盐胁迫对拟南芥AtPUB18基因的诱导表达及其启动子分析

用300mmol/L NaCl处理拟南芥幼苗,分别于处理后0、1、2、4、8、16、24、48h通过Northern Blot检测其AtPUB18基因的表达量。结果显示:拟南芥AtPUB18基因的表达量受高盐胁迫的诱导而升高,于处理后4h表达量达到最高,处理后16h表达量最低。采用PCR技术克隆AtPUB18的启动子,序列为1 974bp;序列分析发现启动子内含有大量与非生物胁迫相关的顺式作用元件,如HSE、LTR、MBS及ABRE;将启动子克隆到表达载体pCambia1300-221-GUS中,驱动报告基因GUS表达。组织化学染色结果表明,未经过高盐处理的幼苗中GUS基因表达水平很低;300mmol/L NaCl处理后GUS基因表达量显著升高。研究表明,AtPUB18的表达受高盐胁迫诱导,且AtPUB18基因的启动子是一个盐胁迫诱导型启动子。     

玉米胚胎发生后期丰富蛋白基因的启动子克隆与功能验证

该研究在生物信息学分析的基础上,克隆玉米胚胎发生后期丰富蛋白基因(MGL3)的启动子序列(pMGL3),进行非生物逆境应答元件分析以及实时定量PCR验证其非生物逆境胁迫响应特性,构建了pMGL3启动子驱动报告基因(GUS)表达载体,基因枪法转化玉米愈伤组织,通过GUS染色验证pMGL3启动子在非生物逆境胁迫下的驱动活性。再根据启动子序列分析结果,去除不同的顺式作用元件,构建不同长度pMGL3启动子驱动报告基因GUS表达载体,农杆菌介导法转化烟草叶盘,以确定pMGL3启动子的最短活性序列。结果显示:pMGL3启动子长1 554bp,存在多种与非生物逆境胁迫应答相关的调控元件,在干旱、高盐、低温胁迫及脱落酸、乙烯诱导下驱动MGL3基因增量表达,用以驱动GUS基因转化玉米愈伤组织,在高渗、高盐、低温胁迫及脱落酸诱导下具有驱动活性,且截短至325bp仍可保持驱动活性。研究表明,pMGL3启动子的确有非生物逆境诱导启动活性,进一步验证其作用机理后可运用于玉米抗逆转基因研究。     

大豆转录因子GmERF5启动子的克隆及活性分析

乙烯响应因子(Ethylene-responsive factors,ERFs)广泛参与植物对生物和非生物胁迫的应答。从大豆吉林32的基因组DNA中分离到GmERF5的启动子片段,全长1 924 bp。该区段含有9种与逆境相关的顺式作用元件,即G-box、GT-1、LTRE-1、W-box、TL1、DPBF、MYB、MYC和BIHD10S。将该启动子构建到植物表达载体pCAMBIA1301上与葡萄糖苷酸酶(GUS)基因融合,注射法转化烟草叶片,并进行干旱、高盐和低温处理,通过GUS组织化学染色和GUS荧光值的测定分析启动子的启动活性。结果表明,在未处理条件下,该启动子能驱动下游GUS基因的表达。干旱和低温处理10 h能明显增强GmERF5P的启动活性。     

百子莲脱水素基因ApY2SK2逆境应答模式及启动子调控功能研究

在百子莲胚性细胞中筛选到对超低温保存复合逆境具有积极响应的保护类蛋白脱水素(ApY_2SK_2),为探明ApY_2SK_2基因在复合逆境中的应答模式,该研究采用染色体步移技术克隆并分析了ApY_2SK_2编码基因上游1 200 bp的启动子序列。结果表明:(1)序列分析显示,该启动子含有多个与逆境和激素诱导相关的顺式调控元件;实时荧光定量PCR结果表明,ApY_2SK_2基因的表达具有组织特异性,在百子莲的叶和果中表达量较高,且在多种胁迫处理与ABA激素诱导下,其表达量显著升高。(2)成功构建了5个ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因的融合表达载体,经农杆菌转化、抗性筛选和PCR检测鉴定,获得T_3代纯和转基因拟南芥株系。(3) GUS组织化学染色结果显示,GUS基因在拟南芥幼苗全株、成年苗的叶、花和成熟果实中表达活性较强,但在未成熟果实中无明显表达;烟草瞬时表达结果显示,与对照组相比,在脱水胁迫和ABA处理下的ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因表达具有显著差异。(4)转基因拟南芥GUS活性测定结果显示,ApY_2SK_2启动子MBS元件和ABRE元件可响应干旱与渗透胁迫信号;ApY_2SK_2启动子LTR元件参与低温响应;ApY_2SK_2启动子-1 199～-262 bp区域包含多个串联的ABRE顺式调控元件(-373～-211 bp)对响应ABA信号具有主要调控作用。该研究结果揭示了ApY_2SK_2启动子的组织特异性,且启动子上的关键顺式调控元件对不同的胁迫和激素信号响应具有决定性调控作用。     

茶树CsCIGR基因克隆及表达特性分析

该研究以茶树基因组数据库为基础,采用RT-PCR技术,从茶树‘龙井43’中克隆得到基因CsCIGR。序列分析显示,CsCIGR基因开放阅读框长度为1 677 bp,编码588个氨基酸。进化分析表明,CsCIGR属于GRAS家族的PAT1亚家族。多序列比对显示,茶树CsCIGR蛋白与其他植物的GRAS蛋白氨基酸序列具有很高的相似性。氨基酸理化性质分析显示,CsCIGR转录因子属于亲水性蛋白。亚细胞定位预测显示,CsCIGR可能位于细胞核中。启动子预测分析发现,CsCIGR启动子区域包含胁迫响应元件(STRE)、干旱应答元件(MYC)、厌氧诱导元件(ARE)等多种与逆境响应相关的顺式作用元件。荧光定量PCR分析结果显示,CsCIGR基因在低温(4℃)、高温(38℃)、干旱(200 g·L~(-1) PEG)、高盐(200 mmol·L~(-1) NaCl)胁迫下均能诱导表达,且对高盐,低温和高温胁迫响应更为明显,推测CsCIGR基因在茶树响应逆境胁迫中发挥重要作用。该研究为茶树抗性育种筛选基因提供了重要理论依据。     

海州香薷(Elsholtzia haichowensis Sun)细胞壁转化酶基因启动子(EhcwINVP)的克隆及活性分析

以海州香薷基因组DNA为模板,通过hiTAIL-PCR和walking技术扩增得到其细胞壁转化酶基因启动子(Ehcw INVP)片段,长度为1727 bp。生物信息学分析结果表明,该启动子片段中含有多个对脱落酸、赤霉素、细胞分裂素等激素以及对干旱、低温、重金属铜等逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。将通过克隆得到的Ehcw INVP序列替换p CAMBIA1301载体上驱动GUS报告基因表达的Ca MV35S启动子序列,构建Ehcw INVP融合GUS的植物表达载体Ehcw INVP::GUS。转基因拟南芥植株的组织化学分析结果表明,海州香薷细胞壁转化酶基因启动子序列具有驱动GUS基因表达的功能,且在10μmol/L铜胁迫下,转基因拟南芥植株叶和根中的GUS活性分别约是对照组的1.7倍和1.5倍。     

番茄SlWRKY31基因启动子的克隆与逆境应答模式分析

该研究以野生型番茄（Solanum lycopersicum）为材料,采用PCR技术克隆得到了番茄 SlWRKY31 基因起始密码子 ATG 上游启动子序列,并利用该启动子驱动 GUS基因在野生型番茄中表达,对获得的转基因番茄采用不同胁迫处理后进行GUS 染色和定量分析。结果表明：（1）序列分析显示,该启动子全长1 849 bp,含有多个与非生物胁迫和激素响应相关的顺式作用元件,主要包括热胁迫响应元件 HSE、干旱诱导响应元件 MBS、防卫和胁迫响应元件 TC rich repeats、创伤诱导响应元件 WUN motif、脱落酸（ABA）响应元件 ABRE 和水杨酸（SA）响应元件 TCA element。（2）实时荧光定量 PCR 结果显示,SlWRKY31 基因呈组成型表达模式,且在叶和果实中表达量较高,茎中较低;在NaCl、甘露醇、SA、ABA 和42 ℃ 高温的胁迫处理下,其表达量显著升高。（3）构建 SlWRKY31 启动子和 GUS 基因融合的植物表达载体,并通过农杆菌介导法将其转化野生型番茄,对获得的转基因番茄进行 GUS 组织化学染色分析结果显示,SlWRKY31 基因在番茄的各个组织（根、茎、叶、花、果实和种子）中均有表达,表明 SlWRKY31 启动子是组成型表达启动子。（4）对转基因番茄在不同胁迫处理后的 GUS 染色和定量分析显示,SlWRKY31 启动子显著受到NaCl、甘露醇、SA、ABA 和42 ℃ 高温的诱导表达,说明该启动子是一个可以响应多种逆境胁迫的诱导型启动子。     

玉米钼辅助因子硫酸化酶基因启动子的克隆与功能验证

为克服组成型启动子启动外源基因过量表达引起的诸多问题,同源克隆(Mo-molybdopterin cofactor sulfurase)基因（ABA3）的启动子(ABA3s)序列,并用PlantCARE软件分析其非生物逆境应答元件, 实时定量PCR检测ABA3基因在非生物逆境诱导下的差异表达后。然后,用该启动子构建启动GUS（β-glucuronidase）基因的表达载体, 基因枪法转化玉米愈伤组织。经组织化学染色法检测其表达后, 在高渗、高盐、低温胁迫处理及ABA诱导下检测GUS酶荧光值与荧光素酶(内参)发光值的比值(GUS/LUC), 以此评价ABA3s启动子在非生物逆境胁迫下的启动活性。结果表明, ABA3基因在模拟干旱、低温、高温、高盐胁迫及ABA、乙稀诱导下差异表达, 说明该基因的启动子(ABA3s)具有非生物逆境诱导活性。序列分析表明, ABA3s启动子全长777 bp, 含有ARE、HSE、MBS、TGA、Circadian等多种非生物逆境胁迫应答元件。用ABA3s启动GUS基因构建的表达载体转化的玉米愈伤组织, 响应干旱、低温、高温、高盐胁迫等多种非生物逆境胁迫, 及ABA和乙稀诱导, GUS检测呈阳性。在8%甘露醇高渗条件下, GUS/LUC比值比空白对照高6倍。上述结果表明, ABA3s启动子具有非生物逆境诱导特性, 经进一步验证其功能后, 可用于玉米抗逆转基因研究。     

胡杨PeNAC121基因启动子的分离鉴定和胁迫应答模式分析

为了探究NAC转录因子家族成员在胡杨（Populus euphratica）逆境胁迫中的响应和调控机制,利用PCR技术从胡杨中克隆了PeNAC121基因的启动子序列,并采用生物信息学工具对该启动子的结构特征进行了分析,最后利用该启动子驱动GUS报告基因在三倍体毛白杨（Populus tomentosa）中表达,并对获得的转基因植株采用不同胁迫处理后进行了GUS染色和酶活性定量分析。结果表明,克隆获得的PeNAC121基因的启动子长度为1 997 bp（起始密码子ATG上游）,启动序列中除了含有大量的光响应元件,还含有多个与非生物逆境胁迫和激素响应相关的元件,如低温响应元件LTR、干旱响应元件MBS、防卫和胁迫响应元件TC-rich repeats、脱落酸（ABA）响应元件、以及赤霉素（GA）响应元件等。基因的组织表达模式检测结果显示,PeNAC121基因主要在茎中表达,在根和叶中的表达较少。GUS组织化学染色和酶活性检测结果表明,胡杨PeNAC121启动子显著受到NaCl、甘露醇、ABA和4 ℃低温的诱导表达。由上述结果推测PeNAC121基因与胡杨的逆境胁迫应答密切相关,表明该基因的启动子是一个能够应答多种逆境胁迫的诱导型启动子。本研究为阐明PeNAC121基因在胡杨逆境响应和调控中的作用机制提供理论参考。     

陆地棉GhSDP1及其启动子的克隆与表达分析

三酰基甘油脂肪酶(SDP1)是催化三酰甘油降解的关键酶,在植物油脂代谢调控中起着重要作用。克隆棉花SDP1并研究其在3种胁迫下的表达分析,为解析棉花SDP1的生物学功能提供依据。以陆地棉品种冀丰1271为试材,克隆GhSDP1编码序列和上游启动子序列;利用PlantCARE分析GhSDP1启动子区顺式作用元件;qRT-PCR检测逆境胁迫下GhSDP1的表达谱;通过烟草瞬时表达pGhSDP1启动子+GUS载体检测启动子活性。结果表明,GhSDP1的编码序列为2 541 bp,其在盐、低温和干旱胁迫下呈差异表达模式。pGhSDP1除具有启动子所必需的TATA-box和CAAT-box等基本顺式作用元件外,还含有多个与光响应、激素响应及逆境应答等相关的顺式作用元件。棉花pGhSDP1启动子能驱动GUS蛋白高效表达,具有较强的启动子活性。研究揭示了棉花GhSDP1参与胁迫应答的新功能。     

厚藤脱水素基因IpDHN启动子IpDHN-Pro的克隆和调控转录活性分析

为了解厚藤(Ipomoea pes-caprae)脱水素基因IpDHN (GenBank登录号:KX426069)启动子的转录活性和对非生物胁迫和植物激素ABA的响应,通过染色体步移法克隆了IpDHN的上游启动子序列IpDHN-Pro,长度为974 bp。构建IpDHN-Pro调控下GUS转基因载体,转化拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株获得IpDHN-Pro::GUS转基因植株并进行GUS染色,验证IpDHN-Pro启动转录活性以及在氯化钠、甘露醇、ABA处理后拟南芥GUS基因表达变化。结果表明,扩增获得的IpDHN-Pro序列包含多个顺式作用元件,包括1个ABRE、3个Myb转录因子结合位点、富含TC的重复序列以及Skn-1基序等。转基因拟南芥GUS染色及qRT-PCR表明该序列可驱动GUS基因在拟南芥稳定表达,且表达受高盐、渗透压及ABA的诱导。这表明IpDHN-Pro是一个盐旱、ABA诱导的启动子序列,可应用于相关的植物抗逆遗传工程研究。     

资阳香橙砧木CjSPL基因家族鉴定及表达模式分析

鳞片启动子结合类蛋白(squamosa promoter binding protein-like,SPL)家族是一类参与调控植物生长发育以及响应环境胁迫的重要转录因子,但在柑橘等多年生果树中的研究较少。本研究以柑橘一种重要的砧木——资阳香橙(Citrus junos Sieb.ex Tanaka)为材料,基于plantTFDB转录因子数据库和甜橙基因组数据库鉴定并克隆出资阳香橙15个SPL家族基因,命名为CjSPL1–CjSPL15。序列分析表明,CjSPLs的开放阅读框(open reading frame,ORF)长度为393–2865 bp,编码130–954个氨基酸;系统进化树将15个CjSPLs分为9个亚家族;基因结构和保守结构域分析预测出20个不同的保守motif和SBP基本结构域;启动子顺式作用元件分析预测出20种启动子元件,其中包含植物生长发育、非生物胁迫及次生代谢物相关元件。通过实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)分析了CjSPLs在干旱、盐和低温胁迫下的表达模式,较多CjSPLs在胁迫处理后显著上调表达。本研究为后续深入研究柑橘及其他果树SPL家族转录因子功能提供参考。     

毛竹PeSCL3基因表达特征及其启动子活性研究

为探讨毛竹(Phyllostachys edulis)SCL3基因的表达特征及其启动子活性,采用同源克隆的方法从毛竹中分离到SCL3同源基因Pe SCL3的编码区(ORF)和上游启动子序列(Pe SCL3p)。序列分析表明,Pe SCL3的ORF为1335 bp,推测编码含444氨基酸的蛋白,该蛋白与水稻(Oryza sativa)的SCL3同源性高达93.9%。Pe SCL3p长度为1358 bp,含有脱落酸(ABA)应答元件ABRE、赤霉素(GA3)应答元件GARE-motif和P-box、干旱诱导MYB结合位点等多种作用元件。实时定量PCR分析结果表明,Pe SCL3在毛竹叶中的表达丰度最高,其次是茎和根,而鞘中的最低;Pe SCL3的表达受GA3的抑制,受ABA、Na Cl和干旱的诱导。转Pe SCL3p∷GUS拟南芥(Arabidposis thaliana)的GUS染色结果表明,根尖、顶端生长点和子叶叶柄均被染成蓝色,尤其根尖的染色最深。这表明Pe SCL3对毛竹的生长发育,尤其是根系,可能起着重要的调控作用。     

拟南芥AtPUB18的亚细胞定位和酶活性及AtPUB18的表达

通过RT-PCR技术从拟南芥中克隆到AtPUB18全长ORF。利用VectorNTI和MEGA 5.0对蛋白序列进行生物信息学分析结果显示,AtPUB18和AtPUB19蛋白序列相似性为74.9%,一致性为63.5%;构建AtPUB18启动子(1 974bp)融合GUS报告基因载体并转化拟南芥,组织化学染色分析显示,低温和干旱诱导后转基因植株中AtPUB18表达水平显著提高;构建AtPUB18与绿色荧光蛋白基因(GFP)融合的瞬时表达载体并转化原生质体,激光共聚焦显微镜观察发现,AtPUB18-GFP融合蛋白分布在细胞核和细胞质中;构建AtPUB18与麦芽糖结合蛋白基因(MBP)融合表达载体并转化大肠杆菌表达融合蛋白,纯化后的蛋白进行泛素连接酶活性检测结果显示,在小麦泛素激活酶E1和人泛素结合酶E2存在时,AtPUB18具有泛素连接酶活性。研究表明,AtPUB18是一个有功能的泛素连接酶,定位在细胞膜和细胞质中,可能参与拟南芥对非生物胁迫的响应。     

陆地棉GhCDPK1基因响应干旱胁迫的功能初探

钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)是一类重要的钙信号感受蛋白和响应蛋白,在植物干旱、低温、盐碱等非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。为探讨陆地棉GhCDPK1基因在干旱胁迫下所起的作用,该研究利用实时荧光定量PCR技术分析了PEG模拟干旱胁迫下该基因的表达量,发现GhCDPK1基因受干旱胁迫诱导。通过构建植物表达载体pCAMBIA2300-GhCDPK1,采用农杆菌介导的叶盘法转化模式植物烟草,发现干旱胁迫下转基因植株保水能力明显高于野生型植株,叶绿素、脯氨酸、可溶性蛋白含量及POD、SOD活性也高于野生型植株,而丙二醛含量低于野生型植株。研究结果表明,GhCDPK1基因作为正向调控因子响应干旱胁迫诱导,过表达GhCDPK1基因可以使植株积累更多的渗透调节物质、增强抗氧化系统酶的活性和维持细胞膜的稳定性来提高植物抵御外界干旱胁迫的能力。     

The promoter of the pepper pathogen-induced membrane protein gene <Emphasis Type="Italic">CaPIMP1</Emphasis> mediates environmental stress responses in plants

The promoter of the pepper pathogen-induced membrane protein gene CaPIMP1 was analyzed by an Agrobacterium-mediated transient expression assay in tobacco leaves. Several stress-related cis-acting elements (GT-1, W-box and ABRE) are located within the CaPIMP1 promoter. In tobacco leaf tissues transiently transformed with a CaPIMP1 promoter-β-glucuronidase (GUS) gene fusion, serially 5′-deleted CaPIMP1 promoters were differentially activated by Pseudomonas syringae pv. tabaci, ethylene, methyl jasmonate, abscisic acid, and nitric oxide. The −1,193 bp region of the CaPIMP1 gene promoter sequence exhibited full promoter activity. The −417- and −593 bp promoter regions were sufficient for GUS gene activation by ethylene and methyl jasmonate treatments, respectively. However, CaPIMP1 promoter sequences longer than −793 bp were required for promoter activation by abscisic acid and sodium nitroprusside treatments. CaPIMP1 expression was activated in pepper leaves by treatment with ethylene, methyl jasmonate, abscisic acid, β-amino-n-butyric acid, NaCl, mechanical wounding, and low temperature, but not with salicylic acid. Overexpression of CaPIMP1 in Arabidopsis conferred hypersensitivity to mannitol, NaCl, and ABA during seed germination but not during seedling development. In contrast, transgenic plants overexpressing CaPIMP1 exhibited enhanced tolerance to oxidative stress induced by methyl viologen during germination and early seedling stages. These results suggest that CaPIMP1 expression may alter responsiveness to environmental stress, as well as to pathogen infection. The nucleotide sequence data reported here has been deposited in the GenBank database under the accession number DQ356279.