藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)营养丰富且抗逆性较强.本研究以M059(胚根生长快)和M024(胚根生长慢)两种藜麦种质材料为研究对象,采用PEG-6000模拟干旱胁迫,观察种子表型的解剖结构,对发芽种子进行糖含量测定,并对正常水处理和干旱处理的材料进行转录组测序.种子表型及糖含量测定结果显示:与正常水处理相比,15％PEG-6000处理24h后M059和M024胚根长度分别降低68.65％和71.43％;在正常水处理条件下,M059的可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量较M024 高 18.58％、97.84％、70.54％和 32.77％;在 15％PEG-6000 处理 24 h后,M024 的蔗糖含量比M059 高 23.01％,M059 的可溶性总糖和葡萄糖含量比M024分别高7.26％和25.00％.韦恩图分析结果表明,C1vsD1、C2vsD2、C1vsC2和D1vsD2比较组中共有差异表达基因211个,特异性差异表达基因分别为132个、1270个、578个和914个.GO富集分析表明,与干旱胁迫下藜麦种子糖代谢的分子响应密切相关的GO通路有5条.KEGG富集分析表明,与干旱胁迫下藜麦种子糖代谢密切相关的代谢途径有3条.根据差异表达基因的功能注释,有 10 个差异表达基因(LOC110702784_AGAL2、LOC110719866_INV1、LOC110717843_TPPJ、LOC29490_CELB、LOC110719843_bg1x、LOC110689796_SUS1、LOC110690728_MAN6、LOC110729879_HK2、LOC110712726_EGLC、LOC110734349FK7)与糖代谢相关,且这10个差异表达基因的qRT-PCR验证结果与转录组结果一致.本研究结果将对深入解析藜麦响应干旱的分子调控机制提供参考.

为探讨坡柳(Dodonaea viscosa)在珊瑚砂环境的适应能力,设置全光、遮阴、黑暗3个光照处理,并采用梯度控水法设置正常控水、中度胁迫、重度胁迫3个水分梯度,对坡柳幼苗在光照和水分双因素处理下抗逆生理指标的变化进行了研究.结果表明,干旱胁迫和光照控制及其交互作用均对坡柳幼苗的丙二醛(MDA)、可溶性蛋白(SP)和脯氨酸(Pro)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性有显著影响(P<0.05);遮阴和黑暗处理的MDA含量维持在较低水平;黑暗条件下SOD活性随胁迫程度增加而升高;全光和正常控水下POD活性最高;随光照强度减弱,CAT活性逐渐升高;遮阴和水分重度胁迫下SP含量最高,遮阴和水分中度胁迫Pro含量最高.因此,光照和水分对坡柳幼苗生长具有交互作用,在特殊生境生态修复实践中,给予坡柳幼苗适当遮阴的同时应保证适当水分有利于幼苗生长.

目的 对当归Angelica sinensis中的AP2/ERF转录因子基因进行鉴定以及生物信息学分析,并分析其在干旱胁迫下的表达差异,以期筛选出与响应干旱胁迫相关的AsAP2/ERF基因,为后续深入研究 2 品种当归抗逆性差异及抗性育种提供参考依据.方法 基于全长转录组测序数据,利用生物信息学方法对AsAP2/ERF转录因子家族成员进行鉴定,并分析该家族特征.基于干旱胁迫转录组数据分析AsAP2/ERF基因的表达模式,并利用qRT-PCR技术进行验证.结果 从当归中共鉴定到 53个AP2/ERF转录因子,包括 28 个ERF、18 个DREB、5 个RAV、2 个AP2 亚家族成员.AsAP2/ERF转录因子的氨基酸数量是 142～440 aa,均为亲水性蛋白,亚细胞定位预测结果显示多数成员定位于细胞核.基因表达模式的分析结果表明,在响应干旱胁迫条件下,"岷归 2 号"(M2)中表达上调的基因数量多于"岷归 1 号"(M1),其中 8 个基因在 2品种当归D2 组表达差异显著,这可能与 2 品种当归的抗旱性相关.qRT-PCR分析结果表明,6 个基因与干旱胁迫转录组数据基本一致.结论 鉴定了当归中的AP2/ERF转录因子家族,探究了不同基因在干旱胁迫下的表达模式,最终获得了 6 个响应干旱胁迫的AsAP2/ERF候选基因,为后期开展当归抗旱功能基因的研究奠定基础.

凝集素类受体蛋白激酶(lectin receptor-like kinase,LecRLK)是一类带有凝集素保守域的植物激酶,在植物抵抗生物胁迫和非生物胁迫过程中起着重要作用,同时也参与植物生长发育过程.工业大麻Cannabis sativa是一种重要的多用途植株,广泛应用于食品、纺织、医药等领域.对工业大麻LecRLK家族进行全基因组水平筛选以及表达分析,为工业大麻LecRLK家族功能分析提供科学参考.因此,该研究基于BLAST和HMM方法最终在工业大麻全基因组上共鉴定到93个LecRLKs,其中包括69个G型,23个L型和1个C型.随后对家族成员进行一系列生物信息学分析,初步揭示了工业大麻LecRLKs家族成员的蛋白理化性质,对家族成员启动子顺式作用元件预测结果显示家族成员受到激素和逆境响应的调控.表达分析则显示部分家族成员在根中有较高表达,可能参与抗逆过程;另一些成员在雌花中高表达,可能参与雌花发育.该研究为LecRLKs基因功能的深入研究提供一定的理论基础.同时通过表达分析筛选了可能参与工业大麻抗逆候选LecRLKs成员,为将来工业大麻抗逆品种筛选提供理论依据.

超氧化物歧化酶(SOD)在植物细胞中广泛存在,主要分为Mn-SOD,Fe-SOD以及Cu/Zn-SOD 3大类,它们可以在细胞中发挥不同的防御作用,增强植物的耐受力.此外在蓝细胞和海洋生物中存在的Ni-SOD有待探究.该研究根据SOD所包含金属离子的不同对其理化性质和作用机制进行分析;阐述了在干旱、盐碱、冷害等胁迫下SOD在植物中发挥的作用,并对该酶在未来植物生长发育进程中的作用进行展望,为有关逆境环境下植物生长发育机制的研究提供参考.

MYB作为植物中最大的多功能转录因子(transcription factors,TFs)家族之一,在基因转录水平上广泛地参与调控植物生长发育、激素信号转导及逆境胁迫应答等过程.该类转录因子N端含有典型的MYB结构域,根据MYB结构域中R重复序列的数量分为不同的亚组;而C端结构域差异较大,因此功能上具有多样性.大量研究表明,在受到外界环境信号的激活后,MYB可单独或通过和其他蛋白互作后,与下游靶基因启动子区域的顺式作用元件MYBCORE和AC-box结合,参与调控下游胁迫应答相关基因的表达,从而调节植物对逆境胁迫的耐受性.另外,MYB也通过参与脱落酸(abscisic acid,ABA)、油菜素内酯(brassinolide,BR)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和活性氧(reactive oxygen species,ROS)等信号通路的方式,对非生物胁迫以及生物胁迫做出应答反应.论文对植物MYB家族的结构与分类及其作用方式进行了归纳,重点对植物MYB参与调控响应盐、干旱、极端温度、营养亏缺、重金属以及病原菌等非生物和生物逆境胁迫的作用机制进行了综述,并对未来重点研究方向提出了展望,为今后农作物的抗逆性遗传改良和生物育种提供优异基因资源和理论支持.

[目的]泛素结合酶E2(UBC)作为泛素蛋白酶体途径中将泛素转移至靶蛋白的重要中转酶,与植物的生长发育和许多胁迫有关.从辣椒全基因组中鉴定E2 基因家族成员,分析相关基因表达模式,为后续研究提供理论基础.[方法]基于辣椒全基因组信息,利用生物信息学方法对E2 基因家族进行鉴定,系统分析该家族成员的基本理化性质、亚细胞定位、染色体定位、基因结构、系统进化关系、顺式作用元件、蛋白质互作网络、非生物胁迫响应与组织器官表达模式.[结果]辣椒E2家族有 48 个成员,在 11 条染色体上呈不均匀地分布,其编码蛋白主要定位于细胞外和细胞核中;通过对辣椒、番茄和拟南芥的比较进化分析将其分为Group I-Group XIII亚族,同一亚族具有相似的蛋白保守基序和基因结构;发现共有 26 个蛋白之间存在互作;顺式作用元件分析表明,CaUBC基因启动子区含有大量光响应、激素响应元件,上游 2 000 bp区域中存在多种与生长发育和抗逆性相关的顺式作用元件;CaUBC参与胁迫响应,在不同非生物胁迫和激素处理下,将其分为 3 类,其中高温环境下第 3 类基因为高表达;在组织器官中表现出不同的表达,其中CaUBC38 在果实中的表达量变化较为明显,进行RT-qPCR分析发现,50 d相对表达量最高,10 d表达量最低.[结论]获得 48 个辣椒E2(CaUBC)基因,揭示了E2 家族不同成员在辣椒生长发育和非生物胁迫过程中的表达特征.

[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.

[目的]前山带是天山北坡山地-绿洲-荒漠生态系统的重要组成部分,探讨植物对干旱胁迫的动态生理适应性和抗旱性评价方法,筛选植被恢复的适宜树种,对该区域植被生态恢复具有重要意义.[方法]以新疆天山北坡前山带种植的12种植物为研究对象,观测灌水后土壤水分时空变化,分析干旱和复水对植物光合和抗逆生理指标的影响,采用主成分分析评价12种植物的抗旱能力.[结果](1)干旱胁迫后,土壤水分散失在0-20 cm层最快,20-40 cm层次之,40-60 cm层最慢,不同植物采用不同策略改变生长情况来适应干旱;(2)干旱胁迫后,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量降低,而抗逆生理指标超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量及非光化学淬灭系数(qN)升高,复水后各指标都有一定程度的恢复,但均未达到初始水平;(3)主成分分析结果显示,P、叶绿素含量、ETR和MDA含量等指标贡献率较大,梭梭、柽柳、刺蔷薇和柠条锦鸡儿抗旱性较强,'中亚沙棘'、'新棘5号'、'新棘1号'和山杏次之,而'新棘4号'、'新棘3号'、文冠果和'新棘2号'较弱.[结论]Pn、叶绿素含量、ETR和MDA含量可作为评价植物适应干旱的重要指标;新疆天山北坡前山带植被生态恢复应优先选择梭梭、柽柳、刺蔷薇及柠条锦鸡儿进行建植.

[目的]探究割手密SnRK2基因家族成员在干旱胁迫中的调控机制,为抗旱性甘蔗品种的选育提供侯选基因.[方法]以全基因组数据为基础从割手密中鉴定SnRK2基因,并对其进行生物信息学分析和干旱胁迫下的表达分析.[结果]在割手密基因组中共鉴定出11个SnRK2基因家族成员,命名为SsSnRK2.1-SsSnRK2.11,且这些基因不均匀地分布于8条染色体上.SnRK2蛋白的氨基酸残基数为227～580,分子质量为25 683.53～64 695.8 kD,等电点为4.62～8.94,且均为亲水性蛋白.系统发育树可将其分为3个亚组,且同亚组中的保守基序基本相似,外显子数量以7～9个为主.SsSnRK2基因家族成员的启动子中含有多种激素类和逆境胁迫响应类的作用元件.割手密SsSnRK2基因家族成员的表达具有组织特异性.所有的SsSnRK2基因均能不同程度地响应干旱胁迫.[结论]割手密SnRK2基因家族在响应干旱胁迫过程中发挥重要作用,可为割手密的抗逆性研究提供一定的理论依据.