菘蓝IiLEA基因的克隆及胁迫表达分析

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA蛋白),是指胚胎发育后期种子中大量积累的一系列蛋白质,大量研究表明这些蛋白质的积累与渗透胁迫耐受性密切相关.该实验以250 mmol/L NaCl溶液处理9 h的菘蓝幼苗为材料,经RT-PCR方法扩增得到LEA基因,命名为IiLEA.经测序确认该基因含有648 bp的开放阅读框,编码由215个氨基酸组成的亲水性蛋白质.对培养30 d的菘蓝无菌幼苗进行自然干旱处理和盐胁迫处理,Northern杂交结果显示,正常生长条件下,IiLEA基因在菘蓝幼苗体内不表达,随着胁迫时间的延长其表达量逐渐增加,到9 h时表达量达到峰值,干旱处理和盐处理有相似结果,表明该基因可能受逆境胁迫诱导表达.     

菘蓝CYP83B1基因的克隆与表达分析

对菘蓝（Isatis indigotica Fort.）CYP83B1基因进行了克隆与表达模式分析。结果显示,IiCYP83B1基因全长为1652 bp,包含2个外显子和1个内含子;cDNA全长为1500 bp,编码499个氨基酸。IiCYP83B1编码的蛋白没有跨膜结构域和信号肽,主要定位于内质网膜,属于亲水性蛋白,二级结构主要由无规则卷曲螺旋和α-螺旋组成,与萝卜（Raphanus sativus Linn.）、欧洲油菜（Brassica napus L.）、甘蓝（Brassica oleracea L.）和芜菁（Brassica rapa L.）等植物的CYP83B1蛋白具有较高的同源性。qRT-PCR分析结果表明,IiCYP83B1基因在菘蓝的根、茎、叶、花和果中均有表达,且以叶中的表达量最高;在幼苗期、生长期和花期稳定表达且均显著高于萌芽期;茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,MeJA）和葡萄糖（glucose,Glu）能够显著促进该基因的表达,而低温（4℃）和水杨酸（salicylic acid,SA）处理对其表达具有一定的抑制效应。本研究结果可为进一步探讨IiCYP83B1基因的功能提供参考。     

菘蓝IiEMF基因的克隆与功能分析

该研究以菘蓝(Isatis indigotica Fort.)转录组数据为基础,克隆得到菘蓝EMF基因的cDNA全长,命名为IiEMF。(1)序列分析表明,IiEMF基因开放阅读框长度为1896 bp,编码631个氨基酸。进化树分析表明,菘蓝IiEMF蛋白与甘蓝(Brassica oleracea)EMF蛋白亲缘关系最为接近。(2)实时定量PCR结果显示,IiEMF在菘蓝不同器官中均有表达,且在叶中表达量最高,果实中表达量最低;IiEMF基因在菘蓝抽薹开花过程中叶内的表达量呈先升后降的趋势,并于初花期表达量达到最高后逐渐降低回落;在花/果期IiEMF基因表达量较花蕾中明显降低。(3)成功构建了超表达载体pCAMBIA1300-EMF,经农杆菌介导侵染拟南芥,PCR鉴定表明,有7株为超表达转IiEMF基因植株。(4)表型观察发现,在长日照和短日照条件下,与野生型相比2个转IiEMF基因拟南芥株系的开花时间都明显较早(提前6~10 d),且转IiEMF基因株系的莲座叶数比野生型多10片以上,叶片也比野生型大而肥厚。(5)qRT-PCR检测结果显示,在拟南芥营养生长过程中,过表达IiEMF显著抑制了拟南芥AtAP1、AtCO和AtLFY的表达,而促进了AtFLC的表达;当拟南芥开花时,转基因株系中的AtAP1和AtFLC表达量均高于野生型,AtCO和AtLFY的表达量显著低于野生型。研究表明,过量表达IiEMF基因能够促使拟南芥提前开花,且IiEMF可能是通过影响多种开花途径来共同调节促进拟南芥的早花。     

菘蓝MYB34基因的克隆及其表达分析

该研究以菘蓝新鲜嫩叶为材料,采用RT-PCR方法,克隆了菘蓝IiMYB34基因(GenBank登录号为MF373610),并对其进行生物信息学和表达模式分析。结果表明:(1)IiMYB34基因组DNA全长为1 854bp,包含3个外显子和2个内含子;ORF全长为951bp,编码316个氨基酸;IiMYB34蛋白二级结构中无规则卷曲和α-螺旋所占比例最多,延伸链较少,与其三级结构的预测结果相一致;IiMYB34基因序列还存在2个保守的MYB DNA-binding结构域,属于典型的R2R3-MYB蛋白;IiMYB34氨基酸序列与欧洲油菜、甘蓝等植物的亲缘关系较近。(2)qRT-PCR分析显示,IiMYB34基因呈组织特异性表达,并在叶中表达量最高;茉莉酸甲酯、水杨酸及葡萄糖均显著诱导该基因的表达,而低温(4℃)和机械伤害处理对其表达具有一定的抑制效应。该研究结果为进一步揭示IiMYB34基因的功能奠定了基础。     

盐地碱蓬过氧化氢酶基因的克隆及盐胁迫下的表达分析

过氧化氢酶是清除H2O2的重要酶类,从400mmol/LNaCl处理的盐地碱蓬（Suaeda salsa(L.)Pall)地上部分的cDNA文库中克隆了两个编码过氧化氢酶的cDNA(Sscat1和Sscat2)。其中Sscatl(1.7kb)是一个全长cDNA克隆,编码一个492个氨基酸的开放阅读框架。而Sscat2(1.1kb)是一个cDNA片段。据编码Sscatl3′端的287个氨基酸的cDNA序列与Sscat2的cDNA序列进行的BLAST同源性分析表明,Sscat1和Sscat2在核苷酸水平的一致性则为一个单拷贝基因。Northern杂交结果表明在盐胁迫条件下Sscat1和Sscat2的表达存在差异;400mmol/LNaCl处理48h的盐地碱蓬根中的Sscat1和Sscat2mRNA水平比对照显著提高,但是在叶中仅Sscat1受盐诱导表达,不同盐处理时间下的表达分析也证实。在盐地碱蓬叶中仅Sscat1受盐诱导表达。这说明Sscat1和Sscat2在盐地碱蓬中是差异调控的,生理分析表明过氧化氢酶的活性在盐胁迫条件下显著提高。     

外源5-氨基乙酰丙酸对盐胁迫下菘蓝种子萌发及幼苗抗氧化酶活性的影响

采用砂培方式,研究了外源5-氨基乙酰丙酸(ALA)对盐胁迫下菘蓝种子的萌发、幼苗叶片的可溶性糖含量、丙二醛(MDA)含量及其抗氧化酶活性的影响,探讨ALA缓解菘蓝受盐胁迫伤害的响应机制。结果显示:(1)菘蓝种子萌发及幼苗生长在100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下受到明显的抑制,种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数与自然含水量均显著降低,丙二醛含量、可溶性糖含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性显著升高。(2)盐胁迫下适宜浓度的ALA处理显著提高了种子萌发率、自然含水量及SOD、POD和CAT活性,降低了可溶性糖和丙二醛的含量,并以16.7 mg·L^-1 ALA处理盐胁迫下菘蓝种子的发芽率、发芽势最大,其幼苗的SOD、POD、CAT活性最强。研究表明,盐胁迫显著抑制菘蓝种子的萌发及幼苗生长,适宜浓度的ALA能够有效缓解盐胁迫对菘蓝种子萌发及幼苗生长的伤害,提高植株的抗盐性,并以16.7 mg·L^-1 ALA处理效果最佳。     

茶树钙调素基因CsCaMs的克隆及其低温胁迫下的表达分析

钙调素(CaM)是植物钙离子信号通道的主要参与者,参与低温胁迫下多种植物的抗寒生理作用。本研究根据钙调素基因相关表达序列标签(EST)序列,借助RACE-PCR技术,获得CsCaM1和CsCaM2两条cDNA全长序列,GenBank登录号分别为KT238971和KT238972,长度分别为693 bp和841 bp,均包含450 bp的完整开放阅读框(ORF),编码149个氨基酸,两条氨基酸序列仅一个氨基酸有差异,且均含有4个植物CaM家族的共同特征手型结构EF(EF-hand)。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析CsCaMs在茶树低温胁迫下各种处理中的表达模式。结果表明,CsCaMs无组织表达特异性,低温胁迫处理和CaCl2均能诱导CsCaMs的表达,而钙调素拮抗剂W7与钙离子通道抑制剂LaCl3则会抑制其表达。本研究结果对阐明茶树抗寒性的分子机理有一定理论意义,为茶树的抗寒性育种提供参考。     

甘菊BADH基因cDNA的克隆及在盐胁迫下的表达

利用PCR、RT—PCR和PCR—RACE技术,从菊科植物甘菊（Dendranthema lavandulifolium）中克隆到2个甜菜碱醛脱氢酶（betaine aldehyde dehydrogenase,BADH）基因的同源基因,分别命名为DlBADH1和DlBADH2,GenBank登录号分别为DQ011151和DQ011152。DlBADH1的cDNA全长1821bp,其开放阅读框编码503个氨基酸的蛋白质;DlBADH2全长1918bp,编码506个氨基酸的蛋白质。两个基因核苷酸序列的同源性为97％,推导的氨基酸序列的同源性为98％。与已发表的其它植物BADH基因氨基酸序列的同源性在64％以上。在推导的氨基酸序列中,均含有醛脱氢酶所具有的高度保守的十肽（VTLELGGKSP）以及与酶功能有关的半胱氨酸残基（C）。在推导的氨基酸序列的系统关系中,甘菊位于其它双子叶植物和单子叶植物之间,与其植物分类的系统关系相吻合。RT—PCR—Southern半定量表达分析表明,甘菊BADH基因家族中存在表达受盐诱导的成员。     

甘菊BADH基因cDNA的克隆及在盐胁迫下的表达

利用PCR、RT-PCR和PCR-RACE技术,从菊科植物甘菊(Dendranthema lavandulifolium)中克隆到2个甜菜碱醛脱氢酶(betaine aldehyde dehydrogenase,BADH)基因的同源基因,分别命名为DlBADH1和DlBADH2,GenBank登录号分别为DQ011151和DQ011152.DlBADH1的cDNA全长1821 bp,其开放阅读框编码503个氨基酸的蛋白质;DlBADH2全长1918 bp,编码506个氨基酸的蛋白质.两个基因核苷酸序列的同源性为97%,推导的氨基酸序列的同源性为98%.与已发表的其它植物BADH基因氨基酸序列的同源性在64%以上.在推导的氨基酸序列中,均含有醛脱氢酶所具有的高度保守的十肽(VTLELGGKSP)以及与酶功能有关的半胱氨酸残基(C).在推导的氨基酸序列的系统关系中,甘菊位于其它双子叶植物和单子叶植物之间,与其植物分类的系统关系相吻合.RT-PCR-Southern半定量表达分析表明,甘菊BADH基因家族中存在表达受盐诱导的成员.     

香蕉胁迫相关蛋白基因的克隆及其表达分析

通过随机克隆测序的方法从香蕉根系cDNA文库中获得胁迫相关蛋白基因,命名为MaSAP1(GenBank登录号为AGH14257.1)。扩增获得的cDNA序列与质粒OZ092的目的片段序列一致,表明MaSAP1是香蕉SAP基因编码框全长cDNA,包含一个510bp的最大开放阅读框,编码一个长169个氨基酸的蛋白质。蛋白质序列同源比对发现其含有完整的A20和AN1基序结构。系统进化树比对分析表明,MaSAP1与水稻和獐茅的亲缘关系较近。组织特异性研究表明,MaSAP1基因在香蕉根和果实中的表达量较高,在茎中的表达量最低。实时荧光定量PCR分析表明MaSAP1响应激素的处理,同时也响应干旱、低温、高盐和枯萎病菌的侵染等胁迫。可见,MaSAP1基因在植物生长发育和植物响应逆境中具有重要作用。     

Smoke-water improves shoot growth and indigo accumulation in shoots of Isatis indigotica seedlings

Although smoke treatments have successfully been used for promoting the germination of many seeds, there are no reports on the effect of smoke on secondary metabolite production in plants. This study highlights the effects of smoke-water on shoot growth and accumulation of indigo in shoots of Isatis indigotica Fort., a Chinese medicinal plant. Results showed that seedlings treated with smoke-water at a dilution of 1:1000 achieved the highest fresh and dry shoot mass, which was significantly (P < 0.05) different from the control and other smoke-water dilutions tested. A higher concentration of smoke-water (1:500) significantly increased (P < 0.05) the indigo concentration in shoots compared with untreated seedlings. The effect of 1:1000 and 1:2000 dilutions gave non-significant increases in the concentration of indigo. These findings suggest the possible use of smoke-water for promoting the growth and accumulation of secondary metabolites in plants.     

菘蓝IiCYP79F1基因的克隆与表达分析

该研究以菘蓝叶片为材料,采用RT PCR方法克隆菘蓝IiCYP79F1基因,并对其进行生物信息学与表达模式分析。结果表明：（1）成功获得IiCYP79F1基因的gDNA全长（2 109 bp）,包含3个外显子及2个内含子,ORF全长为1 626 bp,编码541个氨基酸（GenBank登录号为KY774689.1）;生物信息学分析显示,IiCYP79F1蛋白的二级结构主要由α 螺旋（43.81%）、无规则卷曲（35.49%）、延伸链（13.68%）和β 转角（7.02%）组成;其氨基酸序列与西兰花、欧洲油菜、芜菁和芝麻菜的相似性较高,其蛋白与芝麻菜的亲缘关系最近。（2）qRT PCR分析显示,IiCYP79F1基因呈时空特异性表达,且在茎中与幼苗期高表达;MeJA、Ag⁺、葡萄糖和机械损伤处理均能有效促进IiCYP79F1基因的表达,而SA和低温处理则具有明显的抑制作用。该研究结果为进一步探讨IiCYP79F1在菘蓝芥子油苷生物合成中的作用奠定了基础,也为培育高芥子油苷含量的菘蓝新种质提供了新思路。     

碳离子辐照对菘蓝药性品质和分子水平的诱变效应

以野生菘蓝种子为材料,以不同剂量的碳离子(12 C6+)进行辐照处理(辐照剂量分别为30Gy、60Gy、90Gy、120Gy),分析12 C6+辐照对菘蓝种子萌发、幼苗生长、主要药用成分含量及其基因和蛋白质多态性变化的影响,为菘蓝品质育种、分子生物学研究和重离子辐照诱变的应用提供依据。结果显示:(1)12 C6+辐照处理后菘蓝的成苗率和根鲜重均随辐照剂量增加而逐步显著降低,其中30Gy处理对菘蓝生长抑制程度最小,但处理后菘蓝根中的主要药效成分4(3H)喹唑酮和靛玉红的含量增加幅度最大且最高,分别为野生型的2.2倍和2.3倍。(2)SRAP分子标记分析表明,菘蓝基因组的变异度随着辐照强度的增强而增大,其中30Gy处理的突变体与野生型相比有33.59%的多态性变异。(3)SDS-PAGE考马斯亮蓝染色和磷酸化染色分析表明,菘蓝的总蛋白和磷酸化蛋白表达水平均随辐照剂量变化出现了不同程度的改变,但并不与辐照强度呈正相关,说明植物在防御重离子辐照伤害时存在补偿机制。研究发现,30Gy的12 C6+辐照是菘蓝诱变的最佳剂量,能够显著提高其有效成分的含量,为优质菘蓝诱变育种奠定了基础。     

氮素形态及配比对5个种源菘蓝的生物碱类成分和多糖的影响

以5份不同种源的菘蓝为材料,采用田间小区试验,设置不施氮(CK)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、NH4+-N/NO3--N=75/25、NH4+-N/NO3--N=50/50、NH4+-N/NO3--N=25/75和酰胺态氮等7个处理,分析比较了不同种源植株的靛蓝、靛玉红和总生物碱含量、(R,S)-告依春及多糖含量等指标的差异,为菘蓝栽培生产中氮素的高效利用提供理论参考。结果表明:氮素处理有利于提高山西运城菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内靛蓝含量,以及安徽亳州菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内的总生物碱含量;NH4+-N/NO3--N=50/50处理对山西运城菘蓝,以及酰胺态氮处理对山西运城菘蓝和陕西商洛菘蓝叶内生物碱类成分的积累均有促进作用;与对照相比,氮素处理亦能有效地提高甘肃张掖菘蓝和陕西商洛菘蓝根内的(R,S)-告依春及安徽亳州菘蓝根内的多糖含量;安徽阜阳菘蓝(R,S)-告依春含量在任一氮处理下均远远高于其他种质菘蓝。研究表明,不同种源菘蓝对氮素处理的响应存在较大的差异,建议生产中综合考虑菘蓝的来源和需肥规律,采用经济有效的施氮组合,以提高其活性成分含量。     

菘蓝二倍体及其同源四倍体遗传差异的ISSR分析

以1个菘蓝二倍体及其10个同源四倍体株系为材料,利用19个随机扩增ISSR引物分析其遗传差异性,为菘蓝多倍体诱变的基因表达调控以及遗传改良提供依据。结果显示:菘蓝二倍体与其同源四倍体及四倍体之间的ISSR多态性有明显差异,除主要遗传位点相同外,有些四倍体株系扩增条带数多于二倍体,有些四倍体株系扩增条带数少于二倍体,四倍体株系间亦有多态位点;11个株系共扩增111条多态性条带,多态性达55.22%。聚类分析显示,不同四倍体株系与二倍体的遗传差异大小亦不同。研究表明,菘蓝二倍体与其同源四倍体具有中等偏高的遗传差异性。     

缺氮和复氮对菘蓝幼苗生长及氮代谢的影响

对基质育苗后水培的菘蓝进行缺氮与复氮处理,分析其生长情况及氮代谢产物含量的变化,探讨缺氮和复氮对菘蓝幼苗生长及氮代谢的影响,以提高菘蓝产量和品质以及栽培过程中的氮素利用效率。结果显示:(1)正常供氮条件下,菘蓝幼苗的叶绿素含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、硝态氮含量、靛玉红含量为最高,而其株高、主根直径、根的鲜重与干重、叶的鲜重与干重、根系活力均最小。(2)缺氮处理增加了菘蓝幼苗的主根直径和根干重,提高其根系活力和硝酸还原酶(NR)活性,促进游离氨基酸在叶中的积累;但降低了GS的活性,也降低了叶中硝态氮、可溶性蛋白、靛玉红及根中游离氨基酸的含量;缺氮对叶中靛蓝的含量无明显影响。(3)复氮处理增加了菘蓝幼苗的株高、主根长、根鲜重、叶鲜重、叶干重,提高了其根系活力,降低了NR和GS的活性;与对照相比,复氮降低了叶中硝态氮含量,提高了叶中可溶性蛋白、靛蓝及根中游离氨基酸的含量,但对叶中游离氨基酸和靛玉红含量影响较小。研究表明,缺氮后再复氮有利于菘蓝幼苗叶的生长,同时有利于增加其叶内靛蓝含量,从而提高其产量和品质。     

夏播菘蓝不同居群干物质和活性成分积累特征

为研究夏播菘蓝不同栽培居群的最佳采收期,以来自于山西、安徽、甘肃、江苏和河南的5个栽培居群为材料,设置盆栽土培实验,于菘蓝生长第60天起,间隔10d采样,共采集6次样品,采用HPLC法测定其叶片、叶柄、根茎和根4个部位的靛蓝与靛玉红含量。结果表明:(1)不同栽培居群随着生长时间的延长,其叶片、叶柄、根茎及根的生物量持续增加,其中来自于山西居群的生长最佳,干物质积累量最大。(2)不同居群叶片及叶柄内靛蓝与靛玉红含量最大值出现在生长90~100d,即为叶内活性成分积累的高峰期。(3)综合分析其活性成分与干物质的积累量,各居群叶片靛蓝积累量最大值在生长90~100d,叶片、叶柄与根茎的靛玉红积累量也出现在90~100d。若以中国药典的靛玉红为质量控制指标,同时综合考察其生物量指标与活性成分积累量指标,夏季播种的来自于山西、安徽和河南的菘蓝居群最佳采收期为生长100d左右,而来自于甘肃与江苏居群的则以生长90d最佳。