拟南芥SnRK2.2/2.3激酶参与调节镉胁迫响应的机制探究

为探究拟南芥SnRK2.2和SnRK2.3基因对Cd胁迫响应的分子机制. 以野生型（WT）、双突变体SnRK2.2/2.3、过表达SnRK2.2和过表达SnRK2.3的转基因植物为材料,研究SnRK2.2和SnRK2.3基因与Cd胁迫响应的关系.发现过表达两个基因可以提高拟南芥对Cd的耐受性,表现为可以减少Cd、丙二醛（MDA）及活性氧（ROS）的累积量,增加抗氧化酶CAT、POD和SOD的活性. qRT PCR结果显示在Cd胁迫下,两种过表达植株中铁转运蛋白IRT1和转录因子FIT、bHLH038和bHLH039表达水平受到明显抑制,ABA合成相关基因AAO3和NCED3的表达量显著上调.在Cd胁迫下,两种过表达植株中ABA含量显著高于WT和双突变体. 以上结果表明：拟南芥遭受Cd胁迫时,SnRK2.2和SnRK2.3基因通过下调IRT1基因表达从而减少植物对Cd的吸收,同时通过增加内源ABA含量来缓解Cd对植物的毒害.     

非生物胁迫下小麦TaGAPCp1基因启动子的功能分析

探究质体形式的GAPCp (Plastidial glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)基因启动子响应干旱、盐和外源ABA等非生物胁迫的机理.首先从中国春小麦中克隆得到TaGAPCp1基因上游1 985 bp的核苷酸序列,经Plant CARE数据库分析表明,该启动子含有众多防御和逆境响应元件(defense and stress-responsive ele-ments,DSREs),激素响应元件(hormone-responsive elements,HREs)和光响应元件(light-responsive ele-ments,LREs).从小麦数据库下载Ta GAPCp亚家族基因启动子序列,序列对比分析表明,该亚家族成员启动子上功能元件种类相近但数量相差较大.构建含TaGAPCp1基因启动子的表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草并进行ABA (100μmol·L~(-1))、PEG8000 (20%)、Na Cl (250 mmol·L~(-1))和4℃低温处理,组织化学染色显示TaGAPCp1基因启动子能驱动GUS基因的表达但活性明显低于Ca MV35S,GUS活性分析显示TaGAPCp1基因启动子能响应非生物胁迫.通过农杆菌介导的浸花法转化拟南芥,经潮霉素和羧苄青霉素筛选及叶片PCR检测,最终获得稳定遗传的转基因拟南芥20株,并得知转基因拟南芥中的GUS基因能被干旱胁迫显著诱导表达.     

拟南芥CARK11参与ABA介导的生理功能研究

为了探究CARK11在ABA介导的生理进程中的具体作用,本研究以拟南芥哥伦比亚生态型(WT)、CARK11功能缺失突变体cark11和回补激酶丧失CARK11^N203A(com-CARK11m)以及过表达转基因株系(OE-CARK11)为研究对象,探究CARK11在种子萌发、幼苗形态构建、主根生长与干旱响应中发挥的作用.结果显示：相比WT,ABA促进了cark11和com-CARK11m的种子萌发、子叶变绿和主根伸长,而OE-CARK11被抑制. qRT-PCR检测RAB18和RD29a的表达量,发现过表达CARK11促进RAB18和RD29a表达;ABA处理后,这种促进作用更强.干旱实验发现,OE-CARK11耐旱性增加,而cark11和com-CARK11m耐旱性弱于WT.这些结果表明：CARK11作为ABA信号通路的正调控因子抑制拟南芥的种子萌发、子叶变绿和主根生长;同时在干旱胁迫中具有积极作用;另外CARK11在ABA信号途径中的功能依赖激酶活性.     

UV-B预处理对拟南芥uvr8-2突变体响应干旱胁迫的影响

以拟南芥uvr8-2突变体植株为材料,研究UV-B预处理对植株响应干旱胁迫的影响以及植物激素在此过程中的作用.实验结果表明:从形态观察到生理指标,UV-B预处理显著提高了拟南芥uvr8-2突变体的干旱适应性,与野生型Ler的结果一致;UV-B预处理显著提高了拟南芥uvr8-2突变体抗氧化酶SOD、POD、CAT活性,抗氧化酶基因POD和CAT的表达量,以及植物激素ABA、JA、SA的质量分数,降低了细胞膜受损程度.由此推测:UV-B预处理诱导uvr8-2植株的干旱适应性中存在一条不依赖于UVR8的信号转导途径,即通过增加植物逆境响应激素ABA、JA和SA的质量分数,调控抗氧化酶基因CAT和POD表达和增强抗氧化酶活性,从而缓解干旱胁迫下拟南芥的叶片萎焉、相对含水量下降等现象.     

拟南芥NCED3基因在水稻中的过量表达可以提高水稻的干旱胁迫耐受性

9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是高等植物脱落酸(ABA)生物合成途径中的关键酶,其催化的裂解反应直接生成ABA的前体物质.本文应用拟南芥rd29A诱导型启动子和35S组成型启动子成功地将AtNCED3基因在水稻中过量表达,通过耐旱性筛选实验证明转基因水稻对干旱胁迫的耐受性有了显著提高,并且该优良性状在T2代中得到稳定遗传.进一步的分析表明,过量表达AtNCED3可以促进转基因水稻种子的休眠;在含rd29A诱导型启动子的转基因水稻中检测到ABA下游基因OsBZ8的表达;推测 AtNCED3在水稻中的过量表达可能会提高水稻中内源 ABA的水平,从而提高植株的耐旱性.     

AhHDA1异源表达影响拟南芥植株干旱性

将花生组蛋白去乙酰化酶1基因(Arachis hygogaea histone deacetylase 1,AhHDA1)转化拟南芥野生型Col-0和突变体had6,对获得的纯合转基因植株进行抗旱性分析,并对ABA合成及相关响应基因表达进行检测.结果表明:AhHDA1蛋白定位于细胞核,在干旱条件下,与hda6突变体比较,p35S%HDA1/hda6拟南芥植株的叶片相对含水量降低,气孔开度增大,干旱存活率降低,基本回复了Col的表型;体内ABA合成关键酶基因At NCED3和ABA信号途径重要转录因子At ABF3基因的表达降低,但RD29A基因表达提高.而p35S%HDA1/Col较p35S%HDA1/hda6和Col的抗旱性关键生理指标降低更加显著.说明hda6突变体表型回复确实由于外源AhHDA1的表达引起的,推测AhHDA1影响植物抗旱性与ABA的合成与信号通路相关.     

油菜BnRCH基因提高转基因拟南芥的耐盐性研究

为探索本实验室从甘蓝型油菜中克隆到的BnRCH基因在植物耐盐中的作用,比较了NaCl胁迫下转基因与野生型拟南芥在萌发及幼苗生长的差异.结果表明:在100 mMNaCl处理下,BnRCH转基因拟南芥种子萌发率比野生型高3～5倍;盐胁迫后野生型拟南芥幼苗首先表现出枯萎、白化现象;除去盐胁迫后,转基因拟南芥幼苗恢复生长状况明显优于野生型.本实验结果表明BnRCH基因能够提高转基因拟南芥的耐盐性.     

AhBG1转基因拟南芥的ABA敏感性和抗旱性研究

为探究花生基因AhBG1对拟南芥ABA敏感性和抗旱性的影响,以过表达AhBG1拟南芥为材料,检测其ABA敏感性及脱水处理下ABA质量分数、叶片失水率、干旱存活率及ABA稳态相关基因表达变化. 结果表明:AhBG1是编码花生β-葡萄糖苷酶的家族成员,定位于细胞质;与野生型相比,AhBG1过表达拟南芥植株在干旱条件下体内ABA水平提高,干旱存活率增加,增强有关生物合成途径和信号转导途径相关基因上调,抑制氧化代谢途径相关基因表达. AhBG1蛋白可能催化ABA-GE形成ABA,提高植物体内ABA的质量分数,通过影响ABA稳态相关基因的表达从而提高植物的抗旱性.     

拟南芥器官大小调控基因AtKIX8启动子的克隆和表达分析

为研究拟南芥器官大小调控基因AtKIX8的表达模式,以期进一步研究其功能机制,克隆了该基因启动子序列,获取了启动子-GUS转基因报告植株.利用GUS组织化学染色检测了该启动子作用位置,利用荧光定量PCR分析了启动子对外源激素及冷胁迫的响应.结果表明该启动子诱导GUS基因在幼苗茎尖分生区,成株茎、叶主脉中特异性表达,生长素和低温处理显著提高GUS基因的表达量.说明拟南芥AtKIX8基因启动子具备组织特异性表达模式,且能受到外源生长素和低温的诱导.     

拟南芥糖基转移酶基因UGT71C5启动子的克隆和功能分析

通过PCR扩增,从拟南芥中克隆到长度为903 bp的UGT71C5基因启动子,并构建了此种启动子与GUS嵌合的重组载体,通过农杆菌介导法转化拟南芥,得到转基因拟南芥,并且通过启动子分析软件对全序列进行分析,发现在该段序列中含有典型的TATA-box、CAAT-box和光应答元件GT1、干旱应答元件ERD等一些顺式作用元件.利用分光光度法测定转基因植株在光照、干旱和ABA等胁迫处理下的GUS酶活力,结果表明：转基因植株的GUS酶活力介于野生型和35S阳性对照之间,与正常条件下生长的转基因植物相比,光照处理     

拟南芥At5g66070基因在ABA处理下的初步研究

本研究以拟南芥为实验材料,探索基因At5g66070在植物激素ABA处理条件下的相关生理功能.结果表明,在10μMABA处理下,该基因的表达量明显升高,表明该基因受到ABA的诱导.亚细胞定位发现AT5G66070定位在细胞核.通过DNA及RNA水平筛选鉴定At5g66070基因T-DNA插入纯合突变体,然后经根瘤农杆菌介导法进行遗传转化,筛选获得过表达转基因株系.表型分析发现经ABA处理后,突变体相对于野生型而言根长较短,表明突变体对ABA更为敏感.气孔关闭实验发现10μM ABA能诱导突变体气孔关闭,而野生型和过表达无显著影响.以上结果表明At5g66070在拟南芥的ABA胁迫响应中起负调控作用.     

拟南芥CARK5激酶响应脱落酸信号的研究

为了研究拟南芥脱落酸（Abscisic acid，ABA）受体的翻译后修饰，本研究以能够磷酸化ABA受体的激酶CARK5作为研究对象，通过构建了转基因株系来检测CARK5在ABA信号途径中的功能.结果显示： CARK5能够促进ABA介导的抑制种子萌发、幼苗的形态建成以及主根的生长，但是过表达激酶失活型CARK5m（CARK5N250A）则跟突变体cark5表型类似.拟南芥中过表达CARK5增强植株抗旱性；ABA处理后，ABA响应标记基因RAB18表达量增加.这些结果说明，CARK5通过可以磷酸化ABA受体，正调控ABA信号通路.     

不同外源物质喷施对干旱胁迫下‘云麻1号’苗期生理的影响

为了探明不同外源物质处理对干旱胁迫下工业大麻苗期的影响.研究以‘云麻1号’为试验材料,通过盆栽控水法模拟干旱胁迫,研究不同质量浓度(200、500、800 mg/L和1 200 mg/L)的Vc、甜菜碱、CaCl2和赤霉素喷施处理下对工业大麻苗期抗旱的生理效应.结果表明:与对照相比,干旱胁迫处理使‘云麻1号’苗期的叶绿素、脯氨酸和可溶性糖的含量降低,使SOD和POD酶活性也降低.外源物质Vc、甜菜碱、CaCl2和赤霉素处理均可提高大麻苗的叶绿素、脯氨酸和可溶性糖的含量,同时也提高SOD和POD酶活性,从而在一定程度上缓解干旱胁迫对幼苗的伤害.根据隶属函数评价结果得出,‘云麻1号’分别在喷施500 mg/L Vc和CaCl2时生理抗旱特性较好,在喷施200 mg/L甜菜碱和赤霉素时缓解效果也较理想. 4种外源物质缓解效果依次为VcCaCl2赤霉素甜菜碱.研究结果揭示了干旱胁迫下大麻幼苗对外源物质喷施的生理响应,为外源物质处理提高工业大麻抗旱性的研究提供参考依据.     

CaCl_2对NaCl胁迫下酸枣幼苗内源激素含量的影响

本文以酸枣幼苗为试验材料,研究了NaCl胁迫下外源CaCl_2对酸枣幼苗4种内源激素(ABA、GA_3、IAA、ZT)含量的影响。结果表明:在NaCl胁迫下,5、10、20 mmol/L CaCl_2处理降低酸枣幼苗叶中ABA含量,增加GA_3、IAA、ZT的含量和IAA/ABA、GA_3/ABA、ZT/ABA的比值; 5、10、20 mmol/L CaCl_2处理可以降低酸枣幼苗根中ABA含量,增加GA_3、IAA的含量和IAA/ABA、GA_3/ABA的比值,5、10、20 mmol/L CaCl_2处理下根中ZT含量在12 h以后小于对照,20 mmol/L CaCl_2处理下根中ZT/ABA的比值在48 h以后小于对照;适当浓度(5～10mmol/L) CaCl_2能减缓NaCl胁迫对幼苗造成的伤害,提高酸枣幼苗对NaCl胁迫的适应能力。     

干旱胁迫下甘蓝型油菜相关抗旱基因的表达分析

以抗旱性较强的甘蓝型油菜Holiday为材料,在开花初期对油菜进行干旱胁迫处理,采用RT-qPCR技术分析ABA2、BnSOS2、BnCS、CAM、CBF4、PIP1这6个油菜抗旱相关基因在干旱胁迫第1天、3天、5天、7天在根、茎、叶、花和青荚中的表达量.结果表明,干旱胁迫下,6个抗旱相关基因在油菜的不同器官中均出现了上调表达;在不同干旱胁迫下,各基因表达量呈现不同的变化趋势;在相同的器官中,各基因的表达量存在明显的不同,累积表达量表现为根中ABA2最大、CBF4最小,茎中CAM最大、CBF4最小,叶中PIP1最大、ABA2最小,花中CBF4最大、BnSOS2最小,青荚中BnCS最大,CBF4最小.说明植物在受到干旱胁迫时,不同的抗旱途径对干旱胁迫的响应程度是不同的;不同器官中各抗旱相关基因与胁迫时间的相关性分析表明,CAM基因在茎中的表达量、CBF4基因在花中的表达量与胁迫时间呈显著正相关.     

拟南芥锌指结构域ABRv1基因的功能研究

为了分析拟南芥脱落酸响应蛋白RING-V1基因(ABRv1)的功能,构建了高表达载体pBI121-ABRv1,经农杆菌转化,花序浸染后得到T0代转基因种子,并经卡那霉素板筛选得到转基因苗,再经过两代的筛选获取了纯合的高表达株系ABRv1.通过DNA及RNA水平鉴定了ABRv1基因的T-DNA插入突变体abrv1.对突变体、高表达转基因株系及野生型进行ABA诱导处理,突变体的萌发率不足10%,野生型萌发率为40%,而过表达株系萌发率为67%;突变体株系气孔几乎全部关闭,过表达株系气孔关闭不明显,大小是突变体株系的2~3倍.结果表明ABRv1基因在拟南芥的ABA信号应答响应中可能起负调控作用.     

丙酮酸转运体AtMPC3介导植物干旱胁迫响应机理研究

在干旱胁迫下,植物通过自身复杂而有效的应对机制减少水分散失,其中关闭植物气孔降低蒸腾作用是一个重要环节。脱落酸(ABA)是植物响应干旱胁迫产生的可以诱导气孔关闭、减少水分散失的重要植物激素。丙酮酸是光合作用糖酵解的产物,需要借助线粒体丙酮酸转运体(MPCs)进入线粒体中进行后续物质和能量代谢。本研究发现拟南芥线粒体丙酮酸转运体AtMPC3参与介导植物干旱胁迫响应,在外源施加ABA条件下,AtMPC3基因缺失突变体的气孔较野生型开度更小,植物失水率更低,表现出更强的抗旱能力。结果说明AtMPC3在脱落酸促进植物气孔关闭及干旱应答过程中的重要作用,对于提高植物抗旱能力以及作物产量提升具有潜在应用价值及重要意义。     

AtVDAC2参与拟南芥盐胁迫信号应答过程

为了探索VDAC在盐胁迫信号传递途径中可能的传递关系,以AtVDAC2转基因拟南芥过量表达和抑制表达株系为材料,初步探索盐胁迫过程中该基因参与信号传递的方式.实验分析了NaCl处理对种子萌发的影响、Ca²⁺对NaCl胁迫下种子萌发的影响,以及NaCl对气孔运动的影响和盐胁迫相关基因的表达水平.实验结果指出,AtVDAC2基因表达水平变化影响了拟南芥对NaCl的敏感性:高表达的AtVDAC2使得拟南芥种子对NaCl敏感性提高,种子萌发率降低,气孔关闭较快;而低表达的AtVDAC2使得拟南芥对NaCl敏感性降低,种子萌发率高,气孔不易关闭.在NaCl胁迫下添加Ca²⁺,提高了敏感株系种子的萌发率,因而推测Ca²⁺帮助AtVDAC2转基因拟南芥过量表达株系平衡下游的胁迫应答.用实时荧光定量PCR检测盐胁迫应答相关基因SOS1,SOS2的表达水平,发现AtVDAC2的高表达引起了下游应答基因SOS1,SOS2表达水平的相应提高;相反AtVDAC2的抑制表达则导致SOS1,SOS2表达水平下降.由此说明,AtVDAC2参与了拟南芥盐胁迫应答过程.     

外源独脚金内酯缓解小麦干旱胁迫的机制研究

干旱已成为小麦生长发育、产量与品质最重要的限制因素之一.为探究独脚金内酯(SLs)对小麦幼苗干旱胁迫的缓解效应,笔者以20％PEG-6000作为中度干旱胁迫处理水培的小麦品种百农207,以0.8μmol·L-1人工合成的独脚金内酯类似物GR24(rac-GR24)进行灌根处理,对干旱胁迫下小麦幼苗的长势、叶片相对含水量、叶绿素含量、抗氧化系统和渗透调节物质,以及SLs信号转导和脱落酸(ABA)等激素相关基因表达谱进行分析.研究结果表明,GR24能有效缓解干旱胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用,与干旱胁迫相比,GR24处理后干物质含量增加了40.9％,总叶绿素含量和PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm分别提高了23.6％ 和84.3％,脯氨酸含量降低了41.7％,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别增加了8.4％,6.2％,12.6％,还原型谷胱甘肽(GS H)的含量和还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽(GS H/GSSG)比值分别提高了43.9％ 和84.2％,活性氧水平显著降低,过氧化氢(H2 O2)和丙二醛(MDA)含量分别降低了26.3％ 和31.6％,根部SLs信号转导基因TaD14,TaMA X2,TaD53的表达量显著上调了18.4％,23.5％,12.3％,叶片ABA合成基因TaNCED1的表达量显著上调了12.5％,而ABA分解基因TaHYD1的表达量显著下调.因此,独脚金内酯提高了干旱胁迫下叶绿素含量和光合效率,增强了叶片的抗氧化能力,促进了SLs信号转导和ABA积累,从而促进了小麦幼苗的生长,有效提高了小麦幼苗的抗旱性.上述结果可为进一步研究SLs调控小麦耐旱胁迫的分子机制奠定基础.     

马铃薯乙醇酸氧化酶StGLO1对模拟水分胁迫的响应

为了解乙醇酸氧化酶在调控植物生长代谢及生物与非生物胁迫过程中发挥的作用。本研究以‘青薯9号’马铃薯为材料克隆乙醇酸氧化酶基因StGLO1,构建过表达载体并转化烟草,观察在干旱胁迫处理下转基因烟草和野生型烟草的长势,并测定了叶片中的游离脯氨酸、CAT、POD的含量以及转基因根茎叶中StGLO1基因的表达量变化,验证过表达StGLO1烟草在干旱胁迫下的响应。结果表明:StGLO1(GenBank登录号XM_006348318.2)基因CDS为1 116 bp,编码371个氨基酸;干旱胁迫下,转StGLO1基因烟草的生长优于野生型,转基因烟草StGLO1基因的表达量在叶片中最高;转基因烟草中的游离脯氨酸、CAT、POD的含量高于野生型,达到差异显著水平(P0.05)。该结果为进一步研究马铃薯干旱胁迫响应机制有一定参考价值,也丰富了马铃薯抗旱育种的基因资源。