细胞自噬在植物应答盐胁迫中的作用研究

本研究以模式植物拟南芥为材料,利用生理学和遗传学手段分析了盐胁迫下细胞自噬基因和活性氧(ROS)变化的相关性.结果表明野生型拟南芥Col-0在遭受盐胁迫处理3d表现了叶片漂白的症状并且会诱导ROS的产生和积累了大量的细胞死亡.荧光定量PCR实验表明盐胁迫会诱导细胞自噬相关基因的表达,细胞自噬参与了调控植物的防御机制来响应盐胁迫.进一步的实验表明拟南芥细胞自噬突变体atg2和atg5在遭受盐胁迫处理3d表现了更加严重的叶片漂白症状并且积累大量的细胞死亡和ROS.初步表明细胞自噬主要是通过调控ROS的产生来应答盐胁迫.     

拟南芥RING finger结构域AtHHR1基因的功能初步研究

为了研究拟南芥基因AtHHR1(编码一个含有RING finger结构域的E3连接酶)是否参与热胁迫响应,构建了athhr1/AtHHR1互补转基因株系.对突变体、互补株系及野生型进行热胁迫处理,发现突变体的萌发率、叶绿素及脯氨酸含量高于野生型,而互补株系均低于野生型.通过real-time PCR定量检测发现,热诱导后拟南芥热信号通路中相关热激蛋白基因在突变体中表达比野生型中高.研究结果初步表明AtHHR1基因在拟南芥的热胁迫响应中起负调控作用.     

拟南芥开花基因FT对根毛生长的影响研究

为进一步研究成花素(FLOWERING LOCUS T,FT)基因对植物营养生长的影响,通过结合qRT-PCR和生理学实验的方式对FT过表达及突变体植株进行比对分析.研究发现,FT过表达植株与野生型相比,其根毛短且稀疏,且具有分叉型、膨大型、波浪型等极性生长缺陷表型;相反,突变体ft-10的根毛相对长且密集,略优于野生型,无极性生长缺陷表型.通过实时定量PCR分析与根毛起始伸长过程相关基因KOAJK、SCN1、RHD2、LRL3、RSL4、RHD6的表达量,FT过表达植株显著低于野生型,而突变体ft-10略高于野生型.结果表明,FT基因在根毛起始伸长过程中起负调控作用,影响根毛的极性生长及数量分布.本研究增加了对FT基因在营养生长过程中功能的认识,同时也为深入研究根系发育的分子机理奠定了基础.     

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。     

低温胁迫下交替氧化酶在拟南芥植株幼根生长中的作用

以交替氧化酶(Alternative Oxidase;AOX)基因反义抑制突变体(AS-12)、超表达突变体(XX-2)及野生型(WT)拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株为实验材料,研究了低温胁迫(4℃)对3种基因型拟南芥植株主根的长度、生长速率以及细胞活力的影响.结果显示:在22℃生长条件下,3种植株主根的长度、生长速率及细胞活力均无显著性差异.与在22℃下相比,低温胁迫明显降低了3种植株主根的长度、生长速率和细胞活力;在低温胁迫下,XX-2植株的主根明显长于AS-12和WT,其主根的生长速率和细胞活力也明显高于AS-12和WT.上述结果表明,低温胁迫下拟南芥主根的生长及其细胞活力可能受到了AOX基因的调节.讨论了AOX在低温胁迫条件下对植物幼根生长作用的可能的内在机理.     

异三聚体G蛋白在拟南芥生长过程中的作用

利用拟南芥的野生型和异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1缺失突变体(gpα1-1,gpα1-2)和超表达突变体(wGα,cGα)为材料,对植株生长发育的一些形态指标进行了观测比较．结果表明2个缺失突变体的植株高度、叶片宽度、长角果果柄长度都明显超过野生型,而超表达突变体的部分指标与野生型相比也有明显差别．实验结果表明,异三聚体G蛋白参与某些器官生长发育的调节,初步证明G蛋白α亚基在伸长生长过程中可能起负调节作用。     

拟南芥BLI基因调控植物衰老的研究

BLISTER(BLI)蛋白是多种应激反应的调节因子,可以促进植物对环境的适应性. BLI蛋白通过抑制IRE1蛋白以维持植物的正常生长,缺失BLI蛋白的拟南芥植株出现多种发育缺陷表型. 文章以拟南芥bli突变体为实验材料,通过细胞生物学及遗传学方法检测其衰老相关表征,发现bli突变体植株早期出现叶片黄化、叶绿素含量下降、离子渗透率升高等一系列衰老表型;与此同时,bli突变体体内衰老相关基因表达上调,光合作用相关基因表达下调,表明BLI蛋白参与植物衰老过程;外源施加ROS导致野生型Col-0植株中BLI基因表达量减少; GUS显色结果表明BLI在植株各组织器官中均有表达,为进一步解析BLI调控衰老的分子网络提供了思路.     

对氨基苯甲酸在拟南芥根生长发育中对生长素运输的调控

为探究对氨基苯甲酸(PABA)影响拟南芥(Arabidopsis thaliana)根部生长发育的作用机制,以野生型和DR5∷GUS转基因拟南芥为实验材料,研究了PABA外源处理对根系形态结构和生长素运输的影响.结果表明:200μmol/L PABA可以明显抑制拟南芥幼苗主根生长并促进侧根和根毛的发育.PABA可增强生长素类似物2,4-D对幼苗主根生长的抑制作用和对根毛伸长的促进作用;相反,PABA可在一定程度上减弱生长素运输抑制剂NPA对幼苗主根和根毛生长发育的抑制作用.此外,PABA可诱导拟南芥根尖生长素的积累以及生长素极性运输相关基因PIN1、PIN3和AUX1的表达.综上所述,PABA可调节根部生长素运输和分布,在拟南芥根生长发育过程中起重要作用.     

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.     

破坏ARF8基因降低拟南芥对红光的敏感性

通过ARF8基因的突变体arf8-1以及arf8-1与红光受体突变体phyB-5所组成的双突变体在红光条件下的表型鉴定,探讨ARF8参与拟南芥对红光的反应以及PhyB与ARF8在红光信号转导中的关系.结果表明,在红光条件下,arf8-1和phyB-5幼苗下胚轴的长度比相应野生型的长,倒伏度比相应野生型的低,而双突变体arf8-1 phyB-5的下胚轴的长度和倒伏度均比两个单突变体的更长和更低.上述结果说明,破坏ARF8基因降低了拟南芥对红光的敏感性,即ARF8参与了拟南芥对红光的反应,但没有介导PhyB所接收的红光信号转导.     

拟南芥一氧化氮相关突变体在干旱胁迫下抗旱相关基因表达的研究

据报道,拟南芥一氧化氮（nitric oxide,NO）合成缺陷突变体noa1较野生型Col-0抗旱,而个别抗旱相关基因表达的增强是其抗旱机理之一.为了证实该结果及研究NO信号分子在抗旱中的作用,系统地对8种共12个不同类型的抗旱相关基因在干旱处理不同时间的拟南芥野生型和noa1及亚硝基谷胱甘肽还原酶功能缺失突变体gsnor1-3间的表达情况进行了反转录PCR分析.研究结果表明,抗旱相关基因的表达在拟南芥不同基因型间无明显差异,noa1的耐旱性与抗旱相关基因的表达无显著相关性.     

甘蓝型油菜G蛋白β亚基基因的克隆和表达分析

根据拟南芥等G蛋白β亚基基因的DNA序列,采用RT-PCR技术从甘蓝型油菜中克隆了一个编码G蛋白β亚基基因的全长cDNA,命名为BnAGB1.BnAGB1含有1134 bp的完整开放阅读框,编码378个氨基酸,与其它植物的Gβ亚基氨基酸序列有很高的同源性,且具有保守的Gα、Gγ结合区域及WD-40结构域.对甘蓝型油菜矮化突变体及其野生型中不同组织和不同发育时期的BnAGB1表达进行实时定量PCR分析表明:BnAGB1在矮化突变体和野生型的各个组织中均有表达;在生长旺盛期的子叶期、抽薹期和荚果期有较高的表达,而在两片真叶期、四片真叶期和花期表达较低;而且,在所有分析的不同时期和组织中,矮化突变体中的表达均显著或极显著高于野生型.以上结果表明,BnAGB1参与了甘蓝型油菜的生长发育进程的调控,与油菜矮化突变性状表现可能相关.     

转录因子TDF1对拟南芥雄性不育突变体atms1的温敏调控机制研究

TDF1作为MYB家族的转录因子,参与了胼胝质的降解过程,并控制绒毡层的分化从而影响着花粉粒的正常发育.以一株通过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变Col-0野生型拟南芥获得的温敏雄性不育突变体atms1(ambient temperature-sensory male sterility1)对温度敏感机制进行了研究.通过构建TDF1反义RNA表达载体,在atms1突变体背景下抑制TDF1的表达来观察突变体花粉育性的变化,发现在27℃时的atms1突变体花粉的育性得以恢复.这一结果表明在花粉发育的过程中TDF1对ATMS1m具有一定的调控作用.     

过表达GA调控相关基因SmGASA4提高拟南芥抗逆性的研究

为了研究赤霉素(gibberellins,GAs)调控相关基因SmGASA4在植物的生长发育和应对外界胁迫方面的作用,本实验根据前期丹参根转录组数据库获得一个与 GA调控相关的基因SmGASA4,构建过表达载体转染拟南芥,并对过表达 SmGASA4 拟南芥表型进行观察,分别用干旱、200 mmol/L NaCl、200 μmol/L GA3、50μmol/L多效唑胁迫处理.在正常生长条件下,过表达植株叶片长度是野生型的1.21倍,果荚长度是1.25倍;干旱处理过表达拟南芥株高是野生型的1.54倍,果荚数量是2.46倍;过表达植株的抗盐能力要优于野生型;GA3处理过表达拟南芥株高是野生型的2.63倍、果荚数量是9.17倍, 对于阐明SmGASA4的抗逆功能具有重要意义.     

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.     

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.     

CONSTANS-LIKE 7基因对拟南芥开花的调控分析

为研究CONSTANS-LIKE 7(COL7)在调控植物开花方面的功能,以定量PCR,GUS染色等方法,研究光及生物钟对COL7表达的影响,以及COL7对拟南芥开花的影响.实验结果显示:光及生物钟参与调控COL7的表达;过表达COL7在长日照条件下抑制CONSTANS(CO)以及FLOWERING LOCUS T(FT)的表达,进而抑制拟南芥开花;col7突变体不论是在长日照下还是短日照下都没有明显的开花表型,说明COL7在调控拟南芥开化方面可能与其家族基因中的其它成员存在功能冗余.     

拟南芥中参与盐胁迫应答的基因 At1g14260的功能初探

拟南芥中未知基因At1g14260的表达受到多种非生物胁迫的诱导, 特别是在NaCl的诱导下, At1g14260的表达量明显增加. 对T DNA插入突变体at1g14260(salk 118406)的分析表明, 敲除了基因At1g14260的拟南芥相比野生型对盐胁迫更加敏感. 此外, 构建了融合表达载体PBi221 At1g14260 GFP并且成功转入拟南芥原生质体中, 在荧光显微镜下观察到融合蛋白定位于原生质体细胞核中. 因此, At1g14260可能参与了拟南芥中盐胁迫的过程.     

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.