下调至对照水平。-γECS基因在水分胁迫阶段呈上调表达,复水后表达量下调至对照水平。可见,小麦SAMS、SAMDC和-γECS基因的表达都受水分胁迫诱导,同时,SAMS与SAMDC基因还参与水分胁迫后的复水调节,说明S-腺苷甲硫氨酸代谢途径在小麦抗旱节水中具有重要作用。     

干旱胁迫下棉花幼苗转录因子BES1/BZR1对外源油菜素内酯的响应表达特征

植物激素油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)具有提高植物抗旱性的作用,该研究探讨干旱胁迫下外源喷施BR对棉花干旱胁迫响应基因表达的影响。采用PCR方法从棉花‘新陆早17号’幼苗克隆获得1个干旱胁迫响应转录因子基因,命名为GhBES1/BZR1(GenBank登录号KP272000)。序列分析表明GhBES1/BZR1基因开放阅读框为960bp,编码319个氨基酸,理论分子量为34.3kD,理论等电点为8.95。保守结构域分析显示,该基因编码的蛋白具有一个DUF822保守结构域。利用2.5%PEG-6000对棉花‘新陆早17号’幼苗进行干旱胁迫处理24h,再分别喷施水、BR和Z(BR抑制剂),qRT-PCR分析结果表明,PEG-6000干旱胁迫下用BR处理3h后,GhBES1/BZR1基因表达量明显提高,当BR处理6和12h时,GhBES1/BZR1基因的表达量较3h时明显下降。研究认为,在干旱胁迫下对棉花喷洒BR,GhBES1/BZR1基因能够快速表达以响应干旱胁迫,外源喷施BR有助于提高棉花的抗旱能力。     

陆生念珠藻的耐干旱机制

念珠藻(Nostoc)是一类典型的耐干旱植物,它们的分布相当广泛,许多种都可在极端干燥的条件下生存。目前,对念珠藻尤其是陆生念珠藻耐干旱机制的探讨及其耐旱相关问题的研究是许多学者关注的热点。从总体上来说,念珠藻耐干旱的机制是其结构、生理及分子水平上协调作用的综合反映。作者对与高等植物不同的念珠藻特有的耐干旱机制进行了综述。     

过表达IbOr基因甘薯增强抗旱性的生理机制

以超表达甘薯橙色基因(IbOr)的转基因甘薯(TS)以及非转基因甘薯(NT)为实验材料,通过15%聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟干旱条件,研究转基因与非转基因甘薯幼苗在水分胁迫不同时间的光合系统,膜脂过氧化及抗氧化防御系统中主要指标的变化情况,探讨转基因甘薯耐旱性的生理机制。结果显示:(1)随PEG-6000胁迫时间延长,甘薯叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量及其叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率都显著降低,但转基因株系降低幅度小于非转基因植株。(2)在正常供水和水分胁迫下,超表达IbOr基因甘薯叶片中O-·2、MDA含量均低于非转基因甘薯,即转基因甘薯具有较低的活性氧水平且脂膜受损伤较小。(3)PEG-6000胁迫24h后,甘薯叶片中SOD、POD酶活性均增加,48h达到最大值,且转基因甘薯中2种酶活性显著高于非转基因甘薯。研究表明,过表达IbOr基因可以有效减轻甘薯在水分胁迫条件下受损害的程度,且可能主要通过提高甘薯的抗氧化胁迫能力来完成。     

念珠藻属植物hetR基因的适应性进化分析

以念珠藻属(Nostoc)及其近缘类群hetR基因的51条序列为研究对象,对hetR基因的编码蛋白进行生物信息学分析和系统发育分析,并使用分支模型、位点模型和分支-位点模型进行该基因位点的适应性进化研究。系统发育分析结果显示,51条hetR基因蛋白序列可分为4个大分支。适应性进化分析结果表明,在3种进化模型中,大多数分支及藻株都没有检测到统计学上具有显著性的正选择位点,说明检测的位点大多处于负选择压力下。但在普通念珠藻(Nostoc commune,CHAB2802)中检测到正选择位点(126T),提示念珠藻属植物hetR基因发生了适应性改变。     

彩叶草对模拟干旱胁迫的生理响应

采用盆栽试验,对彩叶草进行PEG-6000浓度为0(对照)、5%、10%、15%、20%(W/V)模拟干旱胁迫,研究在干旱胁迫下彩叶草的生长、渗透调节能力及抗氧化酶活性的变化。结果表明:与对照相比,随着PEG-6000浓度的增加,鲜质量、干质量、含水量、水势、根系脱氢酶活性、无机离子含量包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+等均呈下降趋势;NO-3含量呈先下降后上升趋势;硝酸还原酶活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性均呈先上升后下降趋势;脯氨酸含量、游离氨基酸含量、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、超氧阴离子(O-2·)产生速率、质膜透性则呈上升趋势。因此,模拟干旱胁迫对彩叶草生长有抑制作用,且随着PEG-6000浓度增加,其生长受抑制和水分胁迫程度加重;模拟干旱胁迫下,彩叶草不积累K+、Na+、Ca2+、Mg2+和NO-3等无机离子进行渗透调节,而积累脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸等有机小分子物质进行渗透调节,但这4种小分子物质增加幅度不尽相同;轻度模拟干旱胁迫虽增强彩叶草抗氧化酶活性,但仍表现轻度的氧化伤害;重度模拟干旱胁迫加重彩叶草氧化伤害。研究结果可为彩叶草耐旱生理机制的研究积累资料,也为其节水型栽植和养护提供依据。     

发状念珠蓝细菌细胞对Cu2+、Cr2+和Pb2+胁迫的响应

[目的] 对发状念珠蓝细菌细胞进行重金属离子Cu2+(CuSO4)、Cr2+(CrCl2)和Pb2+(PbCl2)胁迫,探讨发状念珠蓝细菌细胞对重金属离子胁迫的响应.[方法] 25℃,80 μmol/(m·s)光照下,BG11培养液培养发状念珠蓝细菌,利用不同浓度(0、0.1、1.0、10、100 mg/L) Cu2+、Cr2+和pb2+胁迫发状念珠蓝细菌细胞,测定其质膜透性、超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量以及海藻糖含量,分析发状念珠蓝细菌细胞对重金属离子胁迫的响应.[结果] 在Cu2、Cr2和pb2胁迫下,发状念珠蓝细菌细胞的外渗率和丙二醛(malondialdehyde)含量随着重金属离子浓度的升高而升高,相对渗透率和膜脂过氧化水平的变化趋势一致.超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)活性随重金属离子浓度的升高先升后降,脯氨酸含量随着重金属离子处理浓度的升高,呈先降后升的趋势,可溶性糖含量随浓度的增大而减少.[结论] 低浓度的重金属离子可以诱导发状念珠蓝细菌细胞产生结构和生理的应激响应,高浓度会导致发状念珠蓝细菌细胞膜结构和功能的严重损害.     

PEG-6000模拟干旱胁迫对黄秋葵种子萌发和幼苗生理特性的影响

为了解黄秋葵(Abelmoschusesculentus)对干旱胁迫的应答机制,采用PEG-6000溶液模拟干旱胁迫,对‘纤指’和‘红秋葵’品种的种子萌发和幼苗的生理特性进行研究。结果表明,两品种的种子吸水率、发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数,幼苗下胚轴长、根长、苗鲜重和苗干重均随PEG-6000浓度的增加呈下降的趋势,旱害率则不断增加。PEG-6000浓度为20%时,两品种的种子均未能发芽。幼苗的SOD、POD和CAT活性和可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛含量随PEG-6000浓度的增加而增加,且均PEG-6000浓度为15%时最高。因此,干旱胁迫会抑制黄秋葵种子的萌发,提高细胞内含物的含量,同时引发其抗氧化系统的响应。     

百子莲ApSPI基因原核表达及其重组菌的抗逆性研究

丝氨酸蛋白酶抑制剂(Serine Protease Inhibitor,SPI)通过抑制靶蛋白活性参与调节内源蛋白平衡,并在植物发育、防御机制中发挥重要作用。该研究利用RACE技术克隆获得百子莲(Agapanthus praecox ssp.orientalis)ApSPI基因全长序列,构建了E.coli Transetta(pET-32a-ApSPI)重组菌株,并检测重组菌株在不同非生物胁迫下的耐受性。结果显示:(1)ApSPI基因全长为652 bp,开放阅读框为366 bp,编码122个氨基酸。(2)ApSPI蛋白含有一个N端信号肽和一个典型的Kazal结构域,是一种Kazal型丝氨酸蛋白酶抑制剂。重组蛋白最佳诱导温度为37℃,诱导时间6 h,IPTG浓度为0.1 mmol·L~(-1),且主要以可溶性形式存在。(3)重组菌非生物胁迫耐受性研究发现,重组菌Transetta(pET-32a-ApSPI)对NaCl(200～400 mmol·L~(-1))、KCl(200～400 mmol·L~(-1))和PEG6000(5%)的耐受性明显高于对照菌株Transetta(pET-32a)。研究表明,过表达ApSPI蛋白增强了大肠杆菌对盐、干旱胁迫的抗性,为进一步研究ApSPI在植物抗逆中的作用奠定了基础。     

植物抗旱和耐重金属基因工程研究进展

干旱和重金属污染严重影响植物的生长发育.植物耐逆相关基因的克隆和功能鉴定研究,为通过基因工程途径提高植物的抗逆性奠定了理论基础.水分亏缺、高盐、低温和重金属胁迫都能诱导LEA(late embryogenesis abundant protein)基因的表达.转基因研究表明,LEA蛋白具有抗旱保护作用、离子结合特性以及抗氧化活性;水孔蛋白存在于细胞膜和液泡膜上,在细胞乃至整个植物体水分吸收和运输过程中发挥重要作用.干旱和盐胁迫促进水孔蛋白基因转录物的积累.过量表达水孔蛋白可增强水分吸收和运输,提高植物的抗旱能力.金属转运蛋白参与重金属离子的吸收、运输和累积等过程.这些蛋白基因在改良草坪草植物的抗旱节水和耐重金属能力等方面具有潜在的应用价值.     

紫穗槐幼苗根系生理特性和解剖结构对PEG-6000模拟干旱的响应

采用PEG-6000模拟干旱胁迫处理,测定了紫穗槐幼苗根系的可溶性糖、可溶性蛋白质、丙二醛、游离脯氨酸含量及SOD、POD酶活性变化以及解剖结构特征,旨在比较不同干旱程度对紫穗槐幼苗根系生理指标、内部解剖结构的影响,探索紫穗槐幼苗对水分胁迫的适应能力,揭示紫穗槐幼苗根系对土壤水分胁迫的响应和调控机制。结果表明:丙二醛含量变化显示当PEG-6000溶液浓度超过50g/L以后,紫穗槐幼苗根的膜系统开始受到损伤,并在PEG-6000溶液浓度达到250g/L受损程度显著增强,达到了对照的1.6倍,同时启动渗透调节作用(游离脯氨酸含量显著增加),达到了对照的3.8倍,在PEG-6000溶液浓度低于200g/L时,紫穗槐幼苗根系中至少没有启动以游离脯氨酸为主的渗透调节过程。可溶性糖和可溶性蛋白质含量及SOD、POD酶活性的变化印证了胞内发生的生理代谢变化,在PEG-6000溶液浓度为200g/L时,可溶性糖含量仅为0.121mg/g,达到最低点,随后上升,当PEG-6000溶液浓度进一步增加到250g/L时,紫穗槐幼苗根系中的可溶性糖含量则迅速回升到0.64mg/g,为对照组的63.37%。可溶性蛋白质含量在低浓度PEG-6000溶液(50g/L)处理下即有明显反应,下降到对照的61.5%,随后呈波动性变化。SOD和POD活性对PEG-6000模拟干旱胁迫的响应规律类似,均对PEG-6000模拟干旱胁迫处理迅速响应且活性增加。当PEG-6000溶液浓度达到50g/L至100g/L时,抗氧化酶的合成量最高,而后活性下降。60d的PEG-6000模拟干旱胁迫处理影响了紫穗槐幼苗根系的生长发育,随着PEG-6000溶液浓度增加,维管柱的直径变大,木质部厚度增大,导管直径变小、但导管密度增加,当PEG-6000溶液浓度达到250g/L时,导管密度比对照组增加了41.3%,木质部厚度比对照组增加了91.5%。以上结果表明,PEG-6000模拟干旱胁迫处理下,不同胁迫程度紫穗槐内部生理和根系解剖结构变化不同,通过改变自身生理代谢和根系内部解剖结构,以适应土壤水分胁迫的逆境条件,来满足自身生长和发育的需求平衡。     

高粱幼苗水分胁迫诱导表达差异cDNA的研究

以高粱为试验材料,用-0．7MPa的PEG-6000高渗溶液对其幼苗进行水分胁迫处理,利用mRNA差异显示技术分离得到53条高粱水分胁迫诱导表达的cDNA片段,其中包括5个完全诱导表达片段,43个上调片段和5个下调表达片段。经过Reverse Northern验证,筛选出13个差异表达的cDNA片段,并进行克隆测序。经GenBank查询,10个片段序列与已知序列有较高的同源性,3个片段同源性非常低,可能为新基因。     

白花柽柳质膜水孔蛋白基因克隆及序列分析

植物水孔蛋白在植物体内形成水选择性运输通道,在植物种子萌发、细胞伸长、气孔运动、受精等过程中调节水分的快速跨膜运输。有的水孔蛋白还在干旱胁迫应答中起重要作用。本文根据白花柽柳的PEG6000胁迫处理构建的SSH消减文库的水孔蛋白基因表达序列标签(EST),设计基因特异性引物进行5′RACE,克隆出一个1 043 bp的核苷酸序列。应用生物信息学软件进行分析,预测该序列编码287个氨基酸,具有6个跨膜区,有MIP家族信号序列SGXHXNPAVT,高等植物PIP高度保守序列GGGANXXXXGY和TGI/TNPARSL/FGAAI/VI/VF/YN,这是质膜水孔蛋白基因的典型的结构特征。经NCBI比对,与Arabidopsis thaliana (MIP-C),同源性达到95%,预测该蛋白的相对分子量是30.9KD,理论等电点是8.84。     

旱麦草EtAP2基因的克隆及其对干旱胁迫的响应表达

以旱麦草(Eremopyrum triticeum)为实验材料,利用RT-PCR技术从旱麦草叶片中克隆了1个AP2/ERF家族基因,命名为EtAP2(GenBank登录号KX622583)。EtAP2基因含有1 128bp开放阅读框,编码375个氨基酸,相对分子质量40.87kD,等电点为5.36。多序列比对和进化树分析表明,该基因编码蛋白具有2个AP2保守结构域,与小麦AP2/ERF家族蛋白具有较近的亲缘关系。实时荧光定量PCR分析表明,15%PEG 6000模拟干旱胁迫可诱导EtAP2基因在根和叶中表达,且在根中对干旱胁迫的响应大于叶片。研究表明,EtAP2可能参与旱麦草对干旱逆境胁迫应答的调节。