抗旱相关基因在烟草中的应用研究进展

干旱是影响烟草正常生长、发育、产量和烟叶品质的一个重要逆境因子。在干旱胁迫下,植物体内会通过激发一些抗旱基因的表达来增强植物的抗旱能力。目前,很多抗旱相关的功能蛋白基因和调控蛋白基因已被克隆并在烟草中实现了遗传转化,外源抗旱基因的表达提高了转基因烟草的抗旱能力。抗旱基因的克隆为烟草抗旱新品种的培育奠定了良好的分子基础,系统深入地研究抗旱相关基因在干旱胁迫条件下的表达与调控,可为通过基因工程手段提高烟草的抗旱能力开辟新途径,同时也能为其他农作物的抗旱分子育种和品种改良提供基因资源。     

干旱胁迫下不同抗旱水平陆地棉的叶片蛋白质组学比较研究

为了探讨陆地棉品种抗旱机理,以陆地棉抗旱品种‘中H177’和不抗旱品种‘中S9612’为材料,运用双向电泳结合质谱技术,分析干旱胁迫下不同陆地棉三叶期叶片蛋白质组分差异变化。结果表明:干旱胁迫下,不同陆地棉叶片蛋白表达差异较大;‘中H177’出现30个差异表达蛋白质点,‘中S9612’出现47个差异表达蛋白质点,只在‘中H177’表达差异的蛋白点11个,只在‘中S9612’表达差异的蛋白点28个,差异表达一致蛋白点8个,表达不一致蛋白点11个。质谱共鉴定出43个差异表达蛋白;功能分类分析表明,干旱胁迫蛋白参与光合作用、物质与能量代谢、抗逆相关蛋白、物质运输和活性氧清除;Rubisco活化酶和能量代谢相关蛋白ATP合成酶类表达差异最大。研究结果可以初步为陆地棉抗旱机理的探讨提供一定的理论基础。     

PEG模拟干旱胁迫下马铃薯茎段转录组分析

该研究以‘青薯9号’马铃薯无菌苗为材料,采用转录组测序技术分析模拟干旱胁迫下马铃薯茎段的差异表达,探究茎段在干旱胁迫下的分子机制。结果表明:(1)不同程度干旱胁迫下,马铃薯叶片脯氨酸、可溶性糖以及可溶性蛋白含量明显增加;马铃薯茎段差异表达基因下调的数量均多于上调,其中3种处理条件下共有的差异表达基因有657个。(2)GO富集分析表明,马铃薯茎段差异表达基因主要集中在氧化还原过程、激素响应、氧化还原酶活性以及糖基水解酶活性;Pathway富集分析表明,马铃薯茎段差异表达基因主要集中在植物激素信号转导、苯丙酸生物合成、玉米素生物合成、苯丙氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢以及次生代谢产物的生物合成。(3)实时荧光定量PCR验证结果表明,6个差异表达基因在不同程度干旱胁迫中的差异表达与转录组分析的结果基本一致,证明转录组数据的可靠性。该结果对进一步研究马铃薯干旱胁迫响应机制有一定参考价值,也丰富了马铃薯抗旱育种的基因资源。     

大豆抗旱品种响应干旱胁迫的分子机理

本研究分析了不同缺水条件下(缺水0 h,缺水2 h和缺水10 h)两个大豆品种(抗旱品种DT2008和栽培品种Williams82)的差异表达基因,并对差异表达基因进行了功能和通路富集分析。进一步通过整合大豆相关miRNA数据库,挖掘了miRNA与差异表达基因的调控网络。结果表明,在缺水2 h条件下抗旱品种DT2008表达相对较多的基因,差异基因数是Williams82的1.87倍;随着缺水时间由2 h增加到10 h,DT2008差异表达基因数没有显著变化,而Williams82差异表达基因增加了311个,表明干旱胁迫对于DT2008基因表达影响相对较小。差异表达基因主要富集到了apoptosis、cell death、response to stimulus及binding等生物学过程和分子功能,这些基因的差异表达降低了干旱胁迫诱导下的细胞凋亡并为干旱胁迫下大豆的生长发育提供了必需的营养。miRNA和mRNA调控网络分析结果表明,miR166家族、miR2118a-5p和miR2118b-5p能够调节Glyma13g23680.1和Glyma02g10320.1基因表达并参与大豆抗旱胁迫应答。     

不同水分条件下杜鹃花转录因子的转录组分析

为了解杜鹃花(Rhododendron pulchurum)转录因子在干旱胁迫下的表达模式,利用高通量测序技术,对不同水分条件下"白凤4号"叶的转录因子表达谱进行分析。结果表明,在不同水分处理间有34~161个差异表达的转录因子,杜鹃花响应不同水分的转录调控主要是通过ERF、b HLH和MYB基因的表达协同完成的;干旱胁迫时,特异调动了NAC的差异表达和WRKY、b ZIP、PLATZ的上调表达,干旱后复水时特异调动了GATA表达来调控。RT-q PCR验证结果表明,基因表达趋势与测序结果一致,证明了测序结果的有效性。这为明晰杜鹃花抗旱的分子机理及分子育种奠定了理论基础。     

干旱胁迫诱导下植物基因的表达与调控

干旱胁迫能够诱导植物表达大量的基因 ,研究这些基因的表达与调控 ,为植物抗旱的定向育种创造条件。本文系统介绍了在干旱胁迫条件下 ,植物体内渗透调节物质和可溶性糖合成有关的基因、离子和水分通道及Lea蛋白基因的表达 ,以及与这些基因表达相关的调控元件和因子 ,干旱胁迫信号转导等方面的最新研究进展。     

马铃薯StSnRK2家族转录表达对渗透胁迫的响应及生理指标相关性分析

蔗糖非酵解相关蛋白激酶家族2(Sucrose Non-Fermenting Related protein Kinases 2,Sn RK2)是一类植物中高度保守的蛋白激酶,也是植物响应干旱、盐碱等导致渗透性胁迫的主要调控原件。本研究以马铃薯品种‘陇薯3号’为材料,观察试管苗在0、25、50、100、200 mmol/L Na Cl 2周、4周和6周盐胁迫下和0、2%、4%、6%、8%PEG 2周、4周和6周干旱胁迫下马铃薯地上部分组织中StSnRK2基因的表达模式。结果显示,盐和干旱胁迫下马铃薯StSnRK2基因表达模式不尽相同:在盐胁迫下StSnRK2.4和StSnRK2.6表达均上调;干旱胁迫下StSnRK2.3的表达量上升,而且随PEG浓度的增加StSnRK2.3表达量也随之增高;同一基因在不同胁迫处理下表达趋势也有差异,StSnRK2.5基因在盐胁迫下表达下调,在干旱胁迫下StSnRK2.5基因表达量高于对照;不同胁迫处理下基因的表达与生理指标的相关性也不同,盐胁迫下,StSnRK2.6基因与CAT和SOD活性呈极显著正相关,与气孔面积呈显著负相关,干旱胁迫下,StSnRK2.6基因的表达量与脯氨酸含量呈显著正相关。本文通过研究不同渗透胁迫条件下StSnRK2基因的表达模式,进一步解析了马铃薯对盐及干旱胁迫响应的机理,可为马铃薯抗逆品种的选育提供依据。     

小麦抗旱机理研究进展

干旱是影响小麦产量和品质的重要环境因素,而小麦在干旱胁迫下的抗旱机理非常复杂,不同程度以及不同发育时期的干旱胁迫对不同品种的影响各异。对近年来有关干旱胁迫下小麦的形态结构与渗透调节物质的变化,特别是基因和蛋白表达量的改变进行了综述,对小麦在干旱胁迫下如何提高品质及产量等问题提出建议。     

小麦干旱诱导蛋白及相关基因研究进展

干旱胁迫条件下,小麦相关基因受到激活并表达产生干旱胁迫蛋白,主动适应干旱环境、维持个体存活和产量形成。介绍了小麦中一些干旱诱导蛋白及相关基因的研究进展,包括不同小麦品种、胁迫程度、发育阶段的差异性反应和共性特征、对主要干旱信号物质ABA和Ca²⁺的差异应答、以及新近发现的干旱诱导蛋白及相关基因的生物学特性及主要功能等。对于干旱诱导蛋白来说,研究手段和目标从过去以单向电泳技术为主、揭示蛋白条带的表达差异转到现在以双向电泳技术为主、以揭示蛋白质组中干旱诱导蛋白结构和功能的耦合。对于干旱诱导蛋白相关基因来说,研究内容主要包括功能基因和调控基因两大类,功能基因研究主要集中在LEA蛋白基因和透物质合成酶基因等几大类型上,而调控基因研究主要集中在转录因子和蛋白激酶等相关基因及其作用。对干旱诱导蛋白及相关基因在小麦栽培管理和产量育种中的应用前景展开了讨论。     

外源SNP对干旱胁迫下不同马铃薯品种叶片抗氧化酶活性的影响

以正常水分状态、轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫下的马铃薯抗旱品种‘底西瑞’和干旱敏感品种‘大西洋’ 植株为材料,于现蕾期采用0（对照）和0.01 mmol·L^-1 SNP分别喷施各处理植株,对不同处理下2个品种的植株形态、叶片超氧阴离子和H₂O₂含量以及抗氧化酶活性进行比较分析,探讨外源SNP对干旱状态下马铃薯的生理应答机制,为马铃薯的抗旱栽培提供新的技术理论支持。结果显示：（1）SNP喷施对重度水分胁迫下马铃薯植株的正常生长具有一定的保护作用。（2）在干旱胁迫条件下,马铃薯叶片POD活性在品种‘底西瑞’中增加而在品种‘大西洋’中降低,超氧阴离子含量和H₂O₂含量以及CAT和APX活性在各品种中均增加,但超氧阴离子含量和H₂O₂含量增加程度与胁迫程度无关。（3）抗旱品种‘底西瑞’在干旱胁迫下的超氧阴离子含量低于干旱敏感品种‘大西洋’,而其POD、CAT和APX活性则高于‘大西洋’; 0.01 mmol·L^-1SNP处理未改变马铃薯叶片中超氧阴离子和H₂O₂含量随土壤水分的变化趋势,但改变了‘大西洋’叶片中SOD、POD、CAT活性以及‘底西瑞’叶片中APX活性的变化趋势。（4）外源喷施0.01 mmol·L^-1SNP降低了‘底西瑞’在中度和重度胁迫下以及‘大西洋’在轻度和中度胁迫下超氧阴离子含量,提高了干旱胁迫下‘底西瑞’和‘大西洋’的POD和APX活性。研究表明,POD、CAT和APX可作为马铃薯水分胁迫下的应答以及品种抗旱性的筛选指标,外源SNP可通过诱导增强干旱胁迫下马铃薯的抗氧化酶活性来提高其抗旱性。     

植物水通道蛋白的干旱应答机制研究进展

干旱胁迫是严重影响全球作物生产的非生物胁迫之一,研究植物耐旱机制已成为一个重要领域。水通道蛋白是一类特异、高效转运水及其它小分子底物的膜通道蛋白,在植物中具有丰富的亚型,参与调节植物的水分吸收和运输。近10年来,水通道蛋白在植物不同生理过程中的作用,一直受到研究人员的关注,特别是在非生物胁迫方面,而研究表明水通道蛋白在干旱胁迫下对植物的耐旱性起着至关重要的作用,能维持细胞水分稳态和调控环境胁迫快速响应。水通道蛋白在植物耐旱过程中的调控机制及功能较复杂,而关于其应答机制和不同亚型功能性研究的报道甚少。该文综述了植物水通道蛋白的分类、结构、表达调控和活性调节,分别从植物水通道蛋白响应干旱表达调控机制、水通道蛋白基因表达的时空特异性、水通道蛋白基因的表达与蛋白丰度,水通道蛋白基因的耐旱转化四个方面阐明干旱胁迫下植物水通道蛋白的表达,重点阐述其参与植物干旱胁迫应答的作用机制,并提出水通道蛋白研究的主要方向。     

Physiology and proteomics of the water-deficit stress response in three contrasting peanut genotypes

Peanut genotypes from the US mini-core collection were analysed for changes in leaf proteins during reproductive stage growth under water-deficit stress. One- and two-dimensional gel electrophoresis (1- and 2-DGE) was performed on soluble protein extracts of selected tolerant and susceptible genotypes. A total of 102 protein bands/spots were analysed by matrix-assisted laser desorption/ionization–time-of-flight mass spectrometry (MALDI–TOF MS) and by quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry (Q-TOF MS/MS) analysis. Forty-nine non-redundant proteins were identified, implicating a variety of stress response mechanisms in peanut. Lipoxygenase and 1 l -myo-inositol-1-phosphate synthase, which aid in inter- and intracellular stress signalling, were more abundant in tolerant genotypes under water-deficit stress. Acetyl-CoA carboxylase, a key enzyme of lipid biosynthesis, increased in relative abundance along with a corresponding increase in epicuticular wax content in the tolerant genotype, suggesting an additional mechanism for water conservation and stress tolerance. Additionally, there was a marked decrease in the abundance of several photosynthetic proteins in the tolerant genotype, along with a concomitant decrease in net photosynthesis in response to water-deficit stress. Differential regulation of leaf proteins involved in a variety of cellular functions (e.g. cell wall strengthening, signal transduction, energy metabolism, cellular detoxification and gene regulation) indicates that these molecules could affect the molecular mechanism of water-deficit stress tolerance in peanut.     

Proteins linked to drought tolerance revealed by DIGE analysis of drought resistant and susceptible barley varieties

Drought is a major threat to world agriculture. In order to identify proteins associated with plant drought tolerance, barley varieties bred in the UK (Golden Promise) and Iraq (Basrah) were compared. The variety Basrah showed physiological adaptations to drought when compared to Golden Promise, for example relative water content of roots and shoots after 1 week of drought was much higher for Basrah than for Golden Promise. DIGE analysis was carried out on proteins from roots and leaves under control and drought conditions. Twenty‐four leaf and 45 root proteins were identified by MALDI‐TOF MS. The relative expression patterns of the identified proteins fell into a number of distinct classes. The variety Basrah is characterised by constitutive expression or higher drought‐induced expression levels of proteins regulating ROS production and protein folding. Photosynthetic enzymes, by contrast, were downregulated in Basrah. Enzyme assays showed a good correlation between DIGE‐derived protein abundance estimates and enzyme activity in extracts. Overall, this study shows that the enhanced drought tolerance of variety Basrah is driven by an enhanced regulation of ROS under drought.     

胡麻种质萌发期抗旱性综合评价

为研究不同类型胡麻种质萌发期抗旱性表现,以筛选抗旱品种,为抗旱育种提供科技支撑。本研究采用不同浓度的PEG-6000高渗溶液模拟干旱胁迫的方法,对定亚17、陇亚8号和2011621080进行渗透胁迫试验,筛选适宜浓度的PEG-6000溶液。对161份不同类型的胡麻种质在萌发期进行渗透胁迫试验,考查与抗旱性相关的5个性状,并运用单项抗旱系数、综合抗旱系数、隶属函数和灰色关联度相结合的方法对种质资源的抗旱性进行综合评价。结果表明,不同浓度PEG-6000胁迫对胡麻种质的萌发均有影响,当PEG-6000的浓度在18%时,各种指标的抑制作用均显著加强,因此本研究选用18%的PEG-6000浓度模拟干旱胁迫试验;PEG-6000胁迫降低了161份胡麻种质资源的相对发芽率,抑制了幼芽的生长,种质间表现出较大差异。根据抗旱性量度值将供试种质划为5级,其中1级抗旱型2份、2级15份、3级28份、4级82份、5级34份;供试种质的抗旱性强弱与地理来源息息相关。试验结果说明选择多个性状,综合评价胡麻萌发期抗旱性是可行且准确的。     

Proteome analysis of soybean roots subjected to short-term drought stress

Drought is one of the most important constraints on the growth and productivity of many crops, including soybeans. However, as a primary sensing organ, the plant root response to drought has not been well documented at the proteomic level. In the present study, we carried out a proteome analysis in combination with physiological analyses of soybean roots subjected to severe but recoverable drought stress at the seedling stage. Drought stress resulted in the increased accumulation of reactive oxygen species and subsequent lipid peroxidation. The proline content increased in drought-stressed plants and then decreased during the period of recovery. The high-resolution proteome map demonstrated significant variations in about 45 protein spots detected on Comassie briliant blue-stained 2-DE gels. Of these, 28 proteins were identified by mass spectrometry; the levels of 5 protein spots were increased, 21 were decreased and 2 spots were newly detected under drought condition. When the stress was terminated by watering the plants for 4 days, in most cases, the protein levels tended towards the control level. The proteins identified in this study are involved in a variety of cellular functions, including carbohydrate and nitrogen metabolism, cell wall modification, signal transduction, cell defense and programmed cell death, and they contribute to the molecular mechanism of drought tolerance in soybean plants. Analysis of protein expression patterns revealed that proteins associated with osmotic adjustment, defense signaling and programmed cell death play important roles for soybean plant drought adaptation. The identification of these proteins provides new insight that may lead to a better understanding of the molecular basis of the drought stress responses.