干旱高盐及低温诱导的植物蛋白激酶基因

干旱、高盐和低温是严重影响作物生长发育及产量的３种不同形式的环境胁迫因子,它们都影响细胞的水分状态,使植物缺水遭受危害。最近从模式植物菌芥中克隆了一些同时受干旱、高盐及低温诱导的蛋白激酶编码基因,分别编码受体蛋白激酶、促分裂原活化蛋白激酶、核糖体蛋白激酶以及转录调控蛋白激酶。     

DREB转录因子在提高植物抗逆性中的作用

拟南芥ｒｄ２９Ａ基因编码一种与ＬＥＡ蛋白相似的亲水性很强的蛋白,该基因的表达受干旱、高盐及低温的诱导、ｒｄ２９Ａ基因启动子区域中的有两个与上述环境胁迫应答有关的ＤＲＥ顺式作用元件,利用ｒｄ２９Ａ基因启动子的ＤＲＥ顺式作用元件和酵母Ｏｎｅ－Ｈｙｂｒｉｄ方法,两类与ＤＲＥ元件特异结合,在低温或干旱、调卤胁迫条件下调控报道基因表达的南芥ＤＲＥＢ转录因子被克隆及鉴定,分别定名为ＤＲＥＢ１Ａ￣Ｃ和ＤＲＥＢ２     

液泡定位的β-葡萄糖苷酶增强拟南芥的耐旱性

植物激素脱落酸(abscisic acid, ABA)在植物生长发育及适应多种胁迫环境过程中发挥重要作用, 植物在应对这些不断变化的生理需求及环境条件时细胞内ABA 水平也发生相应的变化. 迄今为止, 人们还未完全了解植物体内ABA 水平的精细调控机制. 本文中, 我们的研究表明拟南芥中β-葡萄糖苷酶家族成员之一BGLU10 参与了植物的耐旱性反应. T-DNA 插入纯合突变体bglu10 表现出干旱敏感的表型, 包括快速的水分丧失, 叶片表面温度较野生型低,ABA 含量、β-葡萄糖苷酶活性及ABA 和干旱响应基因的表达量均低于野生型. 与bglu10 突变体相比, BGLU10 的超表达转基因植物比野生型耐旱性更强, 表现为较低的失水速率, 较野生型更高的ABA 含量、β-葡萄糖苷酶活性及ABA 和干旱响应基因的表达水平. 拟南芥叶肉细胞原生质体瞬时表达结果证明BGLU10 蛋白定位于液泡中. 另外, BGLU10 基因在植物多种组织中均有表达, 且受多种非生物胁迫诱导表达, 这些结果暗示了BGLU10 可能在多种胁迫条件下水解ABA-葡萄糖苷(ABA-GE)释放自由ABA, 参与植物对这些胁迫的应答反应.     

水稻油体钙蛋白家族的进化及对干旱胁迫的响应性分析

油体钙蛋白不仅参与了油体的形成, 而且可能与植物耐受干旱胁迫有关. 目前对水稻中的油体钙蛋白的功能了解很少. 本文通过对水稻基因组数据库的序列搜索, 确定了水稻油体钙蛋白基因家族的6 个成员. 通过对这些基因的序列、结构和染色体位置分析, 表明水稻油体钙蛋白基因家族的扩增可能与片段复制和串联重复有关. 通过对这些基因与其他物种中的油体钙蛋白基因的系统进化分析及功能比较分析, 揭示了拟南芥和水稻中功能可能对应的成员. 为了确定与干旱胁迫响应相关的油体钙蛋白基因, 通过荧光定量PCR 检测了水稻油体钙蛋白家族在根、叶、花中的表达, 以及在这些组织中响应干旱胁迫的表达情况, 发现有3个基因成员在不同组织中受干旱胁迫的诱导, 为进一步对它们展开功能分析奠定了基础.     

干旱胁迫下植物体内活性氧的作用机制

环境胁迫是农业生产中面临的主要问题之一,其中干旱胁迫对植物的生长发育、农作物减产及环境恶化具有重要影响.面对自然环境危害,植物在形态学、生理学、生物化学、细胞和分子水平等方面已进化形成了一系列的适应性,如植物的避逆性、耐逆性及抗逆性等.因此,了解干旱胁迫对植物的影响以及植物对干旱信号的感知、传递和应答对解决和提高作物产量具有重要的意义.活性氧(ROS)作为植物有氧代谢的副产物,在植物的生长发育过程中发挥着双重的调节作用.正常环境条件下,植物细胞中ROS的产生和清除处于动态平衡,当植物遭遇干旱胁迫刺激后这种平衡被破坏,导致植物体内ROS的产生和代谢发生紊乱, ROS介导的氧化应激能够引起生物膜过氧化、细胞核受损、光合作用受阻、呼吸作用异常等多种有害的细胞学效应.另外, ROS作为重要的信号分子,与其他信号分子,如CaM, G蛋白, MAKP, miRNA及NO之间相互作用共同构成植物体庞大而复杂的信号网络,在植物的生长发育、生理生化反应、细胞程序性死亡(PCD)、激素代谢以及生物胁迫和非生物胁迫应答等方面起着重要的调控作用.此外,植物为防止ROS的过度积累导致的氧化应激对细胞造成氧化损伤,植物细胞已经进化出多种抗氧化机制,如酶促系统和非酶促系统,以清除ROS过度积累所带来的毒害.本文综述了干旱胁迫对植物生长发育、形态结构和生理生化等方面的影响以及植物对干旱胁迫应答之间的相互关系,系统地介绍了干旱胁迫下ROS的类型、产生部位及作用机制,讨论了ROS作为第二信使与其他信号分子之间可能存在的信号网络,旨在进一步为植物体内ROS的作用机制以及如何提高植物抗逆性研究提供理论依据.     

应用cDNA-AFLP比较干旱胁迫条件下水稻和旱稻转录本表达谱

很多年来, 水稻生长在有充足水分供应的稻田中, 而旱稻生长在自然雨水供给的土壤中, 这种长期生存环境的差别造成了旱稻比水稻抗旱. 为了阐明水稻和旱稻干旱抗性的差异调控机制, 应用cDNA-AFLP技术调查了干旱胁迫条件下水稻和旱稻中全基因组的转录本调控. 结果表明, 90%以上的基因在两种稻作基因型中不受干旱胁迫的影响, 多于8%的基因在二者中受干旱胁迫调控, 少于1%的基因在水稻或旱稻中特异表达; 57个基因在旱稻中特异表达, 38个在水稻中特异表达. 旱稻特异表达基因包括可能在干旱抗性中起作用的细胞挽救和防御基因、信号转导分子、生长发育必需的核苷酸和氨基酸生物合成基因以及生长发育调控基因. 而水稻特异表达基因与蛋白质和核苷酸降解有关. 一些基因在旱稻中被较早上调, 而且旱稻中的下调基因也比水稻中下调早, 这表明同水稻相比更迅速的调控机制引起了旱稻对干旱胁迫较早的应答. 旱稻中上调基因的表达水平高于水稻. 水稻和旱稻之间基因表达的差异可能是干旱胁迫条件下旱稻比水稻具有更强的调控能力, 更强的干旱抗性, 更好的生长势的分子机制.     

13个水稻WRKY基因的克隆及其表达谱分析

转录调控因子WRKY蛋白拥有高度保守的氨基酸序列WRKYGQK和Cys₂His₂或Cys₂HisCys锌指型结构. 利用WRKY蛋白质的保守结构域, 搜索了整个水稻基因组编码WRKY蛋白质的基因, 鉴定了97个WRKY基因, 并从4℃胁迫的水稻植株cDNA文库中获得13个WRKY基因全长cDNA克隆. Northern blotting分析结果显示, 其中10个WRKY基因的表达受到NaCl, PEG, 低温(4℃)和高温(42℃)等4种非生物逆境因子胁迫的影响, 但其诱导表达模式不论在逆境因子种类还是在诱导时间上均存在着很大的差异, 这种基因诱导表达模式的差异可能体现于它们之间的生物学功能的差异.     

黑麦和水稻脯氨酸合成酶基因片段的克隆及其对受体菌的影响

生物有很多机制以适应渗透胁迫(干旱或高盐)。通常,渗透调节剂是一类有机小分子。从细菌,藻类、甲壳动物乃至高等植物,对渗透胁迫的反应往往是在体内累积一定量的脯氨酸,使细胞质的渗透压强度与环境维持平衡。因此,脯氨酸合成酶基因的表达调控可能与调渗作用有一定关系.我们用营养缺陷互补的方法,以pAT153 DNA为载体,脯氨酸缺陷菌E.Coli HB101(recA pro leu     

拟南芥QRAP2基因的克隆、表达、DNA结合能力及体外转录活性分析

通过对拟南芥ATH1基因芯片数据的分析, 从拟南芥中鉴定到一个受干旱胁迫高水平诱导的cDNA片段, 并用RACE方法获得了其全长cDNA. PCR及定量实时PCR分析表明, 该基因在经干旱、紫外线照射、脱落酸、高盐以及水杨酸等胁迫条件处理后表达量均有显著提高, 特别是干旱处理后短时间内表达量迅速提高, 3 h后即提高到对照样品的430多倍. 通过多序列比对和系统进化分析, 我们将该基因归于DREB亚家族. 由于该基因编码蛋白含有典型的AP2/EREBP DNA结合结构域, 并在N端有一段富含谷氨酰氨残基的区域, 所以将它命名为QRAP2 (Glutamine-rich AP2). 凝胶阻滞实验结果显示, QRAP2蛋白能够特异结合DRE顺式元件序列但不能与mDRE和GCC等非相关元件结合. 酵母单杂交实验表明, QRAP2蛋白全长序列或其N端112个氨基酸与GAL4 DNA结合结构域形成的融合蛋白表现出转录激活功能, 而其C端135个氨基酸与GAL4 DNA结合结构域的融合蛋白则没有表现出转录激活活性. 现有资料的分析表明, QRAP2是AP2/EREBP转录因子家族的新成员, 可能在干旱胁迫条件下参与激活相关下游基因的表达.     

ATHK1位于过氧化氢下游并通过调节钙通道介导保卫细胞ABA信号转导

植物通过不断进化增强对环境中水分缺乏的抵抗能力.脱落酸在植物干旱和渗透胁迫反应中起到重要的作用.组氨酸激酶也被认为是作为感受子和调节子对水分亏缺作出反应.本研究结果显示,组氨酸激酶1介入了拟南芥脱落酸诱导的气孔信号转导,该酶此前被认为是一种渗透调节因子.ATHK1基因缺失突变体不能表现保卫细胞中正常的脱落酸反应,包括气孔关闭、过氧化氢产生以及钙内流.膜片钳及激光共聚焦结果显示,ATHK1在脱落酸诱导的气孔关闭过程中可能位于过氧化氢下游,并通过调节钙通道和保卫细胞钙震荡来起作用.     

利用RNA干扰技术敲减rlpk2基因的表达可以延缓大豆叶片衰老

叶片衰老是受细胞内部遗传程序控制的、植物叶片发育过程的最后一个阶段, 对启动和调控这一过程的分子机制及衰老信号的传递途径的研究具有重要意义. 从人工诱导衰老的大豆叶片中克隆到一个新的LRR型类受体蛋白激酶基因rlpk2 (GenBank登录号: AY687391), 无论在前期人工诱导衰老系统还是叶片自然发育过程中, 该基因在大豆叶片中的表达水平都表现出明显的衰老上调趋势. 利用RNA干扰技术(RNA interference, RNAi)“敲减”(knock-down)该基因的表达, 可以明显延缓转基因大豆叶片无论自然发育还是营养缺乏胁迫引起的衰老进程, 转基因植株叶片具有比较致密的表面结构及较高的叶绿素含量.     

褐飞虱诱导的水稻RH3基因的克隆及其表达特性

组蛋白H3基因的表达与个体发育、细胞组织特异性以及胁迫反应等相关. 在褐飞虱取食后的水稻cDNA差减文库中筛选到编码水稻组蛋白H3(RH3)的EST(GenBank登录号: BU572343), 以该EST为探针, 从褐飞虱取食后的水稻cDNA文库中分离到RH3基因的全长cDNA. 该基因编码一个含136个氨基酸残基的H3蛋白, 与以前克隆出的一种抗病相关蛋白基因(GenBank登录号: AF467728)只有1个碱基的差异, 蛋白质的氨基酸序列第126位上由赖氨酸取代了天冬氨酸. 应用Northern blot技术, 研究了褐飞虱取食后不同时间段水稻RH3基因的表达水平, 同时分析了植物激素、干旱、盐胁迫及机械损伤等因素对其转录水平的影响. 结果表明, 褐飞虱取食8 h后RH3基因表达开始增强, 96 h后达到峰值. 干旱处理和稻瘟病菌接种能诱导RH3基因的表达增强, 而脱落酸处理则对该基因的表达起负调控作用. 利用RNA原位杂交技术, 对接种褐飞虱48 h后水稻的茎叶切片进行了RH3 mRNA的原位定位. 结果显示, 在褐飞虱取食后, RH3基因的转录本在维管束及短细胞中的积累尤其明显. 水稻组蛋白H3基因的表达与水稻对褐飞虱的应激反应相关.     

菠菜甜菜碱醛脱氢酶基因全序列分析

在干旱和盐碱环境下,许多高等植物细胞中积累甜菜碱。一般认为甜菜碱是一种无毒渗透保护剂,它的积累使植物细胞在渗透胁迫下仍能维持正常功能。最近通过对玉米甜菜碱醛脱氢酶近等基因系的研究,为甜菜碱的这一重要生理功能提供了直接的证据。甜菜碱是由胆碱经过两步氧化反应生成。催化这两步氧化反应的酶分别是胆碱单氧化物酶(CMO)和甜菜碱醛脱氢酶(BADH,EC1,2,1,8),从菠菜、甜菜、山菠菜、大麦和高梁中克隆了BADH cDNA,但BADH基因组序列尚未见报道。现已证明BADH mRNA的合成是受盐诱导的。为进一步研究BADH基因的结构特性和表达调控,本文构建了菠菜的基因组文库,克隆并分析了BADH基因全序列及5′端上游调控区序列。     

中国野生拟南芥居群冷胁迫下的表达谱变异

利用Affymetrix的拟南芥全基因组ATH1芯片, 以拟南芥Col生态型作为参照, 分析了5个中国拟南芥野生居群在冷胁迫处理下转录水平的差异. 在正常生长条件下, 2.26% (513个基因, 江西九江居群JXjjx)至6.52% (1482个基因, 重庆铜梁居群CQtlx)的基因表达量超过对照Col生态型2倍以上. 在冷胁迫下, 12.84% (2920, 陕西城固居群SXcgx)至19.46% (4426, 新疆青河居群XJqhx)的基因表达水平相差两倍以上. 总体来说, 大部分上调基因可能对植物在低温下生存十分重要, 如MAPKs, CBFs, COR基因以及提高冷耐受性小分子合成与积累的基因等. 然而, 每一个野生居群在冷胁迫下都有其特异诱导表达的基因. 数据显示, 一些冷胁迫响应基因在处于不同气候条件下的野生居群间发生了分化. CBF3是一个冷胁迫应答途径的关键转录因子, 其基因在居群间存在显著的表达差异. 序列分析表明, 主要是在调控区的变化导致了表达模式的显著变化. 进一步对不同居群间基因表达差异与冷耐受性的相关性研究, 将为揭示中国野生拟南芥适应本地环境的分子机制提供证据.     

利用EST及生物信息学方法挖掘马铃薯中miRNA及其靶基因

microRNA (miRNA)是一类调控真核基因转录后表达的非编码小分子RNA. 大量研究表明, miRNA在调节生物功能方面起着重要的作用. 目前发现miRNA的主要方法有直接克隆法和基于生物信息学的基因搜索和同源搜索. 由于真核生物组织中有些miRNA的丰度较低, 而且其表达具有组织和时序特异性, 采用直接克隆法发现新的miRNA有时较为困难. 采用生物信息学方法寻找未知miRNA是当前发现和鉴定miRNA的重要策略之一. 本研究联合了几种生物信息学方法预测了马铃薯(Solanum tuberosum)中miRNA及其靶基因. 通过把拟南芥、水稻等植物已知的miRNAs与马铃薯EST数据库进行比对搜索, 筛选出候选的miRNA. 之后, 设置一系列严格的筛选标准, 分析候选miRNA序列特征, 包括碱基错配、二级结构、(A+U)含量、能量水平等. 最后, 从上述候选库中筛选出了22个miRNA. 进一步利用新鉴定的miRNA序列, 预测到43个靶基因. 分析结果表明, 上述大多数靶基因编码的产物为转录因子及重要代谢酶类, 它们调控着植物的生长发育, 信号转导及各种胁迫反应.     

褐飞虱诱导的水稻RH3基因的克隆及其表达特性

组蛋白H3基因的表达与个体发育、细胞组织特异性以及胁迫反应等相关. 在褐飞虱取食后的水稻cDNA差减文库中筛选到编码水稻组蛋白H3(RH3)的EST(GenBank登录号: BU572343), 以该EST为探针, 从褐飞虱取食后的水稻cDNA文库中分离到RH3基因的全长cDNA. 该基因编码一个含136个氨基酸残基的H3蛋白, 与以前克隆出的一种抗病相关蛋白基因(GenBank登录号: AF467728)只有1个碱基的差异, 蛋白质的氨基酸序列第126位上由赖氨酸取代了天冬氨酸. 应用Northern blot技术, 研究了褐飞虱取食后不同时间段水稻RH3基因的表达水平, 同时分析了植物激素、干旱、盐胁迫及机械损伤等因素对其转录水平的影响. 结果表明, 褐飞虱取食8 h后RH3基因表达开始增强, 96 h后达到峰值. 干旱处理和稻瘟病菌接种能诱导RH3基因的表达增强, 而脱落酸处理则对该基因的表达起负调控作用. 利用RNA原位杂交技术, 对接种褐飞虱48 h后水稻的茎叶切片进行了RH3 mRNA的原位定位. 结果显示, 在褐飞虱取食后, RH3基因的转录本在维管束及短细胞中的积累尤其明显. 水稻组蛋白H3基因的表达与水稻对褐飞虱的应激反应相关.     

信号转导与细胞癌变

细胞内存在两类调节细胞生长的基因-生长促进基因（即原癌基因或细胞癌基因）和生长抑制基因（抗癌基因和诱导终端分化基因），这些基因编码生长因子（或其受体）、蛋白激酶、某些酶类、鸟苷酸结合蛋白（G蛋白）、转录调节因子以及其他在信号转导中起重要作用的蛋白组分，这些基因的突变或表达异常导致其编码蛋白（癌蛋白、抗癌蛋白）数量或功能异常，引起细胞生长调控紊乱，无限生长、增殖，最终导致细胞癌变，因此，研究认号转导机制对于阐明细胞癌变的化学本质具有重要意义。     

植物果糖激酶研究进展

植物糖代谢是植物科学研究领域的前沿和热点.果糖是植物糖代谢的重要参与者,果糖磷酸化则是果糖进入代谢途径的第一道生化反应.植物果糖激酶是果糖磷酸化的高效酶,调节细胞中的果糖浓度以及有机碳在细胞中的分配及流向,在调控植物生长发育、代谢和响应环境胁迫中发挥了非常重要的作用.近年来,有关植物果糖激酶的研究越来越多,其参与生理和代谢功能的重要性也逐渐凸显,但果糖激酶参与调控的生理代谢功能和分子机制仍有待进一步深入研究.为系统地总结植物果糖激酶的特点及其在生命活动中的重要功能,本文综述了果糖激酶在调控植物生长发育、响应逆境胁迫、光合作用及代谢通路中的重要作用,并提出了今后的研究趋势,以期为植物果糖激酶研究提供参考.     

生物信息方法预测高粱miRNA及其靶基因

miRNAs是新发现的一类长约21个碱基对的非编码RNAs. 它们在转录后基因调控中起着重要作用. 它们的靶目标涉及许多生物进程, 如发育、新陈代谢、胁迫应答等. 尽管已经有大量物种的miRNAs报道, 然而关于高粱miRNAs的相关报道却十分有限. 本研究通过基于基因组勘测序列(GSS)的同源序列搜索和miRNAs的二级结构分析, 总共发现17条新的miRNAs. 它们不均等的分布于11个miRNAs家族中. 一些miRNAs的基因存在多位点并且不仅仅存在于单一基因位点上. 大多数miRNAs存在同一生物界的保守性, 但是我们发现, 高粱sbi-miR127和sbi-miR466分别表现出与人类(H. sapiens)和家鼠(M. musculus)具有高度序列相似性. 通过靶基因预测软件MiRU对miRNAs的分析表明, 它们可能调节64种靶基因, 其中多数涉及RNA加工、新陈代谢、细胞周期、蛋白质降解、胁迫应答及转录. 在11个miRNAs家族中至少有7个miRNAs的靶目标是NADPH-细胞色素p450还原酶、核苷二磷酸激酶、超氧化物歧化酶等一些在新陈代谢和胁迫应答中必要的蛋白, 说明miRNAs在这些过程中起着十分重要的作用.     

粳稻云引稻瘟病抗性近等基因系与免疫应答相关的LRR-RLKs差异基因分析

在广谱抗稻瘟病品种云引与普感稻瘟病品种丽江新团黑谷(Lijiangxintuanheigu, LTH)构建的近等基因系抗、感病子代基因组重测序的差异基因中,从与免疫应答(immune response)相关的分类单元里得到8个基因序列有差异的基因.它们都为编码富含亮氨酸重复序列的类受体蛋白激酶基因,并聚集于11号染色体的邻近位置,且与已知的白叶枯病抗性基因Xa21具有一定同源性.为进一步探究这些类受体蛋白激酶类基因在稻瘟病抗性中可能发挥的功能,我们分析了这些基因的结构、进化及抗感子代间的序列差异类型,同时还分别采用离体和喷雾接菌的方式对云引和LTH进行稻瘟病接种并取样.通过实时荧光定量PCR(quantitative real time polymerase chain reaction,q RT-PCR)发现,部分基因能受到稻瘟病菌的诱导,推测它们可能在水稻对抗稻瘟病病菌中发挥一定作用,为进一步挖掘稻瘟病相关抗性基因奠定基础.