橡胶树茉莉酸信号途径相关基因表达与橡胶产量的相关性

割胶促进橡胶树合成天然橡胶与激活乳管细胞的茉莉酸信号途径密切相关,但茉莉酸信号途径关键环节的基因表达水平与干胶产量的相关性尚不清楚。为了找到与产量相关的分子标记,该研究采用qPCR技术,分析了割胶条件下茉莉酸信号途径关键环节的9个相关基因在5个橡胶树魏克汉种质和5个1981’IRRDB种质乳管细胞中的表达。结果表明:大多魏克汉种质的株次干胶产量显著高于1981’IRRDB种质。在9个基因中,除了HbMYC4和HbMYC5,其余7个基因在大多橡胶树魏克汉种质中的表达量均显著高于1981’IRRDB种质,尤其是HbMYC3基因表达差异性好,与干胶产量相关性高,有望作为橡胶树产量育种的一个分子标记。这对育种周期长的橡胶树产量育种具有实际应用价值。

桃蚜取食对抗、感蚜辣椒品种水杨酸、茉莉酸信号途径的影响

为了明确水杨酸及茉莉酸信号途径在辣椒抗蚜性中的重要作用,本研究在获得遗传稳定的抗、感蚜参照辣椒品种的基础上,系统开展了桃蚜为害前后抗、感蚜参照辣椒品种叶组织中水杨酸、茉莉酸含量及相关基因表达量的差异分析。结果表明,桃蚜为害后,水杨酸含量在抗蚜辣椒品种‘猪大肠’(ZDC)和感蚜辣椒品种‘大羊角椒’(DYJJ)中均比为害前显著提高,而茉莉酸含量在ZDC中显著提高,在DYJJ中则先显著降低之后又恢复到为害前水平。水杨酸信号途径相关基因PR1、EDS5、PAD4的表达量在ZDC、DYJJ被桃蚜为害后均能够显著诱导,并且桃蚜为害早期PR1和EDS5基因在ZDC中的表达量显著高于DYJJ。ZDC被桃蚜为害后,茉莉酸信号途径基因LOX2、AOC的表达量比为害前先显著提高,之后又逐渐降低至为害前水平,而这2个基因在DYJJ中的表达被显著抑制,并且也显著低于ZDC中的表达水平。研究结果表明,抗蚜辣椒品种可以同时激活水杨酸、茉莉酸信号途径抵御桃蚜为害,而感蚜辣椒品种激活水杨酸途径、显著抑制茉莉酸途径则有利于桃蚜为害。本研究从以上2个防御信号途径初步揭示了辣椒的抗蚜性分子机理。

斜纹夜蛾幼虫诱导的油菜抗虫性及其与茉莉酸信号途径的关系

植物在受植食性昆虫为害时能产生防御反应,并且植物的茉莉酸信号转导途径在这一过程中发挥着重要作用。然而,迄今为止对于油菜Brassica campestris的诱导防御反应很少有研究报道。为此,本实验通过测定油菜内茉莉酸和胰蛋白酶抑制剂含量研究了油菜在斜纹夜蛾Spodoptera litura幼虫为害后的抗虫性和胰蛋白酶抑制剂含量的变化,并分析这些变化在油菜诱导抗虫性与茉莉酸信号转导途径中的关系。结果表明:斜纹夜蛾幼虫取食能导致油菜体内茉莉酸和胰蛋白酶抑制剂含量系统性上升,外用茉莉酸甲酯处理也能系统性增加油菜的胰蛋白酶抑制剂含量,并且取食茉莉酸甲酯处理或斜纹夜蛾幼虫取食过的叶片能显著降低斜纹夜蛾幼虫的体重,两者的体重分别为对照植株上的67.5%和60.2%。机械损伤加斜纹夜蛾幼虫口腔分泌物处理能引起处理叶中茉莉酸和胰蛋白酶抑制剂含量的增加,但其诱导效果与机械损伤加水没有显著差异,并且两者明显低于虫害的诱导效果,两种处理的茉莉酸和胰蛋白酶抑制剂含量分别为虫害诱导的68.4%和24.4%及62.9%和36.9%;多次连续机械损伤的诱导效果与一次损伤的没有明显差异。结果说明斜纹夜蛾幼虫诱导的油菜抗虫性与茉莉酸信号转导途径有关,而其激活油菜抗虫反应的机理则可能与其特定的取食行为相关。

茉莉酸信号关键转录因子OsMYC2影响水稻愈伤诱导和分化的功能初探

为了了解茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径基因在水稻愈伤组织诱导和分化过程中的作用,本研究对转录因子基因OsMYC 2在水稻再生过程中的功能进行了研究。利用qRT-PCR技术对OsMYC 2基因在水稻愈伤诱导和分化过程中的表达进行动态分析,同时对osmyc 2基因编辑突变体在水稻组织培养再生过程中的表型进行鉴定,并对osmyc 2突变体愈伤中的一些重要标记基因的表达进行调查和分析。qRT-PCR基因表达鉴定结果显示,OsMYC 2基因在水稻成熟胚愈伤组织诱导和分化过程中均存在一定量的表达,且在分化期的表达量相对较高。而osmyc2突变体的愈伤诱导效率和分化效率均显著低于野生型对照日本晴。同时,基因表达分析发现,OsERF 101、OsBBM 2和OsWUS等与再生相关的重要基因在osmyc 2突变体愈伤中的表达与野生型对照相比均显著下降。由此表明,OsMYC 2基因可能通过茉莉酸信号途径影响水稻成熟胚愈伤组织的诱导形成和胚性愈伤的分化。该研究对OsMYC 2在水稻再生过程中的作用进行了探索性研究,为未来深入研究茉莉酸信号途径影响水稻组织培养的分子机制提供了一定的理论基础。

茉莉酸信号转导途径介导番茄对棉铃虫的抗性

以过表达前系统素转基因番茄(35S∷prosys)、茉莉酸合成突变体番茄(spr2)和野生型番茄(WT)为试验材料,研究了其被棉铃虫取食后叶片保护酶活性和防御反应基因表达情况,以及对棉铃虫抗性的影响.结果表明:棉铃虫取食不同基因型番茄叶片后,多酚氧化酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶和脂氧合酶活性在35S∷prosys植株中最高,在WT植株中次之,在spr2植株中最低.荧光定量PCR检测表明,棉铃虫取食不同基因型番茄叶片后,脂氧合酶基因、丙二烯氧化物环化酶基因和蛋白酶抑制剂基因的转录水平在35S∷prosys植株中最高,在WT植株中次之,而在spr2植株中这些抗性基因的表达未受到虫害的诱导.生物测定表明,取食spr2的棉铃虫体重是取食WT和35S∷prosys棉铃虫体重的2.17和2.96倍.可见,茉莉酸信号途径介导了番茄对棉铃虫的抗性.

拟南芥茉莉酸信号途径突变体jar1的灰葡萄孢菌抗性分析

为研究拟南芥JAR1(At2g46370)基因在灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)抗性反应中的作用,从拟南芥生物资源中心获得其功能下降突变体jar1(SALK_030821)。以纯合突变体为材料,将灰葡萄孢菌的孢子悬浮液接种到4周龄的拟南芥叶片上,统计接种后一周内植株病情指数。通过实时荧光定量RT-PCR测定灰葡萄孢菌肌动蛋白基因(B.cinerea actin)在拟南芥叶片中的表达量,分析了病原物的繁殖情况。结果发现,从接种后的第2天开始,jar1植株的病情指数显著高于野生型。qRT-PCR检测结果表明,在接种后的第三天,野生型植株中B.cinerea actin的表达量是对照的6.9倍,而jar1植株中B.cinerea actin的表达量是对照的20.2倍,说明病原物在jar1突变体叶片上的繁殖速度显著高于在野生型中的。本研究的结果初步表明JAR1基因参与拟南芥对灰葡萄孢菌的抗性调控。

二斑叶螨为害前后抗、感木薯转录组分析及水杨酸、茉莉酸途径差异表达基因验证

本研究通过比较二斑叶螨为害前后抗、感螨木薯品种转录组差异,筛选差异表达基因,并采用qPCR验证水杨酸、茉莉酸信号途径基因的差异表达。转录组分析结果表明,与螨害前相比,螨害1、8 d后,抗螨木薯品种C1115的差异表达基因为589、587个,感螨木薯品种BRA900的差异表达基因为1271、930个,C1115相对于BRA900的差异表达基因分别为383、251个。GO和KEGG富集分析发现这些差异表达基因主要显著集中在次生代谢物质合成、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成和氧化还原反应等过程。qPCR验证结果显示,二斑叶螨为害后,抗螨参照标准木薯品种C1115的水杨酸信号途径基因PAL2、4CL3、WRKY7和NPR3的表达量较为害前呈现先显著提高后降低的趋势,而感螨参照标准木薯品种BRA900中上述4个基因的表达始终维持在显著高于为害前的水平。受螨害后抗螨木薯C1115中茉莉酸信号途径基因JAR1、LOX2和OPR11的表达量也较为害前显著提高,而感螨木薯BRA900中这3个基因的表达量则降低至显著低于螨害前的水平,qPCR验证结果和转录组分析结果相一致。本研究结果表明,抗螨木薯品种C1115受螨害后能够同时激活水杨酸、茉莉酸信号途径以抵御二斑叶螨为害,为深入阐明木薯抗螨分子机理,选育和创制抗螨木薯品种提供了理论参考依据。

OsCOI1,水稻中一个受茉莉酸甲酯和脱落酸诱导表达的F-box家族基因

利用Blast检索、EST分析和RT-PCR,在水稻中分离到一个与拟南芥COI1同源的新基因,命名为OsCOI1.OsCOI1编码595个氨基酸.推测的OsCOI1编码蛋白有一个F-boxmotif和16个富含亮氨酸的重复序列,这与拟南芥COI1相似.OsCOI1在氨基酸水平上和COI1有很高的同源性(74%).经半定量RT-PCR法和RNA印迹分析,表明水稻中OsCOI1表达水平在经茉莉酸甲酯和脱落酸处理后呈明显变化,但不受水杨酸和乙烯的影响,说明OsCOI1可能在茉莉酸信号途径和脱落酸途径中具有特定功能.

茉莉酸反应基因转录抑制因子JAZ蛋白家族研究进展

茉莉酸类物质在调节植物对逆境的反应和生长发育方面有重要作用。最近,从模式植物拟南芥中分离鉴定了茉莉酸响应基因的转录抑制因子JAZ(茉莉酸ZIM结构域蛋白)蛋白家族的12个成员,这是植物茉莉酸信号途径分子机制研究的重大进展。JAZ蛋白不仅是联系COI1和下游茉莉酸反应基因的环节,而且COI1-JAZ蛋白的相互作用导致发现活性形式的茉莉酸类物质及其受体。笔者综述了JAZ蛋白家族的结构特点、不同成员之间及其与MYC转录因子之间的相互作用,以及JAZ蛋白对茉莉酸响应基因的转录调节机制,并展望其在橡胶生物合成中的调节作用。

茉莉酸介导丛枝菌根真菌诱导番茄抗早疫病的机制

丛枝菌根真菌的定殖可以提高寄主植物的抗病性,但机制并不十分清楚。利用番茄茉莉酸信号转导途径前系统素过表达材料35S::PS、茉莉酸合成突变体spr2、茉莉酸信号识别突变体jai1及其野生型CM 4个不同基因型材料,分别在根系接种丛枝菌根真菌摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae,Fm),待菌根形成后,在叶片外源喷施10 mL 0.5μmol/L茉莉酸甲酯(MeJA)和接种番茄早疫病病原菌(Alternaria solani,As),比较不同基因型抗病防御反应以及对早疫病抗性的差异。结果表明:预先接种菌根真菌的CM和35S::PS番茄,在叶片接种病菌5 d和10 d后,其叶片中过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和脂氧合酶(LOX)活性以及丙二烯氧化物环化酶基因(AOC)和茉莉酸信号受体基因(COI1)的转录水平显著高于只接种早疫病菌的处理、只接种菌根菌的处理以及未进行任何处理的健康植株,其早疫病发病率和病情指数也显著降低;外源喷施MeJA可增强预先接种菌根菌的CM和35S::PS番茄植抵抗早疫病的能力。与此同时,对预先接种菌根菌的spr2番茄外源喷施MeJA后接种早疫病菌,其酶活性和基因转录水平显著高于其他4个处理,发病率和病情指数也明显降低。然而,对jai1番茄进行MeJA处理不能增强其防御反应和抗病性。可见,丛枝菌根真菌侵染诱导番茄抗早疫病是与茉莉酸信号途径密切相关的。

橡胶树橡胶生物合成调控相关基因的表达相关性分析

该文通过q PCR获得了正常割胶条件下,9个茉莉酸信号途径关键环节基因Hb COI1、Hb JAZ1、Hb JAZ2、Hb JAZ3、Hb MYC1、Hb MYC2、Hb MYC3、Hb MYC4、Hb MYC5和6个橡胶生物合成相关基因Hb HRT2、Hb SRPP、HbREF、Hb HMGR1、Hb HRT1、Hb GAPDH在5个橡胶树魏克汉种质和5个1981’IRRDB种质胶乳中的表达数据;通过皮尔逊相关系数分析了这15个基因彼此间的表达相关性,分别获得105对基因的双变量相关系数(r12)和偏相关系数(r12.3),所有105对基因的双变量相关系数(︱r12︱)和偏相关系数(︱r12.3︱)的平均值分别为0.486±0.220和0.304±0.211,达到0.05的差异显著水平。其中,r12与r12.3方向相同的63对(60%),方向相反的42对(40%);︱r12︱<︱r12.3︱的23对(21.905%),︱r12︱>︱r12.3︱的82对(78.095%);双变量相关显著性P<0.05的76对(72.38%),P<0.01的59对(56.19%);偏相关显著性P<0.05的21对(20%),P<0.01的16对(15.24%)。结果显示,这两条途径中的基因表达彼此相关,这为基因表达谱分析中普遍采用的前提假设"功能相关基因的表达相关"提供了进一步的实验证据,可用于挖掘、筛选和预测与橡胶生物合成相关的未知基因,为研究橡胶树产量形成的分子调控机理提供理论基础。

巴西橡胶树转录中介体HbMed25基因克隆与表达分析

转录中介体(mediator,Med)中的Med25基因在植物的组织发育、器官发生、胁迫响应以及调控茉莉酸(JA)信号途径等方面起重要调控作用。该文在巴西橡胶树基因组序列中找到了橡胶树Med25基因的序列,通过RT-qPCR和RACE技术克隆HbMed25基因的全长序列并进行生物信息学预测分析结果显示,HbMed25基因包含2655 bp的开放阅读框,编码884个氨基酸,蛋白分子量为95 kD,理论等电点为8.68,疏水性蛋白,亚细胞定位最可能为细胞核。Real-time PCR分析结果显示,HbMed25基因在树皮中表达量最高,在植物激素JA处理的形成层和胶乳材料中HbMed25基因在处理早期(1 h和2~4 h)上调表达,受割胶处理HbMed25基因在处理早期上调表达且对高产的橡胶树品系(CATAS 8-79和CATAS 7-33-97)的割胶处理响应更明显。综上结果认为,HbMed25基因极大可能参与了JA信号途径的调控,对阐明JA诱导橡胶树次生乳管分化的分子调控机制具有促进作用。

失水处理诱导番茄中JA相关基因表达的研究

茉莉酸作为一种重要的植物激素,在调控植物对昆虫取食和腐生型病原菌等生物胁迫的抗性反应中具有重要作用。迄今为止,关于茉莉酸调控植物对非生物胁迫抗性的研究较少。以ABA和茉莉酸信号途径中一些番茄突变体为材料,利用荧光定量PCR方法研究失水处理对茉莉酸信号途径中相关标记基因的诱导情况,证明失水处理可诱导茉莉酸信号途径中相关标记基因的表达,这种诱导既依赖于ABA合成,又依赖于茉莉酸合成和信号传导,说明茉莉酸信号途径可能在调控番茄抗旱反应中发挥一定作用。

线虫效应子MgMO237及互作蛋白OsCRRSP55在水稻中的共响应基因鉴定

前期研究表明拟禾本科根结线虫效应子MgMO237与水稻OsCRRSP55蛋白互作,抑制水稻对根结线虫的防卫反应。植物CRRSPs蛋白参与植物的生物和非生物胁迫响应,因此研究MgMO237与OsCRRSP55相互作用对下游基因表达的影响可为阐明水稻对根结线虫的防卫反应机制提供理论依据。生物信息学分析表明OsCRRSP55蛋白有N端信号肽,没有跨膜结构域,具两个DUF26结构域及一保守基序C-X8-C-X2-C。RT-qPCR分析显示OsCRRSP55在水稻根中表达,且在拟禾本科根结线虫侵染7 d后的根结中表达显著上调。水杨酸和茉莉酸显著提高水稻OsCRRSP55及其启动子结合转录因子OsWRKY47的表达。转录组测序结果显示茉莉酸响应基因OsERF87在MgMO237转基因植株中表达显著下调,而RT-qPCR检测发现OsERF87在OsCRRSP55转化水稻原生质体中表达显著上调,表明茉莉酸响应基因OsERF87是OsCRRSP55和MgMO237的共响应基因。该结果表明拟禾本科根结线虫效应子MgMO237可能通过水稻OsCRRSP55蛋白调控茉莉酸激素信号传导,从而抑制植物对线虫的防卫反应。

茉莉酸甲酯对菊花抗蚜性的影响

本研究以杭白菊为试验材料,分析茉莉酸甲酯对菊花抗蚜性的影响。供试幼苗叶面喷施不同浓度(0.01、0.05、0.1、0.5、1 mmol·L-1)茉莉酸甲酯后接种菊姬长管蚜,测定外源茉莉酸甲酯对蚜虫胁迫下菊花叶片的保护酶、防御酶活性、渗透性物质、次生代谢物和茉莉酸途径关键酶基因表达的影响,探究菊花抗蚜性与茉莉酸信号途径的关系。结果表明:0.01、0.05、0.1、0.5、1 mmol·L-1浓度的茉莉酸甲酯均显著提高了杭白菊叶片的保护酶、防御酶活性及次生代谢物含量,降低了丙二醛和可溶性糖含量,外源茉莉酸甲酯处理诱导杭白菊CmAOS和CmCOI1的表达,并使内源茉莉酸含量显著增加,杭白菊的抗蚜性增强。

茶树MYC转录因子家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】髓细胞组织增生蛋白(Myelocytomatosis proteins,MYC)是植物茉莉酸信号转导途径中的重要转录因子。鉴定并分析茶树MYC转录因子有助于了解其潜在的分子机制。【方法】采用生物信息学方法,对茶树CsMYC转录因子进行全基因组范围内的鉴定与分析。【结果】从茶树基因组中总共鉴定出9个CsMYC成员,分布在茶树的5条染色体上。系统进化分析表明植物MYC家族可能起源于陆生植物并发生了谱系特异性分化事件。结构分析表明该家族内含子数目为0~3个,说明该家族在进化过程中发生内含子丢失事件。茶树8个MYC成员能在双子叶植物葡萄中找到同源基因。茶树不同组织转录组分析表明,除了CsMYC2和CsMYC9外,其他成员在芽和叶中表达量较高;荧光定量结果表明,所有成员均响应茉莉酸胁迫处理,同时个别成员也响应干旱、低温和赤霉素处理。使用皮尔森相关系数对与CsMYCs各成员表达量显著相关的基因集进行KEGG功能富集分析表明CsMYCs广泛参与了茶树次级代谢相关途径。【结论】本研究共鉴定出9个CsMYC成员,分析并预测了其结构及潜在分子功能。结合实时荧光定量和功能富集分析表明CsMYC家族在茶树非生物胁迫响应中扮演了重要角色。

青蒿JAZ基因克隆及其功能分析

茉莉酸(jasmonic acid,JA)能诱导青蒿素生物合成,为进一步解析青蒿JA信号通路,本研究从青蒿中克隆并鉴定2个JA信号通路中的负调控因子JAZ(jasmonate ZIM-domain)基因,分别命名为AaJAZ5和AaJAZ6。这两者均含有JAZ家族特有的保守区域ZIM和Jas。AaJAZ5在叶中表达量最高,其他部位的表达量较低;AaJAZ6在根中的表达量最高,茎中的表达量最低。茉莉酸甲酯(Me JA)和机械伤害处理都能显著提高AaJAZ5和AaJAZ6的表达。通过双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,Bi FC)证明,AaJAZ5和AaJAZ6均能与Aa MYC2相互作用,而只有AaJAZ5与Aa COI1存在相互作用,表明AaJAZ5在JA信号通路中可能具有更加重要的作用。本研究为进一步分析青蒿JAZ家族成员的功能分化和JA信号调控青蒿素生物合成的分子机制奠定了基础。