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。     

大豆GmDnaJ1蛋白对几种重金属胁迫的响应研究

通过对大豆铝胁迫下的转录组测序分析,发现一个差异表达的基因,其编码一个具有101个氨基酸残基的Dna J-like分子伴侣蛋白-Gm Dna J1(Glycine max Dna J1),等电点为8.97;序列分析表明该蛋白具有典型的高度保守的J domain功能域,是一种类型III的J蛋白;通过对其序列的同源性及进化关系分析,推测该蛋白可能响应重金属胁迫。为进一步探究Gm Dna J1是否能够对重金属胁迫产生应答反应,试验分别以0或100μmol·L-1Cu2+、Pb2+和Cd2+溶液胁迫处理的不同时间(0、12、24、48和72 h)大豆根尖RNA为材料,通过实时定量PCR研究了该蛋白基因的表达特征。结果表明:与对照相比,Gm Dna J1受Cu、Pb和Cd等重金属的诱导而强烈表达,呈现先升高后降低的趋势,其中Pb、Cd处理24 h后表达水平达到峰值,而Cu处理48 h后达到峰值;此外,Gm Dna J1对Cu、Pb和Cd胁迫的响应程度也不同,表明该基因对这三种重金属的响应模式存在差异。根据以上研究结果,推测大豆Gm Dna J1蛋白不仅响应铝毒胁迫,而且可能在响应重金属胁迫方面具有重要的作用,参与了大豆对重金属毒害的抵抗。该结果为深入研究Gm Dna J1在重金属胁迫响应中的功能及其分子机制提供了一定的依据。     

大豆磷、硫转运蛋白研究进展

磷、硫转运蛋白是大豆（Glycine max（L.）Merr.）体内磷、硫转运的重要载体,参与调节磷和硫酸盐的吸收与转运,对提高大豆的磷、硫利用效率至关重要。大豆磷转运蛋白可划分为Pht1、Pht2、Pht3、Pho1和Pho2 5大家族,目前对Pht1的研究最为深入。大豆14个Pht1家族可分为3个亚家族,他们对磷吸收和转运具有重要作用。大豆硫转运蛋白基因GmSULTR1;2b可在大豆根中特异性表达并被低硫胁迫诱导。本文基于大豆磷、硫的营养吸收、转运与利用过程中的相关性,对Pht1家族以及GmSULTR1;2b基因在大豆中的研究进展进行了综述,并对近年来大豆磷、硫转运蛋白的研究进展及未来的研究方向进行了展望。     

植物吸收、转运和积累镉的机理研究进展

重金属镉(Cd)虽然不是植物生长的必需矿质元素,但依然能被植物吸收。且部分植物具有富集镉的特点,从而导致农产品镉含量超标,并通过食物链危害人类健康。研究植物吸收、转运和积累Cd的机理,对于培育低镉作物品种、降低农产品镉含量,以及选育超富集镉植物,修复镉污染土壤具有重要意义。从影响植物吸收Cd的因子,植物吸收、转运和积累Cd的机理以及植物拒Cd和富集Cd的分子机制等方面进行综述,以期为低镉作物的研究以及Cd污染土壤的综合治理提供一些参考。     

大豆GmNFYB1基因功能预测及表达分析

本研究对大豆Gm NFYB1(Glyma02g17310)进行基因功能和表达分析,利用Plant CARE分析启动子元件发现,在基因启动子序列中含有多个与ABA、抗旱、光反应相关的元件。在The Bio-Analytic Resource for Plant Biology数据库中分析了Gm NFYB1的同源基因At NFYB5在不同逆境胁迫和不同激素处理时的基因表达情况,表明该基因表达具有组织表达特异性,参与盐胁迫、渗透胁迫等反应。Gm NFYB1在大豆的q RT-PCR结果表明,该基因受ABA、Na Cl、PEG诱导上调表达,参与大豆抗逆反应。     

施硅对镉胁迫下水稻镉吸收和转运的调控效应

探讨镉(Cd)胁迫下,施硅处理对水稻镉积累的影响。以水稻"泰优390"为材料,通过营养液培养的方法,研究水稻在3种镉胁迫浓度(Cd1、Cd2、Cd3)下施用4种不同浓度硅(Si0、Si1、Si2、Si3)对水稻镉积累的影响。结果表明:施用硅浓度越高,水稻产量增加越大,对水稻各部位镉含量具有显著降低效果;施硅能显著降低水稻各部位转运系数,阻控镉向地上部转移,且对水稻伤流液中镉含量也能起到显著降低的作用;表明施硅能有效阻控水稻吸收镉,且施硅浓度越高效果越显著,但考虑成本因素,不同程度镉污染应该施用相应量的硅,以达到国家食品中污染物限量标准;施硅与镉胁迫对水稻农艺性状以及镉吸收和转运存在交互作用。本试验结果为科学管理和合理利用重金属污染土壤以及适量施用硅肥提供依据,对生产安全稻米有一定的指导意义。     

大豆PEBP基因家族的分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP,phosphatidyl ethanolamine-binding protein)基因家族在动物、植物和微生物中广泛存在,在控制植物开花和种子休眠中起重要作用。本研究对大豆PEBP基因家族进行了分析,发现了27个大豆PEBP基因的候选序列,其中16个具有完整PEBP结构域的全长序列被认为是大豆Gm PEBP家族基因。Gm PEBP基因分布在9条染色体上,基因结构高度保守。通过系统发生分析,可将大豆Gm PEBP基因家族成员分为FT-like、TFL1-like和MFT-like 3个亚族,并且发现Gm PEBP家族成员数目按照大豆物种特异性的方式进行了扩张。对重复基因的Ks分析表明,绝大多数重复基因主要由5900万年前和1300万年前的大豆基因组复制所致。     

大豆PEBP基因家族的初步分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP,phosphatidyl ethanolamine-binding protein)基因家族在动物、植物和微生物中广泛存在,在控制植物开花和种子休眠中起重要作用。本研究对大豆PEBP基因家族进行了分析,发现了27个大豆PEBP基因的候选序列,其中16个具有完整PEBP结构域的全长序列被认为是大豆Gm PEBP家族基因。Gm PEBP基因分布在9条染色体上,基因结构高度保守。通过系统发生分析,可将大豆Gm PEBP基因家族成员分为FT-like、TFL1-like和MFT-like 3个亚族,并且发现Gm PEBP家族成员数目按照大豆物种特异性的方式进行了扩张。对重复基因的Ks分析表明,绝大多数重复基因主要由5900万年前和1300万年前的大豆基因组复制所致。     

镉（Cd）胁迫下蓖麻蛋白质组学筛查及RcBSK7抗性功能研究

为揭示蓖麻(Ricinus communis)植株响应重金属镉(Cd)胁迫相关机制,筛选出蓖麻中参与Cd胁迫的抗性基因。本研究通过观察种子发芽及植株生长状态,最终确定以水处理的蓖麻植株为对照,研究其在3种剂量(300、700、1 000 mg·L^-1)Cd胁迫处理下的反应机制,以期为揭示蓖麻响应Cd胁迫的防御和解毒机制提供新思路。利用差异蛋白质组学分析蓖麻在Cd胁迫下的网络调控机制,即随着Cd胁迫浓度的增加,蓖麻植株分别通过阻隔根系对重金属Cd的吸收、提高自身抗氧化能力、抑制Cd²⁺运转以及诱导细胞程序性死亡等防御解毒过程以抵抗Cd胁迫损伤。根据组学分析结果筛选出差异显著基因RcBSK7,通过在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中进行功能验证可知,该基因对提高蓖麻对Cd耐受性具有重要的作用。本研究增强了对蓖麻植株在3种Cd胁迫下多样性和复杂性的认识,为耐Cd基因鉴定和土壤中重金属污染修复提供了有价值的理论依据。     

大豆生长素响应因子GmARF16参与调节叶片衰老进程

生长素响应因子(auxin response factors,ARFs)通过调节下游靶基因广泛参与植物生长发育过程,但ARFs如何调控植物叶片衰老的分子机制还不清楚。该文首先利用实时荧光定量PCR(q PCR)技术,分析大豆生长素响应基因Gm ARF16在叶片自然衰老、人工黑暗诱导衰老、外源植物生长素IAA处理条件下的表达模式,结果表明,该基因与叶片衰老调控密切相关,并且属于生长素的原初响应基因。为了进一步验证Gm ARF16基因的功能,采用农杆菌转化方法分别获得基因敲减(Gm ARF16-RNAi)和抗降解表达(m Gm ARF16)的转基因大豆植株。与非转基因对照相比,Gm ARF16-RNAi转基因大豆植株的叶片叶绿素含量和最大光量子效率(Fv/Fm)显著提高,叶片衰老标记基因(Gm CYSP1)的表达受到抑制,而m Gm ARF16转基因大豆植株则呈现出与Gm ARF16-RNAi转基因大豆植株相反的叶片生理表型。结果表明大豆生长素响应因子Gm ARF16正调节叶片的衰老进程。该研究表明,Gm ARF16在植物生长发育进程中发挥着重要作用。     

植物防御素调控水稻镉积累的新机制

镉是我国农产品的主要重金属污染物之一。随着我国土壤重金属污染问题日益突出, 包括稻米在内的农产品重金属超标时常发生。如何防控重金属在作物可食部位的积累, 在保证农产品安全的同时将农田重金属进行移除修复, 已成为我国农业生产急需解决的问题。最近, 中科院上海生命科学院植物生理生态所龚继明研究组和中国水稻所钱前研究组克隆到1个特异调控镉在水稻(Oryza sativa)叶片中积累的主效QTL基因CAL1。CAL1编码1个植物防御素类似蛋白, 通过与镉进行螯合, 将镉从维管束木质部薄壁细胞中分泌出来, 进入木质部参与长距离转运, 从而定向调控镉在水稻叶片等营养器官的积累而不影响籽粒镉的积累。该研究加深了人们对重金属镉在植物体内的转运和再分配机理的认识, 同时也为培育秸秆镉高积累而籽粒镉含量达标的“修复型”水稻品种提供有价值的新基因。研究成果具有重要的理论意义和应用价值。     

重金属镉的转运蛋白研究进展

重金属镉(Cadmium,Cd)是一种工业和环境污染物,长期接触可对人体及其他动植物造成毒害。镉作为机体的非必需金属,需要借助必需金属的转运蛋白进入细胞。文章总结了机体中参与镉运输的关键转运蛋白,包括金属硫蛋白、谷胱甘肽、植物螯合素等富含半胱氨酸的蛋白质以及必需金属离子的转运蛋白等,以期为后续镉中毒防治靶点的研究提供一些参考。     

叶面喷施褪黑素对小白菜幼苗镉耐性的影响

以小白菜‘矮脚黄’为试验材料,探究叶面喷施褪黑素(100μmol·L~(-1))对小白菜幼苗Cd胁迫(20μmol·L~(-1))耐性的影响。试验测定小白菜幼苗生物量和生理指标变化,以及Cd吸收和转运相关基因转录水平。结果表明,叶面喷施褪黑素能有效缓解Cd胁迫对小白菜幼苗生长造成的抑制,并伴随着叶绿素含量以及光合参数的提高,显著降低活性氧(O_2ˉ·、H_2O_2)和MDA的含量,提高抗氧化酶(SOD、CAT、POD、APX)的活性和抗氧化物质(AsA、GSH)的含量,并且显著降低小白菜幼苗中Cd的含量。进一步研究发现,叶面喷施褪黑素能够显著降低IRT1、IRT2、Nramp1、Nramp3、HMA2、HMA4的转录水平。综上所述,叶面喷施褪黑素能够清除Cd胁迫下小白菜幼苗中过量积累的活性氧,缓解氧化胁迫,并通过影响小白菜Cd吸收和转运相关基因的转录来降低小白菜幼苗对Cd的积累,提高Cd耐性。     

HMMER及同源比对预测大豆病程相关蛋白

病程相关蛋白(pathogenesis related proteins,PRs)是病理或病理相关环境下诱导产生的一类蛋白,它的产生与积累是植物体应答生物或非生物胁迫的主要特征之一.近年来大量PR蛋白被鉴定,根据它们的结构特征,生物功能以及进化关系等将PR蛋白分为14个家族.然而,在重要的粮食和油料作物的大豆中发现的PR蛋白却很少,本文通过搜索拟南芥、水稻、玉米以及豆科植物所有的已有的PR蛋白,根据其保守结构域利用BLAST程序和HMMER程序同时预测大豆中可能存在的PR蛋白,通过两种方法的预测和比较整合,共得到大豆9个家族的36个PR蛋白序列.并对它们的连锁群分布、基因结构、基因长度及进化关系进行了详细的分析.发现PR家族成簇分布于Gm05、Gm10、Gm13、Gm15、Gm17、Gm19和Gm20等几个连锁群,基因普遍存在序列较短,大部分都小于1 000 bp,且内含子数目较少,结构相对简单的特点.在PR4家族中,其家族成员亲缘关系都非常相近,而PR1-4和PR1-3等与该家族其它成员亲缘关系较远的情况.本研究结果预测的PR蛋白为大豆抗病育种以及抗病基因工程研究提供了良好的基础,同时为大豆中其它家族基因预测研究以及其它物种基因家族研究提供参考方法.     

超富集植物遏蓝菜对重金属吸收、运输和累积的机制

遏蓝菜Thlaspi caerulescens可以在其地上部累积大量重金属如锌、镉等,是公认的超富集植物。由于该植物生物量小,不宜直接用于重金属污染的土壤植物修复,而被广泛作为一种模式植物来进行重金属富集机制研究。遏蓝菜对重金属离子的累积大致经过螯合剂解毒、地上部长距离运输以及在液泡中的储存等生理过程。已经发现的植物体内的金属螯合剂——有机酸、氨基酸、植物络合素(PCs)、金属硫蛋白(MT)和尼克烟酰胺NA等,区室化以及长距离运输相关的转运蛋白——ZIP(ZRT/IRTlike protein)、CDF(Cation diffusion facilitator)、Nramp(Natural resistance and macrophage protein)和HMA(Heavy metal ATPase)等家族,以上各种基因、多肽与蛋白等共同参与了植物对金属累积与耐受过程并发挥各自重要的作用。以下主要介绍了遏蓝菜重金属超富集相关的基因、多肽和蛋白,以及它们在重金属螯合作用和运输过程中的功能。     

植物重金属超富集机理研究进展

植物超富集重金属机理主要涉及植物对金属离子高的吸收、运输能力,区域化作用及螯合作用等方面,其中跨膜运载蛋白的表达、调控对重金属超富集这一特性起了关键作用。金属阳离子运载蛋白家族主要包括CDF家族、NRAMP家族和ZIP家族等,在超富集植物中已克隆出多个家族的金属运载蛋白基因,这些基因的过量表达对重金属在细胞中的运输、分布和富集及提高植物的抗性方面发挥了重要作用。综述了近年来研究重金属超富集植物吸收、转运和贮存Zn、Ni、Cd等重金属的生理和分子机制所取得的主要进展。     

植物响应重金属镉胁迫的耐性机理研究进展

重金属污染是全球面临的重大环境污染问题之一。镉是植物生长发育非必需的微量元素,不仅影响植物生长发育,甚至会造成植物死亡,并且可通过在植物体内积累而威胁人类的生命健康。因此,植物对重金属镉的吸收是环境污染研究领域的一个热点问题。现主要从重金属镉对植物生长发育的影响及植物的抗氧化系统、不同类型转运蛋白家族等方面对植物耐受镉胁迫的机理进行综述,并对相关研究领域的一些重点问题进行了展望。     

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。     

阜豆GmABC基因的克隆及表达分析

利用RACE技术从大豆品种‘阜豆11号’中克隆到1个ABC转运蛋白基因,该基因cDNA全长为4 693bp,其中开放读码框4 341bp,编码1 447个氨基酸,分子量162.5kD,具有高度保守的ATP结合位点,命名为GmABC。蛋白序列比对结果显示,该基因编码蛋白属于PDR(pleiotropic drug resistance)多向耐药性蛋白家族成员。系统进化树分析显示,GmABC与苜蓿PDR亲缘关系最近,相似性达84%。基因表达分析显示,GmABC受镉诱导表达,当Cd2+浓度达到100mg.L-1时,其表达量最高。研究表明,GmABC可能对阜豆镉胁迫抗性发挥重要作用。     

大豆根系应答重金属Cd胁迫的转录组分析

重金属镉(Cd)作为一种非生命活动所需的常见污染物,在土壤中以低浓度存在时,便可以对生物体产生极强的毒性,影响农作物的生长发育.为了解大豆对重金属Cd 胁迫应答的分子机制,把发芽7 d的大豆苗在75 μmol·L^-1Cd浓度中处理0、4、8、12和48 h,然后取根进行转录组表达分析.共得到2670个表达差异基因,其中4、8、12和48 h处理组中分别有244、1545、442和1401个基因显示了表达差异.这些基因通过GO分类,可分为56类;采用COG数据库进行比对,根据其功能大致可分为25类.KEGG通路富集分析表明,差异表达基因主要富集在苯丙氨酸代谢、泛醌和其他萜类醌生物合成,以及半胱氨酸和甲硫氨酸代谢等通路中.发现3个异黄酮2′-羟化酶基因、2个异黄酮还原酶基因和1个查尔酮合成酶基因在Cd 胁迫下均表达上调.RT-PCR 检测 4个差异表达基因的表达模式与 RNA-Seq分析结果一致,证实了 RNA-Seq结果的可靠性.