植物抗渗透胁迫的基因调控及基因工程

干旱、盐渍和低温都可产生渗透胁迫。植物感受了这种胁迫后其体内发生一系列的生理、生化变化,诱导有关的基因进行表达,从而对外界胁迫作出相应的反应。关于植物渗透胁迫的研究,已有大最的原始论文、评述和专著。最近对滲透胁迫的基因调控及抗渗透胁迫的植物基因工程的研究又有了许多新的进展。这里作一简要介绍。     

蛋白质组学研究技术及其在植物抗渗透胁迫研究中的应用

蛋白质组学是功能基因组学研究的热点领域之一。该文介绍了蛋白质组学的基本的和新兴的研究技术方法如蛋白质组样品的制备、双向凝胶电泳、生物质谱技术、蛋白质芯片技术、酵母双杂交系统和生物信息学等,以及蛋白质组学技术在植物抗干旱、盐渍等渗透胁迫研究中的应用。     

小麦TaLCD基因的克隆及其对渗透胁迫的调节作用

半胱氨酸脱巯基酶(CDes)可催化降解半胱氨酸(Cys)生成硫化氢(H2S)。通过克隆小麦(Triticumaestivum)中的L-半胱氨酸脱巯基酶基因TaLCD,并将其在拟南芥(Arabidopsisthaliana)中过表达,探讨TaLCD对渗透胁迫条件下种子萌发和根系生长的影响,并分析其对干旱胁迫的调节作用。结果显示,盐胁迫条件下,TaLCD过表达植株种子萌发率显著高于野生型;甘露醇处理条件下,TaLCD过表达植株的根长也显著高于野生型,且TaLCD过表达显著提高植株抗旱性。此外,TaLCD过表达植株对ABA更加敏感,ABA处理下TaLCD过表达植株的种子萌发率及根长均显著低于野生型。干旱胁迫下,TaLCD过表达植株胁迫响应基因(COR47、RD29A、RAB18和RD22)及ABA信号途径相关基因(NCED3、HAB1、HAB2、ABI1、ABI2和ABF2)的表达水平均显著高于野生型。因此推测,TaLCD增强植株抗旱和抗盐能力可能依赖于ABA信号途径。     

转DREB基因烟草悬浮细胞系(BY-2)的建立及其几个与抗盐和抗渗透胁迫相关指标的检测

用基因枪法将DREB基因和诱导型启动子rd29B构建的载体pBAC128F转入烟草悬浮细胞。通过除草剂抗性筛选、PCR和PCR-Southern检测,获得转DREB基因的细胞系。以300mmol·L-1NaCl和15%PEG6000处理14d后,转基因细胞系存活并生长,而野生型则接近死亡。转基因细胞系的脯氨酸含量和超氧物歧化酶活性普遍高于野生型的,而丙二醛含量则相反。     

NaCl胁迫下沙芥的渗透调节作用

本文系统分析了荒漠资源植物沙芥在不同浓度NaCl下的渗透调节作用。结果表明,随外加NaCl浓度从25 mmol·L^-1升高至200 mmol·L^-1,Na⁺、Cl^-、脯氨酸和总无机离子的含量及其对叶渗透势的贡献不断升高,K⁺和可溶性糖的含量及其贡献先降低后升高,SO₄^2-和PO₄^3-的含量不断升高但其贡献变化不大;Na⁺、Cl^-和K⁺对叶渗透势的贡献交替位列前三,可溶性糖位居第四。由上可知,沙芥主要通过积累无机离子特别是Na⁺和Cl^-进行渗透调节以抵御外加NaCl的渗透胁迫。     

渗透胁迫对皱果苋叶片渗透调节物质的影响

目的:研究渗透胁迫下皱果苋的渗透调节物质变化,探讨皱果苋的耐旱机理.方法:分别用浓度为5%、10%和20%PEG6000进行渗透胁迫,处 理皱果苋幼苗0、1、3、5和7d,取叶片测定各项生理指标.结果:随着渗 透胁迫时间的延长,皱果苋幼苗叶片中相对含水量(RWC)逐步下降;而脯氨酸和可溶性糖含 量上升;在5d,5%、10%、20%PEG胁迫下的叶片脯氨酸含量分别是对照的3.73、6.27、9.77 倍;而叶中可溶性糖含量分别是对照的2.87、3.68、5.21倍.胁迫3d,20%PEG处理的材料出 现萎焉现象,胁迫5d,10%PEG处理的材料开始萎焉;在5%和10%PEG胁迫下,可溶性蛋白含量 升高,但在20%PEG胁迫下,可溶性蛋白含量先升后降.结论:在适度的渗 透胁迫下,皱果苋叶片中的渗透调节物质使其具有较强的渗透能力,形成皱果苋耐旱性的内在基础.     

乳酸菌渗透胁迫相关相容性溶质及其转运机制研究进展

渗透胁迫严重影响乳酸菌的生理功能, 制约着相关产品开发。近年来相容性溶质作为响应乳酸菌渗透胁迫的重要功能物质受到广泛关注。本文综述了国内外与乳酸菌响应渗透胁迫相关相容性物质的种类和特性, 在此基础上进一步介绍了其转运机制, 并对后续研究进行展望。     

E.coli中表达马铃薯OSM-3b基因对增强渗透胁迫抗性的分析

旨在揭示马铃薯OSM-3b基因表达对胁迫的响应。分离获得了OSM-3b的cDNA,构建OSM-3b的重组菌株DH-OSM,实现OSM-3b在大肠杆菌中的表达,RT-PCR检测了NaCl和PEG6000不同浓度梯度下OSM-3b的表达。结果显示,NaCl浓度在1%以上随盐浓度升高,OSM-3b mRNA的表达逐渐下降;在PEG6000浓度从0.25%升至4.0%时,OSM-3b的mRNA表达明显上升;在NaCl胁迫和PEG6000浓度梯度渗透胁迫下,重组菌株DH-OSM菌的菌落存活数统计分析结果显示,在不同NaCl浓度下重组菌的菌落存活数与对照趋势一致,重组菌菌落存活数峰值出现在的PEG6000浓度2.0%时,而对照菌DH-28c峰值则出现在PEG6000浓度1.0%时。结果表明,OSM-3b在大肠杆菌中表达对NaCl胁迫没有响应,但可缓冲渗透胁迫对其存活的影响。     

玉米对渗透胁迫的反应和生理适应

利用不同渗透势的培养液模拟土壤干旱条件,研究了玉米杂交种“中单2号”在此条件下的生长和生理的变化。实验表明,各指标对于渗透胁迫的变化敏感性顺序为叶片延伸速率、叶水势、脯氨酸含量>净光合速率>相对透性。玉米幼苗在渗透胁迫下具有一定的生理适应能力,表现在一定的渗透胁迫范围内随胁迫时间的延长,生长、生理变化有趋于缓和或恢复的趋势。     

植物在渗透胁迫下的基因表达及信号传递

渗透胁迫是指由于环境因素的变化使植物不能得到充足水分的一种状况。常见的渗透胁迫因素有干旱、盐害及冻害等。渗透胁迫会严重影响植物的生长发育及产量。植物在长期的进化过程中形成了一些保护机制能减轻渗透胁迫造成的伤害。比如有些植物在形态上演化生成盐腺,能排出体内的过量盐分以逃避盐害。但在渗透胁迫下几乎所有的植物都能合成一些无毒性的小分子有机物作为渗透调节剂来维持细胞内渗透势的相对稳定。在分子水平上...     

Agrobacterium-mediated transformation of ginseng (Panax ginseng) and mitotic stability of the inserted β-glucuronidase gene in regenerants from isolated protoplasts

Cotyledonary expiants of ginseng zygotic embryos were cocultured with Agrobacterium tumefadens strain LBA4404 harboring the binary vector pBI121 for 48 h and transferred onto MS medium supplemented with 1 mgl^–1 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), 0.1 mgl^–1 kinetin, and 100 mgl^–1 kanamycin. After 8 weeks of culture, kanamycin-resistant calli formed on the cut surfaces of cotyledonary expiants and subsequently they gave rise to numerous somatic embryos. Eight weeks after transfer onto medium containing 1 mgl^–1 each of 6-benzyladenine (BA) and gibberellic acid, most of them developed into plantlets. Southern analysis confirmed that the -glucuronidase (GUS) gene was incorporated into the genomic DNA of regenerants. Protoplasts were enzymatically isolated from transformed somatic embryo segments and cultured in liquid medium containing 60 gl^–1 myo-inositol, 1 mgl^–1 2,4-D, 0.5 mgl^–1 BA, and 0.5 mgl^–1 kinetin. Plants were regenerated from protoplasts via somatic embryogenesis. The polymerase chain reaction method revealed that 92% of the regenerants retained the GUS gene. When treated with X-glucuronide, 78% of the regenerants showed a GUS-positive response. The overall results indicate that the transgene is stably transmitted during somatic ontogeny and stably expressed in most the regenerants, whereas it may be deleted or impaired in some portion of them.Abbreviations BA 6-benzyladenine; 2,4-D,2,4-dichlorophenoxyacetic acid - DIG digoxigenine - GA₃ gibberellic acid - X-gluc X-glucuronide - GUS -glucuronidase - MS Murashige and Skoog (1962)     

普通小球藻对不同浓度镉胁迫的生理应答

以普通小球藻(Chlorella vulgaris)为研究材料探讨不同镉浓度对小球藻生理生化特性的影响。研究结果表明: 在5—40 μmol/L的Cd2+胁迫下, 普通小球藻的蛋白质、多糖和叶绿素含量均表现为随着Cd2+浓度的增加呈现逐渐增加的趋势, 30 μmol/L略高于对照组后又逐渐降低; 小球藻细胞中SOD活性及过氧化氢(H₂O₂)含量表现出先增加后减弱的趋势, 35 μmol/L时达到最大; 而小球藻中MDA含量随着Cd2+浓度的升高一直增加。这说明在重金属镉胁迫下小球藻会通过不同的生理应答来维持自身的正常生长代谢。     

High-throughput analysis of gene expression on tissue sections by in situ hybridization

Genome-scale sequencing projects, high-throughput RNAi screens, systematic gene targeting, and system-biology-based network predictions all depend on a validation of biological significance in order to understand the relevance of a particular finding. Such validation, for the most part, rests on low-throughput technologies. This article provides protocols that, in combination with suitable instrumentation, make possible a semi-automated analysis of gene expression on tissue sections by means of in situ hybridization. Knowledge of gene expression localization has the potential to aid, and thereby accelerate, the validation of gene functions.