香蕉MaASR1基因的抗干旱作用

ASR(ABA, stress, ripening induced protein)是一类响应植物干旱胁迫的关键转录因子, 在许多植物中已有报道, 然而尚未见香蕉(Musa acuminata)中ASR与抗旱作用的相关研究。该实验从香蕉果实cDNA文库中筛选出1个ASR基因, 即MaASR1(登录号为AY628102)。干旱胁迫下, 该基因在叶片中的表达量高于根部。将MaASR1转入拟南芥(Arabidopsis thaliana), Southern检测确定了两株独立表达的转基因株系(命名为L14和L38)。表型观察发现, 此两转基因株系的叶片变小且变厚; Northern和Western检测结果表明, MaASR1在L14和L38中表达。控水处理后, L14和L38的存活率及脯氨酸含量均高于野生型。经干旱胁迫和外源ABA处理后, 对MaASR1转基因株系中ABA/胁迫响应基因的表达分析, 发现MaASR1可增强转基因株系对ABA信号的敏感度, 但不能增强植株依赖于ABA途径的抗旱性。     

转香蕉MaASR1基因的拟南芥株系在干旱胁迫条件下的表达谱分析

干旱是最重要的环境胁迫,香蕉MaASR1基因在植物响应逆境胁迫时发挥着重要作用,为了深入研究MaASR1基因的过表达使拟南芥抗旱的分子机制,利用全基因组表达芯片来广谱的筛选MaASR1基因转入后自然条件下及干旱处理条件下差异基因的表达情况。对基因芯片的结果进行了详细的生物信息学分析及相关基因的RT-PCR验证,结果表明MaASR1基因异源表达的拟南芥株系在自然生长条件下共有747个差异基因,其中上调基因559个,下调基因188个;在干旱胁迫条件下共得到653个差异基因,其中上调基因256个,下调基因397个;MaASR1基因的转入可以通过影响激素、光合作用、锌指蛋白及不依赖ABA途径的DREB2A等相关基因的表达来提高拟南芥的抗旱性。为解析MaASR1基因作为转录因子提高植物抗旱能力的分子机制奠定基础。     

小麦E3泛素连接酶基因TaAIRP2-1B克隆及功能分析

干旱等非生物胁迫严重影响农作物生产。本研究克隆了小麦(Triticum aestivum L.)TaAIRP2-1B基因,探讨其对非生物胁迫的响应机制,为促进小麦抗旱性的遗传改良提供基因资源。组织特异性表达模式分析显示,TaAIRP2-1B基因在小麦抽穗期的各个组织中均有表达,在茎组织中的表达水平较高,而根系中的表达水平较低。非生物胁迫表达模式分析显示,Ta AIRP2-1B受ABA、PEG及冷胁迫诱导表达。过表达TaAIRP2-1B拟南芥在0.4μmol/L的ABA处理条件下,种子发芽率显著低于野生型,表明TaAIRP2-1B提高了拟南芥种子萌发期对ABA的敏感性。ABA处理抑制转基因和野生型拟南芥幼苗的根系生长,但转基因拟南芥受抑制程度显著高于野生型,表明TaAIRP2-1B提高了拟南芥幼苗对ABA的敏感性。转基因结果表明超表达TaAIRP2-1B增强了拟南芥的抗旱性,并且转基因株系的保水率显著高于野生型。总之,本研究发现小麦基因Ta AIRP2-1B参与了植物对非生物胁迫的应答,可能是通过ABA途径正向调控植物的抗旱性。     

水稻含有B-box锌指结构域的OsBBX25蛋白参与植物对非生物胁迫的响应

锌指蛋白在调控植物生长发育和应对逆境过程中发挥着重要作用.为进一步研究锌指类蛋白参与植物非生物胁迫响应的分子机制,对水稻(Oryza sativa)中一个编码含有B-box锌指结构域蛋白的OsBBX25基因进行了功能分析.OsBBX25受盐、干旱和ABA诱导表达.异源表达OsBBX25的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)与野生型相比对盐和干旱的耐受性增强,且盐胁迫条件下转基因植物中KIN1、RD29A和COR15的表达上调,干旱胁迫下KIN1、RD29A和RD22的表达上调.外源施加ABA时,转基因植物的萌发率与野生型之间没有明显差异.OsBBX25可能作为转录调控的辅助因子调节胁迫应答相关基因的表达,进而参与植物对非生物胁迫的响应.     

转TPSP融合基因小麦的耐旱相关特性

在获得转TPSP基因小麦纯合株系的基础上,对3个转基因株系的耐旱相关生理特性进行了分析。脯氨酸含量测定显示,干旱胁迫过程中小麦叶片中脯氨酸含量逐渐增加,且3个转基因株系叶片中脯氨酸的积累速度和积累量均显著高于非转基因对照;叶绿素荧光参数测定显示,3个转基因株系的Fv/Fm值在胁迫过程中均略高于非转基因对照,转基因株系4-4-4的Fv/Fo值显著高于非转基因对照,表明转基因株系在水分胁迫条件下光合系统II（PSII）的光合效率有所增强;转基因小麦耐旱性鉴定显示：模拟干旱胁迫100h时对照小麦叶片几乎全部萎蔫,而3个转基因株系均表现出较强的耐旱性;复水24h后转基因株系4-9-1、4-4-4和30-1-2的叶片黄化率分别为25.2%、23.3%和27.6%,显著低于非转基因对照（48.8%）。上述研究结果表明转TPSP基因小麦具有较强的耐旱能力,为转基因材料进一步应用于小麦抗旱育种提供了依据。     

马铃薯异源表达梭梭HaNAC1基因提高抗旱性的功能解析

NAC转录因子参与植物非生物胁迫反应,是改良植物抗旱耐盐性的重要基因资源。本研究利用农杆菌介导法对马铃薯栽培种大西洋进行遗传转化,并用PEG-6000模拟干旱处理转基因和受体植株,初步从逆境应答基因和内源激素2个方面对转基因株系进行了抗旱性分析。结果表明,在3个转基因株系中转HaNAC1基因马铃薯生长素(IAA、IBA)、细胞分裂素(IP、cZ)、茉莉酸(MEJA、JA-ILE)、水杨酸(MESA)、赤霉素(GA_3)含量均显著或极显著高于受体,而脱落酸(ABA)含量显著低于受体。抗逆相关基因荧光定量PCR分析表明,HaNAC1基因过表达植株中与胁迫应答相关的LEA3、DREB2A、RD29a、NCED1、KIN1和ERD11基因表达量与受体存在显著或极显著差异。现有实验数据表明,转基因马铃薯中HaNAC1可能通过调节与胁迫响应相关的一系列基因表达,调控激素表达水平变化从而提高受体的抗旱性。研究结果为深入解析HaNAC1响应干旱胁迫的分子机制提供基础理论依据。     

异源表达CkLEA1基因增强了拟南芥对非生物胁迫的耐受性

植物在生长过程中会受到各种非生物胁迫的伤害,导致生长发育和产量受到严重影响,胚胎晚期丰富蛋白（late embryogenesis abundant proteins,LEA蛋白）在植物抵抗非生物胁迫过程中起着重要的保护作用。在前期的研究基础上,将受多种胁迫诱导的柠条锦鸡儿CkLEA1（GenBank登录号KC309408）基因转入野生型拟南芥,通过实时荧光定量PCR从7株T₃代纯合体中筛选出3个转基因株系做进一步研究。种子萌发率实验发现,在200 mmol/L NaCl和400 mmol/L甘露醇处理下,转基因株系萌发率均高于野生型拟南芥。干旱处理2周大的幼苗后,转基因株系明显比野生型更抗旱,存活率高于野生型,并且失水率低于野生型。同时,转基因株系积累了较少的丙二醛（MDA）,超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽（GSH）含量也高于野生型。这些结果表明,柠条锦鸡儿CkLEA1基因在种子萌发阶段提高了拟南芥对盐和渗透胁迫的耐受性,并且提高了转基因拟南芥幼苗生长阶段对干旱胁迫的抵抗能力。     

异源表达蒙古沙冬青AmDREB1F基因提高转基因拟南芥的耐逆性

脱水应答元件结合蛋白 (Dehydration-responsive element binding proteins,DREBs) 是一类重要的植物耐逆相关转录因子。蒙古沙冬青Ammopiptanthus mongolicus是中国西北荒漠区特有的强耐逆常绿阔叶灌木。为探明其AmDREB1F基因在耐受非生物逆境中的功能和作用机理,文中对该基因编码蛋白的亚细胞定位、表达模式和转基因拟南芥的耐逆性进行了分析。结果表明：AmDREB1F编码的蛋白质定位于细胞核内;在室内培养幼苗中,该基因在正常条件下不表达,在低温和干旱胁迫下有较明显表达,在高盐和高温胁迫下仅有微弱表达,而在脱落酸 (Abscisic acid,ABA) 处理下不表达;在野外生长植株的叶片中,其表达量在秋末、冬季和早春远高于其他季节,而不同器官相比,其在根和未成熟果荚中的表达量远高于其他器官;将AmDREB1F在拟南芥中组成型表达可提高多个受DREBs调控的胁迫响应基因的转录水平,增强转基因株系对干旱、高盐和低温以及氧化胁迫的耐性,同时导致其生长发育延滞,外施赤霉素3可消除生长延滞现象;将该基因进行胁迫诱导表达也可提高转基因拟南芥对上述非生物胁迫的耐受性,而不影响其生长发育。这些结果说明AmDREB1F可能通过ABA非依赖的信号途径在响应和耐受逆境胁迫中起正调节作用。     

过表达胡杨XTH基因能够提高烟草抗旱性

胡杨是典型的抗旱树种。挖掘和鉴定胡杨的耐旱基因对于提高植物抗旱性具有重要意义。木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶（XTH）是植物细胞壁重构过程中的关键酶,在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。我们前期已从胡杨叶片中克隆了PeXTH基因。本文利用Real-time PCR检测PeXTH基因在干旱胁迫下的表达水平。在此基础上,构建植物表达载体pMDC85-PeXTH,通过农杆菌介导法将PeXTH基因转入烟草,分析过表达PeXTH基因烟草的抗旱性。研究发现,胡杨叶片中PeXTH基因的表达受干旱胁迫诱导。干旱处理后,转PeXTH基因烟草的萌发率明显高于野生型烟草;与野生型植株相比,转基因植株的叶片失水速率明显降低。干旱胁迫下,转基因烟草的气孔开度仅为野生型烟草的51.2%～53.6%。结果表明,过表达PeXTH基因能够提高烟草的抗旱性。本研究丰富了对胡杨PeXTH基因功能的认识,为植物抗旱分子育种提供了重要的基因资源。     

不同花生品种响应干旱胁迫后叶片内ABA与AhNCEDl的分布

以粤油7号和汕优523两个不同抗旱性品种为材料,研究响应干旱胁迫后叶片ABA（abscisicacid,脱落酸）和AhNCEDl（Arachishypogaeanine-cis-epoxycarotenoiddioxygenase）的分布以及含量变化。结果表明,两种花生品种响应干旱胁迫后叶片的维管组织中ABA分布增强且含量增加,AhNCEDl蛋白分布也增强;且在水分胁迫初期粤油7号花生AhNCEDl蛋白分布强于汕优523,其体内ABA分布水平也高于汕优523;经ABA生物合成抑制剂N印roxen处理后,两种花生叶片ABA分布减弱,但粤油7号叶片维管组织ABA分布水平仍高于汕优523。结果表明维管组织是干旱胁迫下花生叶片中ABA和AhNCEDl分布的主要区域,且粤油7号花生抗旱性强可能与其体内AhNCEDl和ABA的分布量较高有关。     

拟南芥钙调素结合蛋白参与胁迫响应的研究

采用实时荧光定量RT-PCR和Northern blotting技术检测了野生型拟南芥中CBP60g基因对丁香假单胞菌和非生物胁迫的响应,并对丁香假单胞菌接种后,野生型拟南芥、cbp60g-1突变体和CBP60g过表达转基因植物中抗逆相关基因的表达变化进行检测。结果显示:(1)在野生型拟南芥中CBP60g基因的表达能被丁香假单胞菌、高盐、冷和机械损伤所诱导。(2)经丁香假单胞菌诱导后病程相关基因PR5和AIG1的表达在过表达转基因植物中明显高于野生型。(3)受干旱和ABA诱导的AtMYB2基因的表达在过表达转基因植物中也高于野生型。研究表明,CBP60g同时参与了拟南芥对生物和非生物胁迫响应。     

水稻Bph14基因生理功能初探

Bph14基因是第一个被克隆的水稻抗虫基因,但鲜有Bph14基因对水稻生理方面影响的报道。研究该基因对水稻生理方面的影响有助于全面理解Bph14基因对褐飞虱的抗性机制。将Bph14基因转入水稻栽培品种中,对携带有外源基因的转基因株系通过荧光定量PCR检测乙烯合成和非生物胁迫相关基因的表达,另外,分别用5μmol/L ABA和250 mmol/L Na Cl处理转基因水稻株系和相应受体材料,结果表明,与乙烯合成相关的基因Os ACO2,Os ACS2,Os ACS6,O1g P5CS和O5g P5CS的表达量均较转基因受体m5274发生了变化,与干旱、耐盐等非生物胁迫相关的基因Cat A、Cat B、Cat C、RAB16A、LEA3、LIP9、Sal T、Adh I等也都不同于在受体m5274中的表达。同时Bph14基因的导入也提高了水稻对ABA的敏感性和对盐胁迫的耐受性,说明Bph14基因在水稻中可能参与调控乙烯合成以及非生物胁迫应答的功能基因的表达。     

表达SmERF1调节烟草种子大小及耐盐性

【目的】ERF转录因子生物功能广泛,在调控植物生长发育和响应胁迫中发挥重要作用。前期研究显示,丹参SmERF1参与植物响应胁迫反应。该研究旨在进一步明确SmERF1潜在的生物功能,并为药用植物抗性及种子发育研究奠定基础。【方法】该研究采用农杆菌介导的方法在模式植物烟草中异源表达了丹参SmERF1基因;通过抗性相关酶活性变化检测,对转基因植株抗性进行评价;通过酶联免疫方法和qPCR方法分析GA和ABA等激素含量及合成途径关键酶基因的表达变化。【结果】(1)表达SmERF1的烟草植株在幼苗期表现出生长缓慢、生物量和叶绿素减少,而在其他生长阶段与对照植株没有明显差异;此外,表达SmERF1的烟草植株种子比野生对照的种子小、轻;(2)在盐处理下,转基因烟草株系中脯氨酸含量、SOD和POD活性高于对照株系,而MDA含量低于对照株系,转基因烟草株系表现出较高的耐盐性;(3)在转烟草株系中,ABA含量上调,GA水平降低。实时定量PCR结果显示,表达SmERF1调节了与植物激素生物合成相关的关键酶基因的表达,如NtSDR、NtGA20ox、NtACO和NtACS。【结论】SmERF1通过ABA依赖途径...     

大豆E3泛素连接酶基因GmAIRP1的同源克隆及在烟草中的功能鉴定

E3泛素连接酶在植物抵御高盐及干旱等非生物胁迫过程中发挥重要作用。本研究克隆获得大豆E3泛素连接酶基因GmAIRP1,该基因cDNA全长为642 bp,编码213个氨基酸。蛋白结构域分析表明,GmAIRP1具有典型的RING-finger结构域。系统进化树分析表明,GmAIRP1与蒺藜苜蓿MtAIRP1同源性最高,亲缘关系最近。表达分析显示,GmAIRP1可被高盐、干旱和ABA诱导表达,并在胁迫1 h或3 h时表达量达到最大。抗逆表型分析表明,GmAIRP1转基因烟草在高盐和干旱胁迫21 d后,生长状态优于野生型,提高了植株对高盐和干旱胁迫的耐受性。生理指标测定结果显示,在高盐和干旱胁迫下,GmAIRP1转基因烟草的POD和CAT活性提高,整体高于对照,MDA含量始终低于对照。以上研究结果表明,Gm AIRP1能够通过激活抗氧化酶活性、提高渗透调节物质的积累来增强植物抵御高盐和干旱胁迫的能力,在植物响应高盐和干旱胁迫中发挥正调控作用。     

转ZjAPX基因拟南芥对NaCl、干旱胁迫的耐性研究

旨在探讨枣树抗坏血酸过氧化物酶基因ZjAPX在植物渗透胁迫中的作用。将ZjAPX基因转入到模式植物拟南芥,以野生型(WT)、转ZjAPX拟南芥株系T2为试材,进行不同浓度NaCl胁迫和干旱胁迫。结果表明,转基因株系的种子萌发、植株生长均优于野生型株系;荧光定量PCR检测转基因拟南芥植株在干旱和盐胁迫处理10 d后目的基因ZjAPX的表达量显著高于野生拟南芥,表明ZjAPX的高表达明显提高了植株的抗旱和耐盐性。     

拟南芥AtCIPK23基因对烟草抗旱能力的影响

为了探索拟南芥AtCIPK23基因对烟草耐旱能力的影响,对3个转AtCIPK23基因阳性纯合株系KA13、KA14和KA44与野生型烟草K326（对照）进行了自然干旱处理,测定离体叶片的失水速率、叶绿素含量、相对电导率、脯氨酸和可溶性糖含量,并分析了转基因及野生型材料对活性氧的清除能力,对活性氧清除基因NtSOD、NtCAT和NtAPX及干旱胁迫相关基因NtDREB、NtLEA5和NtCDPK2的表达量进行检测。结果表明：（1）转基因烟草离体叶片的失水速率明显低于K326;自然干旱7 d后,野生型K326出现了明显的干旱胁迫症状;干旱7 d进行复水后,转基因株系的复水存活率明显高于K326。（2）转基因株系中的叶绿素、脯氨酸及可溶性糖含量比K326显著提高,电导率则明显降低。（3）野生型烟草K326中H₂O₂的积累量明显高于3个转基因株系,转基因株系中ROS清除机制的3个关键基因NtSOD、NtCAT和NtAPX被诱导上调表达。（4）抗旱相关基因NtDREB、NtLEA5和NtCDPK2仅在转基因烟草中受干旱诱导。研究认为,AtCIPK23基因可能具有提高植物抗旱能力的功能。     

香蕉ASR的特征和采后表达分析

从香蕉cDNA文库中获得香蕉ASR全长cDNA序列,命名为MaASR。构建遗传进化树发现MaASR与单子叶植物中的芭蕉科植物的亲缘关系较近。对正常成熟和乙烯处理的香蕉果实各时期内源ABA的含量进行测定,结果表明,在正常成熟的香蕉果实中,成熟早期(0-2 d),内源ABA含量相对较低,第8天ABA含量达到最大,随后迅速下降。在乙烯处理的香蕉果实中,ABA含量急剧上升,第3天ABA含量达到高峰,随后逐渐下降。利用荧光定量RT-PCR对MaASR在正常成熟和乙烯处理后的果实中的表达情况进行分析,在自然成熟的果实中,MaASR在采后2 d达到高峰,而后迅速下降,在6-16 d时一直保持较低水平。在经外源乙烯诱导的果实中,MaASR表达水平没有表现出剧烈变化的趋势,整体表达量较低。表明MaASR对乙烯信号有应答,但应答强度较低,其表达趋势与ABA的含量或者信号强度呈负相关。     

陆地棉GhCDPK1基因响应干旱胁迫的功能初探

钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)是一类重要的钙信号感受蛋白和响应蛋白,在植物干旱、低温、盐碱等非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。为探讨陆地棉GhCDPK1基因在干旱胁迫下所起的作用,该研究利用实时荧光定量PCR技术分析了PEG模拟干旱胁迫下该基因的表达量,发现GhCDPK1基因受干旱胁迫诱导。通过构建植物表达载体pCAMBIA2300-GhCDPK1,采用农杆菌介导的叶盘法转化模式植物烟草,发现干旱胁迫下转基因植株保水能力明显高于野生型植株,叶绿素、脯氨酸、可溶性蛋白含量及POD、SOD活性也高于野生型植株,而丙二醛含量低于野生型植株。研究结果表明,GhCDPK1基因作为正向调控因子响应干旱胁迫诱导,过表达GhCDPK1基因可以使植株积累更多的渗透调节物质、增强抗氧化系统酶的活性和维持细胞膜的稳定性来提高植物抵御外界干旱胁迫的能力。     

陆地棉GhPYR1基因的克隆和功能分析

植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物应对干旱、盐碱等逆境胁迫以及植物种子萌发、根伸长、芽休眠等阶段发挥重要作用。PYR/PYL/RCAR蛋白家族是ABA受体,与ABA结合后能够启动ABA信号传导通路,诱导ABA应答基因的表达。利用电子克隆和RT-PCR技术从陆地棉中克隆了Gh PYR1基因,其编码的Gh PYR1蛋白与拟南芥中At PYR1蛋白相似度为73%。将Gh PYR1蛋白序列与拟南芥14个PYR/PYL/RCAR家族成员蛋白序列进行比对并构建进化树,发现它与拟南芥PYR/PYL/RCAR蛋白亚家族III亲缘关系最近。过表达Gh PYR1基因的T3代拟南芥在外源ABA处理下,其种子萌发和初期根生长均滞后于野生型,表现出对ABA更加敏感;高盐和干旱胁迫对转基因种子的萌发抑制更强烈,但苗期胁迫处理下转基因拟南芥的长势却明显优于野生型;同时在外源ABA诱导条件下ABA应答基因RD29A、RAB18的表达量较野生型有明显提高。以上结果说明Gh PYR1基因编码的蛋白是ABA的受体,过表达该基因能够提高植物对ABA的敏感性和增强应对逆境胁迫的能力。     

不同花生品种响应干旱胁迫后叶片内ABA与AhNCED1的分布

以粤油7号和汕优523两个不同抗旱性品种为材料,研究响应干旱胁迫后叶片ABA(abscisic acid,脱落酸)和AhNCED1(Arachis hypogaea nine-cis-epoxycarotenoid dioxygenase)的分布以及含量变化。结果表明,两种花生品种响应干旱胁迫后叶片的维管组织中ABA分布增强且含量增加,AhNCED1蛋白分布也增强;且在水分胁迫初期粤油7号花生AhNCED1蛋白分布强于汕优523,其体内ABA分布水平也高于汕优523;经ABA生物合成抑制剂Naproxen处理后,两种花生叶片ABA分布减弱,但粤油7号叶片维管组织中ABA分布水平仍高于汕优523。结果表明维管组织是干旱胁迫下花生叶片中ABA和AhNCED1分布的主要区域,且粤油7号花生抗旱性强可能与其体内AhNCED1和ABA的分布量较高有关。