我国北方春季土温回升慢,常使苹果根系遭受亚低温胁迫.糖在根系响应低温胁迫过程中充当着营养成分和信号分子的双重功能.为探究不同外源糖对根区亚低温下山定子生长和养分吸收的影响,本试验设置对照(CK)、根区亚低温(L)、根区亚低温+蔗糖(LS)、根区亚低温+果糖(LF)和根区亚低温+葡萄糖(LG)5个处理,分析了山定子幼苗生长参数、叶片光合特性和不同组织矿质元素含量.结果表明:与CK相比,L处理后山定子株高、根系生长参数、地上部生物量、叶片光合和荧光参数及叶绿素含量均显著降低;除根系钙(Ca)含量显著升高外,山定子幼苗中的氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)含量均显著降低.与L处理相比,外源蔗糖、果糖和葡萄糖处理后,山定子叶片光合和荧光参数、叶绿素含量、生长参数均不同程度升高;根中N和P含量显著增加;茎中N、P和K含量显著增加,茎中Ca含量只在蔗糖处理后显著增加;叶中N、P、K、Ca和Mg含量均显著增加.综上,根区亚低温下外源糖处理可提高山定子叶片光合效率,促进矿质元素吸收,进而缓解根区亚低温对植株生长发育的抑制,且蔗糖处理效果好于果糖和葡萄糖处理.

膨胀素(expansin,EXP)通过调控细胞壁的松弛在植物应对环境胁迫过程中起着重要作用.为研究EXP基因在大豆应对非生物胁迫过程中的作用,该文对大豆中的两个EXP基因(GmEXPB5 和GmEXPB7)及其蛋白序列进行生物信息学分析,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测基因表达量.结果表明:(1)GmEXPB5 和GmEXPB7 分别位于大豆第 10 号和第 12 号染色体上,编码的蛋白序列长度分别为 272 和 267个氨基酸.GmEXPB5 蛋白分子量为 29.07 kD,理论等电点为 7.51;GmEXPB7 蛋白分子量为 29.09 kD,理论等电点为 8.66.GmEXPB5 和GmEXPB7 均为稳定的亲水蛋白且定位于细胞壁中.GmEXPB5 和GmEXPB7蛋白均含有一段信号肽序列和一个保守的DPBB_1 结构域.(2)GmEXPB5 蛋白与鹰嘴豆CaEXPB15 蛋白亲缘关系最近,GmEXPB7 蛋白与密花豆、赤豆和豇豆的EXPB3 蛋白有着较近的亲缘关系.(3)GmEXPB5和GmEXPB7 在大豆根、茎和叶中均有表达且它们在根和叶中的表达量均显著高于茎中的表达量.(4)GmEXPB5 和GmEXPB7 在大豆幼苗中可以响应盐、干旱和低温胁迫.(5)GmEXPB5 启动子区域含有 2 种与逆境相关的顺式作用元件(ABRE和ARE);GmEXPB7 启动子区域含有 5 种与逆境相关的顺式作用元件(ABRE、ARE、CGTCA-motif、TC-rich repeats和MBS).综上所述,GmEXPB5 和GmEXPB7 能够参与大豆对非生物胁迫的应答.

[目的]脂肪酸脱氢酶(fatty acid desaturase,FAD)是一类催化植物不饱和脂肪酸合成的关键酶,在植物生长发育及逆境胁迫响应中起重要作用.鉴定番茄SlFAD基因家族,为番茄SlFAD基因家族功能研究及遗传改良提供理论依据.[方法]采用生物信息学方法,对其基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、基因结构、系统发育树和表达模式等方面进行研究.[结果]在番茄基因组中共鉴定出 26 个SlFAD基因,可分为 4 个亚族;理化性质分析显示SlFAD蛋白的氨基酸个数在 119-912 个之间,分子量介于 13 288.27-102 522.25 Da,SlFAD蛋白在番茄中主要以碱性蛋白的性质存在,大部分SlFAD家族成员为稳定蛋白和亲水性蛋白;亚细胞定位预测SlFAD基因家族成员主要存在于内质网;基因特征分析显示同一亚族间的成员具有较为相似的基因结构和保守基序;启动子顺式作用元件分析显示数量最多的是光响应与激素响应相关的元件;染色体定位显示 26 个SlFAD家族成员共分布在 10 条染色体上,6 号和 12 号染色体上成员最多;二级结构预测显示 26 个SlFADs家族成员均以α-螺旋和β-转角为主;转录组数据及RT-qPCR分析表明SlFAD1、SlFAD4 和SlFAD18 基因在成熟花药中高度表达,SlFAD23 在根尖中高度表达,说明SlFAD1、SlFAD4 和SlFAD18可能参与花药发育,SlFAD23可能参与根尖发育;低温胁迫下,SlFAD6和SlFAD21表达量被抑制,说明SlFAD6 和SlFAD21 可能与低温响应有关系,SlFAD1 和SlFAD14 在低温胁迫初期显著上调,随后又被抑制,说明该基因在低温胁迫初期发挥重要作用.[结论]SlFAD基因家族在番茄根尖、叶片、花药的生长发育过程及低温胁迫中发挥重要作用.

Trihelix转录因子的功能使其在许多非生物逆境胁迫中都具有重要作用,尤其表现为参与低温、干旱、洪涝、盐碱、脱落酸、茉莉酸甲酯等众多非生物胁迫的信号途径.然而目前对人参Trihelix基因家族的研究还较少.该研究从人参基因组数据库中鉴定筛选出41个Trihelix基因家族成员,使用生物信息学方法分析家族成员理化性质、顺式作用元件、亚细胞定位、染色体定位与非生物胁迫诱导的表达模式.结果表明人参Trihelix家族成员85％定位于细胞核中,Trihelix蛋白二级结构以无规则卷曲和a螺旋为主.在Trihelix的启动子区域鉴定出了与低温、激素响应、生长发育等多种非生物胁迫相关的顺式作用调节元件.通过对模式植物拟南芥和人参进行种间的Trihelix转录因子共线性分析发现人参与拟南芥之间共有共线性基因对19个,仅3、6、12号染色体不存在共线性基因对.qRT-PCR分析结果表明基因GWHGBEIJ010320.1在低温胁迫下表达量显著上调,显著响应低温胁迫.该研究为今后探讨人参Trihelix转录因子在人参非生物胁迫以及人参生长发育过程中的功能奠定了基础.

甘薯在储藏过程中受到低温冷害会大大降低甘薯的商品价值,因此研究甘薯耐低温储藏的分子机制,减少低温在甘薯储藏过程中的影响具有重要意义.本研究选取了较耐低温储藏、不耐低温储藏以及表现居中的3个甘薯品种商薯19(S19)、烟薯25(Y25)和苏薯16(S16),分别在9℃和6℃储藏35 d.提取上述处理的薯块总RNA进行转录组测序和比较分析,发现与对照相比,S19在低温储藏后的差异表达基因较少,而Y25则相反,S16居中.差异表达基因KEGG和GO分析发现,甘薯块根在低温胁迫下蛋白酶体相关基因的表达水平较高.最终,通过比较不同品种不同温度下的转录组数据,得到响应储藏期低温胁迫的候选基因Ibat.Brg.02F G010830,该基因注释为冷胁迫响应类受体蛋白激酶.qRT-PCR验证该基因的表达与转录组数据相一致.进一步分析了该基因及其等位基因和同源基因的进化关系,并分析了该基因在不同品种中的变异.本研究将为甘薯低温储藏响应机制解析以及耐低温储藏品种的选育提供支撑.

[目的]bHLH转录因子广泛存在于植物中,是调控植物生长发育和响应逆境胁迫的重要转录因子家族之一.从金钗石斛全基因组中鉴定DnbHLHs转录因子家族,分析其表达特点,为后续深入研究DnbHLHs转录因子的生物学功能奠定基础.[方法]利用生物信息学方法从金钗石斛全基因组中鉴定出bHLH转录因子家族成员,并对其理化特征、系统进化关系、基因结构、染色体定位和启动子顺式作用元件等进行分析,利用转录组数据和RT-qPCR分析DnbHLHs转录因子的组织表达模式和不同非生物胁迫下的表达规律.[结果]在金钗石斛中共鉴定出 137 个bHLH转录因子,DnbHLHs蛋白的氨基酸数量为 85-1 260,分子量为 9 855.23-140 024.19 Da,等电点为 4.52-10.66,不稳定系数为 31.94-87.42,脂溶指数为 56.66-106.06,亲水指数为-0.815-0.185.DnbHLHs分布于金钗石斛的 19 条染色体上,都存在bHLH结构域,与拟南芥的bHLH同源,且组内、种间存在着共线性关系.基因表达模式分析显示,DnbHLHs家族成员存在组织表达特异性,且DnbHLH26 和DnbHLH33 对多种逆境胁迫有响应.[结论]从金钗石斛全基因组中鉴定出 137 个DnbHLHs转录因子家族成员,该家族成员的理化性质和保守基序存在特异性和多样性的特征,不同DnbHLHs转录因子之间具有组织表达差异性,且DnbHLH26 主要受高盐和高温胁迫的诱导,DnbHLH33 主要受高盐、高温和低温胁迫的诱导.

[目的]REVEILLE家族基因具有重要生物学功能,而在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中该家族基因研究较少,深入认识甘蓝型油菜中RVE家族基因功能及其与非生物胁迫的关系.[方法]利用生物信息学方法,在甘蓝型油菜、白菜(Brassica rapa)和甘蓝(B.oleracea)中分别鉴定到 33、16 和 16 个RVE基因,并对其系统进化、染色体定位、基因结构和理化性质以及启动子顺式元件进行分析.[结果]所有的RVE蛋白被分为两个亚家族.33 个BnaRVE分别定位在 18 条A亚基因组的染色体和 15条C亚基因组的染色体上.大部分成员属于较稳定的疏水蛋白;多数Ka/Ks值小于 1,说明该家族受到强烈的纯化选择作用.基因结构变异较大,内含子数目在 4-11 之间.共线性分析结果表明,甘蓝型油菜和拟南芥、白菜、甘蓝存在大量的同源基因.大部分甘蓝型油菜RVE家族成员在子叶和叶都有表达且表达量最多.BnaRVE启动子上含有大量与激素和生物逆境相关的元件,通过定量PCR分析,4 个BnaRVE在ABA与MeJA诱导和低温胁迫下的表达量显著上调.[结论]在甘蓝型油菜基因组中鉴定出 33 个BnaRVE家族成员.不同基因在不同发育时期和不同组织中表现出不同的表达模式.不同基因对各种胁迫存在响应,且表达模式不一.RVE家族成员对ABA、MeJA和冷胁迫具有正向响应功能.

[目的]挖掘参与油茶糖代谢及逆境响应的糖外排转运子(sugars will eventually be exported transporters,SWEETs).[方法]利用生物信息学方法分析油茶SWEETs家族的基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性关系、启动子区顺式作用元件及上游调控因子等,并利用RT-qPCR分析CoSWEETs在不同时期、不同组织及不同逆境胁迫下的基因表达情况.[结果]从油茶中鉴定得到 14 个CoSWEETs基因,不均匀分布于 10 条染色体上,不同成员间内含子-外显子数目存在差异.根据系统进化关系,14 个CoSWEETs可分为 4 个分支,均具有 1-2 个MtN3 保守结构域,同一分支具有相似的基因结构和基序.根据启动子顺式作用元件和上游转录因子预测的分析结果,CoSWEETs启动子中含有多个与生长发育、植物激素和应激相关的调节元件,其表达可能受到ERF、DOF、BBR-BPC、MYB等转录因子的调控.RT-qPCR分析表明大部分CoSWEETs成员在果实和根中高表达,在种子中的表达水平与发育时期相关,并根据低温、高盐和干旱等非生物胁迫下CoSWEETs的表达模式挖掘出CoSWEET1、CoSWEET2、CoSWEET17 等响应油茶低温、干旱或高盐胁迫的基因.[结论]CoSWEET基因的表达受到多种激素及转录因子调控,并在油茶种子发育与逆境胁迫响应中发挥重要作用.

[目的]早花基因 3(EARLY FLOWERING3,ELF3)是生物钟系统核心振荡器的重要组成成员,在植物生物钟和开花调控及逆境胁迫等过程扮演重要角色.目前尚无香蕉ELF3 的相关报道,为揭示ELF3 在香蕉抵御逆境胁迫中的功能对其进行了鉴定、克隆和表达分析.[方法]克隆了从香蕉基因组鉴定获得的 4 个MaELF3 成员(MaELF3-1-MaELF3-4),利用生物信息学手段分析了它们的序列特征,基于转录组数据和实时荧光定量PCR研究了它们在高低温胁迫、香蕉枯萎病菌FocTR4 侵染及茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)处理后的表达模式.[结果]4 个MaELF3 的CDS长度介于 2 058-2 301 bp,可编码 685-766 aa.除MaELF3-4 含 3 个外显子外,其余MaELF3s均含 4 个外显子.4 个MaELF3s均为定位于细胞核的不稳定碱性蛋白;与温带植物ELF3s不同,MaELF3s和多种热带植物的ELF3 均无朊病毒样结构域(PrD).系统进化结果显示,MaELF3-2 和MaELF3-4 与拟南芥ELF3(At2g25930)亲缘关系最近;MaELF3-1 和MaELF3-3 分别与粗柄象腿蕉(Ensete ventricosum)和野蕉(Musa balbisiana)ELF3 亲缘关系最近.MaELF3s启动子上存在一些光、激素(MeJA、ABA等)和逆境胁迫(干旱、低温等)响应相关元件.基因表达分析结果显示,所有 4 个MaELF3s在香蕉叶片中的表达均受ABA和JA影响,且它们在香蕉根系中的表达受FocTR4 显著抑制;除MaELF3-4外其他成员的表达均受高低温显著抑制.[结论]MaELF3s参与了香蕉对不同逆境胁迫的响应.

[目的]AtiPGAM2 基因是拟南芥(Arabidopsis thaliana)碱性磷酸酶超家族的成员,参与糖酵解过程.研究AtiPGAM2 基因在逆境胁迫下的响应机制,为进一步研究AtiPGAM2 的抗逆功能奠定基础.[方法]使用PlantCARE在线软件对AtiPGAM2 基因启动子顺式作用元件进行分析.采用实时荧光定量PCR,检测AtiPGAM2 在NaCl和ABA胁迫下的响应模式.克隆AtiPGAM2 基因转入拟南芥,获得AtiPGAM2 基因超表达株系.利用三引物法鉴定Atipgam2 突变体.对过表达、突变体和野生型在盐胁迫下的萌发率、绿苗率以及各种非生物胁迫(甘露醇、ABA和MeJA)下的表型,进行统计分析.[结果]其启动子上存在多个光、MeJA、低温、ABA、SA、GAs等非生物胁迫和激素响应元件.荧光定量PCR分析显示,AtiPGAM2 在NaCl和ABA胁迫下受到不同程度的诱导.成功获得AtiPGAM2 基因过表达和突变体株系.在盐胁迫条件下AtiPGAM2 过表达株系萌发率以及绿苗率均高于野生型,突变体表型则相反.甘露醇处理下突变体的萌发率低于野生型.ABA处理 48 h内突变体和过表达AtiPGAM2 株系的萌发率都低于野生型.MeJA处理下过表达的侧根数量高于野生型,突变体则相反.[结论]AtiPGAM2具有耐盐性,该基因响应甘露醇、ABA和MeJA处理.