SbER10_X1调控饲用高粱光合作用和生物产量的功能特性分析

为了分析SbER10_X1调控高粱光合作用和生物产量的功能特性,本研究以高粱SbER10_X1基因过表达株系(SbERex)、目的基因沉默株系(SbERin)和野生型对照株系(WT)为材料,鉴定转基因株系的阳性和目的基因表达水平,挑选SbERex 5和SbERin 6株系,切片观察茎秆细胞大小,测定主茎秆内植物激素含量,分析光合作用相关参数,并连续两年调查生物量相关指标。结果表明:与WT株系相比,SbERex 5茎秆中赤霉素含量显著增加,脱落酸含量显著降低,导致过表达株系茎秆细胞显著增大,株高显著增加,而SbERin 6株系的赤霉素含量显著减少,脱落酸含量显著升高,但主茎秆细胞大小变化不显著。SbERex 5株系的光合速率和水分利用效率显著增加,引起SbERex 5的株高、分蘖数、叶面积、单株产量和单株生物量显著高于WT,而SbERin 6仅存在减小趋势。结果表明SbER10_X1可以影响植物激素合成,导致高粱细胞体积增大,光合能力增强,有效提升饲用高粱生物产量。

小麦幼苗活性LTR反转录转座子筛选及其对非生物胁迫的响应

LTR(长末端重复,long terminal repeat)反转录转座子占小麦基因组的60%以上,筛选小麦基因组中具有转座活性的LTR反转录转座子,并分析其在非生物胁迫下的响应,对研究反转录转座子在小麦抗逆境胁迫中的作用具有重要意义。本研究通过生物信息学分析,从转座子数据库(TREP database)中筛选出4个具有完整结构的LTR反转录转座子Fatima、Wis、Angela和Babara;同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)、甲基化特异PCR(methylmion specific PCR,MSP)和转座子展示(transposon display,TD)技术分别分析了它们在盐、ABA、H2O2和干旱等处理的小麦幼苗期(二叶一心)叶和根中的表达水平、甲基化水平和转座活性变化。结果表明,这4个反转录转座子在正常条件下均存在基础水平的转录,并且能够响应上述4种胁迫而发生转录水平的变化,且在相同胁迫条件下表达水平变化趋势一致。Fatima、Angela和Babara在非生物胁迫处理下表达水平的提高与其甲基化水平的降低有关,Wis则相反。反转录转座子LTR序列含有胁迫响应顺式作用元件,但在非生物胁迫条件下顺式作用元件对这4个反转录转座子的调控作用不显著。与叶相比,这4个反转录转座子在根中对胁迫的响应程度更高,且在盐和ABA处理下转座活性更强。本研究将有助于进一步揭示LTR反转录转座子对非生物胁迫的响应规律,为进一步研究利用反转录转座子进行小麦抗逆育种的遗传改良积累资料。

DREB转录因子在植物抗逆胁迫中的作用机理及应用研究进展

干旱、高盐和低温等非生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量。转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫的响应方面起着重要作用。DREB转录因子含有一个保守的AP2/EREBP结构域,参与外界环境胁迫的应答响应,通过结合DRE(Dehydration responsive element)顺式作用元件,调控下游胁迫相关基因的转录表达,改良植物的抗性。本文在前人研究的基础上,综述了DREB转录因子的结构特征、介导的信号传递途径、对非生物胁迫的响应以及转基因的研究进展,旨在为作物的抗逆育种提供理论依据。

植物逆境胁迫相关蛋白激酶的研究进展

干旱、高盐、高温和低温等非生物胁迫及各种病虫害等生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量.蛋白激酶主要通过激活不同的磷酸化途径介导外界环境信号的感知和传递,调控下游抗逆基因的转录表达,启动相应的生理生化等适应性反应来降低或消除危害.该文对近年来国内外有关与非生物胁迫和生物胁迫信号传导相关的受体蛋白激酶、促分裂原活化蛋白激酶、钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激酶、蔗糖不发酵相关蛋白激酶和其它胁迫相关的植物蛋白激酶的研究进展进行综述,探索蛋白激酶介导的不同磷酸化途径应对逆境胁迫的信号传递网络,为进一步了解植物逆境分子应答机制提供依据.

小麦转基因技术研究及其应用

近年来植物转基因技术研究迅速发展,大豆、玉米、油菜和棉花等转基因品种已大面积推广应用,取得巨大的经济和社会效益。小麦是世界上主要的粮食作物,自1992年第一株转基因小麦诞生以来,小麦转基因技术发展较快,为开展小麦分子育种奠定了基础。目前,小麦遗传转化主要采用基因枪法和农杆菌介导法,分别占68.8%和15.9%。研究涉及抗病、抗虫、抗逆、品质改良、提高产量等方面,其中研究较多的为抗病(39.7%)和品质改良(25.6%),部分转基因小麦品系已进行环境释放及生产性试验。本文综述了小麦转基因技术的发展和应用现状,讨论了小麦转基因研究存在的主要问题和今后的发展方向。

谷子F-box家族基因的鉴定、分类及干旱响应

F-box蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动,对维持植物正常生长发育a和介导非生物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性,本研究根据谷子转录组分析结果,从525个F-box家族成员中鉴定出19个在干旱胁迫下表达量上调的F-box基因,根据序列相似性将其分为6类,同一类基因具有相似的内含子-外显子结构。染色体定位分析发现,这些基因分别分布在谷子的8条染色体上,其中,第2条染色体上含F-box基因最多,有6个。结构域分析结果表明,19个F-box蛋白均含保守的F-box结构域,而C端含FBD、WD40、FBA、ZnF、Kelch和LRR等结构域。启动子元件分析表明,谷子19个F-box基因均含逆境应答元件,其中,MYB和MYC元件的数量最多（9-78个）,说明这些基因对干旱应答反应可能主要受MYB、MYC转录因子调控。转录组分析结果表明,SiF-box18基因对干旱胁迫的响应远远高于其他F-box成员,对干旱、高盐、ABA、SA和JA都有响应;亚细胞定位结果显示,SiF-box18蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解SiF-box18基因的功能提供了依据。

植物基因启动子的克隆及其功能研究进展

启动子在植物基因表达调控过程中起着重要作用。对于植物基因启动子的克隆及其功能研究有助于了解信号传递途径和基因表达调控模式,为植物转基因工程研究提供理论依据。本文综述了植物基因启动子的基本结构、类型、克隆方法及功能研究进展,着重介绍了广泛应用于转基因工程的诱导型启动子及启动子功能分析,展望了今后植物启动子的研究方向。

谷子PP2C基因家族的特性

PP2Cs(2C type protein phosphatases)是一种单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号传导途径中起着重要的调控作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出80个PP2C候选基因,聚类分析将其分为12个亚族(A、B、C、D、E1、E2、F1、F2、G、H、I、J)。与拟南芥PP2C基因家族比对表明,A^I为2个物种共有的亚族,J亚族只存在于谷子基因组中,L亚族只存在于拟南芥中。将谷子A亚族的10个成员命名为SiPP2CA1-10。基因表达谱分析表明,A亚族基因不同程度受ABA、干旱、高盐、低温和低氮诱导表达,其中,SiPP2CA6、SiPP2CA8在5种处理下诱导表达量都高。对10个A亚族成员的启动子分析发现,在这些基因的启动子序列中含有多种参与逆境胁迫应答的顺式作用元件,其中,SiPP2CA5、SiPP2CA6、SiPP2CA7、SiPP2CA8的启动子中含有参与低氮胁迫响应的元件。进一步研究发现,SiPP2CA8主要在根部表达,且在低氮胁迫下一直有较高的表达水平。亚细胞定位结果显示SiPP2CA8定位在细胞膜、细胞质、细胞核中;双分子荧光互补试验(BiFC)结果表明,SiPP2CA8与一个ABA受体类似蛋白SiRCAR3(基因号为Si018317m.g)在细胞膜、细胞质及细胞核上互作,表明SiPP2CA8在谷子中可能参与ABA信号传导过程。

吉林农业大学水稻育种的成就、进展与前景

回顾了吉林农业大学水稻育种的发展历程、水稻育种成就及进展。提出了“十五”期间水稻优质育种和超高产育种的发展战略 ,使吉林农业大学水稻优质育种和超高产育种向以有性杂交及“籼粳架桥”为主。

小麦转录因子TaDREB6基因的克隆及鉴定

为了克隆小麦干旱应答基因,构建了干旱诱导的小麦cDNA文库,并从文库中分离了一个DREB类转录因子基因TaDREB6。序列分析表明,TaDREB6具有一个837 bp的开放阅读框和242 bp的3'非编码区,推测的氨基酸序列中含有一个高度保守的AP2/EREBP结构域。采用该基因特异引物PCR技术对一套中国春缺体-四体材料进行扩增,将TaDREB6定位于3A染色体上,这是首次将一个小麦DREB基因定位在特定的染色体上。RT-PCR分析表明,TaDREB6基因受干旱胁迫诱导表达;亚细胞定位结果表明,TaDREB6-hGFP融合蛋白定位于细胞核中。上述结果说明,小麦TaDREB6基因编码的蛋白可能在细胞核内对干旱胁迫应答反应起调控作用。

植物热激蛋白70的分子作用机理及其利用研究进展

热激蛋白70(HSP70,heat shock protein 70)广泛参与胁迫环境的响应,在诱发人体肿瘤细胞凋亡,增强肿瘤的免疫原性中起着重要作用。然而,植物HSP70的生理功能研究起步较晚,最近的研究发现植物HSP70在细胞内主要参与新生肽的折叠与成熟、损伤蛋白的降解和蛋白运输;植物HSP70在非生物胁迫环境的应答、抗病性及植物发育中起着重要作用。本文从分子生物学角度,系统综述了植物HSP70分子作用机理研究的进展,以及在提高植物抗逆性方面的作用,以期为基因工程方法改良作物抗性提供参考。

小麦耐热性鉴定方法及热胁迫应答机理研究进展

小麦是全球最重要的粮食作物之一,高温特别是开花期和灌浆期的高温胁迫严重影响小麦的产量和品质。本文分别从直接鉴定法和间接鉴定法两个方面入手,介绍了小麦耐热性的评价指标;阐述了在高温胁迫下温度信号的感知和传递,以及植物对高温的响应机理;从传统育种方法和基因工程策略两个方向综述了小麦耐热性改良的研究进展。最后,提出了小麦耐热性研究存在的问题及措施,以及今后小麦耐热性研究的发展方向。

W6基因的过表达提高转基因烟草的耐盐性

W6基因是由普通小麦地方品种小白麦cDNA文库中克隆获得的ERF类转录因子,属于ERF IV家族。将W6基因构建在由组成型CaMV35S强启动子控制的双子叶转化载体pBI121上,通过农杆菌介导法将其转入烟草新华1号。利用RT-PCR技术分析W6基因的过量表达对下游抗性基因表达水平的影响,并测定高盐胁迫下转基因烟草的SOD酶活性和叶绿素含量。结果显示,所检测的转基因烟草阳性株中W6基因均有不同程度的表达,其耐盐性明显提高。W6基因的表达诱导并增强了含有GCC box的PR(pathogenesis-related)基因和含有DRE/CRT元件的COR/RD基因的表达。在高盐胁迫下,转基因烟草的SOD酶活性和叶绿素含量明显高于对照。W6基因既能诱导抗病相关的PR基因表达又能诱导与提高非生物胁迫能力的COR/RD基因表达,可能与生物胁迫和非生物胁迫相关,证实转录因子W6参与了耐盐胁迫相关基因的调节,W6基因的过表达提高了转基因烟草的耐盐性。

转W16小麦抗旱新品系的创制及抗旱生理机制分析

【目的】培育抗旱转基因小麦新品系,解析转基因小麦抗旱生理机制,为转基因小麦抗旱性鉴定提供依据。【方法】以转W16基因3个高代转基因小麦品系为供试材料,在2008—2010年连续两年大田正常灌溉和干旱处理条件下,对转基因小麦品系进行田间抗旱性鉴定;同时对不同生育期植株体内的脯氨酸和可溶性糖含量及其旗叶的SPAD值进行测定分析。【结果】在干旱胁迫条件下,转基因品系比对照济麦19的单株粒重和千粒重极显著增加,其中单株粒重分别增加20.00%—23.08%、20.88%—24.71%和15.29%—25.27%;千粒重分别增加16.24%—19.85%、13.46%—16.95%和21.58%—24.46%。在正常灌溉条件下,单株粒重分别显著增加7.04%—11.11%、3.52%—8.73%和8.45%—12.70%;千粒重分别显著增加13.57%—14.97%、9.91%—11.67%和14.17%—14.65%。转基因小麦品系的单株粒重和千粒重的抗旱系数在1.15—1.45,抗旱性为强到极强。对转基因小麦的抗旱生理机制分析发现,在干旱胁迫下转基因小麦的根系总长度、根系表面积和根系总体积均显著增加;在灌浆后期转基因小麦品系脯氨酸和可溶性糖含量及旗叶的SPAD值均显著高于受体济麦19。【结论】W16的过表达改善了转基因小麦品系的根系结构、延长了旗叶功能时期,从而增强了转基因小麦对干旱胁迫的适应能力。

植物热激蛋白90的分子作用机理及其利用研究进展

热激蛋白90(HSP90,heat shock protein 90)广泛介导了胁迫信号的传递,在控制人体细胞正常生长和促进肿瘤细胞发育中起着重要作用。目前,HSP90已成为细胞免疫、信号转导以及抗肿瘤研究的前沿课题。但植物HSP90的生理功能研究起步较晚,最近的研究发现HSP90在植物发育、胁迫环境的应答以及抗病性中起着重要作用。本文从分子生物学角度,系统综述了植物HSP90分子作用机理研究的最新进展,以及在改良植物抗性上的应用,以期为通过基因工程方法改良作物抗性提供参考。

病毒复制酶基因Nib8和ERF转录因子W17基因枪法共转化小麦

将对小麦黄花叶病毒表现高抗的复制酶基因Nib8和具有广谱抗病性的ERF基因W17分别构建到单子叶高效组成型表达载体上,采用基因枪共转化法转化到小麦品种扬麦12和扬麦16中,PCR检测共获得Nib8基因的阳性转基因植株42株,W17基因的阳性转基因植株48株,及两个功能基因均为阳性的转基因植株6株。以扬麦12为受体的转化率分别为1.53%(Nib8)、4.87%(W17)和0.42%(Nib8+W17);以扬麦16为受体的转化率分别为2.05%(Nib8)、0.86%(W17)和0.20%(Nib8+W17)。对2个功能基因都呈阳性的6个植株进行Southern blotting分析,进一步证实功能基因已经整合到小麦基因组中。本研究为获得具有综合抗病性的小麦新材料奠定了基础。

大豆C3HC4型RING锌指蛋白基因GmRZFP1克隆与表达分析

锌指蛋白在调节植物防卫基因表达和抗性反应上起关键作用。目前,对大豆中C3HC4型RING锌指蛋白基因的研究不多。本研究利用核蛋白筛选系统(NTT)筛选大豆(铁丰8号)干旱处理5h的cDNA文库,获得一个RING锌指蛋白基因。该基因全长927bp,编码308个氨基酸,含有C3HC4-type RING锌指结构域,命名为GmRZFP1。系统进化树分析显示,Gm-RZFP1属于C3HC4-type锌指亚家族。Real-time PCR结果表明,GmRZFP1基因受干旱、高盐、高温、低温、乙烯和ABA等胁迫诱导表达,表明该蛋白涉及多种胁迫相关的信号传导途径。亚细胞定位结果表明,163hGFP-GmRZFP1融合蛋白定位于细胞核中。本研究结果有助于研究该类基因在大豆逆境应答反应中的作用,阐明大豆抗逆分子机制。

小麦胁迫相关基因TaLEAL3的克隆及分子特性分析

第3组LEA蛋白(late embryogenesis abundant protein)介导干旱、高温、高盐等非生物胁迫响应,关于普通小麦LEA基因的研究鲜有报道。利用噬菌体原位杂交技术,从小麦苗期干旱胁迫条件构建的cDNA文库中筛选出LEA蛋白基因TaLEAL3,其全长750bp,编码区长501bp,编码166个氨基酸,含有一个明显的核定位信号区。氨基酸同源性分析发现,TaLEAL3属于第3组LEA蛋白,序列中含有由11个氨基酸组成的3个不完全重复的基序和α-螺旋的LEA结构。电子定位结果显示,TaLEAL3基因位于4BL、4DL和5AL染色体上,主要在茎中表达,而在根中几乎无表达。实时荧光定量PCR分析表明,在干旱、低温和ABA诱导下,TaLEAL3基因表达量明显增加。在该基因上游1.7kb序列处,预测具有启动子的核心序列和增强子序列,及与干旱和低温等多种逆境胁迫相关的调控序列。本研究为深入分析小麦LEA蛋白基因的功能,初步解析LEA蛋白的作用机制提供了数据。

小麦ERF转录因子W17互作蛋白的筛选和解析

来自小麦的ERF转录因子W17基因参与胁迫应答,过表达W17可显著提高转基因拟南芥的抗旱性和抗病性。本研究构建了小麦cDNA文库,通过酵母双杂技术筛选W17的互作蛋白,进一步解析ERF蛋白的作用机制。将pGBKT7-W17质粒、pGADT7和小麦文库混合转入酵母细胞AH109,在SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade营养缺陷型平板上培养,挑选直径大于2mm的克隆,在SD/Raf/Gal/X-gal平板上划线培养,筛选蓝色克隆。将筛出的克隆测序、BLAST分析,得到4类与W17相互作用的候选蛋白,分别是胁迫相关功能蛋白、翻译后修饰蛋白、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)大亚基/小亚基以及功能未知蛋白。互作验证表明,HSP90和PPR蛋白与W17有相互作用关系。这些候选蛋白参与信号转导或免疫过程,暗示W17在植物的逆境信号转导、下游基因转录调控,甚至在翻译过程都有重要作用。

大豆转录因子基因GmNF-YCa可提高转基因拟南芥渗透胁迫的耐性

植物的核因子Y(NF-Y)是由3个亚基A、B和C组成,在响应非生物胁迫过程中起着重要的作用。本研究以大豆铁丰8号为材料,建立大豆c DNA文库,以p GBKT7-Gm Di19-5为诱饵,通过酵母双杂交技术筛选大豆c DNA文库,获得了大豆NF-Y转录因子家族亚基C的一个成员,命名为GmNF-YCa。该基因全长为864 bp,编码287个氨基酸,属于NF-YC亚家族。GmNF-YCa分子量为31.6 k D,等电点为5.07亲水性蛋白,具有一个跨膜结构域,无信号肽。序列分析表明,NF-YC亚家族具有很高的保守性。GmNF-YCa基因启动子含有ARE、Box4、GATA-motif、Box I、ACE、ABRE和CAT-Box等胁迫和光响应元件。组织特异性分析表明,GmNF-YCa基因在种子萌发期表达量最高。实时定量结果表明,GmNF-YCa受蔗糖和甘露醇的诱导上调表达。使用农杆菌介导法,将大豆GmNF-YCa基因导入拟南芥,并进行了功能分析。发芽率试验分析表明,GmNF-YCa的转基因提高了转基因拟南芥萌发期对渗透胁迫的耐性;改良了在蔗糖和甘露醇处理下转基因拟南芥的根系生长和侧根发育。