盐穗木HcDmc1基因的克隆和表达分析

根据盐穗木盐胁迫下响应的转录组测序结果,克隆获得盐穗木DNA损伤修复基因的cDNA序列,其开放阅读框1 035bp,编码344个氨基酸,命名为HcDmc1。保守结构域分析显示,该基因编码的蛋白具有RecA蛋白家族典型的保守结构域;统进化树分析显示HcDmc1为独立的分支;亚细胞定位于细胞质,为无信号肽、不跨膜的稳定亲水性蛋白。实时荧光定量PCR分析表明,盐穗木在100mmol/L NaCl胁迫7d后,同化枝中HcDmc1基因表达迅速上调并达到最大值,约为对照组的6.58倍;在700mmol/L NaCl胁迫14d后根中HcDmc1基因表达最高,约为对照的1.79倍。研究表明,HcDmc1基因表达受盐胁迫诱导。     

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。     

盐胁迫下盐穗木HcThi1基因的表达分析

环境胁迫能够导致植物的DNA损伤,而DNA损伤修复基因与盐胁迫可能具有密切的相关性。根据盐穗木盐胁迫下响应的转录组测序结果,克隆获得了盐穗木具有DNA损伤修复功能的硫胺素噻唑合成酶(thiazole biosynthetic enzyme)基因,其开放阅读框1 077 bp,编码358个氨基酸,命名为HcThi1。保守结构域分析显示,保守结构域分析发现其具有SDR超家族保守结构域,合成硫胺素噻唑。系统进化树分析显示HcThi1为独立的分支,亚细胞定位于细胞质,为无信号肽的不稳定蛋白。实时荧光定量PCR分析表明,在100 mmol/L NaCl胁迫72 h后,同化枝中HcThi1的表达迅速上调并达到最大值,约为对照组的18.66倍,随着盐浓度的提高,HcThi1的表达逐渐降低。说明HcThi1基因表达受盐胁迫的诱导。研究结果有助于阐明HcThi1基因表达与植物抗盐的相关性。     

无芒隐子草CsPEAMT基因克隆及表达特性分析

以无芒隐子草(Cleistogenes songorica)干旱胁迫下的cDNA文库中磷酸乙醇胺N-甲基转移酶(phosphoethanolamine N-methyltransferase,PEAMT)基因的EST序列为基础,采用RACE方法克隆该基因编码区序列,该序列全长为2 104bp,开放读码框1 506bp,编码501个氨基酸。无芒隐子草PEAMT蛋白编码的氨基酸序列与多种植物的PEAMT氨基酸序列有较高相似性,其中与高粱SbPEAMT、玉米ZmPEAMT的蛋白序列相似性最高(93%),说明PEAMT基因在植物进化中非常保守。采用实时定量RT-PCR分析无芒隐子草幼苗在干旱过程中CsPEAMT基因的表达结果显示,干旱胁迫诱导CsPEAMT基因在根和叶中大量表达,且在干旱第8天时CsPEAMT基因在叶和根中表达量分别是未干旱对照的43.35倍和13.25倍,复水后CsPEAMT基因的表达量开始下调。研究表明CsPEAMT基因可能是无芒隐子草抗旱性相关的基因。     

杜梨PbPEAMT的克隆、序列分析及表达特征

采用RT-PCR、cDNA末端快速扩增法和长片段PCR技术,从杜梨幼苗中获得1个磷酸乙醇胺N-甲基转移酶基因（Pb—PEAMT）,运用生物信息学方法分析它的序列特点,并通过跨内含子引物进行半定量RT-PCR研究其在非生物胁迫下的表达情况。结果表明：PbPEA臌因编码区DNA序列长为3320bp,由11个外显子和10个内含子组成,cDNA序列长1479bp,推导的多肽包括2个II型甲基转移酶保守结构域,与蓖麻PEAMT蛋白相似性最高（86％）,亲缘关系最近。PbPEA燃因在杜梨幼苗根和叶中均为诱导型表达,100mmol·L^-1氯化钠、10％（w／v）聚乙二醇、180mmol·L^-1甘露醇或20μmol·L^-1脱落酸处理后PbPEAMT表达水平上升,表明PbPEAMT对盐碱、干旱和渗透胁迫存在表达响应,可能参与ABA介导的逆境信号转导途径。     

短期盐胁迫下盐穗木的转录组分析

盐穗木（Halostachys caspica）是荒漠盐碱地广泛分布的盐生植物,具有极强的耐盐性。为揭示盐胁迫下盐穗木基因组层面的基因表达变化特性,通过对300和500mmol·L^-1 NaCl胁迫3h的盐穗木同化枝进行了转录组测序。有效序列组装共得到153298条平均长度为643bp的unigenes,进行GO和KEGG功能聚类,分别获得47个GO功能小类和118个KEGG通路。差异表达基因分析显示,短期低盐（300mmol·L^-1）响应基因有4432个,高盐（500mmol·L^-1）响应基因有2580个,两个胁迫的共差异基因有1245个,主要富集在细胞过程、代谢过程和响应刺激等类别中。从短期盐胁迫下盐穗木转录组筛选出渗透调节和活性氧清除的相关基因,大多为上调基因。说明盐穗木能够通过促进渗透调节和增强活性氧清除提高短期的盐胁迫适应能力。     

小麦一个新BBI型蛋白酶抑制剂基因TaUES的克隆及初步分析

根据小麦基因表达芯片结果,以山融3号小麦叶片为试验材料,克隆获得在盐胁迫处理24 h时表达显著提高的基因TaUES(up-regulated expression under saline-stress in wheat,ID:KC408382)。序列分析显示,TaUES编码一个富含半胱氨酸的97个氨基酸的多肽,该多肽含有1个BowB结构域和10个保守的半胱氨酸残基;与小麦或其他物种BBI型蛋白酶抑制剂氨基酸序列具有较高的同源性。推测TaUES是小麦中一种新的BBI型蛋白酶抑制剂基因。基因表达分析表明,TaUES基因参与盐和干旱胁迫应答。异源过表达转基因功能初步分析表明,过表达TaUES转基因烟草后代株系耐盐性提高。     

毕氏海蓬子SbDREB基因的克隆与表达分析研究

以毕氏海蓬子的基因组为模板,通过PCR技术扩增到一个编码DREB蛋白AP2保守结构域的基因片段;根据该片段序列设计引物,以毕氏海蓬子经NaCl处理的植株肉质茎cDNA为模板,应用RACE技术获得该基因的cDNA全长,命名为SbDREB(GenBank登录号:JF894301)。SbDREB基因cDNA全长1206bp,包含一个编码284个氨基酸的完整开放阅读框。对氨基酸序列比对分析表明,该蛋白在靠近N端具有典型的AP2/EREBP保守结构域,且该结构域与一些高等植物DREB类转录因子的AP2区域具有高度同源性。进化树分析表明SbDREB属于DREB亚家族中的A-6亚族。实时荧光定量PCR结果显示:干旱、高盐和ABA能够诱导其表达,而低温则使其表达下调,表明该基因在毕氏海蓬子植株对干旱、盐和低温等非生物胁迫的应答中起作用。     

盐胁迫下盐穗木甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因的表达与亚细胞定位分析

为研究盐胁迫下植物甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)的作用机制,该研究利用RACE技术,从藜科盐生植物盐穗木中克隆获得1 381bp GAPDH基因(HcGAPDH)全长cDNA序列,其开放阅读框(ORF)编码314氨基酸。序列分析表明,HcGAPDH属于胞质GAPDH家族成员。实时定量PCR结果显示,HcGAPDH的转录水平受盐胁迫和ABA上调。通过荧光共聚焦显微技术,检测到绿色荧光蛋白标记的HcGAPDH在正常情况下定位于细胞质中,盐胁迫可促使其从细胞质转移至细胞核中,此过程与细胞内碳水化合物代谢的信号途径不具有相关性。研究表明,HcGAPDH通过细胞质和细胞核之间的信号传导在植物盐胁迫中发挥一定作用,为进一步揭示盐穗木耐盐分子机制奠定了一定基础。     

苦荞转录因子基因FtbHLH4的克隆及其对非生物胁迫的应答

根据苦荞花期转录组数据,克隆得到1个苦荞bHLH类转录因子基因,命名为FtbHLH4。采用实时荧光定量PCR技术,分析了非生物胁迫对苦荞芽期FtbHLH4基因表达的影响。序列分析表明,苦荞FtbHLH4基因DNA全长1 852bp,由7个外显子和6个内含子构成,符合GT-AG剪接原则;cDNA序列包含1个1 062bp的开放阅读框,编码353个氨基酸,具有bHLH类蛋白典型的螺旋-环-螺旋保守结构域。在脱落酸(ABA)、NaCl和PEG模拟干旱胁迫下,苦荞芽期FtbHLH4基因表达量均持续上升,至48h时达最大,分别为胁迫前的11.3倍、12.0倍和6.1倍。而在冷胁迫和UV-B胁迫下,苦荞芽期FtbHLH4基因表达量迅速下降,分别于6h和12h降低至胁迫前的24%和23%。研究推测FtbHLH4基因以不同机制参与了苦荞对非生物胁迫的应答过程。     

辣椒CaWRKY14转录因子的生物学特性研究

WRKY转录因子是植物响应病原菌胁迫最重要的转录因子之一,且参与抗病反应及信号传导通路的调控。为研究辣椒WRKY基因的生物学特征,以辣椒高抗疫病材料CM334为试材,克隆获得响应疫霉菌诱导的转录因子CaWRKY14。生物信息学分析表明,该基因DNA全长2 530 bp,cDNA全长1 662 bp,含有5个内含子,编码553个氨基酸,含有1个WRKY保守结构域,属于Group Ⅱ(b)。实时荧光定量表达分析表明,CaWRKY14不仅受ABA和疫霉菌胁迫诱导表达,且表达量分别在12 h和24 h时达到峰值,分别是对照的8.54和8.04倍,同时也受高盐、热激和干旱胁迫诱导。利用VIGS技术对CaWRKY14转录因子进行沉默后发现,抗病材料CM334接种疫霉菌后趋于发病。研究表明,CaWRKY14基因在辣椒响应疫霉菌胁迫进程中可能发挥着重要作用。     

厚藤脱水素基因IpDHN启动子IpDHN-Pro的克隆和调控转录活性分析

为了解厚藤(Ipomoea pes-caprae)脱水素基因IpDHN (GenBank登录号:KX426069)启动子的转录活性和对非生物胁迫和植物激素ABA的响应,通过染色体步移法克隆了IpDHN的上游启动子序列IpDHN-Pro,长度为974 bp。构建IpDHN-Pro调控下GUS转基因载体,转化拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株获得IpDHN-Pro::GUS转基因植株并进行GUS染色,验证IpDHN-Pro启动转录活性以及在氯化钠、甘露醇、ABA处理后拟南芥GUS基因表达变化。结果表明,扩增获得的IpDHN-Pro序列包含多个顺式作用元件,包括1个ABRE、3个Myb转录因子结合位点、富含TC的重复序列以及Skn-1基序等。转基因拟南芥GUS染色及qRT-PCR表明该序列可驱动GUS基因在拟南芥稳定表达,且表达受高盐、渗透压及ABA的诱导。这表明IpDHN-Pro是一个盐旱、ABA诱导的启动子序列,可应用于相关的植物抗逆遗传工程研究。     

辣椒CaNAC55基因克隆与表达分析

为揭示辣椒NAC转录因子的功能,以高抗疫病辣椒CM334为试验材料,克隆获得CaNAC55基因全长gDNA和cDNA序列。生物信息学分析表明,CaNAC55基因gDNA全长4 164 bp, cDNA完整开放阅读框(ORF)为1 299 bp,基因编码的蛋白由432个氨基酸残基组成;基因序列比对和同源性分析结果表明,CaNAC55与辣椒(XM-016722474)、番茄(XM-004241285)和马铃薯(XM-006361027)的亲缘关系最近,氨基酸相似度分别达到99.87%、93.37%和92.62%。实时荧光定量分析表明,干旱、高盐、热激处理均可诱导CaNAC55基因表达,其中干旱、高盐、热激处理分别在24 h、24 h和12 h时表达量达到峰值,且分别为对照的3.01倍、20.92倍和8.84倍;ABA处理下,CaNAC55基因的相对表达量显著低于对照,说明CaNAC55基因的表达受到ABA的抑制。研究表明,辣椒CaNAC55转录因子对不同逆境胁迫的响应不同,推测辣椒CaNAC55基因可能作为重要的调节因子参与逆境胁迫响应。     

蒙古沙冬青AmRD22基因的克隆及耐逆功能研究

脱水应答蛋白22(RD22)属于植物特有的BURP蛋白家族中的一个亚族,与耐逆性关系密切。该研究从中国西北荒漠区特有的强耐逆植物蒙古沙冬青克隆到一个RD22基因(AmRD22)的全长cDNA,并对其编码蛋白、表达模式和耐逆功能进行了研究。结果表明：(1)AmRD22蛋白(360 aa)的初级结构中含有RD22亚族共有的4个结构域,预测其定位于细胞壁;在功能已知的RD22蛋白中,AmRD22与大豆GmRD22的进化关系最近。(2)在室内培养的蒙古沙冬青幼苗中,AmRD22的表达受失水、高盐、低温和ABA胁迫的诱导显著上调,其中失水和低温胁迫诱导其上调幅度较大;在野外生长的蒙古沙冬青植株嫩叶中,其表达量从中秋至隆冬远高于其他季节。(3)转AmRD22基因拟南芥的耐盐性显著提高且Na⁺含量降低,其耐旱性也有较明显的改善且在种子萌发早期对外源ABA的敏感性降低,但耐冷性和耐冻性无明显变化。     

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。     

纤枝短月藓LEA5基因表达及耐盐性分析

该研究以纤枝短月藓为材料,利用RT-PCR和HiTail-PCR技术分别克隆得到纤枝短月藓LEA5基因的ORF和启动子序列,并进行生物信息学、基因表达及耐盐性分析,为进一步研究LEA5蛋白的保护机制奠定基础。结果显示:(1)LEA5基因包含267 bp的开放阅读框(ORF),编码88个氨基酸。(2)LEA5基因启动子序列为1 053 bp,利用PlantCARE在线工具预测顺式作用元件显示,该启动子不仅具有典型的CAAT box元件,还含有ABRE、MYB、MYC、MYB结合位点(MBS)等其他元件。(3)荧光定量分析表明,LEA5基因在纤枝短月藓不同时期和不同组织中都有表达。(4)LEA5蛋白的异源表达提高了大肠杆菌对盐胁迫的耐受性,表明LEA5蛋白可能在耐盐性中起重要作用。     

毛果杨HDA901基因的克隆和表达分析

该实验克隆了毛果杨组蛋白去乙酰化酶基因HDA901的编码序列,并进行生物信息学、亚细胞定位和盐胁迫表达分析。序列分析表明,HDA901开放阅读框为1 245bp,编码1个由414个氨基酸残基组成的蛋白质,等电点为5.77;毛果杨HDA901与其他植物同源蛋白具有一段保守序列,在进化上与拟南芥AtHDA14亲缘关系较近。启动子分析表明,毛果杨HDA901基因启动子序列包含ACE、ABRE、HSE和TC-rich repeats等多个与逆境相关的顺式作用元件。亚细胞定位分析表明,毛果杨HDA901蛋白在细胞核和细胞质中无分布,可能位于线粒体或穿梭于线粒体和叶绿体之间。实时荧光定量PCR结果显示,毛果杨HDA901基因表达受盐胁迫调节,在盐胁迫下,根和茎中HDA901基因表达受抑制;叶中HDA901基因表达受诱导。研究表明,毛果杨HDA901基因参与盐胁迫应答反应。     

转CkLEA4基因拟南芥种子萌发期的抗逆性分析

该研究在实验室前期研究的基础上,将受脱水、盐胁迫和ABA诱导的柠条锦鸡儿CkLEA4基因转入野生型拟南芥,并利用实时荧光定量PCR从8株纯合体中筛选出3个表达量不同的株系,比较野生型和转CkLEA4基因过表达拟南芥种子在不同胁迫处理下的萌发率,以探讨CkLEA4基因在植物抵抗逆境胁迫中的功能。结果发现:(1)在不同浓度NaCl、甘露醇及ABA处理下,转CkLEA4基因过表达拟南芥种子的萌发率均高于野生型,随着NaCl、甘露醇及ABA浓度增加,各株系萌发率均降低,但野生型的萌发率下降幅度均高于3个过表达株系,并且在200mmol/L NaCl和400mmol/L甘露醇处理下,过表达株系子叶绿化率均显著高于野生型。(2)在低浓度ABA处理下,CkLEA4过表达植株子叶的绿化率也高于野生型。研究表明,柠条锦鸡儿CkLEA4基因提高了拟南芥种子萌发阶段对盐、ABA及渗透胁迫的耐受性。