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。     

刚毛柽柳ThPCS1基因克隆与镉胁迫应答分析

【目的】探究刚毛柽柳(Tamarix hispida)植物络合素合酶(phytochelatin synthase,PCS)基因ThPCS1的镉胁迫应答功能。【方法】通过逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)对刚毛柽柳ThPCS1基因进行克隆;通过BioEdit、MEGA 5.0等软件对ThPCS1蛋白进行生物信息学分析;通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析镉(Cd)胁迫条件下ThPCS1基因在柽柳根和叶中的表达水平;构建pROKII-ThPCS1过表达载体,通过瞬时侵染技术获得转ThPCS1基因柽柳,分析比较转基因和对照柽柳Cd胁迫应答相关生理指标和生理染色情况。【结果】从刚毛柽柳转录组数据中分离出ThPCS1基因的全长转录组序列,预测该基因的开放阅读框为1 581 bp,编码526个氨基酸,编码蛋白质的分子质量为130.75 ku,理论等电点pI为5.0。保守结构域的多重比对分析结果均显示ThPCS1蛋白在N端具有PCS结构域。RT-qPCR结果显示在镉胁迫条件下,ThPCS1基因在柽柳根中被诱导表达,且呈现出组织特异性的表达模式。对镉胁迫处理后的刚毛柽柳ThPCS1转基因植株和对照植株相关生理指标进行测定,结果显示,同对照植株相比,转基因植株的活性氧和镉离子含量降低,细胞膜损伤减小。【结论】刚毛柽柳ThPCS1基因在根中的表达明显受到镉胁迫诱导,可能参与了刚毛柽柳对镉胁迫的应答。本研究初步证明刚毛柽柳ThPCS1基因可能提高了转基因植物的耐镉能力,是一个耐镉分子育种的候选基因。     

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BpMYB21基因的克隆及其表达模式分析

【目的】研究了白桦(Betula platyphylla Suk.)MYB基因功能,分析其在茉莉酸(MeJA)和水杨酸(SA)诱导下的表达特性。【方法】以白桦为试材,通过RT-PCR等方法克隆得到1条白桦MYB转录因子家族基因序列,运用生物信息学方法,分析其蛋白质性质和亲缘关系,通过实时荧光定量PCR分析MeJA和SA诱导处理下该基因的表达特性及组织特异性。【结果】获得了1条新的白桦MYB转录因子家族基因,命名为BpMYB21,包含完整的开放阅读框,长度为1 014 bp,编码337个氨基酸。BpMYB 21蛋白与其他植物MYB氨基酸同源性为51%～64%,其中与胡桃(Juglans regia)MYB30-Like的亲缘关系最近。BpMYB21 在白桦根、茎、叶中均有表达,且在叶中的表达量高于茎和根,但差异不显著; 与对照相比,100 μmol/L MeJA和50 mg/L SA分别处理白桦苗6 h时,BpMYB21在茎和叶中的表达较高,处理12～48 h逐渐降低。【结论】BpMYB21为MYB转录因子家族新成员,与胡桃MYB基因亲缘关系较近。该基因响应激素诱导,推测其可能在白桦生长发育及在次生代谢过程发挥重要作用。     

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。     

氰丙氨酸合酶在乙烯诱导杨树耐盐中的作用

【目的】探讨木本植物线粒体β-氰丙氨酸合成酶在乙烯诱导的交替呼吸氧化酶(AOX)途径对盐胁迫响应中的作用。【方法】选取盐胁迫下‘南林895’杨叶片,利用HPLC测定氨基环丙烷羧酸(ACC,乙烯前体)含量,实时荧光定量PCR分析基因表达,比色法测定半胱氨酸水平。【结果】盐胁迫使杨树幼苗叶片ACC积累,乙烯合成相关酶(ACS7和ACO3)、氰丙氨酸合酶(CYS C1),以及腈水解酶(NIT4)等基因显著上调表达,同时伴随着线粒体交替呼吸氧化酶(AOX1b)基因的上调和细胞色素c氧化酶(COX6b)基因下调表达。水杨基氧肟酸(SHAM)预处理导致AOX1b基因表达被抑制,电解质渗透率(EL)和丙二醛(MDA)含量上升,但不影响CYS C1表达。而乙烯合成抑制剂氨基氧乙酸(AOA)了抑制CYS C1和盐胁迫诱导的AOX1b基因的表达,并增加EL和MDA含量。此外,AOA恢复盐胁迫减少的半胱氨酸含量,而SHAM和抗霉素A(AA)均无此效应。【结论】杨树叶片CYS C1参与了乙烯激发的耐盐响应,但乙烯诱导的交替呼吸氧化酶(AOX)并未位于CYS C1上游而发挥作用。     

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。     

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。     

3个白桦细胞色素P450基因生物信息学及表达分析

【目的】研究白桦细胞色素P450基因表达的组织特异性,以及在茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)、赤霉素(GA₃)、脱落酸(ABA)、乙烯利和伤害处理下的基因表达模式。【方法】筛选白桦转录组,获得3个BpCYP450 基因,分别命名为BpCYP4、BpCYP5、 BpCYP14,利用生物信息学分析BpCYP450蛋白的分子结构特征及其与其他物种CYP450蛋白的亲缘关系。采用QRT-PCR技术,对白桦BpCYP450组织特异性、激素信号及伤害诱导下的表达特征进行分析。【结果】生物信息学结果表明BpCYP4、BpCYP5、BpCYP14 cDNA序列长度分别为1 569、1 584和1 530 bp,具有完整的开放阅读框(ORF),分别编码522、527和509个氨基酸,均为亲水性跨膜蛋白,主要定位于叶绿体。白桦BpCYP450与百脉根、扁豆及豌豆等豆科植物CYP450蛋白亲缘性较高。组织特异性分析结果显示,3个BpCYP450 基因在叶和根中表达较高,茎中较低。激素信号及伤害诱导结果表明,3个BpCYP450基因不同程度地响应MeJA、SA、GA₃、ABA、乙烯利激素信号及伤害诱导。【结论】3个BpCYP450基因均为CYP450基因家族的新成员,具有组织特异性及激素诱导表达特性,可能在白桦生长发育、抵御胁迫及代谢物合成中发挥重要作用。     

白桦BpTCPs基因家族生物信息学及时空表达分析

【目的】通过研究白桦TCP转录因子的序列特征及其在不同时期组织中的表达规律,为揭示BpTCPs 在白桦生长发育中的作用提供证据。【方法】依据白桦45个转录组测序结果,共获得 15 条TCPs 基因。利用生物信息学方法对TCPs基因进行了全面分析,采用实时荧光定量PCR技术分析基因在不同组织中的表达模式。【结果】生物信息学分析发现,15 条 BpTCPs均含有 1 个高度保守的bHLH结构域,系统进化分析发现 15条白桦TCP分属于TCP 蛋白的两大类; qRT-PCR分析结果显示,自5月到 9月的生长阶段中,顶芽中 BpTCPs 的表达水平呈现不同程度升高的变化趋势; 茎中BpTCP3在整个生长季上调表达; BpTCP4、BpTCP10及BpTCP7、BpTCP8分别在越冬后的雌花及雄花中上调表达。【结论】明确了BpTCPs基因的功能及揭示其参与调控植物生长的分子机制奠定基础。     

白桦转BpGH3.5基因叶片早衰突变株的光合特性及生长分析

【目的】植物叶片早衰将影响作物产量和品质,研究叶片早衰机制对于培育耐早衰优良品种具有重要意义。【方法】以转BpGH3.5基因的白桦叶片早衰突变株(G4)、非转基因白桦(WT)及叶片正常的转基因白桦(G21)等为材料,测定其叶绿素含量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)等光合指标,测定苗高的时序变化规律。【结果】叶片早衰突变影响了叶片叶绿素的合成及积累,突变株的叶绿素相对含量(SPAD)均值为36.08,相对两个对照株系分别下降7.34%、7.48%。叶片早衰突变影响了白桦光合呼吸作用。突变株的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率分别为WT野生株系的67.54%、64.44%、64.93%,胞间CO₂浓度达到234.33 μmol/mol,显著高于G21对照株系( P<0.05)。突变株的当年高生长显著低于WT、G21 两个对照株系,当年高生长分别是WT、G21 两个对照株系的68.9%、85.0%。利用Logistic方程对3个参试株系当年苗高生长量的变化过程进行了拟合,其系数均高于0.98,同时,通过Logistic方程计算的生长参数揭示了早衰突变株高生长较两个对照株系低的原因是速生期苗高平均生长量(GR)、苗高日生长量的平均值(GD)等生长参数较低。【结论】转BpGH3.5基因的白桦发生了叶片早衰现象,使叶绿素提前降解,影响了光合呼吸作用,进而影响了苗高生长。     

赤霉素对盆栽白桦无性系早期生长及结实的影响

【目的】种子园种子产量低以及丰歉年周期性结实问题一直是白桦等林木良种生产的瓶颈。开展赤霉素处理对白桦生长及结实影响的研究,筛选最佳激素处理方案进而提高其生长量及结实量,对于白桦良种生产及推广具有重要意义。【方法】以1个白桦无性系为研究对象,分别用质量浓度0、0.2、0.4、0.6 g/L的GA₃和GA₄₊₇处理,连续试验3 a,第2年调查其高生长节律,第4年调查各处理下的树高、胸径及结实量。【结果】树高、胸径及结实量等性状的方差分析显示,不同浓度的GA₃和GA₄₊₇ 处理下,树高及结实量性状的差异均达到极显著水平(P<0.01)。GA₃和GA₄₊₇均能促进白桦生长及结实量,其中GA₄₊₇的效果更好,综合生长及结实性状确定处理的最佳质量浓度为0.4 g/L,该处理下高生长较对照提高了13.69%,单株果序数、单株果序鲜质量、单株种子干质量较对照分别提高了203.6%、186.8%、187.2%。白桦无性系在各浓度赤霉素处理下树高生长符合“S”形曲线模型, 各处理下拟合的Logistic方程系数均高于0.99。根据白桦树高生长模型参数可知,赤霉素促进白桦生长量的增加主要是延长了速生期的生长时间所致。【结论】GA₄₊₇和GA₃均促进白桦生长及结实,GA₄₊₇较GA₃效果好;确定0.4 g/L的GA₄₊₇是促进白桦结实的最适激素处理。     

彩叶桦‘紫霞1号’新品种

【目的】 培育适合北方寒冷地区栽培的彩叶桦,满足园林绿化对彩叶树种的需要。【方法】 以引种的紫雨桦(Betula pendula ‘Purple Rain’)为母本,东北地区广泛分布的白桦(B. platyphylla SUK.)为父本,通过杂交、群体及个体选择等育种技术获得了耐寒性较强的 ‘紫霞1号’彩叶桦新品种。【结果】 该品种树干灰白色,枝条红褐色,叶为紫色,叶色为其主要观赏特性。但叶色随着季节变化而略有改变,春季新生叶全部为紫色,夏季老叶呈紫绿色,新叶为紫色,秋末随着温度降低,叶片呈深紫粉色。【结论】 ‘紫霞1号’适宜栽培区域为黑龙江、吉林、辽宁省,宜在微酸性至中性壤土栽植。     

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...     

松材线虫性别决定基因Bx-sex-1表达特征和生物学功能分析

【目的】揭示松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)性别决定基因Bx-sex-1的表达特征和生物学功能。【方法】通过Mega 6中的Jones-Taylor-Thornton (JTT)模型,采用邻接法(neighbor joining,NJ)对Bx-sex-1和其他线虫的氨基酸序列进行系统发育构建。采用同步培养的方法分别收集不同龄期的松材线虫并提取总RNA,反转录获得cDNA并采用实时荧光定量PCR (qRT-PCR) 的方法,研究Bx-sex-1在松材线虫不同发育阶段的相对表达量。同时采用qRT-PCR并通过绝对定量法分析Bx-sex-1基因在雌虫和雄虫基因组的拷贝数。采用dsRNA浸泡法对目的基因进行干扰,观察松材线虫后代卵的孵化率和雌雄比的变化。【结果】系统进化树显示松材线虫Bx-sex-1和其他两个植物寄生线虫成为一支,与自由生线虫和寄生动物线虫分别进化为不同的分支。松材线虫Bx-sex-1在不同发育阶段相对表达量有差异,在卵期相对表达量最高,而在2龄幼虫时期最低,从2龄幼虫时期到成虫时期相对表达量逐渐升高。qRT-PCR结果显示Bx-sex-1基因在雌虫和雄虫基因组中均为单拷贝。Bx-sex-1被干扰后,卵的孵化率下降,雌雄比降低。【结论】松材线虫Bx-sex-1基因在卵的发育过程和性别决定中可能具有重要作用。     

吡咯伯克霍尔德氏菌JK-SH007多聚半乳糖醛酸酶基因的克隆及表达分析

【目的】克隆吡咯伯克霍尔德氏菌JK-SH007(Burkholderia pyrrocinia JK-SH007)多聚半乳糖醛酸酶基因(BpPG),并阐明BpPG基因在B. pyrrocinia JK-SH007定殖中的生物学功能。【方法】通过设计特异性引物(PG-F、PG-F)克隆BpPG基因,并对其全长基因进行生物信息学分析; 采用MEGA 5.0软件进行系统发育树分析; 将B. pyrrocinia JK-SH007接种杨树,利用实时荧光定量PCR方法,分析BpPG基因在B. pyrrocinia JK-SH007定殖过程中的差异表达。【结果】BpPG基因全长2 001 bp,编码666个氨基酸,预测蛋白质分子量69.23 ku,理论等电点为8.37; BpPG蛋白有6个蛋白质结合位点,属于Glycosyl hydrolases family 28家族,为亲水性蛋白,不具有信号肽。二级结构主要包括α-螺旋、β折叠、延伸链和无规则卷曲,三级结构预测结果与二级结构相符。系统进化分析表明,BpPG与PG(GenBank 序列号WP 034181566.1)具有同源性。实时荧光定量PCR结果显示B. pyrrocinia JK-SH007定殖过程中,不同时期的BpPG基因表达量存在差异。【结论】克隆得到BpPG基因,BpPG基因在进化上是保守的,其极有可能在B. pyrrocinia JK-SH007定殖过程中发挥作用。