利用转录组测序分析大豆矮小突变体中差异表达基因

植株高度是影响农作物产量的重要性状,本实验以大豆矮小突变体为研究材料,发现GA3处理可以部分恢复其矮化表型。为了探究其至矮的分子机制,运用RNA-Seq技术测序分析了野生型和突变体的转录组差异,结果表明有多个与植物激素相关的基因差异表达,其中Glyma19g01590与植物激素GA调节有关,生物信息学分析表明差异表达基因Glyma19g01590的开放阅读框有594 bp,推测编码198个氨基酸,该蛋白具有GASA(Gibberellic Acid-Stimulated in Arabidopsis)保守区域,GASA保守区域与GA调节有关。半定量RT-PCR实验表明Glyma19g01590在突变体中的表达水平明显高于野生型,qRT-PCR实验表明Glyma19g01590在突变体的表达量大约是是野生型的24倍。根据以上结果推测Glyma19g01590基因是导致大豆矮小表型的因素之一。     

棉花DELLA蛋白GhGAI2b基因的克隆和功能初步分析

DELLA蛋白是赤霉素信号途径的负调节因子,在棉花纤维发育中有着重要作用。本研究采用同源克隆方法,从棉花中克隆DELLA蛋白Gh GAI2b基因,构建p BP35S:Gh GAI2b和p BP35S:Ghgai2b植物过表达载体,通过农杆菌介导的滴花法转化Col野生型拟南芥。结果表明,棉花DELLA蛋白Gh GAI2b包含了DELLA蛋白家族中所有的典型保守区域;转基因拟南芥表现出莲座叶半径变短,植株矮化,花序紧凑,花器官发育迟缓等生长发育受抑制表型。说明棉花DELLA蛋白Gh GAI2b基因可能参与GA信号途径抑制植物生长发育。     

棉花GhGAI1基因克隆及其功能的初步分析

DELLA蛋白是赤霉素信号通路中重要的蛋白质作用因子,负调节植物体中赤霉素的水平,同时受到生长素、脱落酸和乙烯的共同调节。根据已知的生物信息数据,本研究克隆了棉花GhGAl1基因,序列分析表明它编码DELLA蛋白。构建GFP与GhGAl1融合蛋白重组质粒,利用根癌农杆菌介导的花浸泡转基因方法转化拟南芥columbia生态型植株,进行过量表达实验。结果表明,GFP—GhGAl1融合蛋白定位于细胞核并且在施加赤霉素后迅速降解,表明该基因编码蛋白参与赤霉素信号通路。     

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.     

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。     

盐胁迫下盐芥和拟南芥内源激素质量分数变化的研究

采用酶联免疫吸附(ELISA)法测定了盐胁迫下盐芥(Thellungiella halophila)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶片中生长素(IAA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(ZR)和脱落酸(ABA)等4种内源激素的质量分数,分析了2种植物的4种内源激素在盐胁迫下的响应特征.结果表明:48 h盐胁迫下拟南芥中的ABA质量分数增加2～2.7倍,是主要的胁迫响应激素;盐芥中呈积累增加的是IAA、ZR、GA,皆为促进生长的激素.说明盐胁迫下2种植物的激素应答方式不同.     

拟南芥雄性不育突变体nps的基因定位

nps是经EMS诱变筛选得到的一拟南芥雄性不育突变体．通过背景纯化与遗传分析，发现nps突变体是受隐性单基因控制．形态学观察表明，突变体的花缺失花瓣和雄蕊，主要由两轮萼片和一轮肥大的雌蕊组成．利用图位克隆的方法对不育基因NPs进行了定位，结果表明NPS位于第五条染色体上分子标记F15L12和MHJ24之间1378kb的区间内．数据库预测该区间内包含10个与花发育ABC模型相关的基因，因此，对NPS基因的研究有助于深入了解拟南芥的花发育过程与花器官形成．     

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.     

拟南芥PP2A B′调节亚基β亚型抗体的制备及鉴定

拟南芥中,蛋白磷酸酶2A(PP2A)B′调节亚基有9个亚型,其中α亚型和β亚型是油菜素内酯(BR)信号通路的正调节子,它们能使转录因子BZR1脱磷酸化.选择β亚型特异的一段多肽P109,利用大肠杆菌表达系统表达并纯化了连有HIS标签和GST标签的融合蛋白HIS-P109和GST-P109.以HIS-P109作为抗原,免疫新西兰兔,获得抗体,然后用GST-P109对抗体进行了亲和纯化.利用此纯化的抗体在不同的拟南芥材料中免疫印迹检测β亚型蛋白的表达,证实制备的抗体能与拟南芥PP2AB′调节亚基β亚型特异性反应,为深入研究PP2A在BR信号转导途径中的功能提供了有力工具.     

拟南芥CARK家族响应脱落酸信号的研究

植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物应对生物和非生物胁迫中起着重要作用.本研究利用以carks单基因突变体为亲本,构建双重突变体来检测CARKs在ABA信号途径中的功能.然后,分析多重突变体在ABA处理下,种子萌发率和子叶变绿的响应.结果显示:单基因突变体和双重变体与野生型相比,萌发率更高,双重突变体的子叶绿芽率高于单基因突变体.以上结果表明,CARKs家族基因在ABA信号途径中起正调控作用,而且它们的功能是冗余的.     

拟南芥AtGluRS相互作用蛋白质VDAC及其转基因植物表型分析

电压依赖性阴离子通道蛋白质(voltage-dependent anion channel,VDAC)是拟南芥谷氨酰tRNA合成酶(AtGluRS)相互作用的蛋白质．为了研究VDAC蛋白的功能和作用,通过构建VDAC稳定表达载体,农杆菌介导的方法转化拟南芥,筛选和鉴定出VDAC过量和抑制表达植株．研究结果证实VDAC的过量和抑制表达植株影响气孔关闭和种子萌发．VDAC的过量表达导致植株对ABA敏感,VDAC的抑制表达降低了植株对ABA的敏感性．推测VDAC蛋白可能参与ABA信号途径．     

拟南芥AtERF1蛋白的原核可溶性表达及多克隆抗体的制备

转录因子AtERF1属于ERF/AP2家族的B3亚家族,参与植物的防卫反应.根据密码子简并原理,用基因全合成的方法合成了满足大肠杆菌密码子嗜好的编码拟南芥AtERF1蛋白的碱基序列,并将其克隆到原核表达载体pET-29b.将表达载体AtERF1-pET-29b转入大肠杆菌BL21(DE3),用IPTG成功诱导表达了分子量约30kD的AtERF1蛋白,该蛋白主要以可溶性蛋白的形式存在.以该蛋白为抗原免疫家兔,制备出的多克隆抗体经免疫双扩散测定效价达1∶16,Western blot检测表明该抗血清与AtERF1蛋白识别良好.AtERF1抗体的制备为进一步从生化水平上研究AtERF1的功能奠定了良好基础.     

DELLA基因家族在被子植物中的系统演化关系

基于被子植物各主要分支代表类群的DELLA氨基酸序列，开展它们在被子植物中演化关系的系统发育分析.DELLA基因家族在双子叶植物早期演化阶段经历了一次复制事件，形成2大分支，每支都包含相应的蔷薇类和菊类；单子叶植物没有经历早期的复制事件，所有的DELLA基因聚在一起形成单一的支系.另外，证实了在被子植物的双子叶植物中存在第3个DELLA基因支系.     

AtOSAK1在植物氧化胁迫响应中的功能研究

植物类蛋白激酶ABC1家族(Activity of bc1 complex)在植物生长发育及响应非生物胁迫中扮演着重要的作用.该课题组克隆并研究了ABC1家族中一个的基因At OSAK1.半定量RT-PCR检测及启动子驱动GUS报告基因分析的结果显示,At OSAK1基因的表达无组织特异性,且受甲基紫精(MV)的诱导表达.At OSAK1-GFP亚细胞定位显示,At OSAK1蛋白定位在叶绿体中.不同浓度MV处理条件下,过表达At OSAK1植株的种子萌发率和存活率比野生型(Col-0)和突变体osak1高.这些研究表明,At OSAK1基因参与了抗氧化胁迫的响应.     

Roles of a sustained activation of NCED3 and the synergistic regulation of ABA biosynthesis and catabolism in ABA signal production in Arabidopsis

ABA, acting as a stress signal, plays crucial roles in plant resistance to water stress. Because ABA signal production is based on ABA biosynthesis, the regulation of NCED, a key enzyme in the ABA biosynthesis pathway, is normally thought of as the sole factor controlling ABA signal production. Here we demonstrate that ABA catabolism in combination with a synergistic regulation of ABA biosynthesis plays a crucial role in governing ABA signal production. Water stress induced a significant accumulation of ABA, which exhibited different patterns in detached and attached leaves. ABA catabolism followed a temporal trend of exponential decay for both basic and stress ABA, and there was little difference in the catabolic half-lives of basic ABA and stress ABA. Thus, the absolute rate of ABA catabolism, i.e. the amount of ABA catabolized per unit time, increases with increased ABA accumulation. From the dynamic processes of ABA biosynthesis and catabolism, it can be inferred that stress ABA accumulation may be governed by a synergistic regulation of all the steps in the ABA biosynthesis pathway. Moreover, to maintain an elevated level of stress ABA sustained activation of NCED3 should be required. This inference was supported by further findings that the genes encoding major enzymes in the ABA biosynthesis pathway, e.g. NCED3, AAO3 and ABA3 were all activated by water stress, and with ABA accumulation progressing, the expressions of NCED3, AAO3 and ABA3 remained activated. Data on ABA catabolism and gene expression jointly indicate that ABA signal production is controlled by a sustained activation of NCED3 and the synergistic regulation of ABA biosynthesis and catabolism.     

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.