番茄红素ε-环化酶调节烟草抗旱性的研究

类胡萝卜素是一类重要的天然色素,在植物生长发育和抵御逆境的过程中起着重要作用.番茄红素ε-环化酶是类胡萝卜素合成的关键酶,催化番茄红素向α类胡萝卜素的转化.本文以烟草为材料,通过转基因手段分别获得了烟草Ntε-LCY基因的过量表达和基因沉默株系.表型分析结果显示:与野生型植株相比,Ntε-LCY过量表达植株的抗旱能力显著降低,而Ntε-LCY表达沉默株系的抗旱能力明显增强.生理指标测定结果显示:Ntε-LCY过量表达植株叶片的失水效率、活性氧(ROS)含量显著高于野生型植株,而Ntε-LCY沉默株系的生理指标值明显低于野生型植株.这些生理指标值的改变趋势与植株ABA含量的变化趋势相反,表明Ntε-LCY基因可能通过调控ABA含量,影响植株的失水效率和ROS累积,进而调控植物的抗旱性.     

过量表达SlOPA3-like基因对烟草叶片叶绿体发育的影响

3型视神经萎缩蛋白(Optic atrophy type 3,OPA3)普遍存在于真菌、植物和动物中,但它在植物中的功能尚不清楚。本研究构建了番茄OPA3-like (SlOPA3L)基因的过表达载体35S∶∶SlOPA3L并遗传转化烟草。与野生型烟草叶片相比,过量表达SlOPA3L基因的转基因烟草的子叶呈花叶状、部分组织失绿,转基因烟草的少数早期真叶呈花叶表型,随着叶片发育后又逐渐恢复正常。转基因烟草的叶片细胞表型分析表明:真叶花叶的叶片的海绵组织和栅栏组织发育受到显著的影响。这些结果表明:Sl OPA3L基因可能影植物叶片细胞的分裂和参与植物叶片发育早期的叶绿体形成。     

基于Gene-Deletor系统的安全复合性状转基因烟草研究

本研究利用农杆菌介导法将带有水稻花粉特异启动子籼稻花粉过敏原基因(OSIPA)启动子驱动的Gene-Deletor外源基因清除系统,水稻Os GA3ox2(D18)启动子驱动水稻Os GA2ox1基因,玉米Ubiquitin启动子驱动BAR::GUS融合基因为筛选标记基因以及水稻Actin1启动子驱动驱动抗虫Cry1Ab基因复合性状植物表达载体p GM626-D18-Os GA2ox1遗传转化三星烟草。通过GUS组织化学染色及PCR分子鉴定,获得了43株转基因烟草植株。结果表明,水稻OsGA2ox1基因在烟草中表达能降低转基因烟草植株高度,但不影响植株生殖生长。转基因烟草对烟草斜纹夜蛾幼虫具有抗性,可抑制烟草斜纹夜蛾幼虫的取食与发育。以50 mg/L的除草剂Basta处理野生型和转基因烟草离体叶片,发现BAR基因提高了烟草抗除草剂的能力。对12株转基因烟草T0代花粉外源基因清除效率进行研究,发现部分烟草株系外源基因清除可达到100%,其他未完全清除外源基因株系的清除效率介于42.84%~99.97%之间。     

盐胁迫对黄花补血草幼苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响

以盐生植物黄花补血草幼苗为供试材料,研究了不同浓度NaCl(0,25,50,100,150mmol·L~(-1))胁迫下叶片抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环中抗氧化物质含量和抗氧化酶活性的变化.结果显示:150mmol·L~(-1) NaCl处理诱导幼苗叶片AsA和总抗坏血酸含量增加;所有盐浓度诱导脱氢抗坏血酸(DHA)含量、GSH/氧化型谷胱甘肽(GSSG)比值升高,谷胱甘肽还原酶(GR)、抗坏血酸酶(AAO)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性增强,而AsA/DHA比值、GSSG含量和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性降低.此外,低浓度盐胁迫下幼苗叶片GSH含量升高,而高浓度盐处理诱导叶片GSH含量降低.表明盐胁迫下黄花补血草幼苗叶片提高了非酶抗氧化物质含量和抗氧化酶活性,增强了幼苗清除活性氧的能力,增强了对盐胁迫的耐受能力.     

新疆小拟南芥烯醛双键还原酶基因对转基因烟草耐盐性的影响

为了研究前期从新疆小拟南芥中克隆的编码烯醛双键还原酶(alkenal reductase)Ap AER基因的功能,本研究构建了带有花椰菜花叶病毒(Ca MV)的35S启动子的植物过表达载体35S:Ap AER,并转化至农杆菌GV3101中,采用叶盘法转化烟草获得了转35S:Ap AER基因的烟草。用250 mmol/L的Na Cl溶液分别胁迫转基因和野生型烟草2和4 d,并测定了脯氨酸(Proline)和丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)及过量化物酶(POD)酶活力等生理指标。结果表明:高盐胁迫下14 d,转基因烟草的长势明显优于野生型烟草,转基因烟草普遍植株较高、叶片大、叶色深;转基因烟草的Proline含量、CAT及POD酶活力均高于对照,而反映质膜受损情况的MDA含量显著低于对照。表明过表达Ap AER基因,能提高转基因植株清除醛自由基的能力、提高脯氨酸等渗透调节物质的含量及相关还原酶活性,从而显著提高转基因烟草的耐盐性。     

外源苯丙烯酸对黄瓜叶片弱光胁迫下抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统的影响

以"津春4号"黄瓜品种为材料,研究外源苯丙烯酸对弱光下黄瓜幼苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽(ASA-GSH)循环中抗氧化酶活性和非酶抗氧化物含量以及活性氧代谢的影响.研究结果表明,用50μmol苯丙烯酸(CA)处理2天后,MDA和H_2O_2含量降低,脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性提高,还原型抗坏血酸(AsA)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量增加.8天后,弱光胁迫显著提高了MDA和H_2O_2含量,提高了DHAR,MDHAR,APX和GR的活性以及还原型抗坏血酸(AsA)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量;CA预处理则降低了弱光胁迫下MDA和H_2O_2含量,提高了DHAR,MDHAR,APX和GR的活性以及AsA和GSH含量.外源CA预处理通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环缓解了弱光下黄瓜叶片的膜脂过氧化损伤.     

AGO1基因对拟南芥叶边缘锯齿状发育的影响

在拟南芥和水稻中Argonaute(AGO)蛋白是RNA介导的沉默复合体(RISC)的核心组分,在植物叶极性的分化方面具有重要的调节作用。实验根据AGO1基因序列设计一对特异引物,提取野生型拟南芥RNA作为模板,采用反转录PCR方法扩增出AGO1基因,并插入到克隆载体pGEM-T中。筛选鉴定后将AGO1连接到植物表达载体pBI121上,构建起植物表达载体pBI121-AGO1。并且利用农杆菌介导的方法转化拟南芥,通过抗性筛选,获得转基因植株。然后对转基因植株进行表型分析及AGO1蛋白的RT-PCR检测。通过对转基因拟南芥表达分析发现,与野生型拟南芥相比超表达AGO1蛋白的转基因拟南芥叶片明显呈锯齿状,说明AGO1基因影响拟南芥叶片发育。     

转APX基因烟草抗旱能力研究

用毛白杨中克隆得到的抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因,构建植物表达载体pBI121-APX,将pBI121-APX载体用农杆菌介导法转化烟草,成功得到转基因烟.PCR、PCR-Southern的结果表明,APX基因已经成功的整合到转基因烟草基因组中.干旱实验结果表明,与对照相比较,转基因烟草表现出较强的抗旱性.     

OsNAC2转录因子介导生长素代谢通路调节水稻早期根的发育

NAC家族是植物特有的一类转录因子,在植物的生长发育和逆境胁迫等方面具有重要的功能.研究发现,OsNAC2基因的过表达(ON11)和RNAi(RNAi31)转基因株系,早期主根的长度有显著变化的特征.与野生型日本晴水稻(WT)相比,ON11植株的主根变短,而RNAi31的主根变长.通过对早期OsNAC2pro∶∶GUS株系根尖染色结果表明OsNAC2在根尖具有时序性表达.不同激素诱导OsNAC2表达谱和OsNAC2pro∶∶GUS株系对激素响应结果显示OsNAC2受生长素显著性诱导.结合芯片数据和qRT-PCR分析,OsNAC2转基因株系中生长素合成代谢及信号通路相关基因表达量变化较为明显.同时,ON11根尖淀粉粒发育及其向重力性受到抑制.因此,推测OsNAC2可能通过抑制生长素的合成代谢及信号通路相关基因的表达,降低生长素含量,并参与生长素响应通路,最终影响水稻根的生长.     

外源GSH对NaCl胁迫下番茄幼苗生长及AsA-GSH循环的影响

采用营养液栽培法,研究叶片喷施还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)和谷胱甘肽合成抑制剂(BSO)对NaCl胁迫下番茄幼苗植株生长、叶片丙二醛(MDA)和H2O2含量、抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环中抗氧化酶活性及氧化还原水平的影响。结果表明:外源喷施GSH通过显著提高NaCl胁迫下番茄幼苗还原力水平和叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、AsA-GSH循环中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DAHR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性,有效提高了活性氧清除能力,显著缓解了NaCl胁迫对番茄幼苗生长的抑制。外源喷施GSSG虽然降低了GSH/GSSG比值,但由于通过上调了AsA/DHA比值和SOD、AsA-GSH循环关键酶活性,一定程度缓解了NaCl胁迫对番茄幼苗生长的抑制作用。喷施BSO显著降低了NaCl胁迫下番茄幼苗叶片的还原力水平和SOD、GR、APX和MDHAR的活性,导致H2O2清除能力降低,从而进一步抑制了NaCl胁迫下番茄幼苗的生长。     

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。     

盐胁迫下2种小麦幼苗抗坏血酸-谷胱甘肽循环的比较

以春小麦新品种陇春27和陇春30为供试材料,研究了不同浓度NaCl(0,25,100和200mmol·L~(-1))胁迫下2种小麦幼苗的抗坏血酸(AsA)-谷胱甘肽(GSH)循坏中抗氧化物含量和相关酶活性的变化.盐胁迫下2种小麦根中AsA、脱氢抗坏血酸(DHA)以及AsA/DHA比值均有不同程度地增加.与对照相比,25mmol·L~(-1) NaCl处理使陇春27号根中GSH含量减少而氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量升高,陇春30号中含量均减少.100和200mmol·L~(-1) NaCl处理下2种小麦根GSSG含量均增加.盐胁迫诱导2种小麦根抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均呈现先下降后上升的变化趋势.200mmol·L~(-1) NaCl处理的陇春27根和25mmol·L~(-1) NaCl处理的陇春30号根中抗坏血酸氧化酶(AAO)无显著变化,其他盐浓度胁迫导致陇春27号根中该酶活性都升高,而陇春30根活性下降.不同的是,盐处理下2种小麦根中脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性与AAO活性变化不同,呈现出相反的变化趋势.在25mmol·L~(-1) NaCl处理的陇春27根中脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性无显著变化,其他浓度的盐处理下2种小麦幼苗根中的这2种酶活性较对照相比均显著增加.结果表明,盐胁迫下2种小麦根可通过提高AsA和DHA的含量及AsA/DHA的比值提高AsA-GSH循环的循环率,增强幼苗的抗氧化能力,缓解NaCl对小麦幼苗造成的氧化损伤;此外,盐诱导的陇春27根中AsA的积累可能与DHAR活性升高有关,而陇春30号AsA含量的增加可能是由于AAO活性的抑制及MDHAR和DHAR活性的增强.     

内源抗坏血酸对水稻叶片抗氧化胁迫的影响

以野生型水稻(Oryza sativa)品种‘中花11’(WT)、抗坏血酸合成关键酶GLDH基因的上调(超表达)株系GO-2及下调(干涉)株系GI-2的离体叶片为实验材料,用甲基紫精(MV)高光诱导的光氧化胁迫处理,研究内源抗坏血酸对水稻叶片抗光氧化能力的影响.MV高光处理后,超表达型水稻叶片的超氧阴离子和过氧化氢含量明显低于野生型和干涉型.水稻叶片的膜脂过氧化加剧,可溶性蛋白发生了降解,其中干涉型受到的影响最大.叶绿素荧光相关参数的变化体现了超表达的优势.结果显示抗坏血酸含量高的超表达株系具有更强的抗氧化胁迫能力,而干涉型株系的抗氧化胁迫能力最差,从而说明了内源抗坏血酸能明显增强水稻抗氧化能力.     

一个水稻富亮氨酸重复类受体蛋白激酶的RNAi及表达分析

为了揭示富亮氨酸重复类受体蛋白激酶(LRR-RLKs)家族成员OsLPR1在水稻生长发育与抗逆性中的功能,利用反向遗传学方法构建了OsLPR1的RNAi载体,将其导入野生型水稻中获得转基因植株,观察表型并且分析OsLPR1基因在野生型和转基因植株中的表达情况.在表型观察中发现RNAi转基因植株出现白化苗.进一步的RT-PCR分析发现,白化苗中目的基因OsLPR1的表达量明显偏低,野生型中的表达量则较高,这表明OsLPR1基因表达异常会导致水稻出现白化现象.另外,还分析了OsLPR1的组织特异性表达,结果表明,OsLPR1在不同的组织器官中均有表达,但在叶片及叶鞘中高表达,这说明该基因可能与水稻叶片的生长发育有关.     

GDSL脂肪酶增强棉花对大丽轮枝菌的抗性

大丽轮枝菌是影响棉花生长发育的一种通过土传真菌维管束的病菌,严重影响棉花纤维的产量和品质。为研究棉花GDSL脂肪酶(GDSL lipase,GLIP)在植物响应大丽轮枝菌中的重要功能,本研究利用大丽轮枝菌悬浮液对新陆早42号及其转GhGLIP基因的棉花株系叶片进行处理,分析转GhGLIP棉花株系对大丽轮枝菌的生理生化响应。结果表明,棉花GDSL脂肪酶基因GhGLIP能够响应大丽轮枝菌的刺激,转GhGLIP基因棉花株系可显著抑制大丽轮枝菌导致的叶片细胞死亡。与未处理相比,经大丽轮枝菌处理后的野生型和转基因棉花株系植株的GDSL脂肪酶活力显著增加。同时,转基因棉花株系植株过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、苯丙氨酸解氨酶和多酚氧化物酶的表达显著提升,说明GhGLIP基因诱导了棉花对大丽轮枝菌的抗性。本研究为棉花抵抗大丽轮枝菌的分子机制解析,及进一步利用基因工程技术培育抗病棉花材料提供了有效参考。     

60Co-γ射线辐照对转pprI基因烟草抗氧化酶活性的影响

以转pprI基因烟草植株为材料,并以同步培育的非转基因烟草植株为对照,研究了60Co-γ射线辐照对转pprI基因烟草抗氧化酶活性的影响.结果表明,经500 Gy 60Co-γ辐照后,转基因和非转基因烟草的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)3种抗氧酶活性以及可溶性蛋白质含量在开始时(0～12 h)都逐渐提高,其中POD的活性则在6 h后达最大值,而SOD和CAT活性在12 h后达到最大值,随后三者活性都逐渐降低.但在500 Gy 60Co-γ辐射后相同的时间内,转基因烟草的3种抗氧化酶活性和可溶性蛋白质含量均比非转基因烟草高,SOD、POD、CAT和可溶性蛋白质含量的峰值分别是非转基因烟草峰值的1.1290、1.9690、1.5840和1.9521倍,表明pprI基因提高了烟草在500 Gy60Cp-γ辐照下SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性水平,从而提高了转基因烟草对辐射的耐受能力.     

转AlNHX1基因大豆后代遗传稳定性及耐盐性分析

为了获得耐盐性有所提高的转AlNHX1基因大豆后代材料,以已获得的转AlNHX1基因的6个株系中的3个株系后代为研究对象,通过分别对这3个株系转基因大豆各后代进行PCR分子检测并结合耐盐性鉴定,以分析外源基因在转基因大豆中遗传稳定性和耐盐性.结果表明:AlNHX1基因在转基因植株的后代中遗传;选取3个株系中部分阳性植株做耐盐性检测,结果表明:转基因大豆耐盐性状均好于野生型大豆.在150mmol/L NaCl胁迫下,转基因大豆叶片中维持了相对较高的K+/Na+比值,相对含水量较野生型提高了9%,而渗透势降低了39%,表明转基因大豆具有较好的吸水和保水能力;在盐胁迫下,超氧化物歧化酶(SOD)与过氧化物酶(POD)活性较野生型大豆分别提高了45%与69%.综上,通过耐盐筛选获得的转AlNHX1基因大豆具有较强的耐盐性.     

BpMYB4基因在白桦中的遗传转化及低温胁迫应答反应

【目的】为了研究BpMYB4基因在冷胁迫反应中的功能,对其进行了白桦转化试验。【方法】采用定量PCR技术对BpMYB4基因在白桦的根、茎、叶、木质部、芽、茎段等18个组织部位的表达模式进行分析,然后克隆构建PGWB2-BpMYB4植物过表达载体,通过农杆菌介导法进行白桦合子胚的遗传转化,采用PCR和荧光定量PCR技术检测转基因白桦株系中BpMYB4基因的相对表达量,最后采用分光光度计法对BpMYB4转基因白桦进行了8项生理指标的测定。【结果】相对于芽的表达量,BpMYB4基因在第3片叶的叶脉和第1片叶与第2片叶之间嫩茎的表达量最高; 白桦的遗传转化总共获得了13个过表达株系,且BpMYB4基因已经成功整合到白桦基因组上,定量结果发现MYB-8、MYB-11、MYB-12转基因白桦中BpMYB4基因的表达量相对于非转基因对照株系(NT)上调幅度最大; 在低温胁迫下,过量表达BpMYB4基因提高了白桦的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、花青素(OPC)含量、过氧化氢酶活性(CAT)、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和脯氨酸(PRO)含量,同时降低了转基因白桦的丙二醛(MDA)的含量。【结论】BpMYB4转基因白桦在低温胁迫下能够产生具有保护作用的物质,具有一定的抵抗低温的能力,因此,可以将其培育成抗冻优选株系。     

Trxs基因对铝胁迫下转基因大麦幼苗叶片抗氧化酶的影响

以过量表达硫氧还蛋白S基因(Trxs)的转基因大麦为材料,采用水培法研究0.05 mmol/L AlCl3胁迫条件下转基因大麦株系(LSY-11-1-1 )幼苗叶片的蛋白质氧化损伤、膜脂氧化损伤以及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX),过氧化氢 酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性的变化.结果显示:(1)在0.05 mmol/L AlCl3胁迫处理下大麦叶片蛋白质羰基含量和丙二醛含量显著高于非处理样品,表明铝胁迫 已造成大麦幼苗的氧化损伤;转基因大麦幼苗叶片的蛋白质羰基含量和丙二醛含量显著低于非转基因对照:在胁迫处理6 h、72 h与96 h时其蛋白羰基含量分别为对照的94.4%、87.0% 与71.9%;MDA含量为对照的66.32%、75.74%和74.25%.(2)处理样品叶片中GSH-PX、CAT和A PX等抗氧化酶活性有不同程度的增加;与非转基因对照相比,转基因大麦幼苗叶片的抗氧化酶系活性普遍高于对照:GSH-PX活性在处理12 h、24 h、48 h、72 h与96 h时分别是对照的 1.19倍、1.21倍、1.12倍、1.24倍与1.35倍;APX活性在处理6 h达到高峰时是对照的106.7% .这些结果表明,过量表达Trxs可以有效提高转基因大麦幼苗叶片中上述抗氧化酶类的 活性,缓解铝毒对大麦幼苗叶片蛋白质和膜脂的氧化损伤,从而提高转基因大麦幼苗对铝胁迫的抗性.