普通烟草鸟氨酸转氨酶基因Ntδ-OAT的克隆与表达分析

鸟氨酸转氨酶是以鸟氨酸为前体合成脯氨酸的关键酶,对植物适应逆境胁迫起关键作用。本研究根据其已知保守序列设计兼并引物,从普通烟草品种中烟14中克隆到一条425bp的中间片段,应用RACE方法设计特异性引物扩增得到5′末端和3′末端cDNA序列,经BLAST验证,首次从普通烟草中克隆到了鸟氨酸转氨酶基因,命名为Ntδ-OAT,其GenBank登录号为GU144571。该基因cDNA全长为1781bp,共编码477个氨基酸。系统进化树分析显示,Ntδ-OAT基因的进化符合传统的生物学分类,主要功能域在生物进化中保守性较高。Real-time PCR分析表明,Ntδ-OAT基因受干旱、高盐、低温、ABA等多种胁迫处理的诱导表达,可能参与普通烟草体内抗渗透胁迫过程。

通过转δ-OAT基因获得抗盐抗旱水稻

δ-OAT基因编码的鸟氨酸-δ-氨基转移酶是以鸟氨酸为前体合成脯氨酸途径中的关键酶。采用基因枪法将拟南芥δ-OAT基因导入粳稻品种中作321,通过PCR及分子杂交分析确定目的基因已插入水稻染色体中并得到超量表达。抗盐抗旱检测结果表明,水稻在受到渗透胁迫时会大量积累脯氨酸,各种条件下转基因水稻积累的脯氨酸是对照的5～15倍;同等胁迫条件下转基因株系相对生长更快,苗与根的生物学产量都要高于对照,最后种子产量也显著高于对照,如在0.1mol/L NaCl胁迫下转基因株系相对产量提高了16％～41％,说明δ-OAT基因超量表达并积累脯氨酸在抗渗透胁迫中有着重要作用,通过转化δ-OAT基因可以获得抗盐抗旱的基因工程水稻。

的茶树鸟氨酸转氨酶基因CSδ-OAT克隆与表达分析

根据已知鸟氨酸转氨酶(δ-OAT)的保守序列设计简并引物,并利用RT-PCR和RACE技术从‘迎霜’茶树中克隆获得鸟氨酸转氨酶基因,命名为Csδ-OAT,其Gen Bank登录号为KJ641844。该基因c DNA全长为1 865 bp,编码473个氨基酸,理论等电点为7.19,推测分子量为52.3 k D。序列比对分析结果表明,Csδ-OAT主要功能域保守性较高,存在典型的PLP结合位点;系统进化树分析显示,Csδ-OAT的进化符合传统的生物学分类,与其他双子叶植物具有同一起源。q RT-PCR分析结果表明,Csδ-OAT基因的表达存在明显的组织特异性,在花中表达最高,其次是叶片,而在其他组织器官中表达较低。此外,Csδ-OAT基因受高盐、低温、干旱、ABA和氧化胁迫处理的诱导,表明其参与了茶树体内各种非生物胁迫响应的过程。

植物脯氨酸及其合成酶系研究进展

脯氨酸在植物渗透调节中起着举足轻重的作用,本文就植物在胁迫逆境条件下脯氨酸的自然分布、合成、积累过程及合成酶分子生物学研究现状进行综述,并对已在GenBank中登录的脯氨酸基因家族成员进行了汇集整理。

氮素对甘蔗脯氨酸合成积累及其关键基因的效应分析

探究2种水分条件下,氮素对甘蔗脯氨酸合成积累的效应,为甘蔗生产中氮素的施用提供理论参考。以粤糖55为材料,采用桶栽试验,在2种水分条件下,测定4个氮素水平间的脯氨酸含量、叶绿素含量、P5CS与δ-OAT活性及其基因表达,以及有效茎数、茎径、株高、蔗茎产量、锤度的表现值。结果表明:随施氮水平的提高,干旱胁迫下,叶绿素、脯氨酸的含量及δ-OAT、P5CS基因表达量逐渐提高,δ-OAT、P5CS活性先增后降;正常水分下,叶绿素含量不断增加,脯氨酸含量、P5CS活性、δ-OAT活性不断下降。有效茎数、株高、蔗茎产量等性状随着氮素水平的增加而增加,而茎径、糖锤度则是先增后降。通过分析结果认为,在过磷酸钙(P肥)、氯化钾(K肥)施用量分别固定为1 800、750 kg/hm^2时,砖红壤土尿素(N肥)施用量在456~918 kg/hm^2范围内最佳,甘蔗抗逆性不断增强,产量不断增加,糖分高但呈下降趋势。

基于脯氨酸合成积累的甘蔗分蘖期耐旱生理效应分析

为探究干旱胁迫下分蘖期甘蔗植株内游离脯氨酸积累及其合成关键酶的响应机制,以甘蔗品种ROC22为材料进行桶栽干旱胁迫实验,测定生长于7种不同土壤水分下的甘蔗叶片中丙二醛含量、电导率、游离脯氨酸含量以及δ-OAT、P5CS、SOD的活性。结果表明,随着干旱胁迫强度增大,植株体内不同程度地激活了P5CS、δ-OAT、SOD的活性,合成积累了大量的游离脯氨酸,以抵抗丙二醛等氧化物的积累所造成对细胞膜透性的破坏。但在沙土的土壤水分为2.64%(相对持水量21.2%)时,达到了ROC22的萎蔫系数。相关统计分析结果,6个甘蔗生理指标间的简单正相关均达到了显著水平。偏相关分析结果,细胞膜透性分别与P5CS活性、脯氨酸含量为负的偏相关且达到了显著水平,丙二醛、δ-OAT、SOD分别与脯氨酸含量的偏相关系数均到达了极显著水平。此外,P5CS与SOD存在共线性,多元相关性分析表明P5CS对游离脯氨酸积累的作用显著地大于δ-OAT,在干旱胁迫下,甘蔗脯氨酸的两个合成途径表现为以Glu→Pro途径主,Orn→Pro途径为辅。

不同磷肥水平对甘蔗脯氨酸合成积累及关键基因表达的效应

【目的】探索不同磷肥量对甘蔗脯氨酸的合成积累影响,以阐明磷肥对甘蔗脯氨酸合成积累及其耐旱性的作用效应.【方法】以甘蔗栽培种粤糖55为研究材料,用桶栽试验法,在正常水分和干旱胁迫条件下,测定4个磷肥施用水平的甘蔗植株内P5CS、δ-OAT基因表达和酶活性、以及游离脯氨酸、叶绿素含量等生理生化指标.【结果和结论】无论是在正常供水条件下还是干旱胁迫下,甘蔗P5CS、δ-OAT基因的表达及酶活性、游离脯氨酸含量均受到N、P、K配比的影响.当施用过磷酸钙为900 kg·hm-2时,正常水分条件下,P5CS、δ-OAT酶活性均处于较低的水平,植株游离脯氨酸含量最低;干旱胁迫下,P5CS酶活性最高,δ-OAT酶活性亦处于较高水平,植株游离脯氨酸含量增加到最大.基于本研究的结果,湛江砖红壤蔗地的最佳N、P、K肥搭配方案是尿素、过磷酸钙、氯化钾的用量分别为918、900、750 kg·hm-2.相关、偏相关及通径分析的结果表明,干旱胁迫下植株中P5CS对游离脯氨酸的合成积累贡献显著大于δ-OAT;干旱胁迫下甘蔗合成积累游离脯氨酸的途径是以谷氨酸途径(Glu→Pro)为主,鸟氨酸途径(Orn→Pro)为辅.

锰素对甘蔗脯氨酸合成积累的影响

以粤糖55为材料,设6个锰处理水平,分别在正常水分和干旱条件下,通过桶栽试验,测定叶片的叶绿素、脯氨酸含量与Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和δ-鸟氨酸转氨酶(δ-OAT)活性及其基因表达。结果表明,随着施锰量的增加,2种水分条件下,所有测定指标均呈先增加后减小的趋势。干旱胁迫下,脯氨酸含量在锰浓度为0.8 g·kg^(-1)时达到最大;δ-OAT,P5CS活性与叶绿素含量在锰浓度为0.4 g·kg^(-1)时达到峰值;δ-OAT,P5CS基因表达量则是在0.2 g·kg^(-1)供锰条件下最大。正常水分下,叶绿素含量、脯氨酸含量、δ-OAT活性变化与干旱胁迫时相似;P5CS活性在0.8 g·kg^(-1)时达到最大,但增幅不大。统计分析结果表明,正常水分和干旱胁迫条件下,与脯氨酸含量的简单、偏相关系数和直接通径系数均达到极显著水平的分别是P5CS活性和δ-OAT活性。由此认为,在砖红壤土中,为保证甘蔗具有较强抗逆性,甘蔗的施锰量应为0.2~0.4 g·kg^(-1)。在锰的影响下,干旱胁迫时,甘蔗脯氨酸的合成途径以鸟氨酸途径为主;正常水分时,脯氨酸的合成则是谷氨酸途径更占优势。

盐胁迫对菊苣幼苗脯氨酸积累及其代谢途径的影响

以菊苣(Cichoriumintybus L.)为材料,研究不同浓度NaCl处理对菊苣幼苗体内脯氨酸代谢的影响,以期揭示菊苣中脯氨酸代谢的基本规律。结果表明:随着处理浓度的增加,菊苣中鸟氨酸δ-氨基转移酶(δ-OAT)活性呈上升趋势;吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)活性呈现先升后降的趋势;脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性呈下降趋势;而脯氨酸含量则显著上升(P<0.05),但高浓度长时间处理后略有降低。研究表明,NaCl胁迫下谷氨酸(Glu)途径和鸟氨酸(Orn)途径对菊苣中脯氨酸的积累均有贡献,低浓度胁迫时P5CS起关键作用的Glu途径占主导地位,高浓度胁迫时δ-OAT起关键作用的Orn途径占主导地位。

PEG胁迫及复水对不同抗旱性小麦幼苗脯氨酸代谢关键酶活性的影响

以两种不同抗旱性小麦品种幼苗为试验材料,采用PEG模拟干旱胁迫处理,探究干旱胁迫及复水对小麦幼苗叶片与根系脯氨酸累积及关键酶活性的影响。结果显示:(1)PEG胁迫下抗旱品种‘普冰143’根长和根干重下降不大,而水敏感品种‘郑引1号’根长和根干重下降显著;且于胁迫处理36h时‘普冰143’根系脯氨酸含量增加(75.0%)显著大于‘郑引1号’(37.7%),复水24h后均恢复至对照水平。(2)PEG胁迫下‘普冰143’叶片中谷氨酸合成途径关键酶P5CS和鸟氨酸合成途径关键酶δ-OAT活性均显著增加,且‘普冰143’叶片脯氨酸两条合成途径关键酶活性均得以加强;PEG胁迫处理36h时,‘郑引1号’叶片中P5CS活性增加显著,δ-OAT活性变化较小,且‘郑引1号’叶片脯氨酸合成可能以谷氨酸途径为主;但在PEG胁迫下两个不同抗旱性品种的根中P5CS、δ-OAT活性均变化较小。(3)PEG胁迫处理36h时‘普冰143’叶片脯氨酸降解酶PDH活性显著下降,而‘郑引1号’叶片PDH活性显著增加,复水后抗旱品种叶片该酶活性显著增加,水敏感品种恢复至对照水平;但PEG胁迫处理下两个不同抗旱性品种的根中PDH活性均显著下降。研究表明,PEG胁迫下小麦叶片是合成脯氨酸的主要部位,抗旱品种‘普冰143’根系脯氨酸持续积累与叶片中高的脯氨酸合成关键酶活性及脯氨酸转运有关。

水稻脯氨酸代谢关键酶对水分胁迫的响应

以二叶期水稻幼苗为试验材料,研究其在15%PEG6000模拟的水分胁迫下脯氨酸积累及代谢关键酶活性变化,结果表明:叶片和根系中脯氨酸含量在胁迫后快速积累,胁迫24 h达到最大值,随后逐渐降低;控制脯氨酸合成的关键酶吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和鸟氨酸转氨酶(δ-OAT)活性都呈现先升后降的变化趋势,而控制脯氨酸降解的关键酶脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性呈现先降后升的变化趋势。

盐胁迫对碱地风毛菊苗期脯氨酸代谢的影响

通过对碱地风毛菊(Saussurea runcinata)苗期分别以NaCl和Na2SO4进行胁迫,设6个浓度和1个对照,测定其脯氨酸含量及δ-氨基转移酶、吡咯啉-5-羧酸合成酶和脯氨酸脱氢酶活性,以探讨其苗期耐盐性及脯氨酸代谢途径,并为盐碱地植被恢复与改良提供依据。结果表明:NaCl和Na2SO4胁迫下,碱地风毛菊的脯氨酸含量随NaCl和Na2SO4胁迫浓度增加而增高,在盐胁迫下,碱地风毛菊的脯氨酸合成途径以鸟氨酸途径为主;且在300mmol.L-1的盐浓度胁迫下碱地风毛菊苗期的脯氨酸代谢最为旺盛,其对NaCl胁迫的耐性较高。

碱性盐胁迫对碱地风毛菊苗期脯氨酸代谢途径的影响

以Na2CO3和NaHCO3对苗期碱地风毛菊(Saussurea runcinata)进行胁迫,探讨其苗期耐碱性及脯氨酸代谢途径。结果表明:NaHCO3和Na2CO3胁迫下,碱地风毛菊中脯氨酸含量增加,最大值为对照的15.5倍;吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)活性受到抑制;鸟氨酸δ-氨基-转移酶(δ-OAT)活性升高,最大为12.58 U/μg Protein;碱地风毛菊中脯氨酸合成途径以鸟氨酸(Orn)途径为主;NaHCO3胁迫下脯氨酸降解代谢旺盛,Na2CO3胁迫下,碱地风毛菊叶片中脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性下降,根系中ProDH活性增大,脯氨酸降解代谢旺盛。

聚乙二醇胁迫对甘蔗伸长期间叶中脯氨酸积累及其代谢关键酶活性的影响

甘蔗品种‘桂糖119’(‘GT119’)、‘新台糖16号’(‘ROC16’)、‘新台糖22号’(‘ROC22’)为材料,在甘蔗伸长期用25%聚乙二醇(PEG)6000淋灌于根部。第4天,‘GT119’与‘ROC16’叶中游离脯氨酸含量明显上升,但‘ROC22’在处理后6d内其含量增加仍不明显。吡咯啉-5-羧酸合成酶活性变化因品种而异,‘ROC22’在处理后第6天才明显上升,其他2个品种则在胁迫处理1d后即明显提高。鸟氨酸转氨酶活性变化不明显。‘ROC22’在处理1d后其脯氨酸脱氢酶活性稍有提高,而其他2个品种则下降。

NaCl胁迫对芨芨草苗期脯氨酸代谢的影响

以芨芨草为试验材料,在不同浓度NaCl胁迫下,对芨芨草叶片与根系脯氨酸(proline,Pro)、鸟氨酸δ-氨基转移酶(ornithine-oxo-acid transaminase,δ-OAT)、吡咯啉-5-羧酸合成酶(pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)、脯氨酸脱氢酶(proline dehydragenase,ProDH)进行测定。结果表明,NaCl胁迫下,芨芨草Pro的积累主要以谷氨酸途径为主;随NaCl浓度的增加,芨芨草叶片和根系Pro含量逐渐增加,500mmol/LNaCl时达最大,分别为585.77和303.36μg/gFW;δ-OAT活性呈降低趋势,均显著低于对照(P<0.05);在同一浓度胁迫下,芨芨草根系P5CS活性均显著高于叶片(P<0.05),300mmol/LNaCl时,芨芨草叶片与根系P5CS活性均达到最大,分别为7.44和20.81U/mg蛋白;叶片ProDH活性高于对照,最大为对照的1.7倍,根系ProDH活性变化不明显。

NaCl胁迫对苦马豆苗期脯氨酸代谢的影响

以苦马豆(Swainsonia salsula Taub.)为试验材料,通过8个不同浓度(0(CK),80,160,240,320,400,480和560mmol.L-1)NaCl胁迫,对苦马豆苗期脯氨酸(Pro)含量及吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)、鸟氨酸δ-氨基转移酶(δ-OAT)和脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性进行测定,探讨苦马豆对NaCl胁迫的耐受程度和脯氨酸代谢与其耐盐性的关系,以期揭示苦马豆苗期脯氨酸代谢规律,为进一步研究其耐盐性奠定基础。结果表明:在NaCl胁迫下,苦马豆植株根冠比呈现先升高后降低的趋势,苦马豆中脯氨酸含量随NaCl浓度的升高而增大(P<0.05),在400mmol.L-1 NaCl胁迫时,脯氨酸代谢最为旺盛;400mmol.L-1 NaCl浓度为苦马豆耐盐阈值。随NaCl浓度的不断升高,苦马豆苗期脯氨酸合成由以鸟氨酸途径为主逐渐转变为以谷氨酸途径为主,鸟氨酸途径为辅的协同合成。