东乡野生稻苗期响应低温胁迫的转录组分析

为了解东乡野生稻（Oryza rufipogon）对低温胁迫的响应机制,对苗期的RNA-seq转录表达谱进行了研究。结果表明,与对照相比,共检测到10 200个差异表达基因（DEGs）,其中5 201个上调表达,4 999个下调表达,其中有426个DEGs位于已报道的水稻耐冷QTL区间,且37个为耐冷调控相关的家族基因。GO功能分类和KEGG代谢路径分析表明,核酸结合转录因子活性、氨基酸生物合成以及光合作用代谢等均参与响应低温胁迫过程。实时荧光定量分析表明,ABA响应蛋白基因、MYB转录因子和40S核糖体蛋白SA基因等12个可能与低温胁迫响应相关的DEGs表达模式与RNA-seq的一致。可见,植物激素传导途径和转录因子相关调控基因在东乡野生稻苗期响应低温胁迫过程中起重要作用。     

木薯MeMYC2.2基因耐低温功能研究

MYC2（MYeloCytomatosis）转录因子是植物应对逆境胁迫过程中茉莉酸信号传导相关的核心转录因子。本研究旨在初步分析木薯MeMYC2.2基因在低温胁迫响应中的功能。利用生物信息学分析木薯MeMYC2.1和MeMYC2.2基因的结构及其编码蛋白的理化性质;通过定量PCR分析了上述2个基因在木薯组培苗叶片中对低温胁迫的响应;通过转基因拟南芥研究MeMYC2.2的抗冻功能。木薯组培苗叶片中2个MeMYC2基因的表达均在低温胁迫早期被诱导,其中,与MeMYC2.1相比,MeMYC2.2差异表达更显著。MeMYC2.2蛋白主要定位于细胞核中,且在酵母中具有明显转录自激活功能,表明该蛋白具有转录因子特性。与野生型相比,过表达MeMYC2.2的转基因拟南芥抗冻能力显著提高。在低温处理下,CBF3基因在转基因拟南芥中的表达量要明显高于其在野生型的表达量,但另外3个CBF基因在转基因拟南芥中的表达量明显下降。木薯MeMYC2.2的表达受低温和茉莉酸调控,可以提高植物的抗冻性,且可能影响CBF基因对低温的响应。本研究为进一步利用MeMYC2基因改良木薯的低温耐受性奠定了理论基础。     

大叶杨干旱和水淹胁迫的转录组分析

大叶杨（Populus lasiocarpa）是中国特有的杨属物种,干旱和水淹是影响大叶杨生长和分布范围的两个关键因子。AP2/ERF转录因子家族在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用。本研究采用转录组测序、生物信息学分析手段并结合分子实验验证初步鉴定了参与大叶杨干旱和水淹胁迫响应的关键基因。研究结果显示：（1）在大叶杨中分别鉴定到3,986/385个响应干旱/水淹胁迫的差异表达基因,其中包括237个同时响应干旱和水淹胁迫的差异表达基因。（2）在大叶杨中共鉴定到205个AP2/ERF家族成员,系统发育分析表明其在大叶杨中主要分为5个亚家族,并显著富集于差异表达基因中。（3）筛选部分胁迫前后差异表达的PlAP2/ERF基因进行qRT-PCR实验,经证实这些基因在大叶杨受到干旱/水淹胁迫时均可被诱导表达。综上,大叶杨在水淹胁迫下的差异表达基因数量明显少于干旱胁迫,AP2/ERF基因家族的部分基因参与到大叶杨干旱/水淹胁迫的应激表达过程。     

拟南芥非生物胁迫应答基因表达的调节子研究概况

分子生物学研究表明,植物中由诸如干旱、高盐和低温等环境胁迫因子诱导的几个基因具有多种功能。大多数干旱应答基因是由植物激素脱落酸（ABA）诱导的,但也有少数基因例外。对模式植物拟南芥基因表达中的干旱应答基因的分析表明,至少存在4个独立调节系统（调节子）。对典型胁迫诱导表达的一些基因中启动子的顺势作用元件和影响这些基因表达的转录子也已进行了分析。已经分离出与脱水效应元件/C重复序列（DRE/CRT）顺势作用元件结合的转录因子,并命名为DRE结合蛋白1/C重复序列结合因子（DREB1/CBF）和DRE结合蛋白2（DREB2）。在转基因拟南芥植株中,DREB1/CBF过量表达可增加其抗寒、抗旱和抗盐碱的能力。DREB1/CBF基因已成功地在许多不同作物中得到应用,从而提高作物对非生物胁迫的耐受性。与胁迫反应相关的其他转录因子的研究也正在取得进展。     

基因芯片技术分析转SlNAC10基因拟南芥非生物胁迫相关差异表达基因

NAC(NAM、ATAF1/2和CUC2)转录因子是植物特有的转录调控因子,在植物的器官建成、生长发育以及抵御非生物胁迫等方面发挥着至关重要的作用。该文利用基因芯片技术筛选转Sl NAC10基因拟南芥和野生型拟南芥非生物胁迫抗性相关差异表达基因,并通过实时荧光定量PCR对部分差异表达基因进行验证。芯片结果显示,差异表达2倍以上的基因有4 054个,其中与非生物胁迫相关基因有15个,与非生物胁迫相关的转录因子基因有14个,这些基因参与应答渗透胁迫、响应高盐、冷、热、高光强等胁迫。对差异表达2倍以上的基因进行GO(Gene Ontology)分析和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析,发现这些基因在非生物胁迫相关的13个注释中富集,涉及相关代谢途径96个,其中包括植物激素信号转导、精氨酸和脯氨酸代谢、吲哚生物碱合成、谷胱甘肽代谢等。以上结果表明,SlNAC10可直接或间接调控多种下游基因的表达,提高植物抵御非生物胁迫的能力。     

基于转录组学的蓖麻耐盐基因的挖掘

为获取蓖麻耐盐基因的序列信息,挖掘盐胁迫下差异表达基因及相关代谢途径,本研究以盐胁迫（300 mmol/L NaCl）处理0、12和24 h后通篦5号的幼苗真叶为试验材料,借助高通量测序技术进行转录组测序分析。结果表明,在盐胁迫12 h和24 h分别有4822和3103个差异表达基因。对共有的1872个差异表达基因进行共表达模式聚类分析,发现这些基因共有3种表达模式。KEGG代谢通路分析结果显示,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解（ko00280）、植物昼夜节律调控（ko04712）以及淀粉和蔗糖代谢（ko00500）3个通路在盐胁迫适应过程中显著富集;GO功能富集分析结果显示,多数差异表达基因被富集到生物过程中,其中细胞进程（GO:0009987）和响应非生物胁迫（GO:0009628）过程富集到差异表达基因的数目最多。另外,共有19个转录因子参与蓖麻的盐胁迫响应。植物激素信号转导通路中有42个差异表达基因,其中有97.6%的基因分别在12 h和24 h是上调表达的。此外,还筛选出包括光合作用途径、抗氧化调节、Na+、K+和Ca2+转运相关参与蓖麻幼苗盐胁迫的差异表达基因。qRT-PCR结...     

阿尔泰蝠蛾(鳞翅目:蝙蝠蛾科)幼虫低温胁迫转录组分析

[目的]本研究旨在通过转录组测序技术分析低温胁迫引起的阿尔泰蝠蛾Hepialus altaicola Wang幼虫基因转录差异及上调表达基因的主要功能类群和参与的主要代谢通路.[方法]采用Illumina HiSeq TM 2500测序平台对阿尔泰蝠蛾幼虫进行转录组测序、组装,利用Blast软件进行数据库比对和基因功能注释,用DEGSeq R软件包分析4℃低温处理与室内适温饲养试虫的差异表达基因,并对上调表达基因进行GO和KEGG代谢途径富集分析.[结果]经序列拼接后共获得100300个unigenes,总长度81600309 bp,平均长度813 bp,N50长度1719 bp.与7大数据库同源比对,共获得34691(34.59％)条unigenes.低温胁迫转录组分析得到11569个差异表达基因(DEGs),7158条基因上调,4411条基因下调.富集到47个GO类群,217个KEGG途径.其中代谢过程、催化、结合活性类群占有重要比例,核糖体、碳代谢、剪接体等途径显著富集.另外,热激蛋白、昆虫表皮蛋白、海藻糖酶、超氧化物歧化酶等非生物胁迫相关基因显著上调表达.[结论]阿尔泰蝠蛾幼虫低温胁迫转录组分析揭示,代谢过程、细胞过程、生物调节、对刺激的反应等生物学过程相关基因和部分非生物胁迫响应基因显著上调表达,提示蝠蛾幼虫可能从抗氧化防御、分子伴侣、体温调节和维持细胞的渗透平衡等多方面应对低温胁迫.     

阿尔泰蝠蛾(鳞翅目:蝙蝠蛾科)幼虫低温胁迫转录组分析

[目的]本研究旨在通过转录组测序技术分析低温胁迫引起的阿尔泰蝠蛾Hepialus altaicola Wang幼虫基因转录差异及上调表达基因的主要功能类群和参与的主要代谢通路.[方法]采用Illumina HiSeq TM 2500测序平台对阿尔泰蝠蛾幼虫进行转录组测序、组装,利用Blast软件进行数据库比对和基因功能注释,用DEGSeq R软件包分析4℃低温处理与室内适温饲养试虫的差异表达基因,并对上调表达基因进行GO和KEGG代谢途径富集分析.[结果]经序列拼接后共获得100300个unigenes,总长度81600309 bp,平均长度813 bp,N50长度1719 bp.与7大数据库同源比对,共获得34691(34.59％)条unigenes.低温胁迫转录组分析得到11569个差异表达基因(DEGs),7158条基因上调,4411条基因下调.富集到47个GO类群,217个KEGG途径.其中代谢过程、催化、结合活性类群占有重要比例,核糖体、碳代谢、剪接体等途径显著富集.另外,热激蛋白、昆虫表皮蛋白、海藻糖酶、超氧化物歧化酶等非生物胁迫相关基因显著上调表达.[结论]阿尔泰蝠蛾幼虫低温胁迫转录组分析揭示,代谢过程、细胞过程、生物调节、对刺激的反应等生物学过程相关基因和部分非生物胁迫响应基因显著上调表达,提示蝠蛾幼虫可能从抗氧化防御、分子伴侣、体温调节和维持细胞的渗透平衡等多方面应对低温胁迫.     

紫穗槐WRKY42基因耐盐碱性的功能研究

为了研究植物WRKY转录因子感知盐碱胁迫信号并通过生理和生化调节途径来维持其耐性功能作用。克隆紫穗槐（Amorpha fruticosa）的AfWRKY42基因,分析盐（NaCl）和碱（NaHCO3）胁迫和组织器官的响应表达模式;通过超表达烟草（Nicotiana tabacum）研究其耐盐碱性功能。依据紫穗槐逆境胁迫下的转录组测序数据克隆AfWRKY42基因,生物信息分析其含有1个WRKY结构域,2个低复杂区域和1个螺旋区域。系统进化树分析氨基酸发现,AfWRKY42与木豆（Cajanus cajan）的WRKY47、藜豆（Mucuna pruriens）的WRKY42亲缘关系最近。通过拟南芥（Arabidopsis thaliana）叶肉原生质体的瞬时基因表达系统验证AfWRKY42蛋白定位在细胞核;AfWRKY42基因定量分析表明其在紫穗槐的嫩茎表皮中表达最高;检测经NaCl和NaHCO3处理的根和叶中的表达模式,结果表明总体受胁迫诱导AfWRKY42基因表达量增加,推测AfWRKY42基因与植物耐盐碱性调节相关。分析35S启动的过表达T3代转AfWRKY42基因烟草耐盐碱性表明...     

杨树MYB转录因子家族基因应答盐胁迫表达特性分析

MYB转录因子家族是植物中数量最多的转录因子家族之一,在植物次生代谢调节、信号转导和抗逆等生物过程起重要作用。根据MYB转录因子结构域组成差异可分4个亚家族：即1R-MYB（MYB-relaed）、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB。其中,R2R3-MYB亚家族数量最多,可进一步分为22个亚组;利用生物信息学分析杨树MYB转录因子蛋白序列的保守结构域、系统发生、基因组定位、氨基酸组成和理化性质等;参照拟南芥MYB转录因子功能,预测杨树MYB转录因子功能;基于84K杨转录组测序和RT-qPCR分析,从301个杨树MYB转录因子基因中筛选出69个应答盐胁迫基因（P≤0.05）。其中,上调表达基因32个,下调表达基因37个。该研究可为进一步研究杨树MYB家族基因功能提供参考依据。     

菜用大豆CIPK基因对逆境胁迫及激素的响应特征

CIPK(calcineurin B-like-interacting protein kinase)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物响应逆境胁迫和激素信号转导中发挥重要作用。本研究利用大豆基因组数据库,在全基因组水平鉴定获得52个CIPK蛋白激酶。蛋白比对分析发现所有Gm CIPK含有高度保守特征性的N端激酶区、连接区和C端调控区。系统进化树分析发现大豆Gm CIPK与拟南芥、水稻CIPK分类一致,分为4个亚家族,且每个亚家族含有3个不同物种的成员,表明Gm CIPK基因的分化早于物种的分化。启动子分析表明,多数Gm CIPK基因的启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析发现,Gm CIPK基因呈现多样化的组织表达特性。进一步选取组织表达量相对较高的14个Gm CIPK进行荧光定量PCR分析,结果表明这些菜用大豆CIPK基因在不同程度上均受高温、干旱、高盐胁迫以及ABA、ACC、SA、Me JA激素的诱导表达。采用蛋白同源比对和蛋白互作在线数据库对拟南芥及大豆同源CIPK蛋白激酶与其他蛋白的互作关系进行了预测分析,发现17对同源CIPK与其他蛋白(激酶、磷酸酶、转录因子等)存在互作。本研究为菜用大豆CIPK基因的功能研究与利用奠定了基础。     

CBL1, a calcium sensor that differentially regulates salt,drought, and cold responses in Arabidopsis

Although calcium is a critical component in the signal transduction pathways that lead to stress gene expression in higher plants, little is known about the molecular mechanism underlying calcium function. It is believed that cellular calcium changes are perceived by sensor molecules, including calcium binding proteins. The calcineurin B-like (CBL) protein family represents a unique group of calcium sensors in plants. A member of the family, CBL1, is highly inducible by multiple stress signals, implicating CBL1 in stress response pathways. When the CBL1 protein level was increased in transgenic Arabidopsis plants, it altered the stress response pathways in these plants. Although drought-induced gene expression was enhanced, gene induction by cold was inhibited. In addition, CBL1-overexpressing plants showed enhanced tolerance to salt and drought but reduced tolerance to freezing. By contrast, cbl1 null mutant plants showed enhanced cold induction and reduced drought induction of stress genes. The mutant plants displayed less tolerance to salt and drought but enhanced tolerance to freezing. These studies suggest that CBL1 functions as a positive regulator of salt and drought responses and a negative regulator of cold response in plants.     

Overexpression of a wheat MYB transcription factor gene, TaMYB56-B, enhances tolerances to freezing and salt stresses in transgenic Arabidopsis

The MYB proteins play central roles in the stress response in plants. Our previous works identified a cold stress-related gene, TaMYB56, which encodes a MYB protein in wheat. In this study, we isolated the sequences of TaMYB56 genes, and mapped them to the wheat chromosomes 3B and 3D. The expression levels of TaMYB56-B and TaMYB56-D were strongly induced by cold stress, but slightly induced by salt stress in wheat. The detailed characterization of the Arabidopsis transgenic plants that overexpress TaMYB56-B revealed that TaMYB56-B is possibly involved in the responses of plant to freezing and salt stresses. The expression of some cold stress-responsive genes, such as DREB1A/CBF3 and COR15a, were found to be elevated in the TaMYB56-B-overexpressing Arabidopsis plants compared to wild-type. These results indicate that TaMYB56-B may act as a regulator in plant stress response.