小麦耐逆基因的表达及其功能分析

作为重要的粮食作物之一,小麦常常受到逆境环境的影响,如干旱、高盐、低温等。在逆境条件下,小麦耐逆基因的表达特性起着重要作用。系统地探讨了小麦耐逆基因的表达特性和功能,以期为小麦逆境抗性的研究和育种提供参考。

小麦抗逆基因挖掘及功能型种质创新研究——2021年度宁夏回族自治区科学技术进步奖三等奖获奖项目

该项目由宁夏农林科学院农业生物技术研究中心完成。针对宁夏春小麦抗逆和功能型种质缺乏等问题,开展多点(宁、蒙、新、甘)、多年(2015-2020年)、多胁迫(旱、热、旱+热)下春小麦灌浆期抗逆基因定位和功能型种质创新研究。利用宁春4号与宁春27号杂交创制重组自交系群体。

植物对水分胁迫响应的分子机制与抗逆基因工程的研究进展(综述)

对近年来植物对水分胁迫（包括干旱、盐害和低温）响应的分子机制的研究进展以及水分胁迫中诱导的植物基因产物的种类、功能及其相关的基因工程作一简要的综述，同时对今后的研究方向提出了一些看法．

植物抗逆基因分离策略

植物在其生长发育过程中受到多种环境因子的影响,干旱、盐渍、低温等逆境对植物胁迫的研究一直受到众多学者的关注。近年来,随着分子生物学技术的不断发展,形成了多种分离抗逆基因的方法,本文对近年来发展起来的分离抗逆基因的策略分别加以综述。

含几丁质酶基因的双价防卫基因在植物抗逆基因工程中的应用

几丁质酶是一类以几丁质为底物的水解酶,是目前为止研究得最为深入的一类病程相关蛋白(PRP/PRs),在植物抗逆基因工程中有广泛应用。研究表明,将几丁质酶基因与同它起协同作用的其它PRs基因一起转入植物,会获得比转单一几丁质酶基因更为理想的抗逆效果。综述了近年来含几丁质酶的双价防卫基因在植物抗逆基因工程中的应用研究进展。

抗逆基因本体库管理平台建模分析与设计

为了解决本地生物抗逆基因数据自动获取以及生物抗逆基因数据库资源管理及检索的需求,在已有的通用公共数据库资源数据的抗逆基因数据库数据模型基础上进一步扩充,实现抗逆基因资源数据的多样化检索与管理。采用UML建模语言中的用例图进行需求建模,类图进行数据建模,以及顺序图进行业务建模,完成抗逆基因管理系统的分析与设计。

南瓜砧木嫁接对低温下西瓜幼苗耐冷性、光合作用及抗逆基因表达的影响

为阐明南瓜砧木嫁接诱导西瓜幼苗产生低温抗性的适应机制,研究了南瓜砧木‘青研1号’嫁接对低温10℃/5℃(昼/夜)胁迫下西瓜自交系‘97103’幼苗生长、叶绿素荧光、光合气体交换、卡尔文循环和抗逆相关基因表达的影响。结果表明:低温胁迫下西瓜自嫁苗PSⅡ最大量子产量(Fv/Fm)等叶绿素荧光参数与常温对照相比显著下降。低温处理5d后,西瓜自嫁苗和南瓜砧木嫁接苗PSⅡ有效量子产量(ΦPSⅡ)与常温对照相比分别下降92.9%和59.2%。南瓜砧木嫁接有效延缓了低温引起的PSⅡ损伤,同时促进卡尔文循环关键基因核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)大亚基基因(rbcL)、3-磷酸甘油酸激酶基因(PGK)、磷酸核酮糖激酶基因(PRK)、果糖1,6-二磷酸激酶基因(FBPase)转录水平显著增加,保持低温下较高水平的CO2同化速率(Asat)。此外,南瓜砧木嫁接促使低温下西瓜叶片蒸腾速率下降,减缓叶片萎蔫、皱缩,同时诱导谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、抗坏血酸过氧化物酶(tAPX)、谷胱甘肽还原酶(GR)和脱水蛋白(ERD10)等9个抗逆相关酶基因上调表达,增强了植株抗氧化能力。低温处理5d后,西瓜自嫁苗和南瓜砧木嫁接苗冷害指数分别为61.1%和22.2%,全株干质量与对照相比分别下降61.0%和33.2%。南瓜砧木嫁接通过调节蒸腾作用,减少水分散失,促进卡尔文循环关键基因和抗逆相关基因表达,减缓PSⅡ光抑制,减轻膜脂过氧化损伤,增强西瓜对低温的适应能力。

逆基因NANOGP8表达与人胃癌SGC-7901细胞的生物学特性相关

目的探讨p EGFP-N1-NANOGP8真核表达载体及pshRNA-NANOGP8干扰质粒转染人胃癌SGC-7901细胞后,对细胞增殖、周期、凋亡、迁移、侵袭的影响。方法构建p EGFP-NI-NANOGP8真核表达载体及针对人NANOGP8基因的干扰质粒pshRNA-NANOGP8,进行酶切、测序鉴定。将测序正确的质粒在脂质体的介导下转染入SGC-7901细胞,通过荧光显微镜、反转录PCR和Western blot法检测其表达情况,CCK-8法检测SGC-7901细胞增殖情况,流式细胞术分析胃癌细胞周期变化和凋亡情况,TranswellTM实验验证迁移和侵袭能力的变化。结果成功构建出p EGEP-N1-NANOGP8及pshRNA-NANOGP8重组质粒。将重组质粒转染胃癌细胞后,能观察到GFP的表达;反转录PCR结果显示p EGEP-N1-NANOGP8转染组高表达NANOGP8 mRNA,而pshRNA-NANOGP8转染组NANOGP8 mRNA低表达。NANOGP8高表达组能促进肿瘤细胞增殖,促使细胞进入S期,迁移侵袭能力明显增强。而低表达组细胞增殖受抑制,细胞周期停留在G0/G1期,迁移、侵袭能力受抑制。结论逆基因NANOGP8的转录表达,与胃癌的增殖、细胞周期、凋亡、迁移、侵袭有密切的关系。

基于Bioperl实现远程自动获取抗逆基因序列

BioPerl对于现今大量的生物数据来说,具有很好的获取和处理能力,并且NCBI提供了可以直接访问它下属的Entrez数据库(包括PubMed)的编程接口,即E-Utilities。为了从NCBI中自动获取大量抗逆基因序列,使得生物抗逆基因二次数据库得以搭建,该文基于BioPerl设计了远程自动获取大量抗逆基因序列的程序。此程序灵巧、精悍,Perl语言强大的文本处理功能使程序能实现不同类型基因序列的远程获取。

白花泡桐二倍体和同源四倍体抗逆基因差异表达的研究

为揭示泡桐抗逆机制,以8 a生白花泡桐的形成层和韧皮部为试验材料,利用高通量测序技术Illumina研究了二倍体和同源四倍体抗逆相关基因的差异表达变化。测序结果表明,二、四倍体泡桐的Clean reads与泡桐参考基因组序列的比对率分别为91.47%~91.79%和92.08%~92.50%,且测序质量较好。可变剪接预测分析发现,外显子可变剪切数量最多,且四倍体泡桐中的可变剪切异构体多于二倍体。抗逆性相关基因的筛选研究结果中共鉴定到3138个与抗逆性相关的差异基因(1929个上调,1209个下调),并对其进行GO功能和KEGG代谢通路分析。采用qRT-PCR技术对随机8个差异基因进行检测,结果显示趋势均与测序结果一致。为了进一步研究抗逆相关基因的功能,对泡桐和其他11个物种的多酚氧化酶(PPO)基因序列进行了进化树分析,结果表明,泡桐与其他物种的PPO基因差异较大,表明泡桐可能是通过PPO基因倍增和丢失的差异变化来响应逆境胁迫。

植物抗逆基因启动诱导剂S—诱抗素

S-诱抗素与生长素、赤霉素、乙烯、细胞分裂素并列为五大类天然植物生长调节物质。

柑橘抗逆基因NAC83的克隆与表达分析

以柚[Citrus maxima（Burm．）Merr．】、枳[Poncirus trifoliata（L．）Raf．】和柠檬[C．1imon（L．）Burro．f．】实生苗为试材，使用电子克隆和RT—PCR的方法从中克隆到3个新的NAC蛋白基因，分别命名为CmNAC83、PtNAC83和CINAC83；并用qRT-PER技术检测了该基因在ABA、干旱、低温和高盐胁迫处理下的时空表达。

我国克隆获得天然截短型抗逆基因

据科学网2014年4月29日援引报道，中科院新疆生态与地理研究所张道远课题组从耐旱小灌木准噶尔无叶豆中克隆并分离到一个新的、仅在豆科植物中存在的天然截短型DREB基因——ESDREB2B。相关成果在《英国医学委员会·植物生物学》上发表。

干旱胁迫下苎麻生理指标和抗逆相关基因表达的变化

为研究干旱胁迫对苎麻(Boehmeria nivea L.)生理特性和抗逆相关基因的影响,以苎麻品种华苎4号为试验材料,采用自然干旱胁迫,测定其生理指标、抗逆相关基因表达量和相关农艺性状的变化。结果表明,与对照相比,干旱胁迫处理苎麻叶片叶绿素SPAD降低,茎尖和叶片的相对电导率、游离脯氨酸含量、丙二醛含量和可溶性糖含量均显著增加(P<0.05),超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性均升高,抗逆相关基因BnP5CS1、BnWRKY1、BnACO1、Bn-α-amylase、BnAPX1、BnbZIP1、BnDREB19和BnGR1的相对表达量均提高,其中BnP5CS1和BnWRKY1在叶片中的相对表达量分别提高了5.1倍和5.3倍;与对照相比,干旱胁迫处理苎麻株高、茎粗、皮厚、地上部鲜重和单株原麻重均显著下降(P<0.05),茎粗和皮厚分别降低0.13 cm和0.14 mm,地上部鲜重和单株原麻重分别降低了52.05%和39.53%。

野生大豆新基因GsDabb1的克隆及其异源表达拟南芥的耐逆性分析

Dabb类蛋白是2000年被发现的一类新蛋白家族,具体功能特征尚不明确。以耐盐碱能力极强的东北野生大豆G07256为试材,根据前期得到的野生大豆碱胁迫基因芯片表达谱,从中筛选出一个碱胁迫处理下显著上调表达的Dabb类基因(probe set为Gma.16010.1.S1_at),通过电子克隆和RT-PCR获得该基因全长cDNA序列,命名为GsDabb1。序列分析表明,该基因在多个植物物种中均有同源基因,但功能尚不明确。通过实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR)分析该基因在野生大豆高盐、低温、干旱胁迫下的表达模式,表明该基因能够响应多种非生物胁迫。为研究该基因在胁迫过程中的功能,将全长基因转化模式植物拟南芥,对转基因植株的表型分析结果显示,转基因拟南芥的耐旱性得到增强,表明该基因参与植物的耐旱过程,并能够提高植物耐旱性。研究得到对植物干旱胁迫抗性起重要作用的关键基因,为作物抗逆分子育种提供基因资源和奠定理论基础。

大豆核因子GmNF-YA13基因的克隆及功能分析

【目的】探究大豆核因子GmNF-YA13基因在大豆应对非生物胁迫中的生物学功能,为GmNF-YA13基因在抗逆育种中的应用奠定基础。【方法】以大豆北豆9号和烟草NC89的种子为供试材料,将大豆培养至第一片三出复叶展开后,分别进行干旱、高盐、低温和脱落酸(ABA)处理,通过实时荧光定量RT-PCR(qRT-PCR)对GmNF-YA13在以上4种非生物胁迫下的相对表达量进行检测,并对GmNF-YA13进行克隆及生物信息学分析,将GmNF-YA13转化烟草,并对转基因烟草中抗逆相关基因(NtABA2、NtOsmotin、NtAPX2、NtSOD、NtCAT1和NtCaMK3)的表达量进行qRT-PCR检测。【结果】干旱、高盐、低温和ABA处理均能不同程度诱导GmNF-YA13的表达,其中干旱胁迫和ABA处理对GmNF-YA13的诱导效果尤为显著。GmNF-YA13位于大豆基因组13号染色体,开放阅读框915 bp,编码含有304个氨基酸的蛋白质,该蛋白质分子量75.14 ku,等电点5.10。GmNF-YA13蛋白序列包含一个保守的DNA结合结构域。蛋白系统进化分析结果表明,GmNF-YA13与GmNF-YA7和拟南芥AtNF-YA1亲缘关系较近。启动子顺式作用元件预测分析结果表明,GmNF-YA13启动子区含有3个ABA响应元件ABRE、1个厌氧诱导元件ARE、1个防御和胁迫反应元件TC-rich repeats及1个干旱诱导的MYB转录因子结合位点MBS。GmNF-YA13在大豆叶片中的相对表达量最高。同时构建GmNF-YA13植物表达载体,并将GmNF-YA13转化烟草,获得3株转基因烟草植株。转基因烟草中抗逆相关基因表达量检测结果显示,转基因烟草中的NtABA2、NtOsmotin和NtAPX2相对表达量均显著高于野生型烟草,转基因烟草中NtSOD、NtCAT1和NtCaMK3的相对表达量与野生型烟草差异不显著。【结论】GmNF-YA13与大豆干旱、高盐、低温等非生物胁迫之间关系密切,GmNF-YA13可能通过促进抗逆相关基因表达量的升高以提高转基因烟草的抗逆性。

不同葡萄品种的抗逆基因对锰毒响应的表达

近年来的研究发现，葡萄对高锰胁迫具有极强的抗性，但是其耐锰生理仍不清楚。以2种对锰富集相反的葡萄品种（根系富集的金手指和地上部富集的康拜尔品种）为研究材料，采用沙培实验法，用不同浓度的NnSO。溶液进行锰毒胁迫处理，通过荧光定量PCR，分析锰胁迫相关基因在2种葡萄的叶片及根部表达的差异，挖掘耐锰相关基因，探讨基因表达的品种差异性及组织差异性。结果表明：在高锰（10g·L^-1）胁迫下，金手指葡萄根系中葡萄油菜素内酯-6-氧化酶基因表达量上调2倍，其余几个基因没有明显变化，在其叶片中葡萄铜伴超氧化物歧化酶基因、葡萄油菜素内酯-6-氧化酶基因都上调2倍，病程相关基因表达量上调5倍，而葡萄4-香豆酸：辅酶A连接酶基因下降为CK组的一半。康拜尔根系中油菜素内酯-6-氧化酶基因、3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合成酶基因和葡萄紫色酸性磷酸酶3类似酶基因都上调了2倍，叶片中的病程相关基因上调了2—3倍。实验表明，高锰胁迫下，2种葡萄都会通过抗逆基因的差异表达来应对锰毒，同时，磷酸水解酶类也协同作用。由于2种葡萄不同的锰富集方式，这些抗逆基因在根系和叶片也呈现出不同的调控方式。在这些差异表达中，病程相关蛋白1基因和油菜素内酯-6-氧化酶基因表现的最为明显，在抵抗锰胁迫中可能发挥了较大的作用。

优化TAIL-PCR方法克隆棉花抗逆相关转录因子编码基因

ABF/AREB/ABI5/DPBF类转录因子属于碱性亮氨酸类蛋白,在依赖ABA的逆境信号传导途径中起重要的作用。本研究结合该类转录因子的结构特点,利用3′RACE技术和优化的TAIL-PCR技术成功获得棉花中三个该家族成员编码基因。进一步验证结果表明两步PCR成功获得基因完整的ORF、3′UTR以及部分5′UTR序列。本研究所获基因为棉花抗逆基因工程提供了候选基因源,优化后的TAIL-PCR技术为克隆棉花中目的基因提供了一种简便高效的方法。

粳稻云引中一个受稻瘟病菌诱导的抗逆候选基因的克隆及表达分析

在对粳稻云引受稻瘟病菌诱导的基因芯片分析的基础上,克隆了其中一个受稻瘟病菌诱导后表达量显著变化的基因。序列比对结果显示,该基因与籼稻AF529237.2序列及普通小麦X51608.1序列分别具有99.0%与88.0%的同源性,与磷酸核酮糖激酶的活性相关,在糖代谢中起到重要的作用。构建该基因的系统进化树,结果表明在小麦、大麦、玉米等禾本科作物中也有其同源序列,并且同源性较高。推测该基因可能参与磷酸核酮糖和磷酸戊糖的代谢,执行磷酸核酮糖激酶的功能,并构建了该基因的过表达载体、干扰表达载体与瞬时表达载体。

低温对大白猪抗逆基因表达的影响

为探讨大白猪抗逆基因在低温下的表达变化规律,试验选取5月龄大白猪6头,随机分2组,分别饲养于哈尔滨冬季冷舍(-18℃)和暖舍(20℃)中15 d,饲养结束后取试验猪肝脏组织进行转录组测序,对测序结果进行生物信息学分析。结果表明:低温对大白猪的基因表达影响较大,表达差异在2倍以上的基因有564个。这些表达差异基因作为大白猪抗逆基因候补,主要富集在免疫功能、脂质代谢、糖类代谢通路。说明低温可活化大白猪的免疫系统,并调动抗逆基因积极进行脂质代谢和糖类代谢,达到促进热量产生并保持体温恒定的目的。