高粱CIPK家族基因的全基因组鉴定及非生物胁迫下的表达特征

钙调磷酸酶B样蛋白互作蛋白激酶(CIPK)是一种重要的Ca^(2+)信号传感器,在植物应答逆境非生物胁迫过程中发挥着重要作用。为了探究高粱中CIPK家族基因的功能,本研究从高粱基因组中鉴定了31个SbCIPK基因,这些基因不均匀地分布在高粱的9条染色体上,编码蛋白质的氨基酸数量为403~519个,等电点为6.07~9.38,相对分子质量为46 357.31~58 316.97。基因结构分析结果表明,SbCIPK家族基因分为内含子缺失型和内含子富集型2类。进化树分析结果表明,SbCIPK家族蛋白质成员分为8个亚族。基于转录组数据的表达模式分析结果表明,SbCIPK基因广泛参与对盐胁迫、干旱胁迫等非生物胁迫的响应。本研究结果可以为高粱CIPK家族基因的功能研究奠定基础。

荔枝VQ基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应

【目的】VQ蛋白是一类含有保守VQ基序(FxxhVQxhTG)的植物特异性蛋白,在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥重要作用。研究鉴定了荔枝VQ基因家族,并分析其在不同组织的表达模式及在低温、高温、干旱和盐胁迫下的应答,为后续研究其抗逆机制奠定了基础。【方法】用生物信息学方法在荔枝全基因组中鉴定LcVQ基因,并对其理化性质、亚细胞定位、基因结构和保守基序等进行分析;用MEGA 6.0软件构建系统发育树,分析荔枝、拟南芥和水稻VQ蛋白的系统发育关系;用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术验证LcVQs对多种非生物胁迫的响应情况。【结果】荔枝中共鉴定获得可聚类为9个亚族的18个VQ基因(LcVQ1-18),依次分布在荔枝的11条染色体上,其编码蛋白的氨基酸数介于111~427之间,分子质量为12.48~45.49 kD;除LcVQ15和LcVQ17定位于细胞质之外,其余LcVQ蛋白均定位于细胞核。LcVQs启动子区域包含大量植物生长发育响应元件、激素响应元件及逆境响应元件。LcVQs的表达量在不同组织中具有明显差异,总体上分为普遍性表达和特异性表达。LcVQs可快速响应非生物胁迫,在低温、高温、干旱和盐胁迫处理3 h内分别有4,3,3,4个LcVQs明显上调表达。【结论】荔枝全基因组中有18个VQ家族成员,具有典型VQ保守结构域,能差异化响应多种非生物胁迫。

马铃薯PYL5基因对非生物胁迫的响应分析及其启动子的活性鉴定

【目的】脱落酸(ABA)作为一种“应激激素”在植物生长发育和响应干旱、盐等非生物胁迫过程中发挥重要作用,PYR/PYL/RCARs(以下简称“PYL”)作为ABA受体在多种植物中也被广泛研究。基于对马铃薯StPYL5基因生物信息学及表达模式分析,并通过对其启动子活性鉴定,为进一步揭示马铃薯StPYL5功能及抗逆育种提供依据。【方法】根据转录组数据克隆得到StPYL5基因,通过DNAMAN、MEGA等软件分析了StPYL5的分子特征;通过qPCR检测了StPYL5基因的组织特异性及其对非生物胁迫的响应;利用PlantCARE网站对StPYL5基因启动子进行了分析,并通过瞬时转化烟草对其活性进行了鉴定。【结果】StPYL5基因全长534 bp,共编码177个氨基酸,蛋白质分子量20.19 ku,理论等电点(pI)为5.97。系统进化分析显示,StPYL5与SpPYL9-like亲缘关系较近。组织特异性分析结果显示,青薯9号(QS9)中StPYL5在根和叶中表达量较高,其次分别是茎和花,在块茎中表达量较低。不同胁迫下StPYL5表达量分析表明,青薯9号(QS9)中StPYL5在干旱、低温、盐和ABA胁迫下的表达量先升高后降低,且StPYL5的表达受Me JA和SA的诱导。此外,笔者成功克隆得到2 000 bp的StPYL5基因启动子。在烟草中的瞬时转化后的组织化学染色结果表明,StPYL5基因启动子具有成功启动下游GUS报告基因表达的启动子活性。【结论】全面分析了StPYL5基因的分子特征及其在多种非生物胁迫下的表达谱,并成功克隆到具有活性的pStPYL5启动子,该结果为深入研究StPYL5基因的功能以及马铃薯抗逆育种提供依据。

紫花苜蓿SAUR基因家族的鉴定及其在非生物胁迫中的表达模式研究

SAUR(small auxin-up RNA)是植物早期响应生长素的一类基因,参与植物生长发育与非生物胁迫响应等一系列生物过程。在拟南芥、水稻、棉花等物种中已经对SAUR基因家族进行了系统鉴定与分析,但是,在世界上最重要的豆科牧草紫花苜蓿中关于SAUR基因家族的研究尚未开展。本研究利用生物信息学的方法在紫花苜蓿参考基因组共鉴定到433个MsSAUR成员,并对其基因组位置、基因结构、启动子顺式作用元件以及不同组织中的表达模式进行了分析。同时,利用紫花苜蓿在不同非生物胁迫下的转录组数据,发现有5、11、19以及12个MsSAUR成员分别响应干旱、盐、冷以及碱胁迫,MsSAUR14/94/254可以同时响应干旱和盐胁迫,MsSAUR297可以同时响应干旱、盐以及碱胁迫,MsSAUR306可以同时响应干旱、盐以及冷胁迫。本研究结果可为后期通过基因工程技术创制高产抗逆新种质提供重要的候选基因。

非生物胁迫对月季生长发育影响的研究进展

从温度、光照、水分、盐及重金属5个非生物胁迫方面入手,对月季应答非生物胁迫的形态及生理生化变化、分子调控的研究现状进行综述,阐述非生物胁迫对月季生长发育影响,为深入阐释月季应答非生物胁迫的调控机制提供参考,也为高抗月季品种的培育和应用提供理论依据。提出相关研究应利用组学方法和先进的生物技术多维度解析月季应答非生物胁迫的分子调控网络,挖掘非生物胁迫应答关键基因,通过转基因技术培育抗性强的月季优势品种。

肌醇代谢在植物响应非生物胁迫中的作用

非生物胁迫制约了植物的生长和发育,降低作物的产量,严重时导致植物死亡。为了应对非生物胁迫,植物在进化过程中形成了一系列胁迫响应机制,包括肌醇(MI,myo-inositol)代谢途径。肌醇为一类化学性质稳定的极性小分子,植物可通过积累其糖苷类衍生物参与渗透调节途径,从而响应非生物胁迫。肌醇-1-磷酸合酶(MIPS,myo-inositol-1-phosphate synthase)、肌醇单磷酸酶(IMP,inositol monophosphtease)和肌醇加氧酶(MIOX,myo-inositol oxygenase)在肌醇的生物合成或分解过程中发挥作用,它们通过调控植物中肌醇的含量,以及后续一系列复杂的转化途径,参与L-抗坏血酸(L-AsA,Lascorbic acid)和部分细胞壁多糖的合成,响应盐、干旱、碱和低温等非生物胁迫。本文综述了肌醇的结构、生物学作用、肌醇代谢途径相关酶和肌醇衍生物在植物响应非生物胁迫中的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望,旨在为利用肌醇代谢增强植物对非生物胁迫的抗性,培育抗逆植物品种提供理论基础。

基因组修饰提高油菜非生物胁迫耐受性及应对气候变化

当前农业面临多重挑战,其中迫切需要提升产量以满足不断增长的人口需求。盐碱、干旱和极端温度等非生物胁迫是影响植物生长发育和产量的关键因素。油菜作为全球主要的油料作物,是食用植物油、生物柴油和动物饲料的重要来源,研究其遗传变异与生物学特性对于培育能够适应不同环境条件的新品种(基因型)至关重要。本文对近年来国内外油菜抗逆基因的相关研究进展进行了综述,重点总结了新兴分子育种工具和技术,包括全基因组关联分析、基因编辑等在油菜抗逆基因研究中应用的技术,以期为油菜高产抗逆基因的挖掘以及分子育种提供研究基础与技术支撑。

水稻热激转录因子HsfA2b调控非生物胁迫抗性的功能分析

【目的】水稻在生长发育过程中,常会受到各种非生物胁迫而严重影响产量。热激转录因子作为植物抗逆过程中的一个重要元件,通过调控一系列胁迫响应基因的表达以提高植物抗逆性。探究水稻热激转录因子OsHsfA2b调控非生物胁迫的功能与初步机理,为培育水稻抗逆新品种提供了优异基因资源和理论支撑。【方法】通过构建OsHsfA2b过量表达和RNAi的转基因水稻,分别观察水稻幼苗在高温、低温、干旱和高盐处理后的抗逆表型,统计存活率。同时,在逆境胁迫处理后,通过DAB染色检测水稻叶片活性氧(ROS)含量及RT-qPCR检测抗氧化途径相关基因OsSOD和OsCAT的表达量,分析OsHsfA2b对抗氧化途径的调控作用。【结果】在高温、低温、干旱和高盐等非生物胁迫条件下,水稻热激转录因子OsHsfA2b被显著诱导表达。与野生型NPB相比,OsHsfA2b过量表达转基因水稻对非生物胁迫的抗性明显增强,植株损伤程度较轻,存活率提高。相反,OsHsfA2b-RNAi水稻对非生物胁迫更加敏感,植株损伤严重,存活率降低。此外,在非生物胁迫条件下,OsHsfA2b过量表达转基因水稻比NPB和OsHsfA2bRNAi水稻体内活性氧的含量减少,并且OsHsfA2b显著诱导了抗氧化途径相关基因OsSOD和OsCAT的表达,OsHsfA2b参与抑制水稻体内活性氧的积累以降低逆境胁迫诱导的活性氧大量积累对植株的伤害。【结论】非生物胁迫下,水稻热激转录因子OsHsfA2b被显著诱导表达,可通过抗氧化途径正调控水稻对逆境胁迫的抗性。

猕猴桃OSCA基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

【目的】揭示OSCA家族基因在猕猴桃响应非生物胁迫中的表达特征,为猕猴桃OSCA基因功能分析与猕猴桃抗逆性遗传改良提供参考。【方法】利用生物信息学方法对全基因组范围内猕猴桃OSCA基因家族成员进行鉴定和综合分析,通过qRT-PCR法分析它们在不同非生物胁迫下的表达特征。【结果】在中华猕猴桃基因组中共鉴定出16个OSCA基因,它们不均等地分布于13条染色体上,其启动子区域存在大量响应逆境胁迫的顺式作用元件。OSCA3在干旱、盐、高温和低温胁迫下表达量均较显著上调,OSCA8在干旱、盐和低温胁迫下表达量显著上调,OSCA1和OSCA14在低温胁迫处理下表达量显著上调,OSCA7和OSCA15均显著响应干旱胁迫。【结论】鉴定出6个受非生物胁迫显著诱导表达的猕猴桃OSCA基因,为进一步研究OSCA基因在响应猕猴桃非生物胁迫中的分子功能提供了重要依据。

非生物胁迫下青花菜内参基因的筛选

【目的】检测非生物胁迫下常见内参基因的表达稳定性,筛选出青花菜的适宜内参基因。【方法】以青花菜高代自交系“KU19-3”为试验材料,利用已有的转录组数据和文献,筛选出31个候选内参基因,对其在不同非生物胁迫下(盐、干旱、渍水、弱光、高温和低温)的表达水平进行荧光定量PCR检测,采用geNorm、Normfinder和BestKeeper软件分析其表达稳定性,从而筛选出适宜的内参基因。【结果】31个候选内参基因的扩增特异性良好,且表达水平差异明显。其中BOL029171的Ct值最小,表达量最大;而BOL001470的Ct值最大,表达量最小。其他基因的Ct值介于20~40。3种软件综合分析结果表明:BOL034565和BOL008820在高温胁迫下最稳定,BOL043724和BOL005937在弱光胁迫下表达稳定性最好,BOL043724和BOL001470、BOL005937和BOL006136分别在低温和盐胁迫下表达最稳定,BOL024326和BOL025875、BOL008820和BOL001788分别在渍水和干旱胁迫处理下表达最稳定。综合上述得出BOL006136和BOL008820可作为非生物胁迫下青花菜的通用内参基因。【结论】本研究筛选出青花菜在非生物胁迫下通用内参基因是BOL006136和BOL008820,结果可为以后开展青花菜逆境胁迫下相关基因的表达特征研究和青花菜抗逆种质创建提供一定的科学基础。

玉米ECT家族成员的全基因组分析及非生物胁迫下的响应表达

ECT结构域蛋白家族作为一种重要的转录后调控因子,在调控m6A修饰中发挥重要功能,在植物正常生长发育和响应逆境胁迫时的基因表达调控中具有重要作用。为了研究ECT结构域蛋白家族在玉米(Zea mays L.)非生物胁迫下的生长发育与胁迫响应中的功能,本研究采用生物信息学方法鉴定到玉米ECT家族成员22个,并分析其序列和结构特征、染色体分布、启动子顺式作用元件、GO富集、蛋白质互作网络和系统发育进化关系,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析了玉米ZmECTs在冷胁迫以及不同激素处理下的表达模式。结果表明,玉米ECT家族成员分布在10条染色体上,编码的蛋白质所含氨基酸残基数目为119~748 aa,相对分子量(MW)范围为13412.17~81823.70 Da,等电点(pI)范围为5.43~8.82,大部分蛋白定位在细胞核。在ZmECT家族中共鉴定到10个motif。顺式作用元件分析结果表明,ZmECT家族成员启动子包含多个与胁迫、激素和生长发育相关的响应元件。GO富集分析结果显示,ZmECT家族成员可能参与mRNA的剪接和维持RNA稳定性。蛋白质互作网络预测,ZmECT6是该家族蛋白的核心成员。系统进化树显示,ZmECT家族成员分为4组。qRT-PCR结果显示,经不同激素处理后,ZmECT家族成员表现出复杂的响应模式,部分ZmECT家族成员响应冷胁迫。本研究结果为玉米ECT基因后续的生物学功能解析及分子机制研究提供了参考。

不同非生物胁迫对紫花苜蓿WL712幼苗生长和生理特性的影响

紫花苜蓿WL712为美国引入品种,在我国南方地区已有一定范围的种植,具有高产量和高品质的优点,但该品种对部分非生物胁迫具有较差的耐受性。为了探究该品种对南方地区不同胁迫的响应,本研究以生长21 d的WL712幼苗为试验材料,对其模拟了5种南方常见的胁迫,分别为高温、低温、干旱、渍水以及盐胁迫,通过测定生长指标及叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、相对电导率、丙二醛(MDA)含量、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性共8个生理指标来分析其综合生理抗逆性。结果表明,南方地区的5种胁迫皆对紫花苜蓿的生长生理造成了显著的抑制作用(P<0.05),其中高温、低温及渍水胁迫下,WL712的生长情况相对其他两种胁迫更差,其株高、根长和生物量受到严重抑制,渗透调节物质(可溶性糖和可溶性蛋白)在胁迫下的提升效果相对较弱;其叶绿素含量的积累则在低温和渍水胁迫下受到严重抑制,叶片和根系中3种抗氧化酶(POD、SOD和CAT)对活性氧的清除能力相对较弱。综上所述,WL712自身具有相对较差的耐热性、耐寒性以及耐渍水能力,其中对低温和渍水尤其敏感,因此在南方地区进行种植时,应尽量避开低温潮湿和高热多雨的地区,或在种植前预处理并做好相应的管理措施,以保证该品种的产量和品质。

普通烟草KCS基因家族的鉴定及非生物胁迫表达模式分析

【目的】为探究烟草KCS基因在非生物胁迫下所起的作用。【方法】采用生物信息学方法对烟草KCS基因进行系统进化、共线性和表达模式等分析。【结果】从普通烟草中鉴定出41个KCS基因;拟南芥和新鉴定的烟草KCS基因可划分为8个亚组,大部分亚组均含拟南芥和烟草成员;10个NtKCS成员源自全基因组复制事件,NtKCS10和NtKCS11是AtKCS02的同源基因,可能具有相似的生物学功能;普通烟草KCS基因启动子含多个与胁迫相关的顺式作用元件,其成员的表达具有一定的组织特异性;在盐和干旱胁迫下,NtKCS09、NtKCS11和NtKCS16表达量均有提高,可能参与烟草胁迫响应等信号传导过程。【结论】本研究对普通烟草KCS家族成员进行了系统的鉴定与分析,为深入研究烟草KCS家族基因的生物学功能奠定理论基础。

苹果GRF基因家族在非生物胁迫下的表达分析

GRF(Growth Regulating Factor)基因家族是一类植物特有的转录因子,它在调控植物的生长发育、渗透胁迫等方面发挥重要作用,主要通过调控细胞增殖过程促进植物组织器官的生长,提高植物对环境胁迫的适应性,因此,研究GRF基因家族在逆境条件下的表达调控具有重要意义。利用生物信息学分析和实时荧光定量PCR技术研究苹果中12个GRF基因在干旱、盐害和温度胁迫条件下的表达情况。结果表明:苹果MdGRFs基因参与响应非生物胁迫,干旱、盐害、高温和低温条件下MdGRFs表达量多数有明显变化。分别用干旱、盐害处理苹果幼苗后有相同的4个MdGRFs基因呈上调表达趋势;分别用干旱、低温处理后也有4个基因有相似的诱导表达;MdGRF05和MdGRF07受到干旱、盐害和低温的诱导表达;盐胁迫处理后,12个MdGRFs基因中有8个明显上调,4个明显下调;高温条件下,MdGRF04、MdGRF05、MdGRF07、MdGRF09和MdGRF11基因表达上调略明显,MdGRF02、MdGRF03和MdGRF10表达均下调,其中高温12 h后,几乎检测不到MdGRF10的表达。

丛枝菌根真菌在植物抵抗非生物胁迫中的作用研究进展

大量研究结果显示菌根植物相比于非菌根植物对于各类非生物胁迫具有更高的耐受性,说明丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhiza, AM)真菌在植物抵御非生物胁迫的过程中发挥着重要作用。本文对近年来AM真菌协助植物抵御干旱、盐胁迫、重金属污染和极端气温的研究进行了归纳和总结,分析了非生物胁迫下AM真菌对植物抗逆性的影响,展望了今后的研究方向,以期为研发应用于实际生产中的微生物肥料和菌根学研究的扩充提供一定的理论参考。

茶树NAC转录因子基因CsNAC79和CsNAC9鉴定及其对非生物胁迫的响应

【目的】鉴定茶树NAC转录因子基因CsNAC79和CsNAC9,并分析它们在干旱、盐、高温、低温、外施ABA和外施GA3胁迫下的表达模式,为进一步解析CsNAC79和CsNAC9转录因子的生物学功能提供参考。【方法】以茶树‘龙井43’为材料,用RT-PCR扩增NAC转录因子家族基因CsNAC79和CsNAC9,并进行生物信息学分析;用qRT-PCR检测CsNAC79和CsNAC9在茶树6种非生物胁迫下的相对表达量。【结果】(1)CsNAC79和CsNAC9分别编码409个和282个氨基酸,且分别在15—150氨基酸位点、11—134氨基酸位点含有NAC家族成员典型的NAM保守结构域。(2)CsNAC79蛋白与中华猕猴桃、柿、洋蓟亲缘关系较近,CsNAC9蛋白与桃、荔枝、榴莲亲缘关系较近;2个NAC转录因子均是亲水性蛋白,皆不含信号肽和跨膜结构;CsNAC79和CsNAC9的启动子区域都含有非生物胁迫响应元件;蛋白质空间结构分析显示,CsNAC79和CsNAC9蛋白主要是由不规则卷曲和α-螺旋组成。(3)表达分析表明:CsNAC79和CsNAC9基因在6种不同非生物胁迫下均上调表达。【结论】茶树CsNAC79和CsNAC9基因响应多种非生物胁迫。

荷花PIN基因家族的鉴定及非生物胁迫表达分析

【目的】探究荷花中NnPIN家族成员的特征及在非生物胁迫响应中的作用,为荷花抗逆新品种的选育提供新的基因资源。【方法】采用生物信息学方法对荷花NnPIN家族进行全基因组鉴定,并通过qRT-PCR技术分析了其在低温(4℃)、水淹及外源3 mmol/L脱落酸(ABA)处理下的表达模式。【结果】(1)荷花基因组中共鉴定出12个具跨膜结构域的NnPIN基因,分别命名为NnPIN1~12,且分布在6条染色体上,并主要定位于质膜和内质网;(2)系统进化分析表明,NnPIN蛋白可根据中央亲水环的长度分为经典型和非经典型2种类型,且同一类型具相似结构;经典型具完整的motif 1~12,而非经典型则缺失中央亲水环部分(motif 6,8,9,12);(3)NnPIN基因在启动子区域具有大量光响应、非生物胁迫和激素响应元件,并特异性地具有厌氧、脱落酸(ABA)、低温等响应元件;(4)NnPIN基因(除NnPIN8外)均正向响应外源ABA和低温胁迫,而NnPIN6和NnPIN7正向响应水淹胁迫,NnPIN1、NnPIN2、NnPIN3、NnPIN4、NnPIN5、NnPIN8、NnPIN9和NnPIN12则负向响应水淹胁迫。【结论】NnPIN基因家族特异性参与荷花非生物逆境胁迫响应。

陆地棉HD-Zip家族全基因组鉴定及响应非生物胁迫的表达分析

【目的】HD-Zip(Homeodomain and Leucine zipper)家族是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育、逆境响应中发挥重要作用。从陆地棉全基因组范围内鉴定GhHDZ基因家族成员,分析相关基因表达特点,为后续深入研究提供支撑。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉TM-1基因组中鉴定出GhHDZ基因家族成员,并对其理化特性、系统进化关系、染色体定位、基因复制、基因结构和启动子区顺式作用元件等进行分析。利用转录组数据结合实时定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction, RT-qPCR)分析GhHDZ家族基因在不同非生物胁迫下的表达模式。采用烟草瞬时转化法检测目标蛋白的亚细胞定位情况,通过转基因过表达方法验证目标基因功能。【结果】在陆地棉基因组中共鉴定到205个GhHDZ基因,系统发育分析将GhHDZ家族划分为4个亚组。片段复制是GhHDZ基因家族进化的主要原因,且该基因家族经历了强烈的纯化选择。在转录组分析基础上,对其中10个GhHDZ基因在4种非生物胁迫下的RT-qPCR鉴定分析表明,GhHDZ12、GhHDZ46、GhHDZ119正向响应冷胁迫,GhHDZ15、GhHDZ188负向响应冷胁迫;GhHDZ15、GhHDZ46、GhHDZ50、GhHDZ76、GhHDZ116、GhHDZ146、GhHDZ176、GhHDZ188正向响应热胁迫;GhHDZ15、GhHDZ50、GhHDZ76、GhHDZ116、GhHDZ119、GhHDZ146、GhHDZ176、GhHDZ188正向响应盐胁迫;GhHDZ12、GhHDZ15、GhHDZ50、GhHDZ116、GhHDZ119、GhHDZ176、GhHDZ188正向响应干旱胁迫,GhHDZ76负向响应干旱胁迫,且发现上述基因对各种胁迫的响应时间各有差异。进一步对GhHDZ146的功能研究发现,该基因定位于细胞核,在拟南芥中异源过表达显著增强了对盐胁迫的耐受性。【结论】在全基因组范围内从陆地棉中系统鉴定出205个GhHDZ家族成员。不同基因对各种胁迫的响应不一,且表达模式存在差异。GhHDZ146对盐胁迫具有正向响应功能。

植物褪黑素:植物应答非生物胁迫的新兴信号分子

褪黑素(melatonin, MT)与其他传统五大类激素相比,其鉴定仅有20多年的历史,是一种新兴植物激素,是有机体中具有多种生理功能的多效信号分子。在植物中,MT被称为植物褪黑素(phytomelatonin),它不仅调节种子萌发、根系构型、气孔运动、生物节律和开花与衰老,还通过激活抗氧化系统的活力,清除活性氧(reactive oxygen species, ROS),从而减轻胁迫造成的氧化胁迫、渗透胁迫、蛋白变性和细胞损伤,最终使植物应答生物和非生物胁迫。本文基于MT代谢及其在植物应答非生物胁迫中的最新研究进展,总结MT在植物中的合成与分解代谢,归纳逆境胁迫下MT通过直接清除ROS和/或触发信号转导途径,上调抗逆相关基因表达,继而激活渗透调节系统和抗氧化系统的活力,促进逆境蛋白和次生代谢物质的合成,稳定光合作用和碳代谢,减少ROS的积累和细胞氧化损伤,最终提高植物对高温、低温、干旱、盐渍、重金属、紫外辐射和水涝等非生物胁迫的抵抗能力。本文为理解MT的代谢、生理功能及细胞信号转导途径奠定了理论基础,并指出未来的研究方向。

灵宝杜鹃SBP基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

【目的】SQUAMOSA启动子结合蛋白(SBP)家族在植物发育和非生物胁迫等方面起重要作用,该研究可为灵宝杜鹃SBP基因家族成员的生物学功能和在非生物胁迫响应的调控功能提供参考,并为灵宝杜鹃物种保护奠定基础。【方法】用生物信息学方法对灵宝杜鹃(Rhododendron henanense subsp.lingbaoense)SBP基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,基于转录组数据分析组织特异性,并用qRT-PCR方法检测SBP在非生物胁迫下的表达。【结果】(1)从灵宝杜鹃基因组中共鉴定出19个含SBP保守结构域SBP成员,依次命名为RhlSBP1-RhlSBP19,基因不均匀分布在8条染色体上,编码的氨基酸长度为179~1072 aa,分子质量为20.26~118.73 kD;蛋白定位于细胞核;(2)系统发育分析将19个RhlSBP分为5个亚族,大部分RhlSBP与拟南芥AtSPL家族成员聚类;(3)所有的RhlSBP共有motif 1、motif 2和motif 4,基因结构显示Ⅳ、Ⅴ亚族内含子数量远多于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ亚族;(4)RhlSBP启动子中含有大量光响应元件、激素响应元件和环境胁迫响应元件,推测RhlSBP可能在灵宝杜鹃响应光调控、环境胁迫中发挥重要作用;(5)灵宝杜鹃与其同科植物羊踟蹰、圆叶杜鹃的SBP基因有更高的共线性;(6)RhlSBP基因亚家族成员具有相似的组织表达模式;(7)RhlSBP基因对非生物胁迫具有响应作用,但不同成员在不同胁迫下的响应程度存在差异。茉莉酸甲酯和低温处理后,基因表达总体呈上调趋势,高盐会抑制RhlSBP基因表达,干旱条件下,RhlSBP基因表达呈先上调再下调趋势。【结论】RhlSBP1、RhlSBP8可能是干旱、低温和MeJA诱导关键基因。