不同穗发芽抗性的小麦胚对ABA敏感性及抗性机制研究

以20个小麦品种为材料,测定了不同穗发芽抗性的小麦品种处于种子发育过程中的胚对ABA敏感性和后熟过程中种子的萌发能力,以揭示小麦对穗发芽的抗性机制。结果表明,在种子发育过程中,不同抗性品种的胚萌发能力和胚对ABA敏感性存在差异。胚萌发能力随胚龄的增加,呈"低～高～低"的变化趋势。扬花后25d到35d的胚萌发势的降幅值在抗穗发芽基因型中所占的比重明显较易穗发芽基因型大。易穗发芽基因型对ABA的敏感性随胚萌发能力的提高而下降,而抗穗发芽的基因型对ABA的敏感性随胚萌发能力的提高则有升有降。因此,胚休眠主要在发育后期获得。红皮易穗发芽品种的成熟胚因脱离母体而提高的萌发势明显较白皮易穗发芽品种的高。品种的成熟胚离体萌发能力越高,则种子休眠期越短。

母体对小麦胚的ABA敏感性和种子休眠性的影响

种子休眠是品种穗发芽抗性的主导因素,休眠特性与母体效应和胚对ABA的敏感性均有密切关系。为了了解母体对小麦胚的ABA敏感性和种子休眠的影响,为抗穗发芽育种提供科学依据,对穗发芽抗性不同的小麦品种及它们正反交F1后代授粉后不同发育阶段的胚进行了ABA敏感性鉴定,并对收获前的籽粒发芽能力进行了测定。结果表明,在种子发育过程中,不同基因型的离体胚萌发能力存在差异,抗穗发芽品种的胚对ABA敏感性明显高于易穗发芽品种,胚对ABA的敏感性与其萌发能力关系密切,随着萌发能力的升高,胚对ABA的敏感性降低。在成熟种子中,F1的休眠性偏向于抗性亲本。尽管成熟种子和胚的休眠表现出一定的母体效应,但母体对发育至成熟过程中胚的ABA敏感性并没有影响。因而,母体对种子休眠的影响可能与胚的ABA敏感性无关。

不同穗发芽抗性的小麦胚对ABA敏感性的蛋白质组分析

小麦穗发芽抗性与其对ABA敏感性关系密切,一般认为ABA处理可导致基因表达的变化。本研究用不同穗发芽抗性的白皮小麦品种陕优225和冀麦1号扬花后25d的胚在±1μmol·L-1ABA溶液中处理48h后进行蛋白质组分析。依据蛋白质表达差异,鉴定出胚发育后期丰度蛋白(LEA)、NAD(P)H脱氢酶亚基Ⅰ、盐胁迫后根表达的蛋白(RS1)、生长素反应蛋白IAA19、20kD的钙结合蛋白、钙调蛋白(CAM)和肌动蛋白解聚因(ADF5)等7个蛋白点。按其表达丰度大致可分为两类:第一类如LEA,在抗穗发芽品种中的表达量比易穗发芽品种高,ABA处理可以增加其表达。第二类如生长素反应蛋白IAA19,在易穗发芽品种中的表达量较高,ABA处理可以降低其表达。抗穗发芽品种的离体胚更易于表达ABA上调的蛋白质。这些结果为了解抗穗发芽基因表达蛋白质的过程提供了实验数据。

水稻种子萌发和苗期ABA敏感性的QTL定位分析(英文)

植物激素ABA参与不同的生理过程,尤其是在种子发育和非生物逆境的适应都需要ABA的调控。以水稻珍汕97和旱稻IRAT109为亲本的重组自交系群体为材料,分别调查种子发芽和苗期对ABA的敏感程度。种子发芽阶段以ABA处理下的相对发芽势(Relativegerminationvigor,RGV)和相对发芽率(Relativegerminationrate,RGR)为指标,苗期以ABA喷施处理下的卷叶程度(LeafrollingscoresbyABAspaying,LRS)和含ABA水培条件下的卷叶程度(LeafrollingscoresbyABAculturing,LRC)为指标。性状相关分析表明发芽阶段的相对发芽势与苗期卷叶程度呈显著正相关。用复合区间作图法和混合线性模型对ABA敏感性QTL定位和上位性效应分析。两种软件检测到的主效QTL位点大致相同。共检测到5个单位点QTL和6对上位性QTL与发芽阶段的ABA敏感性有关;8个单位点QTL和5对上位性QTL与水稻苗期对ABA的敏感性有关;在苗期,两种ABA处理条件下共检测到两个共同的QTL;仅一个共同的QTL同时控制发芽阶段和苗期对ABA的敏感性。这些研究结果说明,水稻对ABA的敏感性同时受单位点的多基因和上位性基因控制;而且控制种子萌发阶段发芽势和苗期对ABA敏感性的遗传基础有很大的不同。

AhBG1 转基因拟南芥的ABA敏感性和抗旱性研究

为探究花生基因AhBG1对拟南芥ABA敏感性和抗旱性的影响,以过表达AhBG1拟南芥为材料,检测其ABA敏感性及脱水处理下ABA质量分数、叶片失水率、干旱存活率及ABA稳态相关基因表达变化.结果表明:AhBG1是编码花生β-葡萄糖苷酶的家族成员,定位于细胞质;与野生型相比,AhBG1过表达拟南芥植株在干旱条件下体内ABA水平提高,干旱存活率增加,增强有关生物合成途径和信号转导途径相关基因上调,抑制氧化代谢途径相关基因表达.AhBG1蛋白可能催化ABA-GE形成ABA,提高植物体内ABA的质量分数,通过影响ABA稳态相关基因的表达从而提高植物的抗旱性.

AhATL1异源表达拟南芥植株对ABA敏感性和干旱响应的变化

Ah ATL1是花生(Arachis hypogaea) ABA转运蛋白类似基因(arachis hypogaea abscisic acid transporter like-1),其编码的蛋白具有ABCG亚家族保守功能结构域。本文对拟南芥植株、Atabcg22、AhATL1-OX进行脱落酸(ABA)敏感性和抗旱性分析,并检测了胁迫响应基因及ABA信号相关基因的表达。结果表明:ABA外施处理使Ah ATL1-OX植株的种子绿胚率和主根伸长提高,说明Ah ATL1的异源表达降低了ABA敏感性。在干旱条件下,与野生型比较, AhATL1-OX植株的叶片相对含水量降低,存活率降低,体内ABA含量降低,胁迫响应基因RD29A、RAB18与ABA信号相关基因PP2C5的表达降低,说明AhATL1的异源表达提高了干旱敏感性,与干旱条件下ABA信号通路相关基因和干旱胁迫响应基因的表达变化有关。

拟南芥abf3和abf4突变体对ABA和盐胁迫响应

研究拟南芥abf3、abf4突变体和野生型(Col)对ABA和盐胁迫的响应.结果表明:与野生型相比,abf3对ABA的敏感性显著下降.盐胁迫下,abf3、abf4突变体的绿胚率、叶绿素含量、黄化率均低于Col,abf4根长比高于Col,abf3与Col无显著差异,说明ABF3、ABF4对盐敏感性高于Col,ABF4更为显著.以上结果初步显示:拟南芥同源基因ABF3和ABF4在对外施ABA和盐胁迫响应中发挥不同的作用.

乌拉尔图小麦Viviparous-1基因的单倍型及其表达特性研究(英文)

该研究采用PCR和半定量RT-PCR方法,对乌拉尔图小麦(Triticum urartu)休眠基因Viviparous-1A(Vp-1A)的单倍型进行分析,并通过建立系统进化树,对Vp-1A基因在乌拉尔图小麦、普通小麦和其他近缘种间的系统发育关系进行分析。结果表明:(1)在20份乌拉尔图小麦中共发现4种新等位变异类型,分别命名为TuVp-1Abgi、TuVp-1Adfi、TuVp-1Aefi和TuVp-1Acgh。与普通小麦的TaVp-1Aa(AJ400712)基因相比,这4种单倍型主要是在第3内含子中有多个TTC不同重复,在第2和第5内含子中存在序列的缺失以及SNPs;(2)用ABA处理种子胚后,4种不同单倍型材料的mRNA表达水平发生变化,表明这4种单倍型对ABA敏感性不同;(3)乌拉尔图小麦中Vp-1A基因不同单倍型,在第2、第3和第5内含子中碱基序列的插入和缺失,影响了Vp-1A基因的表达特性及对ABA的敏感性,从而影响种子休眠特性;(4)鉴定和分析发现,乌拉尔图小麦TuVp-1Adfi单倍型可作为小麦穗发芽抗性资源。

植物多基因干扰载体体系构建与效用分析

多数重要的功能基因属于多基因家族,这些家族成员间存在功能冗余,高效的多基因干扰体系对研究多基因家族成员的生物学功能及其分子调控机制具有重要意义。对pCAMBIA1301载体改造,构建了适用于植物的多基因干扰体系pCAMBIA1301m和pCAMBIA1301s。使用该多基因干扰体系构建了四基因的干扰载体pCAMBIA1301m:35S∷SlPP2C1-2-3-4,4个目标基因为来源于番茄PP2C家族A组的PP2C1、PP2C2、PP2C3和PP2C4,并通过遗传转化导入番茄,用GUS染色和PCR检测转基因阳性植株,再利用RT-qPCR技术检测T_(1)和T_(2)代转基因植株中目标基因的干扰效率,用T_(2)代种子分析转基因番茄对ABA敏感性。结果表明,应用该干扰体系成功获得了四基因干扰的转基因植株35S∷SlPP2C1-2-3-4。在转基因番茄中4个目标基因的表达量显著低于野生型,其干扰效率均高于70%,转基因番茄种子萌发具有强烈的ABA不敏感性。多基因干扰体系能高效地同时沉默多个目标基因。

拟南芥dmard abf3突变体对ABA的敏感性和耐旱性能

本研究课题组在前期研究中通过T-DNA插入突变获得了拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变体dmard,其根生长对ABA超敏感。将突变体dmard与abf3杂交,进一步分析双突变体对ABA敏感性和耐旱性能,以确定其在ABA信号通路中的作用。结果表明,ABA处理下,dmard abf3的绿胚率及根生长与野生型(Col)无显著差异,ABA敏感性低于dmard而高于abf3。干旱-复水实验结果表明,dmard abf3的存活率与Col接近,均低于dmard高于abf3,dmard abf3植株体内活性氧(ROS)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性均恢复至Col水平。dmard abf3双突变体中ABF3、RD29A、RD29B基因表达与Col相似,在abf3中这3个基因表达均下调,dmard中均上调。以上实验表明,dmard部分恢复abf3对ABA的敏感性及抗旱抗氧化的能力,推测DMARD是ABA信号中的一个负调控因子,位于ABF3的遗传上位。

含异位表达花生AhNCED1基因的拟南芥提高耐渗透胁迫能力

AhNCED1是干旱胁迫下调控花生ABA生物合成的关键基因。以pCAMBIA1301为基本双元表达载体,分别构建CaMV35S启动子和拟南芥AtNCED3基因启动子(AtNCED3p)驱动花生AhNCED1基因的2个植物双元表达载体p35S::ORF和pAtNCED3p::ORF,通过根癌农杆菌介导法将上述两个表达载体分别转化野生型和129B08/nced3突变体拟南芥,经潮霉素筛选和PCR鉴定分别获得35S::ORF-WT和A3p::ORF-B08转基因植株,RT-PCR证实花生AhNCED1基因已在转基因植株中稳定表达,并对野生型、129B08/nced3突变体和转基因拟南芥进行外源ABA敏感性和耐渗透胁迫能力分析。结果表明,129B08/nced3突变体对外源ABA的敏感性下降,而花生AhNCED1基因在拟南芥中的异位表达提高了对外源ABA的敏感性。在山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体种子的相对萌发率明显低于野生型的,而A3p::ORF-B08转基因拟南芥种子的相对萌发率与野生型的相当,显著高于129B08/nced3突变体的,且300mmolL–1山梨醇胁迫下,35S::ORF-WT转基因拟南芥种子的相对萌发率明显高于野生型的。在300mmolL–1山梨醇胁迫下,129B08/nced3突变体幼苗叶片高度黄化,根的形成和幼苗生长受到严重抑制,而A3p::ORF-B08转基因突变体与野生型相似,叶片仅轻度黄化,幼苗生长势良好;35S::ORF-WT转基因植株幼苗生长未受明显影响。这些结果说明,拟南芥129B08/nced3突变体对山梨醇诱导的非离子渗透胁迫有超敏性,异位表达花生AhNCED1基因能恢复该突变体对山梨醇的超敏性,提高拟南芥的耐渗透胁迫能力。

长穗偃麦草EeNAC9基因功能初步研究

NAC(NAM-ATAF-CUC)转录因子在植物逆境胁迫应答反应中发挥重要作用。通过同源克隆方法从长穗偃麦草中分离到一个NAC转录因子基因EeNAC9(Elytrigia elongate NAM-ATAF-CUC 9),该基因编码274个氨基酸,等电点为9.03;对该蛋白二级结构预测发现主要存在9个螺旋区(helices)和无规则卷曲(coils)。氨基酸疏水性分析表明,该蛋白存在大量的疏水性氨基酸。将该基因构建到PBI121双元植物表达载体上,通过农杆菌介导转化烟草,经PCR分子检测获得T0代35S::EeNAC9转基因烟草阳性植株65株。胁迫培养基上初步功能研究表明,过表达EeNAC9转基因烟草表现出对ABA的敏感性,同时增强了对干旱、高盐的胁迫耐性,从而为小麦抗逆分子育种提供了优良候选基因资源。

苹果细胞分裂素氧化酶基因MdCKX7.2的克隆及抗性鉴定

采用同源克隆和PCR技术从‘嘎拉’苹果(Malus×domestica Borkh.)中克隆细胞分裂素氧化酶基因MdCKX7.2(基因序列号:MDP0000279125)。该基因含有1 542 bp的完整开放阅读框,编码513个氨基酸。利用Plant CARE数据库对MdCKX7.2启动子顺式作用元件进行预测分析,发现MdCKX7.2启动子序列中存在光、干旱、脱落酸、水杨酸、茉莉酸甲酯等响应元件。基因表达分析发现,‘嘎拉’幼苗中MdCKX7.2的表达明显受干旱和ABA的诱导。通过农杆菌介导的遗传转化获得MdCKX7.2转基因拟南芥植株。抗性试验表明,异位表达MdCKX7.2基因明显提高了拟南芥对干旱胁迫的抗性。拟南芥种子萌发试验表明,在拟南芥中异位表达MdCKX7.2提高了植株对ABA的敏感性,种子萌发率和幼苗鲜质量明显下降,与种子萌发相关基因的表达量明显上调。以上试验结果表明,MdCKX7.2在植物非生物胁迫响应中发挥重要作用。