拟南芥种子的脱水耐性和长寿命获得的研究

ABA在种子的发育和成熟过程中起重要作用、是诱导种于休闲必不可少的激素，并且和种子发育期间脱水位性的获得相联系。利用ABA缺乏和对ABA不敏感的突变体进行研究，有利于了解影响脱水耐性获得的因素．对ABA不敏感的三个位点称为：abi1、abi2、abi3．abi1和abi2突变体表现为在营养生长时期．在水分协迫下美艺。abi3突变主要影响种于发育。缺乏ABA以及对ABA不敏感的突变体种子能获得脱水耐性，但缺乏ABA以及对AnA不敏感的双突变体Aha、abi3的种子失去脱水时性。这种对脱水田惠的基因到可以对种子的脱水同住进行详细的分析。在有关…     

不同脱水剂对杂交水稻制种种子质量及基因表达的影响

种子脱水干燥是杂交水稻制种过程的一个重要环节,种子自然脱水速率慢,遇雨天还易引起成熟期推后和穗发芽等问题。利用脱水剂快速降低种子水分对种子安全生产有重要意义。本研究以Y两优689杂交水稻品种为材料,比较不同脱水剂对其制种种子脱水及种子质量的影响。11种脱水剂均能加快种子成熟后期脱水,7号和9号脱水剂喷施后5 d,种子水分分别下降4.6%和3.6%,且对种子千粒重、发芽和幼苗生长无不良影响,种子可溶性蛋白、可溶性糖、ABA和GA3含量则显著高于对照。种子室温贮藏6个月后,与对照相比,7号、8号和9号脱水剂处理对种子发芽和幼苗生长无显著影响,7号和9号脱水剂处理的种子可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性、ABA含量与对照无显著差异。7号比9号的脱水效果好,可作为Y两优689的脱水剂。种子贮藏前,7号、8号和9号脱水剂处理能提高种子中OsNECD1和OsNCED2基因的表达,降低OsGA2ox1的表达;而种子贮藏6个月后,OsNECD1和OsNCED2表达量下降,OsCYP707A5和OsGA2ox1表达量上升。这表明经过6个月贮藏,脱水剂处理对种子ABA合成相关基因和GA3分解相关基因表达的影响减弱,同时OsCYP707A5的高表达导致种子ABA含量减少,可能是种子贮藏后萌发力提高的主要原因。     

赤霉素浸种对柴胡种子发芽及内源激素变化的影响

为了研究不同浓度赤霉素浸种对柴胡种子发芽的影响,测定分析种子发芽过程中4种内源激素含量的变化差异,为柴胡种子萌发调控及提高种子发芽率提供理论依据和可行方法,采用0 mg·L~(-1)、50 mg·L~(-1)、100 mg·L~(-1)、150 mg·L~(-1)和200 mg·L~(-1)的赤霉素溶液浸种处理柴胡种子,高效液相色谱法测定种子发芽过程中ABA、GA_3、IAA和ZR的含量。结果表明,不同浓度赤霉素浸种的柴胡种子发芽势和发芽率均差异显著,150 mg·L~(-1)浸种的发芽势(30.1%)和发芽率(64.5%)均最高。与对照相比,其他浸种处理种子发芽过程中的ABA、IAA含量均显著降低,GA_3、ZR含量均显著增加。种子发芽过程中,各浸种的IAA+GA_3+ZR/ABA比值均呈"上升-下降-上升"的变化,且其他浸种的该比值均显著高于对照组,以150 mg·L~(-1)浸种的最高。研究表明,柴胡种子发芽过程中ABA、GA_3、IAA、ZR的含量呈现不同变化,赤霉素浸种可通过调节IAA+GA_3+ZR/ABA比值上升,进而促进种子发芽。     

香蕉MaASR1基因通过ABA途径提高拟南芥抗旱性的作用机制

香蕉MaASR1基因在植物响应逆境胁迫时发挥着重要作用,为了进一步研究MaASR1基因转入拟南芥后增强其抗旱性的分子机制,运用DNA芯片技术来筛选野生型的拟南芥和转MaASR1基因的拟南芥在不做任何处理和干旱胁迫处理条件下的差异基因。对基因芯片中与ABA途径相关的上调和下调大于2倍的差异基因进行了荧光定量PCR的验证,实验结果发现在以上两种处理条件下,转MaASR1基因的拟南芥体内ABA的生物合成量比野生型拟南芥低,而ABA的降解量却升高。当受到干旱胁迫时,转基因拟南芥体内ABI5和ABF1基因的表达量会得到提高,而ABI5基因可以赋予转基因拟南芥株系耐旱性和抗旱性的功能是因为LEA类的蛋白被其调控表达和提高了ABA诱导基因的表达水平。ABF1基因发挥其提高转基因株系抗旱性的功能则可以通过参与ABA信号途径以及与其它的ABI类基因共同作用来实现。除此之外转基因拟南芥株系抗旱性的提高,与CBL/CIPK复合物参与的胁迫应答途径无关。以上结果为解析MaASR1基因作为转录因子通过ABA途径提高植物抗旱能力的分子机制奠定基础。     

玉米ZmBRI1基因的克隆、表达及功能分析

油菜素内酯(BRs)是一种重要的甾族类激素,在植物的生长过程中起着重要的作用。本研究利用同源克隆的方法,从玉米B73自交系中获得了一个新的油菜素内酯受体蛋白编码基因ZmBRI1,该基因全长为3369 bp,编码1122个氨基酸。亚细胞定位分析表明,ZmBRI1蛋白定位于细胞膜上,而且ZmBRI1在各个玉米的各个组织器官中都有表达,其中在幼嫩的组织中表达最高。利用转基因技术将ZmBRI1导入BR不敏感突变体bri1-5中,获得的转基因植株修复了其表型,特别是植株高度、叶片形态和果荚大小。与突变体bri1-5比较,油菜素内酯(brassinolide,BL)处理显著抑制转基因株系根系生长;丙环唑(propiconazole,Pcz)处理显著抑制了下胚轴生长;同时转基因株系DWF4和CPD基因的表达量下降。此外,在野生型(Ws)中过表达ZmBRI1,显著提高了拟南芥在ABA抑制条件下的种子萌发率和植株生长,下调了ABA响应基因RD29A、RD29B、ABI5和RAB18的表达。因此,ZmBRI1不仅参与了植物的形态建成和BR的信号传导,而且参与调控了植物对ABA信号的响应。     

水稻ABA生物合成基因OsNCED3响应干旱胁迫

9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物内源脱落酸(ABA)生物合成的限速酶,由NCED基因家族编码,水稻中响应干旱胁迫并以此调节ABA水平的OsNCED基因尚见未报道。本研究发现在水稻已报道的5个OsNCED基因中,OsNCED3的表达受干旱胁迫诱导,复水处理后其表达快速下调,其表达模式与此过程中内源ABA含量变化趋势一致。OsNCED3的RNAi转基因植株表现为干旱敏感,且生物量下降;而过量表达OsNCED3基因增加了水稻的抗旱性。干旱胁迫下过量表达OsNCED3的转基因株系有较高的ABA水平,同时其抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及逆境响应基因脱水素蛋白(Dehydrin)和胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)转录表达均高于野生型。下调表达OsNCED3的转基因株系则呈现相反的变化趋势。因此,OsNCED3是水稻干旱胁迫响应基因,调节了干旱环境下ABA水平和抗逆性。     

甘蓝型油菜成熟角果内源激素对带壳种子发芽的影响

以甘蓝型油菜品系832、780、1-1、1-13、8-6为材料,进行了田间带壳种子发芽调查、室内模拟降雨带壳种子发芽试验、种子发芽试验、不同浓度ABA处理的种子发芽试验,并利用HPLC测定了鲜果壳和种子的吲哚乙酸(IAA)、细胞分裂素(CK)和脱落酸(ABA)的含量。结果表明,各供试甘蓝型油菜品系带壳种子发芽率存在极显著差异,而不带壳种子的发芽率在第5 天以后没有显著差异。油菜成熟角果的果壳ABA含量与带壳种子发芽存在显著负相关（r＝－0.8941）,带壳种子发芽主要受果壳所含ABA的抑制;外源ABA能明显抑制种子发芽。     

天山云杉ABI5基因的克隆与原核表达活性测定

ABI5又名植物脱落酸不敏感蛋白5 (Abscisic acid-insensitive 5),作为ABA信号通路中重要的转录因子,协调参与了种子发育和萌发、植物生长、逆境胁迫等方面的调控。目前的研究多是以拟南芥为对象,而在天山云杉等木本植物上报道极少。本研究以天山云杉的cDNA为模板进行了PCR扩增,得到了天山云杉ABI5序列,经测序发现其全长为1 071 bp,共编码了352个氨基酸。将ABI5基因连接pET-24a原核表达载体,得到了重组质粒pET-24a-ABI5。对IPTG浓度、诱导时间、培养基类型和孵育温度进行了优化,得到了最适培养条件为采用LB培养基,IPTG终浓度为0.2 mmol/L,20℃下诱导8 h。通过SDS-PAGE检测纯化产物发现大部分蛋白以包涵体形式存在,对部分包涵体蛋白进行了复性并利用孔雀石绿显色反应进行了活性的验证。     

贮藏条件及回湿处理对白皮松种子内源激素含量的影响

采用硅胶法对白皮松种子进行脱水处理,并将获得的各含水量的种子(7.27％(国家标准安全含水量)、4.14％、3.19％和2.18％)在室温下贮藏4个月,同时,以7.27％的种子低温贮藏为对照,研究贮藏条件及回湿处理对白皮松种子内源激素含量的影响.结果表明:(1)在种子脱水过程中,随着种子含水量的降低,其GA3和ZR含量降低,IAA和ABA含量呈先升高后降低的趋势；当含水量由7.27％降到4.14％时,GA3含量大幅下降,而ABA含量大幅升高；超干种子的GA3和ZR含量及GA3/ABA和ZR/ABA的比值均低于对照；(2)经回湿处理的种子与未回湿相比,其GA3、IAA和ZR含量及GA3/ABA和ZR/ABA比值均有所升高.其中,含水量为3.19％的种子其GA3及ZR含量极显著提高,且分别比对照提高81.3％和35.8％；而回湿处理的种子其ABA含量则下降.可见,虽然GA3及ZR在超干贮藏后其含量降低,但回湿处理后却能极显著提高,从而有效提高发芽能力,这为白皮松种子超干贮藏提供了可能性.     

含异位表达花生AhNCED1基因的拟南芥提高耐渗透胁迫能力

AhNCED1是干旱胁迫下调控花生ABA生物合成的关键基因。以pCAMBIA1301为基本双元表达载体,分别构建CaMV35S启动子和拟南芥AtNCED3基因启动子(AtNCED3p)驱动花生AhNCED1基因的2个植物双元表达载体p35S::ORF和pAtNCED3p::ORF,通过根癌农杆菌介导法将上述两个表达载体分别转化野生型和129B08/nced3突变体拟南芥,经潮霉素筛选和PCR鉴定分别获得35S::ORF-WT和A3p::ORF-B08转基因植株,RT-PCR证实花生AhNCED1基因已在转基因植株中稳定表达,并对野生型、129B08/nced3突变体和转基因拟南芥进行外源ABA敏感性和耐渗透胁迫能力分析。结果表明,129B08/nced3突变体对外源ABA的敏感性下降,而花生AhNCED1基因在拟南芥中的异位表达提高了对外源ABA的敏感性。在山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体种子的相对萌发率明显低于野生型的,而A3p::ORF-B08转基因拟南芥种子的相对萌发率与野生型的相当,显著高于129B08/nced3突变体的,且300mmolL–1山梨醇胁迫下,35S::ORF-WT转基因拟南芥种子的相对萌发率明显高于野生型的。在300mmolL–1山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体幼苗叶片高度黄化,根的形成和幼苗生长受到严重抑制,而A3p::ORF-B08转基因突变体与野生型相似,叶片仅轻度黄化,幼苗生长势良好;35S::ORF-WT转基因植株幼苗生长未受明显影响。这些结果说明,拟南芥129B08/nced3突变体对山梨醇诱导的非离子渗透胁迫有超敏性,异位表达花生AhNCED1基因能恢复该突变体对山梨醇的超敏性,提高拟南芥的耐渗透胁迫能力。     

过表达谷子液泡H~+-ATPase E亚基基因在拟南芥中的耐盐性

V-H+-ATPase在植物生长、发育和胁迫响应等生物学过程中发挥重要作用。本研究通过序列比对,从谷子中克隆到V-H+-ATPase E亚基基因Si VHA-E。进化树分析显示,Si VHA-E基因在进化上属于E1/E3亚族,与玉米V-H+-ATPase E亚基基因Zm VHA-EL亲缘关系较近。表达谱分析结果显示,Si VHA-E在高盐、茉莉酸甲酯(Me JA)、水杨酸(SA)和脱落酸(ABA)处理下表达上调,在低温和低氮处理下表达下调。亚细胞定位分析表明Si VHA-E定位于液泡膜上。遗传转化拟南芥的耐盐性鉴定表明,在盐处理条件下,转基因株系的种子萌发率、幼苗主根长、植株鲜重及存活率显著高于野生型的。与野生型拟南芥植株相比,Si VHA-E过表达植株体内Na+含量减少,体内相对含水量提高。此外,ABA萌发试验结果显示,在种子萌发后期,Si VHA-E过表达植株对ABA更加敏感。研究表明,谷子Si VHA-E可以显著提高拟南芥耐盐性,这可能与其正向调控ABA信号途径以及减少植株体内Na+积累和水分散失有关。     

拟南芥bZIP1转录因子通过与ABRE元件结合调节ABA信号传导

ABA作为一种重要的植物激素和生长调节剂,介导了高等植物在营养生长阶段对各种外界环境的响应和适应。bZIP类转录因子可以通过ABA依赖途径和ABA非依赖途径调节植物的生长发育和对非生物胁迫的耐性。本研究通过AtbZIP1 T-DNA插入突变的拟南芥植株ko-1 (SALK_059343)和ko-2 (SALK_069489C)在ABA处理后的表型实验,验证了AtbZIP1参与ABA依赖的信号传导通路。采用“三引物法”,分别在DNA水平和RNA水平通过PCR和RT-PCR验证了AtbZIP1基因在拟南芥突变体中的沉默效果。定量分析数据表明,在种子萌发阶段,经过0.6 μmol L^–1 ABA和0.8 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株萌发率和叶片展开/绿色率比野生型植株高,在幼苗生长阶段,经过50 μmol L^–1 ABA处理后,AtbZIP1缺失突变体拟南芥植株根长比野生型植株长。为了确定AtbZIP1基因参与ABA信号传导是否依赖于ABRE元件,在大肠杆菌中表达了AtbZIP1 HIS6融合蛋白,并设计了核心序列为CACGTG的ABRE元件。凝胶阻滞电泳结果表明AtbZIP1融合蛋白可以与ABRE元件特异性结合。半定量RT-PCR分析表明,AtbZIP1基因的缺失改变了下游的ABA响应基因的表达。该结果表明AtbZIP1可以通过与ABRE元件结合调节植物对ABA处理的敏感性和下游ABA响应基因的表达,从而参与植物的ABA信号传导通路。     

海岛棉GbMFT2基因的克隆及表达分析

通过RT-PCR和RACE技术从新疆海岛棉品种新海14号中克隆得到了一个MFT(MOTHER OFFT AND TFL1)类似基因,命名为GbMFT2基因(GenBank登录号为KF739071)。GbMFT2基因的开放阅读框(ORF)为519 bp,编码172个氨基酸,含有一个磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)结构域。GbMFT2基因和GbMFT1基因的核苷酸相似性仅为56.7%,二者蛋白的相似性为62.7%。系统进化树分析表明GbMFT2编码产物属于MFT-like亚家族。qRT-PCR分析表明,GbMFT2基因在不同的组织中均有表达,在胚珠和茎中表达量较高。半定量RT-PCR结果表明,和GbMFT1基因的表达模式不同,GbMFT2基因在刚萌发的种子中的表达量很低;但随着ABA浓度的升高表达量显著提高,并且ABA处理下萌发24 h的种子中的表达量要高于72 h中的表达量,表明该基因的表达受ABA的调节,可能在种子萌发过程中起重要作用。     

‘贵紫麦1号’GzA BI5-3A3基因的克隆及在烟草中的功能分析

ABI5在植物种子休眠与萌发、生长发育、花青素合成以及对逆境胁迫的响应等诸多生物学过程中起着重要作用。而大量研究表明ABI5参与种子休眠与萌发,少有研究表明ABI5参与花青素合成。为了探究ABI5转录因子参与调控小麦花青素合成,本研究从‘贵紫麦1号’中扩增得到Gz ABI5-3A3的c DNA全长。其启动子顺式元件分析结果表明Gz ABI5-3A3可能参与调控植物生长、光合作用、开花及种子萌发和花青素累积的生物学过程。蛋白质系统进化树分析表明,Gz ABI5-3A3与小麦中Ta ABI5D-SH-31、Ta ABI5D-SH-23和Ta ABI5D-SW-23同源。本研究进一步构建Gz ABI5-3A3基因的过表达载体PBI121-Gz ABI5-3A3,用于烟草遗传转化,共获得8个烟草转基因株系。本研究对Gz ABI5-3A3过表达转基因株系进行研究发现,转基因烟草株系L4、L7和L15苗期叶片中花青素含量显著低于野生型,其花青素合成途径的结构基因Nt PAL、Nt DFR、Nt ANS和Nt CHS的表达量显著下降。研究结果表明Gz ABI5-3A3能够通过调控花青素合成途径结构基因的表达来负向调控植物花青素的合成,为后续研究Gz ABI5-3A3调控花青素合成的分子机制提供研究基础。     

转GmAREB基因提高拟南芥的干旱、氧化胁迫耐性

以耐盐性较强的大豆(Glycine max L.)品种铁丰8号为试验材料,克隆到1个A亚族bZIP类转录因子基因,命名为GmAREB (Glycine max ABA responsive element binding protein)。该基因由1 317个核苷酸组成,编码439个氨基酸残基,包括4个保守的磷酸化位点区域(C1、C2、C3和C4)、1个核定位信号区(KVVE)和1个bZIP转录因子保守域。聚类分析显示GmAREB蛋白与拟南芥ABF2、水稻OsTRAB1具有较高的同源性,并存在较近的亲缘关系。采用凝胶阻滞实验方法证明GmAREB蛋白与ABRE顺式元件具有体外结合特异性。功能分析结果表明, 在干旱胁迫条件下, GmAREB转基因拟南芥的存活率(50%)显著高于野生型(5%);气孔统计分析显示转基因植株的气孔开度(0.8 μm)明显比对照开度小(2.6 μm)。氧化胁迫结果显示GmAREB转基因拟南芥在甲基紫精溶液中叶绿素含量比野生型高(7.3 mg g^–1 FW)。转基因拟南芥RT-PCR分析表明,GmAREB基因过表达能够增强下游胁迫相关基因ABI1、ABI2的表达,抑制气孔开闭相关基因KAT1、KAT2的表达。综上所述,GmAREB基因过表达有效调控了转基因拟南芥下游靶基因表达,加速了气孔关闭,减少了水分蒸发和叶绿素降解,从而提高了转基因拟南芥对干旱、氧化胁迫耐性。     

外源ABA对杂交水稻种子萌发的生理效应

本文就ABA浸种对种子萌发的生理效应进行了研究。结果表明，低浓度（10mg/L)ABA能提高发芽势而促进发芽，高浓度（70mg/L)ABA能降低发芽势而抑制发芽，ABA处理后使内源GA3含量在各个处理下降低，使内源ABA与ipA含量在高浓度处理下升高，在低浓度处理下降低，使ABA/GA3比值在各个处理下升高；使α-淀粉酶活性和可溶性糖含量在低浓度处理下升高，在高浓度处理下降低，使可溶性蛋白含量在低浓度处理下降低，高浓度处理下升高，相关分析时，F1种子发芽势与ABA/GA3比值和ipA含量呈极显著负相关（r1=-0.957**,r2=-0.912**)，与可溶性蛋白呈显著负相关（r=-0.821*)，与淀粉酶活性呈显著正相关（r=0.754*)。与可溶性糖在10%水平正相关（r=0.664^(*))。     

ABA对种子发育的调节

种子中ABA的含量随发育进程而变化，在发育开始到成熟的大约1／3～1／2的时期达到最大值。ABA促进胚的发育，抑制离体胚的过早萌发．增加贮藏物的积累特别是贮藏蛋白的合成，诱导产生与脱水耐性有关的LEA蛋白及其mRNA、ABA突变体有ABA缺乏和ABA不敏感两种类型，外源ABA能够逆转ABA突变体的生理反应。Em启动子的ABA反应元件位于-168至-106之间。     

异源表达棉花GhPRP5基因增强了拟南芥对盐和ABA的敏感性

富含脯氨酸的蛋白(proline-rich proteins, PRPs)代表一类富含脯氨酸和羟脯氨酸的细胞壁结构蛋白质,最先在伤害诱导的胡萝卜贮藏根中被发现。越来越多的证据显示这类蛋白在应答多种生物和非生物胁迫中起作用。我们之前从棉花cDNA文库中分离了一个命名为GhPRP5的编码富含脯氨酸蛋白的基因,为研究其功能,构建了GhPRP5的过量表达载体,转化拟南芥,获得GhPRP5高表达的8个株系的纯合体。在正常培养条件下,转基因株系和野生型种子的萌发率一致,但盐胁迫和ABA处理显著抑制了转基因拟南芥株系种子的萌发。盐胁迫条件下野生型的绿苗率明显高于转基因拟南芥株系,与正常生长条件相比,ABA处理抑制转基因拟南芥主根伸长的程度更大。利用Quantitative RT-PCR技术分析几个胁迫相关标记基因的表达情况表明,盐和ABA诱导了RD29A、RD29B和KIN1的表达,但诱导水平在转基因株系和野生型中不一样,说明GhPRP5参与调控拟南芥胁迫相关标记基因的表达,但具体参与的胁迫应答信号传导途径仍需进一步研究。     

费尔干猪毛菜病程相关蛋白SfPR1a基因的异源表达增强了烟草对干旱、盐及叶斑病的抗性

为明确一年生草本盐生植物费尔干猪毛菜(Salsola ferganica Drob.)病程相关蛋白基因SfPR1a (GenBank登录号为JQ670917)是否参与了植物对逆境胁迫的响应,采用qRT-PCR检测了该基因在不同组织部位和脱落酸(ABA)、茉莉酸(JAs)、乙烯合成直接前体(ACC)等相关激素胁迫及NaCl处理下的表达规律,同时对转基因烟草在盐、旱及丁香假单胞菌等胁迫下的抗性进行了鉴定。结果显示, SfPR1a基因在费尔干猪毛菜根中的表达量显著高于茎叶中,且受到ABA、JAs、ACC、NaCl的积极诱导;干旱胁迫下,转基因烟草的丙二醛(MDA)含量显著低于野生型烟草,显示出较强的抗旱表型;盐胁迫下,异源表达SfPR1a的转基因烟草幼苗生长显著优于野生型烟草;丁香假单胞菌攻毒后的转基因烟草叶片呈现严重的坏死反应,但植株的整体抗性表型显著优于野生型烟草;亚细胞定位结果显示该蛋白定位于植物细胞质外体空间。以上结果表明,费尔干猪毛菜病程相关蛋白SfPR1a基因参与了植物对非生物及生物胁迫的抗性。     

外源GA3、ABA对种子发芽与亲本穗上发芽内源激素变化影响研究

以外源GA3和ABA处理种子和水稻亲本,研究GA3和ABA对水稻种子萌发及亲本穗上发芽的影响,结果表明,外源GA3处理后引起两者种子内源GA3升高,降低种子内ABA、IAA水平,提高了GA3/ABA比值;外源ABA处理,引起种子内ABA含量升高,降低GA3、IAA水平,GA3/ABA比值减少;种子萌发和穗芽形成过程中GA3含量、GA3/ABA比值对比,发现前者小于后者,而种子萌发率与穗芽率相比,前者远远大于后者,表明穗上穗芽形成是一个更为复杂的生理变化过程.