盐胁迫下拟南芥去乙酰化酶调控下游基因表达的转录组分析

胁迫是指植物持续地暴露在环境的刺激下,有能力建立保护和适应的机制。组蛋白的去乙酰化作为一种表观遗传现象,在植物适应环境中发挥了重要的作用。为了探究高盐胁迫下,组蛋白的去乙酰化酶在植物抵御和适应高盐胁迫中的作用,本研究以拟南芥野生型WT和四突（h2tq,HD2四个基因的突变体）为材料,采用RNA-seq技术和生物信息学方法,对生长10d的幼苗在高盐（150 mM NaCl）处理前和后进行比较转录组分析,并结合实时荧光定量PCR验证转录组数据的可靠性。结果显示：在高盐处理前WT和hd2q共有25个差异基因,其中上调基因2个,下调基因23个。在高盐处理后,WT和hd2q共有1407个差异基因,其中上调基因772个,下调基因635个。GO和KEGG分析显示,对照的差异基因主要富集在胞外区域和响应脱落酸上,盐处理的差异基因主要富集在胞外区域和细胞壁上。植物响应盐胁迫是一个涉及不同交叉途径的复杂过程,这些结果可为研究表观遗传在盐胁迫逆境下的刺激响应提供一定参考意义。     

HD2基因调控拟南芥下胚轴发育的功能研究

为探究组蛋白去乙酰化酶HD2基因在拟南芥下胚轴发育中的调控作用,本研究采用野生型（Col-0）、HD2突变体以及过表达植株为材料,研究其在1/2MS以及1/2MS+100 mmol/L甘露醇培养中下胚轴的表型特征,并结合转录组测序数据进一步分析. 实验结果显示,四种过表达株系下胚轴长度较Col-0长,伸长百分比为7.1%～19.5%,差异显著;甘露醇处理后,过表达植株下胚轴较Col-0更长,伸长百分比为14.6%～32.8%,差异更加显著,缩短幅度也更小. hd2a/hd2b和hd2a/hd2c双基因突变体植株在有无甘露醇时,下胚轴长度均显著短于Col-0,但干旱胁迫后变短幅度无明显增加. 转录组数据揭示,HD2基因调控光合系统响应基因影响植株暗形态建成反应,从而影响下胚轴发育. 甘露醇处理后,HD2基因诱导产生非生物刺激响应因子,帮助下胚轴抵抗不良环境. 综上所述,HD2基因在拟南芥下胚轴发育中承担重要调控作用.     

小拟南芥激素相关基因及GH3.6的克隆与表达

植物激素是植物体内产生的一些微量的、能调节自身生理过程的有机化合物,生长素是一种重要的植物激素,在植物生长发育的过程中起着重要作用。为了探索激素相关基因在短命植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)逆境适应过程中的作用,本研究基于小拟南芥响应高盐胁迫叶片转录组数据库,首先筛选出2156个激素相关基因,包括生长素、脱落酸、乙烯、水杨酸、茉莉酸、油菜素内酯、细胞分裂素及赤霉素相关的基因,其中生长素和脱落酸相关基因所占比例最多并且多为上调表达。进一步通过分层聚类(H-Cluster),K均值聚类(K-means Cluster)和密度聚类(SOM Cluster)分析持续上调的基因,发现一个编码吲哚乙酸酰胺合成酶的基因GRETCHEN HAGEN 3. 6(GH3. 6)在高盐胁迫过程中明显上调表达。采用RT-PCR克隆小拟南芥Ap GH3. 6基因,其开放阅读框长为1839 bp,编码612个氨基酸。系统进化分析表明,Ap GH3. 6与山"菜(Eutrema salsugineum) GH3. 6进化关系最近,属于同一进化分支。转录组数据分析表明在250 m M Na Cl下,Ap GH3. 6持续上调表达;实时荧光定量PCR分析表明Ap GH3. 6在小拟南芥各个组织中均有表达,但在花中表达量最高;高盐胁迫表达分析表明,随着胁迫时间增加,Ap GH3. 6表达量不断升高。为了进一步研究该基因的功能,构建了植物过量表达载体35S∶Ap GH3. 6并转化农杆菌GV3101。本研究为深入分析激素相关基因在小拟南芥响应盐胁迫中的功能机制奠定了基础。     

激发子诱导拟南芥悬浮细胞的脱敏性反应

通过真空转化法获得转重组水母发光蛋白基因(aeq)的拟南芥.利用这一转基因拟南芥研究植物对两种不同来源激发子---来源于植物细胞壁的寡聚半乳糖醛酸(OGA)与来源于真菌细胞壁的二十五肽激发子(Pep-25)的反应.OGA与Pep-25都可以诱导拟南芥悬浮细胞的过敏性反应,包括[Ca 2+ ] cyto 的升高,H 2 O 2 的产生与胞外介质的碱化.但是拟南芥在用OGA或Pep-25预处理以后,再用OGA或Pep-25处理时所产生的过敏性反应强度明显低于未经OGA或Pep-25预处理而直接用OGA或Pep-25处理的拟南芥悬浮细胞所产生的反应,即发生了同源或异源脱敏性反应.OGA与Pep-25诱导pal与gst的转录也有同源与异源脱敏性反应现象.推测是OGA和Pep-25诱导产生的胞内Ca 2+ 和H 2 O 2 作为第二信使诱导抗性相关基因的转录,OGA和Pep-25诱导[Ca 2+ ] cyto 的变化和H 2 O 2 产生的同源与异源脱敏现象以及OGA和Pep-25诱导pal与gst转录方面表现的同源与异源脱敏现象可能是相关的.     

小拟南芥转运蛋白基因及NHX2基因的克隆与表达

转运蛋白(transport protein)是膜蛋白的一大类,介导生物膜内外的化学物质及信号的交换。植物体内存在多个与Na~+转运相关的蛋白,其中液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白(Vacuolar Na~+/H~+antiporter,NHX)在离子稳态和提高植物耐盐性方面发挥着重要作用。为了深入了解转运蛋白基因在短命植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)耐盐方面的作用,本研究首先基于小拟南芥响应高盐胁迫叶片转录组数据筛选出1157个转运蛋白基因,按功能分为Na~+转运蛋白,K~+转运蛋白,Ca~(2+)转运蛋白,ABC转运蛋白以及糖转运蛋白等,其中功能注释为Na~+转运蛋白的基因有24个。K均值(K-means)聚类分析结果显示,1157个转运蛋白基因分布于20个K subcluster,其中在K6、K9、K15子聚类中的基因数量分布较多,分别为172、193、190个。在分布于K6子聚类的Na~+转运蛋白基因中,有一个编码NHX2蛋白的基因经盐胁迫处理后明显上调表达。采用RT-PCR克隆了Ap NHX2基因,Ap NHX2开放阅读框1626 bp,编码541个氨基酸。Ap NHX2蛋白是一个典型的跨膜转运蛋白,具有12个跨膜结构区。系统进化分析表明Ap NHX2与拟南芥At NHX2亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析显示,Ap NHX2基因在小拟南芥各组织中均有表达,但在花中表达量最高。为进一步研究该基因的功能,构建了过量表达载体35S∶Ap NHX2并转化农杆菌GV3101。本研究为进一步阐述转运蛋白基因在小拟南芥响应盐胁迫中的功能机制奠定了基础。     

新疆无苞芥OpNAC083基因的克隆与表达分析

本研究通过对新疆耐逆植物无苞芥幼苗c DNA文库的随机克隆测序分析,获得1条与拟南芥NAC转录因子基因At NAC083高度相似的EST序列(Gen Bank登录号为JZ151841),该序列包含1个723 bp最大开放阅读框(ORF),推测编码240个氨基酸。根据该ORF序列设计引物,利用RT-PCR技术从无苞芥叶片的c DNA中克隆了该基因,命名为Op NAC083。比对分析结果表明在其N端具有一段No apical meristem(NAM)保守结构域;该蛋白的二级结构包含33个α-螺旋和11个β-转角。系统进化树分析结果表明,Op NAC083编码产物与拟南芥At NAC083和琴叶拟南芥ANAC083进化关系较近,属于同一进化分支。实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析基因表达结果显示,Op NAC083在无苞芥的不同组织中都有表达,在叶中表达量最高;高盐胁迫处理2 h、ABA处理6 h明显诱导该基因的表达,但PEG-6000和4℃胁迫却抑制该基因的表达。这表明Op NAC083在无苞芥应对盐和ABA胁迫中可能起着重要作用。     

拟南芥中与ABA信号途径相关的两个同源未知基因的研究

本研究主要在实验室前期筛选出的两个编码同源未知基因AB(AB025622)和AC(AC023628)所构建的拟南芥过量表达和抑制表达转基因植株基础上对转AB基因拟南芥的生理性状进行初步分析以及在转录水平上分AB、AC和ABI1、ABI2在ABA影响下其表达情况.研究证明AB基因的过量表达导致植株对ABA不敏感,失水率增加,而AB的抑制表达导致植株对ABA敏感,降低了植株的失水率.初步证实AB参与ABA信号传导.此外,通过RNA的半定量分析可知在转录水平上AB、AC和ABI1、ABI2的表达量都受ABA诱导变化,证明ABA对野生型拟南芥植株生理性状的影响与控制AB、AC和ABI1、ABI2内源表达量有密切联系.     

调控桃树抗旱反应的转录因子PpDREB1的克隆及功能鉴定

通过酵母单杂交技术从桃树中分离到转录因子PpDREB1,GenBank注册号为EF635424.PpDREB1编码蛋白含有一个高度保守的AP2/EREBP 结构域,一个核定位信号和一个激活域,属于AP2/EREBP类家族转录因子的新成员.Northern杂交分析表明,PpDREB1在桃树根、茎和叶中都表达,同时,PpDREB1表达被ABA和干旱诱导,PpDREB1 mRNA累积速度较快,高盐和低温也能诱导PpDREB1高效表达.PpDREB1编码蛋白能激活报告基因LacZ的表达,具有明显的转录激活能力.这些结果表明,PpDREB1参与了非生物胁迫的信号转导途径.另外,将PpDREB1基因构建到pCAMBIA1304表达载体CaMV35S启动子下游,通过农杆菌介导转化法将其转入野生型拟南芥细胞中,转基因拟南芥抗旱性增强.     

水稻组蛋白脱乙酰化酶HD2 HDACs蛋白质的生物信息学分析

HD2 HDACs家族成员是植物特异性的组蛋白脱乙酰化酶并参与基因的转录调控.本研究利用生物信息学方法对水稻组蛋白脱乙酰化酶HD2 HDACs家族成员(HDT701、HDT702、HDT2201和HDT2202)的生物学功能进行研究.结果表明,HD2 HDACs家族成员位于不同的染色体上,分布于细胞的不同部位;它们编码的蛋白均含有依赖于cAMP-和cGMP的蛋白激酶、蛋白激酶C、酪蛋白激酶II与酰胺化4个相同的位点;它们均无跨膜区,都为不稳定的亲水性蛋白质,都无信号肽.多序列比对发现粳稻与籼稻HD2 HDACs的同源性非常高;水稻HD2 HDACs蛋白质的结构域比较特殊;这些蛋白可能参与植物的基因复制、信号传导、转录过程和免疫应答等过程.