过氧化氢参与拟南芥根部避盐调控

已有研究发现植物通过调整根部向地性避开高浓度盐离子富集的区域,进而提高植物耐盐性(Halotropism),然而调控植物Halotropism机制尚不清楚。H_2O_2被认为是植物响应盐胁迫的关键信号分子,为探索H_2O_2在Halotropism中的潜在调控作用,文章采用2个H_2O_2水平增强突变体cat2和apx1作为遗传材料进行相关分析。发现与野生型相比,cat2和apx1突变体加速Halotropism现象的出现,暗示H_2O_2有利于根部避盐。进一步观察发现cat2体内的生长素信号明显低于Col-0水平,进一步证实H_2O_2可能是连接植物盐信号与Halotropism现象的中间介导子,并且可能与调控生长素信号有关。此外,文章还分析了重金属离子胁迫(汞和镉)对拟南芥根部向地性的影响,发现拟南芥在汞或镉处理的条件下不会发生像NaCl胁迫诱导的Halotropism现象。     

外源H_2O_2对NaCl胁迫下番茄幼苗生长及生理指标的影响

采用水培法研究外源过氧化氢(H_2O_2)对NaCl胁迫下番茄幼苗内源H_2O_2水平、生长及抗逆生理指标的影响。结果表明:NaCl胁迫导致H_2O_2积累、氧化胁迫加剧,显著抑制了番茄幼苗的生长;而外源喷施0. 01 mmol/L H_2O_2和5 mmol/L DMTU均能提高脯氨酸含量,增强抗氧化酶SOD、POD和CAT活性,降低内源H_2O_2水平、电解质渗出率和MDA含量,从而缓解NaCl胁迫对番茄幼苗生长的抑制作用; NaCl胁迫下番茄幼苗叶片施用H_2O_2处理所产生的内源H_2O_2水平高于施用DMTU处理的,这与外源喷施H_2O_2缓解盐胁迫的效果优于喷施DMTU的结果一致,表明外源H_2O_2可通过诱导渗透调节能力及清除活性氧的防御能力、维持一定的内源H_2O_2水平、降低细胞膜脂过氧化程度、保护膜结构的完整性,从而有效缓解NaCl胁迫对番茄幼苗生长的抑制,提高其耐盐性。     

拟南芥抗盐突变体的筛选

盐胁迫是影响植物生长发育的非生物胁迫因素之一,目前发现的盐胁迫信号途径的基因还非常有限.发掘新的耐盐相关基因对于了解植物的盐胁迫响应机制和改善作物的耐盐性具有非常重要的意义.从EMS突变体库中筛选突变体是一种经典的正向遗传学方法,有可能筛选到从T-DNA插入突变体库中无法发现的新基因.本实验用160mmol/L NaCl作为盐胁迫的筛选条件,以在含盐平板上长出绿色子叶作为筛选指标筛选抗盐(Salt Resistant,ST)的EMS突变体,初步筛选到了140株ST突变体,其中84株收到了种子,第二代进行抗盐表型确定后,得到了15株表型稳定的ST突变体,均表现出明显的抗盐表型,并对其中的一些突变体做了初步的表型及基因定位分析.     

F-box基因FOF2在拟南芥盐和冷胁迫响应中的功能分析

FOF2为F-box蛋白家族成员,其生物学功能尚不清楚.采用实时荧光定量PCR和生理学实验相结合的方法,对FOF2基因的表达模式及其在拟南芥抗盐和冷胁迫响应中的作用进行了分析.研究发现,FOF2在拟南芥根、茎生叶和果荚中表达较高,并且其表达受盐和冷胁迫诱导.FOF2过表达株系对盐胁迫敏感,与野生型相比种子萌发率低、幼苗主根较短;相反,fof2突变体对盐胁迫的敏感性则减弱.FOF2过表达和缺失突变体种子萌发对冷胁迫无响应,但其主根在冷处理中分别比野生型短或者长.盐处理下,FOF2过表达株系中盐胁迫反应相关基因的表达量显著降低,fof2突变体中则升高;冷处理下,FOF2过表达株系中冷胁迫反应相关基因的表达量显著升高,fof2突变体中则降低.结果表明,FOF2在植物抗盐胁迫响应中起负调控作用,在抗冷胁迫响应中则可能起正调控作用.     

利用CRISPR /Cas9技术快速创制香型“秀水134”水稻

以目前上海市主栽的高产常规水稻"秀水134"为材料,利用CRISPR/Cas9技术成功敲除甜菜碱醛脱氢酶2基因,获得了两种类型纯合突变体植株.采用表达载体特异性结合的引物检测T_1代转基因植株,成功获得6株不携带载体骨架的转基因植株.定量PCR分析显示,突变体植株甜菜碱醛脱氢酶2基因表达量极显著低于野生型对照(p0.01),但突变体植株成熟种子香味物质2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)含量极显著高于野生型对照(p0.01).比较野生型对照与突变体植株的主要农艺性状和产量性状,两者间都没有显著差异(p0.05).本研究可为加快高产香型水稻在上海及周边地区的推广应用,以及为今后利用CRISPR/Cas9技术快速培育其他高产香型水稻新品种研究奠定基础.     

庆大霉素损伤条件下大肠杆菌内源过氧化氢对间体膜囊的作用

为了探讨细菌受到抗生素损伤后,内源过氧化氢(H_2O_2)对间体膜囊的影响,通过庆大霉素损伤大肠杆菌。以电导率和丙二醛(MDA)为损伤指标,采用组织化学染色法,通过透射电子显微镜,观察经庆大霉素损伤后大肠杆菌内源H_2O_2和间体膜囊的变化。研究结果表明:庆大霉素损伤可提高大肠杆菌的内源H_2O_2浓度、间体膜囊数量以及间体膜囊周围的H_2O_2浓度。在间体膜囊外排的过程中,使用Tris-HCl蔗糖高渗溶液进行处理之后,H_2O_2浓度显著提升,电导率大幅度降低。庆大霉素和过氧化氢酶处理后,间体膜囊中的MDA浓度升高,损伤加重。庆大霉素损伤导致大肠杆菌的间体膜囊外周聚集大量的H_2O_2,且这些H_2O_2对间体膜囊具有保护作用。     

盐胁迫对芥菜幼苗生理生化特性的影响

为探索芥菜幼苗的耐盐生理机理,筛选合适的耐盐鉴定指标,试验结合水培和不同浓度Na Cl溶液(0,100,200和300 mmol·L-1)的处理,研究芥菜幼苗鲜重,MDA含量,相对电导率,SOD、POD、CAT活性及其O2-产生速率和H2O2含量等生理指标的动态变化规律.结果表明,盐胁迫抑制了芥菜的生长量,提高了MDA含量和电导率,同时,导致ROS和相关酶活性(SOD、POD、CAT)呈现先上升后下降的变化趋势.其中,电导率和MDA含量能较好地反映芥菜的耐盐性,200 mmol·L-1Na Cl处理24 h可作为研究盐胁迫适宜的处理条件.该研究为芥菜幼苗耐盐机制的探索奠定了基础.     

非生物胁迫对油菜脯氨酸积累与BnGG2基因表达的影响

测定了非生物胁迫处理后甘蓝型油菜矮化突变体NDF-1及其野生型“3529”游离脯氨酸含量和G蛋白γ亚基基因BnGG2的表达变化.结果表明,从表型上看,突变体比野生型更耐胁迫.NDF-1和“3529”中脯氨酸含量随高温、高盐和干旱胁迫时间递增,但NDF-1中脯氨酸含量低于“3529”.NDF-1和“3529”中BnGG2基因均可被高盐(200 mmol/L NaCl)和干旱(20% PEG 6000)诱导,而被高温(40 ℃)抑制,NDF-1比“3529”反应更迅速明显.低温(4 ℃)胁迫后脯氨酸和BnGG     

高浓度CO_2诱导气孔关闭中H_2O_2和NO的关系及其酶源

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型、NADPH氧化酶突变体和硝酸还原酶(NR)突变体为材料,借助气孔试验和激光扫描共聚焦显微镜技术,对H_2O_2和NO的酶源以及H_2O_2和NO的关系进行了研究。结果表明:高浓度CO_2关闭了野生型的气孔,该效应在AtrbohF突变体中部分缺失、在AtrbohD/F中完全缺失,但在AtrbohD中未见缺失;同时,高浓度CO_2诱导野生型保卫细胞H_2O_2产生的效应在AtrbohD和AtrbohF中部分降低,但在AtrbohD/F中完全缺失。这些结果显示,AtrbohD和AtrbohF催化产生的H_2O_2参与高浓度CO_2诱导气孔关闭。高浓度CO_2能诱导野生型保卫细胞NO合成和气孔关闭,该效应在Nia1-2和Nia2-5/Nia1-2突变体中完全缺失,但在Nia2-1中未缺失,显示Nia1来源的NO参与高浓度CO_2诱导气孔关闭。高浓度CO_2未诱导AtrbohF和AtrbohD/F保卫细胞NO合成,但诱导Nia1-2和Nia2-5/Nia1-2保卫细胞H_2O_2产生。NO供体SNP显著恢复AtrbohF和AtrbohD/F突变体气孔对高浓度CO_2反应的缺失,但H_2O_2未恢复Nia1-2和Nia2-5/Nia1-2气孔对高浓度CO_2反应的缺失。所以,高浓度CO_2诱导气孔关闭中NO合成依赖于H_2O_2产生。     

盐和过氧化氢胁迫下交替氧化酶调节根生长和细胞死亡

用不同浓度的NaCl或外源过氧化氢(H_2O_2)溶液处理野生型(WT)拟南芥和交替氧化酶(alternative oxidase,AOX)基因反义抑制突变体(AS-12)拟南芥,发现随NaCl和过氧化氢浓度的增加,两种拟南芥幼根生长速率降低,且出现了明显的细胞死亡。在50和100 mM NaCl或在50 mM H_2O_2处理下,与WT植株相比,AS-12植株幼根的生长速率更低,且组织的细胞死亡程度也更加明显。150 mM NaCl或100及200 mM H_2O_2处理导致AS-12与WT幼根的生长停止和严重的细胞死亡,但两种植株幼根在生长速率和细胞死亡程度上无明显差别。以上实验结果说明交替氧化酶在一定水平的盐胁迫和氧化压力下能够影响幼根的生长和细胞死亡的发生。     

拟南芥AtHHR2基因的功能初步研究

为了研究拟南芥Highly Homologous RING domain 2基因(At5g43200)在盐胁迫逆境的功能,通过DNA及RNA水平鉴定了该基因的T-DNA插入突变体athhr2,并通过根瘤农杆菌介导法进行遗传转化,筛选获得了athhr2/ATHHR2互补转基因株系.对突变体、互补转基因株系及野生型进行盐胁迫处理,对其萌发率、脯氨酸及叶绿素水平进行检测,发现盐处理后缺失突变体的萌发率降低,脯氨酸和叶绿素含量低于野生型,互补株系的萌发率、脯氨酸和叶绿素含量均高于野生型.以上结果证明AtHHR2基因在拟南芥的盐胁迫响应中起正调控作用.     

拟南芥温敏雄性不育突变体atms1的获得及表型分析

从甲基磺酸乙酯（ethylmethane sulfonate,EMS）化学诱变建立的野生型拟南芥（Col-0）突变体文库中筛选到1株突变体.在低温16 ℃时,该突变体的雄性育性与野生型没有显著差异,花粉染色呈现100%可育.随着培养环境温度的升高,突变体花粉育性逐渐下降,因此,该突变体为一温敏雄性不育突变体,并被命名为atms1（ambient temperature-sensory male sterility 1,即环境温度敏感雄性不育1）.花药切片结果显示,在23 ℃以下,该突变体花药各个发育时期的形态与野生型花药没有显著的差异;而27 ℃处理1周后的突变体花药呈现多种表型：同一朵花中各个花药的发育时期出现显著分化,花粉母细胞胼胝体单薄,绒毡层发育滞后于同时期的野生型花药.遗传分析确定,atms1的不育表型是由单个隐性核基因控制的.     

盐胁迫下内源ROS与NO的产生及其对小麦幼苗生理特性的影响

以小麦新品种陇春27为试材,研究施用过氧化氢酶(CAT、H_2O_2清除剂)、DPI(质膜NADPH氧化酶抑制剂)或PTIO(NO清除剂)对100 mmol/L NaCl处理下小麦幼苗生长、抗氧化反应以及渗透性调节的影响.结果显示:NaCl处理抑制小麦幼苗根、茎的生长,诱导根中活性氧(ROS)和NO的积累.CAT、DPI、PTIO的加入更显著地抑制盐胁迫下小麦幼苗根茎的生长,且DPI的效应最明显.这3种药品能够缓解NaCl诱导的超氧阴离子(·O_2~-)和NO的积累,但DPI或PTIO使NaCl处理的根中H_2O_2含量进一步增加,而CAT或DPI使羟自由基(·OH)含量减少.盐胁迫导致幼苗根中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶活性减弱,而过氧化物酶(POD)活性无显著变化.CAT的加入能缓解NaCl对CAT活性的抑制作用;DPI的加入减缓了盐对SOD、CAT的抑制效应,使POD活性降低;PTIO显著地增加了盐处理根中POD活性.盐处理导致小麦幼苗根中脯氨酸质量分数、可溶性糖质量浓度、可溶性蛋白和丙二醛(MDA)质量分数均增加.DPI导致盐处理根中脯氨酸质量分数、可溶性糖质量浓度均增加.CAT不影响NaCl对根的氧化损伤,DPI的加入导致盐处理小麦根MDA质量分数增加为对照的184%,而PTIO能够缓解盐诱导的氧化损伤.盐处理抑制小麦幼苗根茎的生长,诱导的内源性ROS和NO的产生相互影响,特别是二者共同作用调控幼苗根的生长和抗氧化反应.     

拟南芥ein2-1突变体对盐胁迫的响应

以拟南芥突变体ein2-1为材料,研究了其抗逆特性.基于发芽和根生长分析,发现拟南芥突变体ein2-1对盐胁迫高度敏感,此外,拟南芥ein2-1突变体对渗透胁迫和脱落酸也表现为高度敏感;结果表明EIN2基因参与了盐胁迫响应的调节.     

拟南芥中一个参与盐胁迫应答基因的T-DNA插入纯合突变体的鉴定及表型分析

本研究以拟南芥为试验材料,探索基因at5g66070在受到非生物胁迫的表达情况,并研究其抗逆特性.结果表明,在NaCl处理下,该基因的表达量明显升高,表明该基因受到盐的诱导.通过PCR和RT-PCR在DNA和RNA水平上筛选鉴定at5g66070基因T-DNA插入纯合突变体.分析了野生型拟南芥与突变体在不同浓度NaCl处理下,其萌发率,根长以及苗期的生长差异.结果发现,相对于野生型来说,突变体对盐更敏感.具体来说,在含有150mMNaCl的MS培养基中,突变体的萌发率比野生型要低,根长比野生型要短,同时突变体幼苗更容易出现枯萎,萎黄症状.     

两个水稻叶片反向卷曲突变体的表型及遗传分析

为了揭示水稻叶片卷曲的形态建成,分析了水稻Ac/Ds转座子插入突变体库中的2个叶片反向卷曲突变体的表型及组织形态.研究发现,与野生型平展叶片相比,内卷突变体和外卷突变体叶片中泡状细胞数目明显减少,这可能是造成水稻叶片卷曲的重要原因.另外,内卷突变体叶片主脉薄壁细胞少,薄壁细胞崩裂形成的气腔面积较大.对2个卷叶突变体的纤维素含量进行测定发现,内卷突变体叶片及茎杆中纤维素含量明显减少,而外卷突变体叶片及茎杆的纤维素含量与野生型没有显著差异,说明2个卷叶突变体叶片的卷曲可能由不同基因突变造成.分析了2个水稻卷叶突变体的遗传规律,结果表明,二者均由隐性单基因控制.     

四川常用杂交水稻对弱光胁迫的响应差异及其评价体系构建

明确杂交水稻对弱光胁迫的响应差异,构建四川常用杂交水稻弱光耐受能力评价体系,对加快我国耐弱光水稻品种选育,保障粮食安全具有重要意义.通过对田间试验数据的分析,构建了以水稻产量弱光响应系数(Y)、水稻物质转运弱光响应系数(T)和水稻株型弱光响应系数(M)为关键指标的水稻弱光综合耐受指数(CI).结果表明:(1)弱光耐受型水稻的CI10,显著高于弱光敏感型水稻,其Y1.5,T10,M4,与弱光敏感型水稻差异显著.(2)弱光耐受型水稻的株型和物质转运对弱光逆境响应敏感,倒三叶叶面积显著增加,物质转运效率提高,有效缓解了弱光胁迫对水稻生长的影响,进而弥补弱光胁迫对水稻产量不利影响.(3)CI、Y、T和M与弱光逆境下水稻产量的相关系数分别为0.958、-0.942、0.905和0.768,均达到显著水平.水稻弱光综合耐受指数(CI)及其二级指标农学意义能够较好地反映水稻产量、物质转运和株型等对弱光逆境的响应,可以用来评价水稻对弱光逆境的适应性.     

一株晚花和镉敏感拟南芥突变体的分离与鉴定

为了进一步挖掘拟南芥响应Cd胁迫的分子机制,从化学诱导型拟南芥突变体库(约6 000株系)中筛选获得Cd敏感突变体,通过测量经Cd处理后拟南芥植株的根长变化获得Cd响应突株系,然后单株收种并鉴定,最终获得一株对Cd胁迫敏感的突变体。Thermal asymmetric interlaced-PCR(TAIL-PCR)发现这株突变体T-DNA的插入定位于基因At1g35820和At1g35830之间。进一步分析表明这个突变体也是FLC(Flowering locus C)依赖的晚花突变体,将这株突变体命名为fcr(flowering and cadmium related gene)。FLC在拟南芥开花调控网络中起枢纽作用,并且是开花正调控基因Suppressor of overexpression of co 1 (SOCI)的抑制因子。在该突变体中FLC的表达明显高于野生型植株,而FLC下游基因SOCI的表达明显低于野生型植株,但FLC上游基因的表达变化不明显。进一步实验发现,突变体fcr中调节环境因素和春化作用的基因High expression of osmotically responsive gene 1(HOS1)表达量显著增加。通过以上结果我们推测,突变体fcr中的晚开花和Cd敏感表型可能是HOS1基因过量表达所致。     

植物叶片H_2O_2胁迫应答蛋白质组学分析

植物叶片是感知外界H_2O_2胁迫信号的重要器官.整合分析了水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、二穗短柄草(Brachypodium distachyon)和柑橘(Citrus aurantium)在应对不同程度H_2O_2胁迫时蛋白质表达模式的变化特征.阐明了H_2O_2胁迫应答网络体系中的信号与代谢通路(如:光合作用、糖类与能量代谢、转录调控、蛋白质合成与命运、胁迫防御、信号转导和基础代谢等)的变化及植物叶片应答H_2O_2胁迫的分子调控机制.     

蝉花提取物促进酿酒酵母寿命延长的机制研究

本实验探究蝉花提取物(Cordyceps cicadae extracts,CCE)促进酿酒酵母抵抗H_2O_2诱导的氧化胁迫并延长其时序性寿命的机制.实验使用不同浓度的CCE处理酿酒酵母细胞,检测细胞的时序性寿命.然后通过H_2O_2诱导酿酒酵母细胞氧化胁迫,检测CCE处理组和不加药对照组的抗氧化胁迫能力以及细胞内的活性氧(ROS)水平的变化.酿酒酵母细胞经CCE处理后,通过实时荧光定量实验在mRNA水平检测抗氧化基因SOD2、GPX2、CTT1的表达量.结果显示CCE能够延长酿酒酵母时序性寿命,并且其作用随CCE浓度的增加而增强.此外,在H_2O_2诱导的氧化应激下,CCE预处理的细胞抗氧化胁迫能力增强,细胞内ROS水平显著降低.这些结果表明CCE延长了酿酒酵母的时序性寿命并通过上调CTT1和SOD2从而抵抗H_2O_2诱导的氧化胁迫.