葡萄NCED基因家族进化及表达分析

9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物体内ABA生物合成的关键限速酶, 参与植物对干旱、外源ABA和高盐的响应过程, 降低环境胁迫对植株的危害。基于全基因组鉴定分析葡萄(Vitis vinifera) NCED基因家族成员, 探讨各成员的物种进化关系及各个基因成员在不同组织中的时空表达模式及对干旱、ABA和高盐(NaCl)胁迫的响应, 为进一步揭示该基因家族成员的生物学功能奠定基础。在葡萄基因组中共发现12个NCED基因。其推测的编码蛋白质长度在510 (VvNCED2)-625 aa (VvNCED10)之间。VvNCED蛋白的分子量最大值是70.53 kDa (VvNCED10), 最小值是57.85 kDa (VvNCED2)。在从祖先基因分化之后, 葡萄NCED基因发生了5次复制事件, 同时有2次丢失事件。NCED1/2、NCED3/4、NCED6/7和NCED9/10基因对被认为是通过片段复制产生。上述4对复制基因复制时间分布在3.08-120.0百万年前, 晚于单双子叶植物分化的时间。与对照相比, VvNCED1在ABA处理48小时后显著上调(72.1%), 而VvNCED2显著下调(84.0%)。VvNCED6只在干旱处理14、21和28天的根系中表达量高于对照, 分别为对照的2.49、1.05和1.09倍。VvNCED7只在干旱处理14天的根系中表达量高于对照, 为对照的1.07倍。在ABA处理72小时后, VvNCED3表达量较对照显著下调(59.5%), 而VvNCED4较对照显著上调(169.9%)。VvNCED3/VvNCED4分别在NaCl处理24和48小时出现显著性峰值, 较对照分别上调219.2%和114.4%。保守结构域不同组成和不同胁迫处理下差异表达模式是NCED蛋白发生功能分化的基础。推测NCED在进化过程中发生的功能分化有利于复制事件的发生。     

钼在桃树干旱胁迫响应中的作用解析

以毛桃(Amygdalus persica)实生苗为试材, 研究干旱胁迫下, 钼酸铵处理对钼辅因子硫化酶编码基因(LOS5/ABA3)表达量、脱落酸(ABA)含量及抗旱相关生理指标的影响。结果表明, 干旱胁迫下, 喷施不同浓度钼酸铵处理毛桃实生苗叶片, 其含水量及叶绿素和脯氨酸含量显著高于对照, 且以0.04%钼酸铵处理效果最好; 电解质渗漏率显著低于对照。干旱胁迫下, 与对照相比, 喷施0.04%钼酸铵的毛桃实生苗叶片中LOS5/ABA3表达量显著提高; ABA含量、水分利用效率和净光合速率均高于对照, 蒸腾速率低于对照, 且差异显著; 叶片抗氧化酶活性显著升高, MDA含量显著降低; 离体处理的叶片质量损失减缓, 且差异显著。研究表明毛桃实生苗在干旱胁迫下喷施钼酸铵可通过上调钼辅因子硫化酶编码基因的表达水平, 提高叶片中ABA和脯氨酸含量及抗氧化酶活性, 从而缓解干旱胁迫下的细胞膜氧化伤害, 降低叶片失水速率, 减轻干旱胁迫对毛桃实生苗的伤害。     

小麦TaLCD基因的克隆及其对渗透胁迫的调节作用

半胱氨酸脱巯基酶(CDes)可催化降解半胱氨酸(Cys)生成硫化氢(H₂S)。通过克隆小麦(Triticum aestivum)中的L-半胱氨酸脱巯基酶基因TaLCD, 并将其在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达, 探讨TaLCD对渗透胁迫条件下种子萌发和根系生长的影响, 并分析其对干旱胁迫的调节作用。结果显示, 盐胁迫条件下, TaLCD过表达植株种子萌发率显著高于野生型; 甘露醇处理条件下, TaLCD过表达植株的根长也显著高于野生型, 且TaLCD过表达显著提高植株抗旱性。此外, TaLCD过表达植株对ABA更加敏感, ABA处理下TaLCD过表达植株的种子萌发率及根长均显著低于野生型。干旱胁迫下, TaLCD过表达植株胁迫响应基因(COR47、RD29A、RAB18和RD22)及ABA信号途径相关基因(NCED3、HAB1、HAB2、ABI1、ABI2和ABF2)的表达水平均显著高于野生型。因此推测, TaLCD增强植株抗旱和抗盐能力可能依赖于ABA信号途径。     

茶树CsNCED2基因的克隆和表达分析

该研究以铁观音茶树品种叶片为材料,通过RT-PCR技术,克隆了茶树脱落酸(ABA)合成途径关键限速酶——9-顺式环氧类胡萝卜素裂解双加氧酶(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NCED)基因的全长cDNA序列。该基因cDNA全长1 931bp,包含1 821bp完整开放阅读框,共编码606个氨基酸残基。NCBI同源分析结果表明,与葡萄VvNCED2相似性最高(78%),命名为CsNCED2(NCBI登录号:MF765770)。氨基酸序列分析显示,其具有NCED家族的FLNO2258保守结构域,以及MIAHPKxDP和HDFAITE保守结构域序列;在保守区存在4个Fe2+活性组氨酸结合位点,N-端含有叶绿体转运肽。实时荧光定量PCR分析表明,CsNCED2基因在铁观音叶、茎和花中表达量较高;白茶萎凋和乌龙茶做青均可以诱导CsNCED2基因显著上调表达;除干旱胁迫抑制CsNCED2表达外,ABA和低温胁迫均能够诱导CsNCED2基因显著上调表达。表明CsNCED2基因在茶树ABA合成代谢以及胁迫响应中发挥重要作用。     

拟南芥IAA酰胺合成酶GH3-6负调控干旱和盐胁迫的反应

生长素是一种重要的植物激素, 几乎参与了植物所有的生命活动过程。GH3-6具有IAA酰胺合成酶活性, 催化氨基酸与IAA形成IAA的氨基轭合物, 发挥暂时或永久灭活IAA的作用。该文探讨了GH3-6基因在拟南芥(Arabidopsis thaliana)逆境适应过程中的功能。结果显示GH3-6基因受干旱、ABA和高盐的诱导表达。与野生型相比, GH3-6基因过表达突变体dfl1-D对干旱的抗性明显减弱, 叶片失水速率更快。在抗盐方面, dfl1-D也显著弱于野生型。在3种逆境(干旱、ABA和高盐)胁迫下, GH3-6基因的高表达抑制了逆境响应基因RD22、KIN1、RD29A和DREB1A的表达。而且在干旱胁迫下, dfl1-D中ABA的含量明显低于野生型。研究结果证明, 高表达GH3-6基因负调控拟南芥对逆境的抗性。     

模拟干旱胁迫下马铃薯StNCED1表达量及与ABA含量的相关性分析

干旱缺水是限制马铃薯产量和品质的关键因素之一。ABA是干旱胁迫应答基因调控网络中的重要组成;9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物ABA生物合成途径的关键限速酶,该基因的表达模式直接影响ABA代谢。但干旱胁迫下有关马铃薯NCED基因表达与激素、表型间的相关分析的研究尚少。本研究克隆了马铃薯NCED1基因的全长c DNA序列,检测了4个马铃薯种质材料在不同模拟干旱(PEG-6000)胁迫强度处理下NCED1基因表达量、ABA含量及根系长度间的相关性。结果表明,St NCED1全长2181 bp,包含一个1800 bp的完整开放读码框,编码599个氨基酸。5%PEG-6000和15%PEG-6000模拟干旱胁迫4周后,4个品种均表现出随胁迫强度的加重植株生长缓慢、矮小,根系长度显著降低。干旱敏感型材料早大白中根系长度变化最大,ABA含量显著高于其他3个种质材料。CIP478.9、star和米拉3份种质材料中St NCED1表达量与对照植株有显著差异,且随胁迫强度增加而增大;早大白中St NCED1表达量表现出先降低后升高趋势。模拟干旱胁迫下,ABA含量与St NCED1表达量之间呈现出正相关关系(R0.7)。研究结果为解析马铃薯响应干旱胁迫的调节机制及其在抗旱种质资源筛选中的应用提供了基础数据。     

葡萄Alfin like转录因子家族的鉴定和表达分析

Alfin like (AL) 转录因子家族对高盐、低温、干旱等非生物胁迫反应具有重要的调控作用。该研究采用同源比对的方法检索鉴定葡萄AL转录因子家族基因、分析其生物信息学特性,并采用qRT PCR方法分析非生物胁迫下AL基因的表达特征,以探究葡萄AL基因在非生物逆境胁迫中的功能。 结果表明：(1)在葡萄中共鉴定出6个AL基因家族成员,分别命名为VvAL1~VvAL6,且6个成员分别分布在6条染色体上。(2)葡萄中AL转录因子具有高度保守的DUF3594结构域和PHD结构域,各家族成员均含有5个外显子和4个内含子;上游启动子区域分析发现大量植物激素与非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。(3)基因芯片表达模式分析显示,盐、干旱、ABA胁迫以及低温(5 ℃)处理均显著影响葡萄AL家族基因(VvAL1~VvAL6)的表达。(4)qRT PCR检测显示,不同胁迫处理下AL基因在葡萄叶片中的表达水平不同;ABA处理下葡萄AL转录因子家族基因表达量较对照均显著下调,但在PEG处理下差异不显著;在盐胁迫处理下,VvAL2、VvAL4、VvAL5基因的表达量均显著上调,分别是对照的23倍、8.5倍和10.5倍,而VvAL1和VvAL6基因的表达量均显著下调,分别是对照的33倍和25倍。研究发现,葡萄AL转录因子家族与植物激素和非生物胁迫密切相关,尤其是该家族基因强烈响应高盐胁迫。     

5个毛果杨PtrZFP基因的鉴定和表达分析

ZFP转录因子是植物中的一类具有指环结构域的转录因子。从毛果杨中鉴定出5条ZFP基因（命名为PtrZFP1-5）,对其特性和表达模式进行了分析,以期初步了解这些基因是否能对胁迫做出应答。对PtrZFP1-5基因进行生物学分析,进一步利用qRT-PCR技术分析NaCl、PEG₆₀₀₀和ABA胁迫处理后毛果杨根、茎和叶中5条基因的表达情况。PtrZFP1-5基因编码蛋白氨基酸残基数为258~338 aa,编码蛋白的分子量为27.7~37.3 kDa,理论等电点为4.87~8.61,5个基因不均等的分布在毛果杨基因组的3条染色体上。qRT-PCR结果显示,0.2 mol·L^-1 NaCl、15%（w/v）PEG6000和100 μmol·L^-1 ABA胁迫处理后,5个PtrZFP基因在毛果杨根、茎和叶中的表达模式明显不同。PtrZFP1基因在3种胁迫后毛果杨中均被明显的上调表达;PtrZFP2基因在盐、渗透和ABA胁迫处理后,叶中的表达都明显被抑制;PtrZFP3基因受到干旱胁迫时在根中的响应最为明显;而叶和茎中,表达量在大部分胁迫的大部分时间点无明显改变。PtrZFP4基因也能在根和茎中对干旱胁迫做出明显应答。PtrZFP5基因在经受盐和ABA胁迫后,在叶中的表达受到明显抑制。PtrZFP1-5这5个基因至少能在一种器官中对一种胁迫处理做出应答,但参与的胁迫应答类型和机制可能不同。     

西葫芦NCED基因家族鉴定及其响应干旱胁迫分析

NCED基因家族成员在调节植物响应干旱胁迫中发挥着关键作用,该研究通过生物信息学技术分析NCED在西葫芦基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性及其对10%PEG 6000模拟干旱、0.1 mmol·L-1ABA激素和自然干旱胁迫的响应,以解析NCED基因家族的生物学功能。结果表明:(1)从西葫芦全基因组中鉴定出6个NCED家族基因(CpNCED1~6),且6个基因均不含内含子、分别分布于西葫芦的1、10、12、14、19和20号共6条染色体上。(2)理化性质分析发现,CpNCED1~6蛋白长度为569~590 aa,理论分子量在62.64~65.54 kD之间。(3)蛋白保守元件分析显示,除CpNCED3蛋白在遗传进化过程中出现3个基序(motif 12、motif 13和motif 15)的缺失外,其余5个蛋白都有完整的16个motif保守基序,且分布在600个氨基酸以内,同时大部分NCED蛋白序列保守性较高。(4)顺式作用元件分析显示,西葫芦CpNCED1~6基因均含ABRE、W box、MBS、P-box、TCA-element、CGTCA-motif、TGA-element和TGA-box等潜在的干旱胁迫响应元件。(5)qRT-PCR分析表明,CpNCED1~6基因在西葫芦不同组织中的表达具有组织特异性,其中,CpNCED4和CpNCED1在茎中的表达量显著高于其他4个基因,CpNCED2、CpNCED4、CpNCED6在花中的表达显著高于其余3个基因且CpNCED2表达量最高,CpNCED1~6在果实和叶中的表达量均相对较低;与对照组相比,CpNCED1~6受模拟干旱、ABA激素和自然干旱胁迫均上调表达;伴随干旱胁迫的产生,叶片中脱落酸(ABA)含量逐渐升高,暗示CpNCEDs在西葫芦干旱胁迫响应与ABA的生物合成过程中发挥着正向调控作用。研究发现,6个CpNCED1~6基因与西葫芦干旱胁迫响应密切相关,且对西葫芦干旱胁迫的响应以及ABA生物合成具有重要作用,尤其以CpNCED2和CpNCED4基因的作用更为明显。     

谷子SiRLK35基因克隆及功能分析

为探讨谷子(Setaria italica L.)耐旱抗逆机制,解析类受体蛋白激酶(receptor like protein kinase, RLKs)基因功能,进而为培育谷子抗逆新品种提供依据,本文以干旱处理的谷子“豫谷1号”为材料,通过iTRAQ技术筛选到1个干旱响应的类受体蛋白激酶基因,命名为SiRLK35。以谷子RNA反转录的单链cDNA为模板,经PCR扩增获取SiRLK35基因全长序列。应用qRT-PCR方法,对SiRLK35在NaCl、PEG、ABA、GA、MeJA等不同处理下的表达模式进行分析。进一步构建基因原核表达载体pET28a-SiRLK35,结合斑点法对SiRLK35的抗盐能力进行初步评价。同时构建过表达载体pCAMBIA1301P-SiRLK35转化水稻,并对转基因植株抗盐能力进行检测。结果显示：胁迫及激素处理均可不同程度诱导SiRLK35基因的表达;斑点法研究结果显示,在相同NaCl浓度的LB平板上,含有SiRLK35基因的原核表达载体的大肠杆菌菌株生长状态较阴性对照好,SiRLK35具有一定的抗盐能力;获得的转SiRLK35基因水稻植株对盐胁迫的耐受性高于对照。SiRLK35基因对不同胁迫均可以产生响应,但对盐胁迫的响应较为明显,推测该基因可能在谷子的抗盐及抗逆过程中发挥作用。     

Brassinosteroid signaling positively regulates abscisic acid biosynthesis in response to chilling stress in tomato

Brassinosteroids (BRs) and abscisic acid (ABA) are essential regulators of plant growth and stress tolerance. Although the antagonistic interaction of BRs and ABA is proposed to ensure the balance between growth and defense in model plants, the crosstalk between BRs and ABA in response to chilling in tomato (Solanum lycopersicum), a warm-climate horticultural crop, is unclear. Here, we determined that overexpression of the BR biosynthesis gene DWARF (DWF) or the key BR signaling gene BRASSINAZOLE-RESISTANT1 (BZR1) increases ABA levels in response to chilling stress via positively regulating the expression of the ABA biosynthesis gene 9-CIS-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE1 (NCED1). BR-induced chilling tolerance was mostly dependent on ABA biosynthesis. Chilling stress or high BR levels decreased the abundance of BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE2 (BIN2), a negative regulator of BR signaling. Moreover, we observed that chilling stress increases BR levels and results in the accumulation of BZR1. BIN2 negatively regulated both the accumulation of BZR1 protein and chilling tolerance by suppressing ABA biosynthesis. Our results demonstrate that BR signaling positively regulates chilling tolerance via ABA biosynthesis in tomato. The study has implications in production of warm-climate crops in horticulture.     

不同干旱水平下蚯蚓对番茄抗旱能力的影响

土壤无脊椎动物可能会通过促进土壤持水能力和增加土壤肥力而缓解植物的干旱胁迫。本研究采用蚯蚓和干旱水平的双因子完全交互设计, 模拟了干旱胁迫条件下蚯蚓对土壤性质及番茄抗旱性的影响。结果表明, 在高干旱胁迫时, 蚯蚓通过增加番茄茎叶抗氧化能力提高了植物抗旱性, 上调番茄茎叶脱落酸和茉莉酸生物合成过程的基因表达(NCED、NSY、OPR、AOS和LOX), 促进脱落酸和茉莉酸含量分别增加43.2%和33.6%, 过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶含量分别增加12.9%、8.4%和47.3%。在低干旱胁迫时, 蚯蚓上调茉莉酸合成通路基因表达, 但降低了脱落酸含量, 对转录因子ABF4、MYC2基因表达和植物抗氧化能力无明显影响。干旱导致的土壤水分和养分条件变化影响着蚯蚓介导的植物抗旱性响应。本研究证明了土壤动物对植物抗旱的重要作用, 如蚯蚓对植物激素合成、信号传导和抗氧化能力的影响。了解土壤动物影响植物抗旱的内在机制, 有助于深挖和利用土壤动物的多样化生态功能。     

大麦NF-YC基因鉴定及在盐胁迫下的表达分析

核因子Y (NF-Y)是由NF-YA、NF-YB和NF-YC三个亚基组成的一类真核细胞转录因子,主要参与植物生长发育调控和非生物胁迫信号传递。该研究利用生物信息学方法解析了大麦(Hordeum vulgare) NF-YC基因家族功能。首先,基于大麦基因组数据库鉴定出11个HvNF-YC成员,分布在除第2号染色体以外的其余6条染色体上,内含子0–5个。系统进化分析显示,大麦、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa) NF-YC基因家族成员可分为5个亚家族。基因复制分析显示, 6个HvNF-YC基因存在片段复制,3个HvNF-YC基因存在串联复制。启动子顺式作用元件分析显示,大多数HvNF-YC基因启动子含有与非生物胁迫及激素响应相关的顺式作用元件。对HvNF-YC家族成员在不同组织不同时期的表达模式分析表明,不同成员的时空表达存在明显差异,其中HvNF-YC9和HvNF-YC11可能在籽粒发育初期发挥重要作用。通过分析耐盐型和盐敏感型大麦品种根和叶中HvNF-YC表达量变化,发现HvNF-YC3、HvNF-YC6和HvNF-YC10主要在盐胁...     

RING-box proteins regulate leaf senescence and stomatal closure via repression of ABA transporter gene ABCG40

Plant hormone abscisic acid (ABA) plays an indispensable role in the control of leaf senescence, during which ABA signaling depends on its biosynthesis. Nevertheless, the role of ABA transport in leaf senescence remains unknown. Here, we identified two novel RING-box protein-encoding genes UBIQUITIN LIGASE of SENESCENCE 1 and 2 (ULS1 and ULS2) involved in leaf senescence. Lack of ULS1 and ULS2 accelerates leaf senescence, which is specifically promoted by ABA treatment. Furthermore, the expression of senescence-related genes is significantly affected in mature leaves of uls1/uls2 double mutant (versus wild type (WT)) in an ABA-dependent manner, and the ABA content is substantially increased. ULS1 and ULS2 are mainly expressed in the guard cells and aging leaves, and the expression is induced by ABA. Further RNA-seq and quantitative proteomics of ubiquitination reveal that ABA transporter ABCG40 is highly expressed in uls1/uls2 mutant versus WT, though it is not the direct target of ULS1/2. Finally, we show that the acceleration of leaf senescence, the increase of leaf ABA content, and the promotion of stomatal closure in uls1/usl2 mutant are suppressed by abcg40 loss-of-function mutation. These results indicate that ULS1 and ULS2 function in feedback inhibition of ABCG40-dependent ABA transport during ABA-induced leaf senescence and stomatal closure.     

多氯联苯促进毛白杨不定根分化的效应

多氯联苯是一种典型的持久性有机污染物。研究表明多氯联苯具有毒物兴奋效应, 但其影响植物生长发育的机制尚不清楚。以毛白杨(Populous tomentosa)组培苗为材料, 探讨3 mg·L^-1 Aroclor1254对不定根分化、植物激素水平、与生长素相关的P009g125900、P006g142600和P002g222700基因表达、与细胞分裂素相关的P005g2489和P005g2376基因表达的影响。结果显示, Aroclor1254可促进毛白杨组培苗不定根分化, 缩短不定根初根时间与分化率达100%的时间, 提高不定根数目; 在不定根诱导期, 用Aroclor1254单独诱导, IAA/(ZR+dhZR)比值与阳性对照无显著差异, P006g142600、P002g222700、P009g125900、P005g2489和P005g2376基因表达变化趋势与IBA单独诱导下各基因表达变化趋势一致。为验证Aroclor1254是否具有生长素效应, 以玉米(Zea mays)和转生长素报告基因DR5::GUS的拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料, 观察Aroclor1254对胚芽鞘生长及DR5::GUS基因表达的影响。结果显示, 一定浓度的Aroclor1254对胚芽鞘的生长无显著影响, 但可诱导生长素报告基因表达。以上结果表明, 多氯联苯类化合物Aroclor1254虽不属于植物生长调节剂, 但具有毒物兴奋效应, 在一定浓度下具有类似生长素的生物学活性。     

棘孢木霉嗜铁素sidA基因敲除及表型分析

明确棘孢木霉菌Trichoderma asperellum嗜铁素合成的关键基因,能够为进一步探索嗜铁素在生防和促生中的作用奠定基础。本研究在对sidA基因进行定位、结构分析和RT-PCR检测的基础上,利用double-joint PCR技术构建基因敲除载体,经聚乙二醇（PEG）介导原生质体转化、潮霉素初筛、PCR和southern blot验证获得突变株,并对其表型进行分析,获得2株性能稳定的敲除突变体?sidA1和?sidA2。与野生型相比,?sidA1和?sidA2的嗜铁素产量在5d时分别下降了38.67%和36.65%;孢子萌发率在12h时分别下降了45.33%和47.47%;产孢量在10d时分别下降了33.01%和41.02%,且突变株在受NaCl、KCl、SDS等胁迫时的抗性较野生型降低。表明sidA基因的缺失降低了嗜铁素产量,抑制了菌体的生长以及对胁迫因子的抗性,sidA基因是影响棘孢木霉嗜铁素产生的关键基因之一。