大麦HVA1基因和LEA蛋白与植物抗旱性的研究

干旱胁迫下,植物体内会积累多种蛋白以保护细胞免受脱水伤害,其中包括Lea蛋白。LEA蛋白在植物耐寒、耐盐碱、耐干旱性方面起重要作用。大麦HVA1基因编码的蛋白即属于第三组LEA蛋白,国内外学者对该基因的结构与功能进行了深入的研究。根据近年研究结果,本文对LEA蛋白的结构与功能,大麦HVA1基因的表达与调控,大麦HVA1基因高同源性序列的克隆以及转基因植物对HVA1基因抗旱性功能验证等方面进行综述。

青稞Hva1基因的表达模式及表达载体的构建

为了解青稞种子胚胎成熟晚期丰富蛋白(LEA)基因Hva1与青稞抗旱性的关系,以抗旱性强的旱地紫青稞和抗旱性弱的大麻青稞为材料,研究了不同浓度PEG胁迫下Hva1基因在两个青稞品种中的表达模式。结果表明,Hva1基因在抗旱性不同的两个青稞品种中的表达均呈单峰模式,且抗旱性强的旱地紫青稞表达峰值和对应的PEG胁迫浓度均高于抗旱性弱的大麻青稞;PEG胁迫浓度大于13.18%时,旱地紫青稞的Hva1基因表达量高于大麻青稞。可见,Hva1基因的表达在青稞的抗旱中起到重要的作用,为此我们成功构建了青稞Hva1基因的过量表达载体,期望为抗逆性基因在青稞中的应用和抗旱新品种的选育奠定基础。

青稞“昆仑12号”HVA1基因的克隆与蛋白质结构预测

抗旱性是青稞重要的耐逆性状。根据已报道的大麦抗旱相关基因HVA1的DNA序列,设计引物,以青稞品种昆仑12号经干旱处理8 h处理后的幼苗为材料,进行PCR扩增,得到约700 bp的HVA1基因编码框的全序列,将其克隆到pMD20-T上,重组子和酶切鉴定正确后,进行序列测定和分析。结果表明,与西藏强旱性青稞中HVA1基因相比较,昆仑12号与其核苷酸的同源性均达到99.5%,氨基酸的同源性达99.1%,其编码区全长642 bp,编码含213个氨基酸残基的蛋白质,富含Ala、Thr、Lys。该基因编码的蛋白质,包括9个重复的保守基元序列,属于第三组Lea蛋白。通过对HVA1基因编码蛋白的二级结构的分析表明,富含具有高度亲水性的α-螺旋结构,在植物细胞脱水时能够提供疏水区的亲水表面,可见青稞品种昆仑12号具有较强的抗旱性。抗旱相关基因的克隆为我国青藏高原青稞耐逆品种的选育奠定了基础。

HVA1基因的同源克隆及其转基因植物耐逆性研究进展

大麦HVA1基因编码的蛋白属于第3组LEA蛋白,其在植物的抗旱和耐盐性方面有重要作用。国内外学者对该基因的结构、功能以及转基因植物的抗旱、耐盐性进行了深入的研究。根据近年的研究结果,对HVA1基因同源性序列的克隆、表达特性以及转HVA1基因植物的抗旱、耐盐性检验等方面进行了综述。

青稞HVA1和blt4.9基因对模拟水分胁迫的响应差异及其在抗旱育种中的应用

为了解青稞HVA1和blt4.9基因在抗旱方面的作用及其差异,以青稞品种昆仑12号为材料,利用RT-PCR从8个候选内参基因(DHN1、GAPDH、Actin-1、Actin-2、18SrRNA-1、18SrRNA-2、TC139057和PKABA)中筛选出在15%PEG模拟水分胁迫下表达稳定的基因,同时以筛选到的稳定表达的基因为参照,采用qRT-PCR技术研究青稞HVA1基因和blt4.9基因在模拟水分胁迫条件下的表达差异及在不同抗旱性青稞品种鉴定中的应用。结果表明:(1)筛选到1个在干旱胁迫下青稞叶片中能稳定表达的内参基因TC139057;(2)在1%~30%PEG模拟干旱胁迫下,随着胁迫时间的延长,青稞HVA1和blt4.9基因表达量呈先增后降趋势,25%PEG处理下表达量最高,且在较低浓度PEG处理下基因表达量为HVA1>blt4.9,而在较高浓度PEG处理下反之;(3)15%PEG处理1~144h,两基因表达量也呈先增后降趋势,胁迫48h后HVA1基因表达量最高,胁迫96h后blt4.9基因表达量最高,且处理前期基因表达量为HVA1>blt4.9,后期反之;(4)1~500μmol·L^-1 ABA处理下,两基因表达量仍呈先增后降趋势,HVA1基因比blt4.9基因敏感,且在较低ABA浓度下基因表达量为HVA1>blt4.9,在较高浓度下反之;(5)获得转青稞HVA1和blt4.9基因拟南芥植株,其主要抗旱性生理指标优于野生型;且在较轻胁迫下,转HVA1植株的生理指标优于转blt4.9植株,而在较重胁迫处理下情况相反;(6)在模拟水分胁迫下,青稞叶片中两基因的表达量,抗旱性强的显著高于抗旱性弱的材料(P<0.01),且较轻胁迫下HVA1基因较敏感,反之blt4.9基因敏感。本研究结果为HVA1和blt4.9基因在青稞抗旱育种中的应用奠定了基础。

诱导大麦LEA蛋白的抗旱基因及Eibi1基因研究进展

植物抗旱基因是植物在干旱胁迫下减少或免受胁迫损伤的保护机制。本文综述了大麦抗旱基因的种类、功能、结构以及基因的诱导和表达。同时总结了大麦抗旱基因在育种工程中的应用,以期为大麦的抗旱性遗传改良提供理论依据。

LEA基因及Lea蛋白的研究进展

综述了有关ＬＥＡ基因及Ｌｅａ蛋白的研究进展：ＬＥＡ基因与Ｌｅａ蛋白的结构和功能；ＬＥＡ基因表达和Ｌｅａ蛋白积累与环境胁迫的关系；