大豆根系中应答镉胁迫的R2R3-MYB基因分析

非生命活动所需的重金属镉(Cd),在土壤中以低浓度存在时,便可以产生极强的毒性,影响植物的生长发育。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,近年的研究表明其广泛参与多种生物学过程。为了解大豆根系中应答镉胁迫的MYB基因,本研究将发芽7天的大豆苗在镉浓度为75μmol·L~(-1)的培养基中处理0、4、8、12和48 h,采用Illumina HiSeq高通量测序平台对大豆根系进行转录组测序分析,获得16个与镉胁迫应答息息相关的R2R3-MYB基因。氨基酸序列分析表明,这16个MYB转录因子均含有4个保守元件,且均含有R2、R3保守结构域。参考拟南芥R2R3-MYB亚组分类进行系统发生学分析,发现它们分为S1、S2、S8、S15、S17、S20和S22 7个亚组。大豆根系中MYB基因差异表达分析结果显示,镉胁迫条件下,16个R2R3-MYB基因的表达量均发生变化,且表达量变化均在2倍以上,其中6个基因表达下调,最大下调倍数达17倍,10个基因表达上调,最大上调倍数为11倍。进一步分析发现,大豆根系中的MYB基因主要通过调控重金属镉的吸收、转运、解毒过程来缓解镉的毒害作用。本研究通过对大豆根系中应答镉胁迫的R2R3-MYB基因分析,为大豆抗重金属镉育种提供基因资源和理论基础。     

葡萄F-box基因VvF-box5的基因结构与表达分析

F-box蛋白广泛存在于真核生物中,主要参与细胞周期调控、凋亡及多种激素信号转导等过程;近几年发现,F-box蛋白还介导了植物对逆境胁迫的应答响应,对维持植物正常生长发育至关重要。干旱等非生物逆境胁迫严重影响了葡萄正常生长发育和果实品质,克隆并分析干旱响应基因对改良葡萄的抗性有重要意义。本研究根据葡萄干旱转录组分析结果,发现11个F-box基因在干旱胁迫下表达量明显上调;其中,Vv F-box5基因位于葡萄第19条染色体上,对干旱胁迫的响应明显高于其他F-box成员;Vv F-box5基因含有5个外显子和4个内含子,内含子均含有保守的GT…AG序列;Vv F-box5基因包含1824 bp的开放阅读框,编码607个氨基酸,氨基酸序列的N端含有1个保守的F-box结构域,C端包含1个FBD和2个LRR结构域。启动子元件分析表明,Vv F-box5基因含有多种逆境应答元件,包括GA响应元件GARE-motif、Me JA响应元件CGTCAmotif、干旱胁迫相关元件ERE、HSE和LTR、光应答顺式作用元件ACE、Box4和Sp1以及与细胞周期调节和发育相关的元件等。实时荧光定量PCR结果显示,在干旱、高盐、ABA和Me JA处理下,Vv F-box5基因的表达量明显升高;亚细胞定位结果显示,Vv F-box5蛋白主要定位于洋葱表皮细胞的细胞核中;Vv F-box5的过表达明显提高了转基因拟南芥在干旱处理下的成活率。另外,本研究利用原核表达系统诱导6×His-Vv F-box5融合蛋白的表达,并使用蛋白标记亲和层析柱纯化获得了6×HisVv F-box5融合蛋白,为下一步深入研究Vv F-box5的功能奠定基础。     

葡萄F-box基因VvF-box5基因结构与表达分析

F-box蛋白广泛存在于真核生物中,主要参与细胞周期调控、凋亡及多种激素信号转导等过程;近几年发现,F-box蛋白还介导了植物对逆境胁迫的应答响应,对维持植物正常生长发育至关重要。干旱等非生物逆境胁迫严重影响了葡萄正常生长发育和果实品质,克隆并分析干旱响应基因对改良葡萄的抗性有重要意义。本研究根据葡萄干旱转录组分析结果,发现11个F-box基因在干旱胁迫下表达量明显上调;其中,VvF-box5基因位于葡萄第19条染色体上,对干旱胁迫的响应明显高于其他F-box成员;VvF-box5基因含有5个外显子和4个内含子,内含子均含有保守的GT…AG序列;VvF-box5基因包含1824 bp的开放阅读框,编码607个氨基酸,氨基酸序列的N端含有1个保守的F-box结构域,C端包含1个FBD和2个LRR结构域。启动子元件分析表明,VvF-box5基因含有多种逆境应答元件,包括GA响应元件GARE-motif、MeJA响应元件CGTCA-motif、干旱胁迫相关元件ERE、HSE和LTR、光应答顺式作用元件ACE、Box4和Sp1以及与细胞周期调节和发育相关的原件等。实时荧光定量PCR结果显示,在干旱、高盐、ABA和MeJA处理下,VvF-box5基因的表达量明显升高;亚细胞定位结果显示,VvF-box5蛋白主要定位于圆葱表皮细胞的细胞核中;VvF-box5的过表达明显提高了转基因拟南芥在干旱处理下的成活率。另外,本研究利用原核表达系统诱导6×His-VvF-box5融合蛋白的表达,并使用蛋白标记亲和层析柱纯化获得了6×His-VvF-box5融合蛋白,为下一步深入研究VvF-box5的功能鉴定基础。     

两个大豆MYB转录因子在原核细胞中的高效表达

大豆(Glycine max)GmMYB12a与GmMYB12B2基因属于典型的植物R2R3-MYB转录因子.为进一步研究两个MYB12转录因子与相应顺式作用元件的相互作用,构建了两基因的原核表达载体,并在大肠杆菌Rosetta(DE3)中实现高效表达.利用PCR技术,将两端带有特异酶切位点的GmMYB12a与GrnM...     

小桐子MYB基因家族的鉴定及JcMYB308基因的克隆与低温表达分析

MYB转录因子家族参与植物生长发育及对环境胁迫的应答等过程。该实验基于小桐子基因组数据库,对MYB基因家族进行鉴定,克隆了小桐子Jc MYB308基因,并对其功能结构域、系统进化、基因结构及低温表达特性进行了分析。结果表明,小桐子全基因组共鉴定到213个MYB基因家族成员,聚类为6个亚家族。克隆的Jc MYB308基因片段长度为713 bp,基因结构具有较高的保守性,均含有两个外显子,进化树显示其与同属大戟科的蓖麻亲缘关系最近,序列一致性为62.7%。q RT-PCR表达分析表明,小桐子Jc MYB308基因的表达存在组织表达特异性,在根中表达量较高,而在叶片中表达量相对较低,在根与茎中低温胁迫24 h时达到最大表达量。     

大豆ERF转录因子基因GmERF8的克隆与表达分析

ERF转录因子广泛存在于植物中并且参与植物应对生物及非生物胁迫的响应。本研究利用RT-PCR技术从大豆中克隆获得1个新的ERF转录因子基因Gm ERF8,开放阅读框全长627 bp,编码1个由208个氨基酸残基组成的分子量为23.43 k D的蛋白。蛋白结构预测发现,该蛋白含有1个典型的AP2/ERF结合域,2个预测的核定位信号和1个保守的EAR抑制元件。进化分析表明Gm ERF8蛋白与烟草Nt ERF3蛋白的同源性最高。实时荧光定量PCR表明,Gm ERF8在大豆的根和叶中表达量较高。ABA、高盐和低温处理均使Gm ERF8表达量下降;乙烯(ET)和干旱处理则使Gm ERF8的表达量先下降后升高。转录调节能力分析结果显示,Gm ERF8可以抑制报告基因的表达。上述实验结果表明,Gm ERF8可能作为转录抑制子参与大豆对环境胁迫的应答。     

大豆UBC基因家族鉴定及GmUBC46基因的功能初步分析

泛素/26S蛋白酶体途径在植物响应非生物胁迫反应中起着重要的作用。E2(泛素结合酶,UBC)是蛋白质泛素化中重要的泛素结合酶,与E1和E3共同参与蛋白降解途径。本研究通过构建隐马尔可夫模型,鉴定了54个大豆UBC基因,通过进化树分析将该家族成员分为11个亚家族(A-K)。蛋白保守结构域分析表明,GmUBC家族蛋白成员大部分含有保守Motif 1、Motif 2与Motif 3,且均属于泛素结合酶保守结构域。组织定位分析表明大部分GmUBC家族基因成员在大豆根、茎、叶、花等组织中有所表达。转录组数据表明有20个GmUBC基因在干旱、盐或冷胁迫下具有不同的表达模式,启动子顺式作用元件分析发现其胁迫响应过程可能与激素信号转导相关。进一步通过qRT-PCR发现GmUBC46基因能积极响应干旱、盐或冷胁迫诱导上调表达。通过酵母功能验证表明,GmUBC46基因降低了对干旱或盐胁迫的耐受性。综上,本研究初步阐明了大豆UBC基因家族的基本特性及GmUBC46基因的耐逆功能,为后续研究提供了重要依据和参考价值。     

桑树磷脂酶MaPLA1-2D亚型4个基因的克隆与胁迫应答分析

磷脂酶(phospholipase)是一类在植物生长发育和胁迫应答中起重要调控作用的磷脂水解酶,也是一类重要的信号转导酶。而磷脂酶A1(PLA1)在植物应答生物胁迫和非生物胁迫中的功能研究鲜见报道。研究从桑树(Morus alba L.)中克隆了磷脂酶PLA1的1个亚型MaPLA1-2D基因,对其进行了序列分析、组织表达、胁迫诱导表达和蛋白亚细胞定位分析。结果表明,桑树PLA1-2D亚型基因包括4个成员,命名为MaPLA1-2D.1~MaPLA1-2D.4。4个基因在桑树根和叶中高水平表达,蛋白亚细胞定位在叶绿体。序列和进化分析表明MaPLA1-2D基因4个成员与拟南芥AtDAD1基因的保守结构域序列具有较高相似度且进化关系紧密。MaPLA1-2D基因4个成员的启动子含有多种胁迫应答顺式元件和激素响应元件;胁迫诱导表达模式分析表明MaPLA1-2D基因表达受干旱和脱落酸处理显著诱导。以上结果说明,MaPLA1-2D基因与拟南芥DAD同源,可能在桑树非生物胁迫应答中发挥重要功能。     

小麦TaCO9基因的克隆及功能分析

为了明确TaCO9-1A基因在小麦生长发育中的具体调控机理,该研究以同源克隆的方法成功获得了大麦(Hordeum vulgare)光周期基因HvCO9在小麦(Triticum aestivum)中的直系同源基因TaCO9,并对其进行生物信息学分析、亚细胞定位、转录激活以及表达模式分析;利用农杆菌侵染法转化拟南芥,并对过表达株系进行表型分析。结果表明:(1)TaCO9包含2个外显子和1个内含子,CDS区全长876 bp,编码291个氨基酸,蛋白序列含有特有的CCT结构域,且在不同物种间高度保守。(2)生物信息学分析表明,TaCO9基因编码的蛋白质分子量约为30.7 kD,等电点为6.24;TaCO9的启动子区含有光响应、激素应答和胁迫应答等多种顺式作用元件。(3)亚细胞定位和转录活性分析表明,TaCO9主要定位于细胞核中,且具有转录激活活性。(4)qRT-PCR结果表明,TaCO9基因在各个组织中均有表达,叶片中的表达量最高;在光照14 h条件下TaCO9的表达量显著高于光照10 h和12 h条件下的表达量,且TaCO9在大粒小麦‘西农817’子房与籽粒中的表达量显著高于‘中国春’。(5)经潮霉素筛选成功获得3个转基因拟南芥株系;进一步功能鉴定结果表明,过表达转TaCO9基因拟南芥植株的开花期迟于野生型(对照)3~4 d,但角果和籽粒较野生型大。     

水稻OsSHAT1和OsRSR1应答激素及逆境胁迫的表达特性

旨在研究AP2家族类因子是否参与逆境胁迫应答过程。通过序列比对发现,水稻OsSHAT1和OsRSR1蛋白序列一致性达41.92%,表明OsSHAT1和OsRSR1是同源性较高的AP2家族因子;且OsSHAT1和OsRSR1基因启动子序列都包含有ABRE、DRE、MYB、MYC、WRKY、GCC-box和ERE等应答不同胁迫及激素信号的元件。基因表达分析表明,OsSHAT1受低温、NaCl、ABA、ACC抑制,受干旱诱导表达;而Os RSR1受低温、干旱、ABA、ACC抑制,受NaCl诱导表达。推测OsSHAT1和OsRSR1可能通过不同的转录调控方式影响耐逆相关基因的表达,进而调节水稻不同的逆境胁迫反应。     

14-3-3 proteins act as scaffolds for GmMYB62 and GmMYB176 and regulate their intracellular localization in soybean

Isoflavonoids are plant natural compounds predominantly found in leguminous plant. They play important functions in both nitrogen fixation and stress resistance. Many clinical studies have linked dietary intake of isoflavonoids to human health benefits. Binding of 14-3-3 proteins to GmMYB176, an isoflavonoid regulator, modulates expression of key isoflavonoids gene expression and its biosynthesis. We have recently demonstrated that the interaction of 14-3-3 proteins with GmMYB176 regulates nuclear-cytoplasmic localization of GmMYB176 thereby affecting target gene expression. Here, we report GmMYB62 as a new R1 MYB client protein of soybean 14-3-3s that may function together with GmMYB176 for gene regulation in soybean.     

Ectopic expression of MYB repressor GmMYB3a improves drought tolerance and productivity of transgenic peanuts (Arachis hypogaea L.) under conditions of water deficit

Peanut is widely grown and provides protein and edible oil for millions of people. Peanut growth and productivity are frequently negatively affected by abiotic and biotic environmental factors. However, the research on improving peanut germplasm resources by genetic transformation is very limited. Here, the novel R2R3-MYB repressor GmMYB3a was introduced into peanut plants by Agrobacterium-mediated transformation for the first time for thorough evaluation of the function of GmMYB3a in drought stress plant responses. We generated GmMYB3a-transgenic peanut plants. The GmMYB3a-overexpressing lines showed significantly improved physiological responses and no yield loss non-transgenic plants, in terms of survival rates. Thus, the GmMYB3a-overexpressing plants showed better photosynthetic performance, higher relative water content, and greater water use efficiency, demonstrating their adaptive capacity to water deficit. We conclude that overexpression of GmMYB3a can improve drought tolerance and productivity in peanut.