水曲柳FmABI5基因非生物胁迫及信号诱导的表达模式分析

ABI5（abscisic acid-insensitive 5）蛋白是一个响应ABA信号的碱性亮氨酸拉链类（basic leucine zipper,bZIP）转录因子。揭示了水曲柳FmABI5在非生物胁迫下的表达特征,为该基因在水曲柳中代谢调控功能的研究奠定基础。获得了水曲柳ABI5基因的全长,命名为FmABI5,应用生物信息学软件分析了水曲柳FmABI5基因的分子结构特征,利用PEG、低温（4℃）及盐（NaCl）进行非生物胁迫处理,利用脱落酸（ABA）和赤霉素（GA₃）进行信号诱导,分析FmABI5的表达特征。生物信息学分析表明该基因全长1 455 bp,含有完整的开放阅读框,编码484个氨基酸。FmABI5为不稳定类亲水性蛋白,不存在信号肽,具有跨膜能力,α-螺旋、延伸链、无规则卷曲分布于整个蛋白。分子进化分析结果表明,水曲柳FmABI5基因与芝麻的遗传距离较近,说明其亲缘关系较近;与马铃薯、潘那利番茄、水茄与甜椒的遗传距离较远,说明其亲缘关系较远。非生物胁迫结果表明,FmABI5基因表达水平随非生物胁迫处理时间不同而上下波动,但在处理6、48和72 h后,FmABI5基因对3种非生物胁迫处理都上调表达,说明FmABI5基因对非生物胁迫具有响应。信号诱导结果表明,外源的ABA与GA共同调节了FmABI5基因的表达。     

白桦BpPIN3基因启动子序列及应答特性分析

PIN蛋白家族作为植物中重要的生长素外排载体家族,在植物生长和发育过程中表现出广泛的生理效应。为了进一步了解BpPIN3的功能,探究其在白桦（Betula platyphylla）发育过程中及其对不同激素信号和非生物胁迫的响应,采用生物信息学方法分析白桦BpPIN3启动子序列。以1年生和2年生白桦无性系苗木的根、茎、叶和顶芽为材料进行组织部位表达模式分析。以白桦幼苗为材料,用100 μmol·L^-1生长素（IAA）、100 μmol·L^-1赤霉素（GA₃）、200 μmol·L^-1脱落酸（ABA）和长光照条件下分别进行激素诱导和光胁迫处理,并取激素处理后0、2、4、8、16、24、48 h以及光胁迫后0、1、3、6,12、24、48、72 h时的白桦叶片和根提取RNA,利用qRT-PCR技术分析BpPIN3基因的表达情况。结果显示：BpPIN3启动子序列包含赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯等不同类型的生长素响应元件,以及多个与逆境相关的顺式调控元件。BpPIN3在不同生长年份白桦的多个组织部位都有表达,尤其在叶片中表达量较高,并且所有组织部位中BpPIN3第二年的表达量均高于第一年。BpPIN3基因在不同处理条件下,不同部位间的相对表达量的变化存在一定差异,IAA及GA能够诱导白桦叶片组织细胞中的BpPIN3上调表达;而在ABA处理下除16、48 h外,BpPIN3基因表现出与IAA处理下相反的表达模式。在根组织中,IAA、GA₃及ABA均能诱导BpPIN3的表达。在叶片组织中,遮光胁迫诱导了BpPIN3基因的表达;在根组织中,随着处理时间的推移,12 h开始BpPIN3基因的相对表达量均显著高于对照（0 h）。根据试验结果,推测BpPIN3基因在白桦生长发育过程,以及IAA、GA₃和ABA信号转导途径和植物光响应过程中发挥重要调控作用。     

水曲柳FmJAZ1基因在非生物胁迫中的响应模式和激素诱导表达分析

克隆FmJAZ1基因,明确其在低温和NaCl胁迫中的响应模式和激素诱导下的转录表达特性。通过基因克隆的方法得到水曲柳中的FmJAZ1基因,利用生物信息学软件对所得到的序列进行分析并构建系统进化树,对水曲柳FmJAZ1基因进行了时空表达特异性的分析,对根、茎、叶、芽、雄花、雌花、种子等7个部位以及在5-9月5个月份分别取样,对水曲柳进行低温(4℃)和盐胁迫(200 mmol/L NaCl)2种非生物胁迫处理以及脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)、生长素(IAA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号诱导处理,然后对试验材料进行荧光定量分析。克隆出全长为684 bp的核苷酸序列。生物信息学软件分析得到JZA1基因具有完整的开放阅读框,编码227个氨基酸,JAZ1蛋白不含有信号肽,不属于跨膜蛋白,为不稳定亲水性蛋白。时空表达结果显示,FmJAZ1基因在茎中表达量最高,且在8月份表达量最高;非生物胁迫结果表明低温处理后FmJAZ1在6h、24h表达量较高;而NaCl处理后,在24 h表达量较高,且该基因响应低温胁迫较NaCl胁迫迅速;激素信号诱导结果显示,处理后不同时间,基因表达量变化较为明显,其中GA3处理后3h最为明显,为对照组的77.3倍,分析了FmJAZ1基因在低温、NaCl胁迫和激素诱导下的表达模式。FmJAZ1基因充分响应了逆境胁迫和激素信号诱导,通过蛋白和基因层面对逆境进行响应,JAZ蛋白在其中起到了桥梁的作用,并扮演了重要的角色。     

水曲柳BZR1基因克隆及其表达模式分析

研究水曲柳BZR1基因应答非生物胁迫及激素信号的表达模式,对探究BR在水曲柳生长发育及响应环境胁迫方面的作用有重要意义。本研究以水曲柳为材料,PCR克隆得到目的基因,通过生物信息学软件分析分子结构特征,利用荧光定量PCR探究FmBZR1在低温、盐胁迫及ABA、IAA、GA3诱导下的表达模式。生物信息学分析表明,FmBZR1基因全长984 bp,编码327个氨基酸,FmBZR1蛋白为亲水性蛋白,与樟子松BZR1蛋白的同源性较高。在非生物胁迫与激素诱导下,结果表明,与对照组相比,FmBZR1基因表达量有显著差异。低温处理6 h、盐处理24 h后表达量最高,分别为对照组的1.98、10.13倍。ABA、IAA、GA3处理3 h后基因表达量最低,分别为对照组的0.52、0.41、0.50倍;GA3处理24h后基因表达量最高,为对照组的6.23倍。FmBZR1基因在水曲柳生长发育及各种胁迫应答的过程起到了十分关键的作用。     

水曲柳S6K基因的生物信息学及胁迫和激素下的表达分析

以所获取的水曲柳FmS6K基因（FmS6K1和FmS6K2）为对象,解析其核苷酸序列及其所编码蛋白质的基本信息,探索非生物胁迫和植物激素条件下基因的表达特征。结果表明,FmS6K1和FmS6K2基因长度分别为1 583和1 796 bp,分别编码480和483个氨基酸,二者均含有完整的开放阅读框。FmS6K1为两性蛋白,FmS6K2是亲水蛋白,二者均不含有信号肽。低温（4℃）和盐（NaCl）胁迫均影响FmS6K1和FmS6K2基因的表达,水曲柳根、茎、叶中的FmS6K1和FmS6K2基因对盐更加敏感,FmS6K2基因比FmS6K1基因对低温和盐胁迫的响应更为敏感;外源ABA、GA和IAA均能够影响FmS6K1和FmS6K2基因的表达,FmS6K1在水曲柳根、茎、叶中对外源的IAA响应更大;水曲柳根茎叶中FmS6K2基因均对外源ABA处理有显著上调应答,对外源GA的响应主要在根中,但对IAA的应答主要在茎和叶片中。上述结果表明FmS6K基因在调控植物生长发育和适应逆境胁迫方面扮演重要角色。     

白桦MYB基因响应激素及盐旱处理的表达研究

转录因子参与到植物激素不同的信号通路中及非生物胁迫的调控中，为研究白桦MYB转录因子家族基因对不同激素信号及非生物胁迫的响应，本研究以野生型白桦（Betula platyphylla）种子为材料，分别用10 μmol·L^-1的茉莉酸甲酯（MeJA）、100 μmol·L^-1的乙烯利（ETH）、20 μmol·L^-1的脱落酸（ABA）、50 μmol·L^-1的细胞激动素（KT）、200 mmol·L^-1 NaCl、100 mmol·L^-1 Mannitol以及水为对照进行处理，对激素处理4周的白桦下胚轴进行表型观察及基因表达分析，结果显示：激素处理能够影响白桦下胚轴及胚根的生长，经过ETH处理的白桦下胚轴和根短于水处理的对照，KT处理过的白桦下胚轴和根长于水处理的对照；MeJA、Ethylene及ABA处理对大部分BpMYBs的表达存在负调控，而BpMYB2，8，12基因上调表达；KT处理后，只有BpMYB11下调表达，其他的BpMYBs基因上调表达；NaCl处理后，大部分基因表现出先下调后上调的表达模式，在48 h被高度诱导；Mannitol模拟干旱处理条件下，大部分基因表现出先微弱上调后下调的表达模式。这些结果说明白桦MYB家族基因能够响应激素、盐和旱的处理，在调控白桦下胚轴及胚根应答外界信号的发育中起作用。本研究为探索激素调控木本植物生长发育的分子机制研究提供了数据和材料。     

赤霉素调节植物对非生物逆境的耐性

赤霉素（GAs）是一类重要的植物激素,调控植物生长发育的诸多方面．最近的研究表明,GA也参与对生物与非生物胁迫的响应,然而GA参与非生物胁迫响应的遗传学证据及其机制有待于进一步研究．本实验室前期研究证明,水稻EullfELONGATEDUPPERMOSTINTERNODE）通过一个新的生化途径降解体内的活性赤霉素分子,并参与调控水稻对病原菌的基础抗病性．本研究发现,euil突变体对盐胁迫能力降低,而超表达EUll基因的水稻和拟南芥耐盐性显著提高．进一步研究发现,积累高含量赤霉素的水稻euil突变体对脱落酸（ABA）的敏感性下降,而赤霉素缺失的EUll超表达转基因水稻和拟南芥均改变了对于ABA的敏感性．EUll基因的转录受逆境诱导,其功能缺失与超表达调控了逆境标志基因的表达．综上推测,GA可能是通过影响ABA的信号途径从而改变了植物对非生物胁迫的响应．     

马铃薯StCRKs基因家族的鉴定分析及响应逆境信号的表达

为鉴定马铃薯（Solanum tuberosum）中富含半胱氨酸的类受体激酶（cysteine-rich receptor-like kinase,CRKs）,利用Pfam等工具对马铃薯蛋白质组和基因组序列进行分析,共鉴定到18个新的马铃薯StCRKs家族基因,这些基因分布在1、2、11和12号染色体上,均具有典型保守的CRK结构域。StCRKs基因的启动子区具有响应5种植物激素、昼夜节律、生物胁迫、非生物胁迫及种子特异性的响应元件。利用qRT-PCR方法对马铃薯盆栽苗开花期的根、茎、叶和花中的18个StCRKs基因进行组织特异性表达分析,结果显示不同基因的表达部位不同。分别用水杨酸类似物BTH和4 ℃低温处理马铃薯,有13个StCRKs基因能够响应低温信号,10个StCRKs基因能够被水杨酸类似物BTH诱导。为进一步深入研究StCRKs在生物胁迫及非生物胁迫中的功能提供了线索。     

长白落叶松转录因子LobHLH34克隆及表达分析

为了解转录因子bHLH在长白落叶松（Larix olgensis）中的功能,探究该基因在长白落叶松不同组织中及不同逆境胁迫下的表达特性,从长白落叶松根、茎和叶3个不同部位的转录组数据中获得bHLH34基因全长序列,并设计引物,克隆得到长白落叶松bHLH34基因,其完整的开放阅读框（ORF）长度为696 bp,共编码231个氨基酸。构建亚细胞定位表达载体,瞬时转化毛果杨（Populus trichocarpa）原生质体,在激光共聚焦显微镜下观察显示,LobHLH34基因定位在细胞核内。系统进化树分析结果显示,长白落叶松与云杉（Picea asperata）、卷柏（Selaginella tamariscina）树种该基因的亲缘关系较近。利用qRT-PCR技术分析了bHLH34基因在长白落叶松中的组织表达特异性和应对非生物胁迫的表达。结果表明LobHLH34基因在长白落叶松的根、茎、叶中均有表达,其中在茎部表达量最低,在叶中相对表达量最高。LobHLH34基因在NaCl、PEG和ABA处理时,不同器官中的表达量也有所不同。推测长白落叶松bHLH34基因参与了植物的生长、发育、响应逆境胁迫的过程,且在不同器官中具有特异性。     

萱草叶片响应低温胁迫的转录组分析

低温胁迫是萱草（Hemerocallis fulva）生长过程中经常会遭遇的一种非生物胁迫。比较了萱草叶片在低温处理（10、5、0 ℃）下转录组与对照（15 ℃）数据的差异,共筛选出差异表达基因2 457个,其中上调基因1 253个,下调基因1 204个。差异表达基因主要富集在细胞过程、代谢过程和催化活性等49个GO过程,代谢途径、次生代谢产物的生物合成、植物激素信号转导等42条KEGG代谢途径中。其中参与植物激素信号转导通路的差异表达基因发生了不同程度的变化,GH3.10基因上调至对照组的13.624倍,IAA1基因下调0.120倍;参与可溶性糖合成通路的差异基因发生了0.076~28.114倍不同程度的变化。随后对3个低温处理组共有的29个差异表达基因进行热图和网络调控分析,基于基因在网络调控中的位置,对ABCF5、OFPs和SWEETs等基因在冷应答的作用进行了分析。本研究结果为进一步挖掘萱草低温响应的关键基因及耐寒萱草种质开发、分子育种提供了一定的理论支撑。     

甘蔗节间伸长过程赤霉素生物合成关键基因的表达及相关植物激素动态变化

以甘蔗(Saccharum officinarum)优良品种桂糖42号(GT42)为研究材料, 分别于未伸长期(9-10叶龄以前) (Ls1)、伸长初期(12-13叶龄) (Ls2)和伸长盛期(15-16叶龄) (Ls3)取甘蔗第2片真叶(自顶部起)对应的节间组织, 测定其赤霉素(GA)、生长素(IAA)、油菜素甾醇(BR)、细胞分裂素(CTK)、乙烯(ETH)和脱落酸(ABA)的含量, 并通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析赤霉素合成途径关键基因GA₂₀氧化酶基因(GA20-Oxidase1)、赤霉素受体基因(GID1)和DELLA蛋白编码基因(GAI)的差异表达。结果表明, 在甘蔗伸长期间, GA和IAA含量呈现上升趋势, CTK和ABA含量呈下降趋势, ETH含量先上升后下降, BR含量则变化不明显; GA20-Oxidase1和GID1的表达呈上升趋势, 而GAI的表达则呈下降趋势, 这与相关植物激素的变化基本一致。综上, 甘蔗节间伸长过程主要与GA和IAA相关, 其次为CTK和ABA, 而ETH受到IAA的调控影响节间伸长; 植物激素间通过相互作用调控GA20-Oxidase1、GID1和GAI的表达, 影响GA含量和GA的信号转导过程, 进而影响甘蔗节间的伸长。该研究揭示了甘蔗节间伸长过程中赤霉素生物合成途径和信号转导关键基因的差异表达及植物激素含量的动态变化规律。     

甘蔗节间伸长过程赤霉素生物合成关键基因的表达及相关植物激素动态变化

以甘蔗(Saccharum officinarum)优良品种桂糖42号(GT42)为研究材料, 分别于未伸长期(9-10叶龄以前) (Ls1)、伸长初期(12-13叶龄) (Ls2)和伸长盛期(15-16叶龄) (Ls3)取甘蔗第2片真叶(自顶部起)对应的节间组织, 测定其赤霉素(GA)、生长素(IAA)、油菜素甾醇(BR)、细胞分裂素(CTK)、乙烯(ETH)和脱落酸(ABA)的含量, 并通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析赤霉素合成途径关键基因GA₂₀氧化酶基因(GA20-Oxidase1)、赤霉素受体基因(GID1)和DELLA蛋白编码基因(GAI)的差异表达。结果表明, 在甘蔗伸长期间, GA和IAA含量呈现上升趋势, CTK和ABA含量呈下降趋势, ETH含量先上升后下降, BR含量则变化不明显; GA20-Oxidase1和GID1的表达呈上升趋势, 而GAI的表达则呈下降趋势, 这与相关植物激素的变化基本一致。综上, 甘蔗节间伸长过程主要与GA和IAA相关, 其次为CTK和ABA, 而ETH受到IAA的调控影响节间伸长; 植物激素间通过相互作用调控GA20-Oxidase1、GID1和GAI的表达, 影响GA含量和GA的信号转导过程, 进而影响甘蔗节间的伸长。该研究揭示了甘蔗节间伸长过程中赤霉素生物合成途径和信号转导关键基因的差异表达及植物激素含量的动态变化规律。     

干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

Concentrations of Abscisic Acid and Indole-3-Acetic Acid in Soybean Seeds during Development

Concentrations of abscisic acid (ABA) and indole-3-acetic acid (IAA) in seed parts were determined during reproductive development of soybean plants (Glycine max [L.] Merr. cv `Chippewa 64'). The concentration of ABA and IAA changed independently in individual seed parts with time. Measurement of the level of ABA and IAA in whole seeds masked the changes which occurred in individual seed tissues. The concentration of ABA was generally highest and that of IAA was generally lowest in the embryonic axis of soybean seeds. In the testa, the IAA concentration was generally highest while the ABA concentration was generally the lowest compared to other parts of the seed.     

Cloning and characterization of a root sunflower peroxidase gene putatively involved in cell elongation

A cDNA-encoding a peroxidase (Helianthus annuus POX (HaPOX)1) was isolated and characterized from the roots of sunflower seedlings. This gene exhibited homology with other peroxidases from several higher-plant species, and its expression in the root growth was particularly abundant during cell expansion. To elucidate the precise functions of HaPOX1 in sunflower root, we examined its expression pattern in response to several plant growth regulators. Expression of HaPOX1 is down-regulated by abscisic acid (ABA), whereas indole-3-acetic acid (IAA) induced its expression. These results suggest that HaPOX1 expression is differentially regulated by phytohormonal components of signaling cascades. Since IAA appears to participate in the regulation of HaPOX1 expression, we postulate that the peroxidase encoded by HaPOX1 may be involved in the reactions that promote cell elongation during the early stage of root growth.