Th2CysPrx基因提高酿酒酵母多种胁迫耐受性研究

【目的】过氧化还原蛋白是生物体调节体内氧化还原系统的一种重要蛋白质,在植物生长代谢中起重要作用。前期研究发现过表达刚毛柽柳Th2CysPrx基因的烟草和柽柳中4种抗氧化酶基因(ThGSTZ1、ThGPX、ThSOD和ThPOD)的表达水平上调, 转基因植株的NaCl胁迫耐受性提高。本实验探究Th2CysPrx基因除了响应NaCl胁迫应答,是否还参与其他盐胁迫和其他胁迫的应答。 【方法】将Th2CysPrx构建到pYES2酵母表达载体上,转化到酿酒酵母INVSC1细胞中,分析比较重组酵母(pYES2-Th2CysPrx)和对照酵母(pYES2)细胞在各种非生物胁迫后的生长情况。【结果】过表达Th2CysPrx基因的重组酵母细胞在低温、KCl和LiCl胁迫后存活率与对照相比差异不显著;但H₂O₂、NaCl或NaHCO₃胁迫后酵母细胞的存活率显著提高。此外,高于0.5 mol/L山梨醇或高温(达到44 ℃),或低于质量分数0.007% CdCl₂胁迫后,过表达Th2CysPrx基因能显著提高重组酵母的细胞存活率。【结论】Th2CysPrx基因可以显著增强酵母细胞对NaCl和NaHCO₃胁迫的耐受能力,以及特定的渗透胁迫、高温胁迫、氧化胁迫和重金属胁迫的耐受能力,但对低温、KCl和LiCl胁迫耐受能力无明显影响。     

白桦BpGRAS1基因的克隆及耐盐功能分析

【目的】 GRAS转录因子是植物特有的转录因子家族之一,在植物响应盐、干旱等非生物胁迫中发挥重要的调控作用。从白桦(Betula platyphylla )中克隆GRAS转录因子基因,研究其耐盐功能,为研究木本植物GRAS转录因子的抗逆机制奠定理论基础。【方法】 在白桦转录组数据库中获得一个GRAS转录因子基因,命名为BpGRAS1 (GenBank 登录号: MN117546.1)。利用生物信息学进行多序列比对、构建进化树。分别构建植物过表达(pROKⅡ-BpGRAS1) 及抑制表达(pFGC5941-BpGRAS1) 载体。利用农杆菌介导高效瞬时遗传转化体系获得BpGRAS1基因瞬时过表达(OE)、抑制表达(IE) 及对照 (WT) 白桦植株。通过实时荧光定量RT-PCR(qRT-PCR) 技术分析盐胁迫下OE、IE及WT植株中BpGRAS1基因的表达情况,鉴定转基因植株中BpGRAS1的表达效率是否响应盐胁迫。在盐胁迫下比较了BpGRAS1基因瞬时过表达、抑制表达及对照白桦植株的电解质渗透率、失水率、丙二醛(MDA) 含量、过氧化物酶 (POD) 和超氧化物歧化酶 (SOD) 活性。【结果】 BpGRAS1基因的开放阅读框为1 425 bp,编码 474个氨基酸。BpGRAS1具有GRAS家族的序列特征,在C端的氨基酸序列相似度较高,与AtSHR亲缘关系较近。盐胁迫处理下,BpGRAS1的表达量升高,过表达植株中表达量高于对照,抑制表达植株中表达量低于对照,说明BpGRAS1受盐胁迫诱导,成功获得过表达及抑制表达植株。过表达BpGRAS1基因能降低白桦在盐胁迫下的电解质渗透率、失水率及 MDA 的积累,并显著增强了 POD 和 SOD 酶的活性,从而提高转基因植株的耐盐性。【结论】 BpGRAS1基因响应盐胁迫,过表达BpGRAS1基因降低了盐胁迫下植株细胞受损程度,通过增强POD 和 SOD 活性提高白桦的耐盐能力。     

转BpmiR156基因白桦株系的耐盐性分析

【目的】探究植物年龄响应因子miR156的耐盐功能。【方法】以BpmiR156过表达白桦株系和非转基因对照株系为材料,通过PCR及qPCR分析各转基因株系中外源BpmiR156的稳定性及表达情况;同时对转基因及对照株系进行NaCl胁迫处理,调查胁迫后盐害指数、生理指标及生长速度。【结果】各转基因株系中外源BpmiR156已整合到白桦基因组中,且表达量显著高于非转基因对照株系;NaCl胁迫后,转基因株系的H₂O₂、丙二醛(MDA)含量及盐害指数高于对照株系,生长速度变慢。【结论】BpmiR156基因在白桦中稳定表达,BpmiR156基因过表达白桦株系与对照株系相比,在盐胁迫后盐害指数增加,生长速度变慢,膜系统损伤更严重,说明转入miR156基因在一定程度上降低了白桦的耐盐性。     

大青杨PuZFP103基因的序列特征及逆境胁迫的表达分析

【目的】通过研究大青杨(Populus ussuriensis)PuZFP103基因的序列特征及其在不同组织部位、激素处理与胁迫应答中的表达特性,为揭示PuZFP103在大青杨生长发育中的功能提供依据。【方法】利用各种生物信息学方法对PuZFP103基因进行分析,采用实时荧光定量 PCR(real time quantitative polymerase chain reaction, RT-qpCR)技术分析PuZFP103基因在不同组织、激素处理与胁迫应答中的表达模式,并用基因枪轰击法进行亚细胞定位分析。【结果】生物信息学分析发现,PuZFP103 CDS序列全长504 bp,编码168个氨基酸。分析得出PuZFP103蛋白含有ZnF-C2H2结构域,其二级结构中α螺旋、无规则卷曲和β-折叠分别占24%、84%和1%。进化树构建图显示,其与同属毛果杨、胡杨、毛白杨及番木瓜聚类到一起,亲缘关系最近。RT-qPCR分析结果显示,NaCl、脱落酸(abscisic acid, ABA)和PEG 6000胁迫处理后PuZFP103基因在大青杨叶和根中的表达量在大多数时间内相对于未处理都有所提高。另外,PuZFP103基因定位于细胞核中。【结论】PuZFP103基因在NaCl、ABA和PEG 6000胁迫处理后呈正调控的应答模式,可能参与了大青杨对渗透胁迫的代谢途径或信号传导,属于逆境胁迫下的调控因子。本研究初步证明大青杨PuZFP103基因与胁迫响应相关,但是关于其信号传导与调控机制需进一步研究。     

杉木ClWRKY44基因克隆及其表达特性分析

【目的】以杉木幼叶为试验材料,通过克隆杉木ClWRKY44基因,分析其表达特性,为揭示杉木抗逆生理的分子机制提供理论依据。【方法】采用RT-PCR技术克隆杉木ClWRKY44 基因,对其进行生物信息学分析和亚细胞定位研究,并利用实时荧光定量PCR技术分析其表达情况。【结果】杉木ClWRKY44 基因的开放阅读框(ORF)为1 776 bp,编码591个氨基酸,具有WRKY结构域。系统进化树分析结果显示ClWRKY44 基因与拟南芥(Arabidopsis thaliana)ATWRKY44 的亲缘关系较密切,其在杉木的不同器官(叶、根、茎) 中均有表达,嫩叶中的表达量最高,茎中次之,根中最低。低温胁迫处理6 h,ClWRKY44 基因相对表达量最高,约是对照组的79.8倍。干旱胁迫处理24 h,ClWRKY44 基因在高浓度干旱胁迫处理下的相对表达量最高,约是对照组的46.6倍。【结论】杉木ClWRKY44基因编码的蛋白质序列与拟南芥ATWRKY44的同源性很高,在调控植物逆境胁迫应答过程中可以发挥功能,为杉木幼苗生长发育的适应性提供参考。     

刚毛柽柳Th2CysPrx基因的互作蛋白及其表达模式分析

【目的】使用酵母双杂交系统研究刚毛柽柳中获得的2CysPrx(硫氧还蛋白过氧化物酶)基因(命名为Th2CysPrx)及编码蛋白的功能。【方法】通过酵母双杂交系统对该基因编码蛋白的互作蛋白进行筛选,进一步利用qRT-PCR 技术分析NaCl 和PEG₆₀₀₀ 胁迫下刚毛柽柳叶组织和根部组织中Th2CysPrx 基因与其互作蛋白基因的表达模式。【结果】酵母双杂交系统筛选获得了4 个可能与Th2CysPrx 互作的蛋白,分别为丙氨酸-乙醛酸转氨酶2(alanine-glyoxylate aminotransferase 2,ThAGT2)、苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase,ThMDH)、黄酮醇合酶(flavonol synthase,ThFLS)和扩展蛋白(expansin,ThEXP)。基因表达分析结果显示:盐胁迫下,柽柳叶和根中,Th2CysPrx和ThAGT2 基因的表达模式基本一致; 而干旱胁迫下,Th2CysPrx和ThAGT2 基因在叶和根中具有相同的表达模式。【结论】在盐和干旱胁迫下,ThAGT2 基因与Th2CysPrx 表达模式均趋于一致,表明Th2CysPrx 基因均可能通过与ThAGT2 基因的互作共同参与抗逆过程,为进一步研究Th2CysPrx 基因的抗逆机制,以及与其他抗逆基因的关系提供了依据。     

柳树NAC基因的克隆与表达模式分析

【目的】研究柳树重要抗逆转录因子基因家族,为揭示柳树抗逆分子机制提供理论依据。【方法】以‘苏柳2345’的转录组测序数据为基础,克隆了柳树NAC家族,并分析其序列结构、组织表达特异性以及不同胁迫条件下的表达模式。【结果】克隆的两个柳树NAC转录因子基因分别命名为SlNAC1和SlNAC2。生物信息学分析表明:SlNAC1序列全长为1 126 bp,编码产物含343个氨基酸残基,为稳定的亲水蛋白,定位于细胞核;SlNAC2序列全长为1 139 bp,编码产物含291个氨基酸残基,为稳定的亲水蛋白,定位于叶绿体。两个基因均具有典型的NAM结构域及A、B、C、D、E 5个亚结构域,还包括共同的LPPG、YPNG 和DEE保守基序及NAC抑制结构域。系统进化树分析显示, SlNAC1基因与木薯亲缘关系最近,SlNAC2基因与茄子亲缘关系最近。定量PCR结果显示SlNAC1和SlNAC2均在叶片表达,根中没有表达,为叶片特异性转录因子。定量PCR结果显示SlNAC1基因在脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)处理24 h后显著上调,SlNAC2基因在聚乙二醇(PEG)、ABA和GA胁迫后显著上调。【结论】柳树SlNAC1基因在非生物胁迫下表达较为稳定,受ABA和GA胁迫诱导;SlNAC2受干旱、ABA和GA胁迫诱导,受影响明显高于SlNAC1,不受乙烯剂(ETH)胁迫影响。推测SlNAC1和SlNAC2参与GA、ABA信号传导,可能不参与ETH的信号途径。     

核桃V-ATPase c亚基基因(JrVHAc4)的克隆和抗旱功能分析

【目的】V-ATPase是植物逆境响应的重要酶,有必要了解V-ATPase相关亚基参与核桃响应逆境胁迫的功能机制。【方法】从‘香玲’核桃转录组中克隆获得1条V-ATPase c 亚基基因(命名为JrVHAc4),通过分析启动子预测其逆境响应功能。对JrVHAc4基因进行干旱胁迫下的表达分析,同时构建JrVHAc4酵母表达载体转入酵母表达系统研究其抗旱功能。【结果】JrVHAc4基因开放读码框(ORF)全长495 bp,拟推导的蛋白分子量为16 527.61 u,包含164个氨基酸,理论等电点为8.62; 其上游1 047 bp启动子包含MYC、DOF、MYB等与干旱响应相关的顺式作用元件。干旱胁迫下,JrVHAc4基因在核桃叶和根中均被显著诱导,并存在差异。对JrVHAc4转基因酵母进行不同浓度甘露醇胁迫,与对照酵母相比,发现JrVHAc4基因的表达能显著提高转基因酵母的生长活性。【结论】JrVHAc4基因能响应干旱胁迫,并能提高酵母的抗旱能力,JrVHAc4可作为核桃抗逆重要候选基因。     

白桦BpTCP8基因生物信息学及表达特性分析

【目的】通过研究白桦BpTCP8基因的序列特征及其在不同组织部位、激素处理与胁迫应答中的表达特性,为揭示BpTCP8在白桦生长发育中的功能提供依据。【方法】利用生物信息学方法对BpTCP8基因进行分析,采用实时荧光定量 PCR 技术分析BpTCP8基因在不同组织部位、激素处理与胁迫应答中的表达特性。【结果】生物信息学分析发现,BpTCP8含有TCP家族高度保守的bHLH结构域;qRT-PCR分析结果表明,白桦BpTCP8在发育和衰老初期的叶片中表达量高,并在深裂型叶片、顶芽、木质部、韧皮部中都上调表达。在激素(GA₃、ME-JA、ABA)与非生物胁迫(PEG、NaCl、CdCl₂、NaHCO₃)处理下,BpTCP8都对其产生了相应的应答。【结论】BpTCP8基因可能参与到了白桦叶片成熟、叶型、顶芽、木质部和韧皮部的生长过程中;该基因在GA₃、JA处理中呈现正调控的应答模式,并且可能通过ABA信号途径影响植物抗旱,耐盐、碱、重金属胁迫等。     

东南景天SaWRKY7基因对镉胁迫的响应研究

【目的】镉对植物具有高毒性,WRKY转录因子广泛参与植物逆境胁迫。研究镉诱导下WRKY基因的胁迫响应和抗性机制。【方法】以超积累型东南景天为试材,通过PCR克隆得到1个东南景天WRKY转录因子家族基因序列,结合生物信息学方法,分析其蛋白质结构和亲缘关系,构建GFP(绿色荧光蛋白)融合蛋白,观察其亚细胞定位,利用酵母验证其转录激活活性,通过qRT-PCR分析在镉胁迫下该基因的表达特性和组织特异性。【结果】获得了1条新的东南景天WRKY转录因子家族基因并命名为SaWRKY7,包含完整的开放阅读框,长度为1 011 bp,共编码336个氨基酸,为WRKY基因家族Ⅱd成员。SaWRKY7定位在细胞核,属于核蛋白,不具有转录自激活活性。SaWRKY7在东南景天的根、茎、叶中均有表达,且在根中相对有较高的表达量。与对照相比,在100 μmol/L CdCl₂处理0.5 h时,SaWRKY7在根茎叶中有较高的表达量,随后逐渐降低,属于早期诱导表达基因。【结论】SaWRKY7为WRKY转录因子家族成员,该基因定位在细胞核,不具有转录自激活活性,在早期响应镉胁迫诱导表达,推测其可能在东南景天镉积累或镉耐受过程中发挥重要作用。     

伴矿景天WRKY基因家族鉴定及镉胁迫响应分析

【目的】WRKY转录因子在植物响应非生物胁迫过程中发挥着重要的调控作用,目前超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola) WRKY转录因子的研究较少。进行SpWRKY基因家族的全基因组鉴定及其在镉胁迫下的表达模式分析可为后续SpWRKYs基因克隆和耐镉功能分析提供参考。【方法】对伴矿景天WRKY基因家族进行全基因组鉴定和生物信息学分析,利用转录组数据和qRT-PCR技术检测WRKY基因在镉胁迫下的表达模式并进行转基因拟南芥耐镉性的分析。【结果】伴矿景天基因组中共鉴定出77个SpWRKYs,非均匀地分布在各条染色体上;系统进化树分析发现,伴矿景天WRKY成员被分成3大类群(Ⅰ—Ⅲ),第Ⅱ类群又被分成5个亚群(Ⅱa—e);共线性分析发现,伴矿景天WRKY基因家族和拟南芥(Arabidopsis thaliana)之间存在7个共线基因对,和玉吊钟(Kalanchoe fedtschenkoi)之间存在53个共线基因对;SpWRKYs基因之间存在19个片段复制基因对;启动子序列分析发现,SpWRKYs启动子有多种与激素和逆境响应等相关的顺式调控元件;镉胁迫表达分析发现,7个...     

唐古特白刺NtCBL1、NtCBL2基因克隆及表达分析

【目的】唐古特白刺(Nitraria tangutorum)是土壤荒漠化和盐碱化防治的先锋植物,对高盐和干旱有极强的适应能力,植物CBL基因作为钙离子感受器,在植物逆境应答及发育过程中具有重要功能。以盐生植物唐古特白刺为材料,开展唐古特白刺CBL基因克隆及表达分析,以深入了解唐古特白刺的抗逆分子机制。【方法】根据唐古特白刺的转录组数据,设计特异性引物,克隆两个CBL基因,并对其进行生物信息学分析和亚细胞定位鉴定。使用实时荧光定量PCR技术分析盐胁迫条件下唐古特白刺CBL基在叶片中的表达模式。【结果】克隆鉴定了唐古特白刺的NtCBL1、NtCBL2基因,NtCBL1基因cDNA编码区长度为642 bp,可编码213个氨基酸,蛋白质分子质量为52.77 ku,分子式为C_{1 971}H_{3 302}N₆₄₂O₈₃₆S₁₀₆;NtCBL2基因cDNA编码区长度为681 bp,可编码226个氨基酸,蛋白质分子质量为26.10 ku,分子式为C_{1 179}H_{1 832}N₂₉₈O₃₅₆S₇。亚细胞定位预测和鉴定结果显示NtCBL1、NtCBL2蛋白均定位于细胞膜上。在胁迫、干旱迫、冷胁迫处理下,NtCBL1、NtCBL2基因均表现出不同程度的变化,而NtCBL1基因的变化更为明显,推测其在盐、干旱胁迫中发挥重要作用。【结论】从唐古特白刺中克隆出NtCBL1、NtCBL2基因,发现NtCBL1基因在盐胁迫下表达量明显上升,而NtCBL2基因变化不大。结果表明NtCBL1基因可能参与唐古特白刺的盐、干旱胁迫响应,而NtCBL2基因在冷胁迫下起一定作用。     

‘中山杉118’与落羽杉胸径生长及木材密度的比较研究

【目的】研究‘中山杉118’(Taxodium hybrid ‘Zhongshanshan 118’)和落羽杉( Taxodium distichum)的胸径生长及木材密度差异和变异规律,为‘中山杉118’、落羽杉的品种选育和木材加工利用提供科学依据。【方法】测试‘中山杉118’和落羽杉木材的生材含水率、生长轮宽度以及木材基本密度等指标,分析对比‘中山杉118’木材和落羽杉木材的差异。【结果】‘中山杉118’木材生材含水率靠近髓心心材位置平均为145.86%,心边材交界位置平均为93.69%,靠近树皮边材位置平均为199.68%;落羽杉木材生材含水率靠近髓心心材位置平均为121.32%,心边材交界位置平均为81.93%,靠近树皮边材位置平均为203.84%。‘中山杉118’在第9~14年单株之间生长差别明显拉大,前12年处于快速生长的时期;落羽杉在第7~14年单株之间生长差别明显拉大,前9年处于快速生长的时期。‘中山杉118’木材基本密度平均为0.314 g/cm³,变异幅度为0.292 ~0.346 g/cm³;落羽杉木材基本密度平均为0.332 g/cm³,变异幅度为0.292 ~0.359 g/cm³。【结论】‘中山杉118’木材平均含水率比落羽杉木材大;‘中山杉118’与落羽杉的幼龄期分别为12 a与8 a;‘中山杉118’木材基本密度随年轮的递增呈现先递增后略微减小,落羽杉木材基本密度随年轮的递增呈现径向递减;‘中山杉118’连年胸径生长与木材基本密度存在正相关,落羽杉连年胸径生长与木材基本密度呈负相关。     

转基因小黑杨根际土壤微生物群落特征研究

【目的】根际土壤细菌及真菌群落组成不仅受植物种类及植物生长时期等影响,外源基因的导入也可改变根际微生物群落组成。通过基因工程技术获得的转betA或转TaLEA基因小黑杨(populus simonii x p.nigra)能够提高甜菜碱或晚期胚胎富集蛋白的含量,进而增强转基因植物的抗旱耐盐性,PsnWRKY70是胁迫应答信号转导网络中的负调控因子,WRKY70干扰表达小黑杨的耐盐性显著高于对照株系。在明确了转betA、转TaLEA、转WRKY70小黑杨抗旱耐盐性的同时,开展转基因小黑杨根际土壤细菌、真菌群落组成分析,为其环境生态安全性评价提供参考。【方法】以2年生转TaLEA、betA、WRKY70基因小黑杨及对照野生型(WT)小黑杨根际土壤为试材,利用Illumina-Miseq高通量测序平台对根际土壤微生物进行16S rRNA和ITS测序分析,对根际土壤细菌和真菌群落丰富度和多样性变化、结构差异性、群落组成进行分析,了解转基因活动对小黑杨根际土壤微生物组成的影响。【结果】Alpha多样性分析显示,针对根际细菌群落组成,转betA小黑杨的Simpson指数显著低于WT小黑杨,而转WR...     

四个香榧品种种仁炒制加工后香气物质分析

【目的】研究不同品种焙烤榧子的香气成分及挥发性物质的变化,为寻找香榧种仁中具有特异香气的种质提供有效的研究方法。【方法】采用固相微萃取和气相色谱-质谱联用(SPME/GC-MS)技术测定品种(‘朱岩’榧、‘丁香’榧、‘木榧’和‘细榧’)榧树种仁焙烤加工后的挥发性香气物质,分析不同品种种仁加工后特征性香气成分的组分和含量,初步鉴定不同品种的主体和特征呈香物质。【结果】①4个不同品种种仁共检测出79种挥发性化合物,主要包括萜类(23种)、醇类(27种)、醛类(6种)、烷类(4种)、酯类(5种)、醚类(2种)、酮类(3种)、酸类(2种)、吡嗪类(1种)和苯类衍生物(6种)10类化合物。②除‘朱岩’榧以外其他香榧的香气物质均以萜烯类物质为主,且烯萜烯类物质中含量最高的是D-柠檬烯。③PCA分析发现‘细榧’中的主要特征性香气物质有酮类、酯类、醛类、苯类衍生物和萜烯类,‘木榧’的特征香气物质则是萜烯类和吡嗪类物质,‘丁香’榧和‘朱岩’榧的特征香气物质均为醚类和酸类物质;其中‘细榧’具有特征香气的物质有D-柠檬、糠醛、2-乙基己烯醛、葵醛、壬醛和邻苯二甲酸二异丁酯,‘朱岩’榧中具有特征性香气的物质有二氢香芹醇,‘丁香’榧中具有特征性香气的物质则为硬脂酸,‘木榧’中具有特征性香气物质有双戊烯、R-柠檬烯、衣兰油烯和α-蒎烯。【结论】具有较多的特异性香气物质种类及较高含量的香气物质是焙烤后‘细榧’具有较高香气品质的重要原因。     

完全淹水解除后‘中山杉407’生长及光合特性的恢复

【目的】明确‘中山杉407'(Taxodium ‘Zhongshanshan407')在完全淹水胁迫解除后的生长和光合特性,为三峡库区消落带等湿地生态系统恢复与构建中的植被选择提供依据。【方法】以‘中山杉407'2年生苗为试验材料,设置全淹(S)和对照(CK)2个处理,其中S处理的植株预先经过3个月的完全淹水胁迫。淹水胁迫解除后,使用LI-6400 XT气体交换系统和OS1p便携式调制荧光仪测定两处理植株的光合作用参数和叶绿素荧光参数,并于植株恢复生长10个月后,测定其生长指标。【结果】淹水阶段结束后,S组植株的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)显著高于对照(CK)组植株,而S组的水分利用效率(E_WUE)低于CK组。同时,‘中山杉407'维持一定的叶绿素荧光水平,S组和CK组的可变荧光(F_v)、PSⅡ潜在活性(F_v/F₀)、PSⅡ最大光量子产额(F_v/F_m)、实际量子产量(Ф_PSⅡ)和电子传递速率(V_ETR)均没有显著差异。经过10个月的恢复,S组‘中山杉407'的总干质量、地上部分生物量与CK组无显著差异。【结论】完全淹水胁迫解除后,‘中山杉407'能够通过合理调整生长和光合策略,表现出良好的适应性,是适宜于三峡库区消落带等淹水环境生态修复工程实践的优良树种。