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PagHK3a基因敲除对银腺杨抗旱性的影响
1
作者 武舒 王洲 +4 位作者 张明艳 钟姗辰 王黎 苏晓华 张冰玉 《林业科学研究》 CSCD 北大核心 2023年第5期1-11,共11页
[目的]:对银腺杨(Populus alba×P.glandulosa‘84k’)组氨酸激酶PagHK3a基因敲除株系的抗旱性进行评价,同时探究PagHK3a基因在杨树响应干旱胁迫过程中的分子调节机制。[方法]:利用5%PEG模拟干旱胁迫处理继代25 d的野生型银腺杨(WT... [目的]:对银腺杨(Populus alba×P.glandulosa‘84k’)组氨酸激酶PagHK3a基因敲除株系的抗旱性进行评价,同时探究PagHK3a基因在杨树响应干旱胁迫过程中的分子调节机制。[方法]:利用5%PEG模拟干旱胁迫处理继代25 d的野生型银腺杨(WT)及其PagHK3a基因敲除株系(C1和C2)组培苗,处理3 h后采用实时定量PCR(Quantitative real-time PCR)方法测定各株系叶片PagHK3a基因、PagHK3a下游基因、干旱胁迫响应基因及抗氧化基因的表达水平;利用称重控水法对各株系盆栽苗进行3个梯度的温室干旱胁迫处理,包括正常浇水(土壤相对含水量:70%~75%)、中度干旱(40%~45%)以及重度干旱(25%~30%),干旱胁迫4周后测定WT及C1、C2株系的瞬时光合参数、过氧化氢(H_(2)O_(2))及丙二醛(MDA)含量、过氧化物酶(POD)及超氧化物歧化酶(SOD)酶活性、株高和地径等生理生化及生长指标。[结果]:在温室中度干旱条件下,C1和C2株系株高生长量均显著高于WT,而在重度干旱条件下,这两个株系的株高生长量与WT相比均无显著差异。分析光合参数发现,在中度干旱条件下,基因敲除株系C1和C2气孔导度及胞间CO_(2)浓度均显著高于WT,但在重度干旱胁迫条件下只有C2株系胞间CO_(2)浓度显著高于WT;在中度干旱胁迫条件下C1株系瞬时净光合速率显著高于WT,在重度干旱胁迫条件下,C2株系瞬时净光合速率显著高于WT。同时生化指标测定结果显示,在中度干旱条件下基因敲除株系C1和C2中MDA及H_(2)O_(2)含量显著低于WT,而在重度干旱胁迫时,仅C2株系显著低于WT;对比分析各株系抗氧化酶活性发现,正常供水条件下,C1株系叶片POD酶活性以及C2株系SOD酶活性显著高于WT,在中度干旱胁迫条件下,C1株系这两种保护酶活性均显著高于WT,而C2株系仅在重度干旱胁迫下显著高于WT。另外,在PEG模拟干旱胁迫处理下,基因敲除株系C1和C2叶片组氨酸激酶基因PagHK3a及其下游响应调节蛋白PagRR2、PagRR15基因表达量与WT相比均显著下调;而干旱胁迫响应基因PagNAC3以及过氧化物酶合成基因POD1的表达则显著上调,超氧化物歧化酶合成基因SOD4的表达与WT相比无显著差异。[结论]:在PagHK3a基因敲除株系中,PagHK3a基因及细胞分裂素信号传导途径中响应调节因子基因PagRR2、PagRR15表达均较WT显著降低,而胁迫响应基因PagNAC3及POD合成基因POD1表达显著升高;同时,在中度干旱条件下PagHK3a基因敲除株系的气体交换能力更强,MDA以及H_(2)O_(2)含量更低,株高生长量更大,从而具有更强的抗旱能力。 展开更多
关键词 银腺杨 组氨酸激酶基因PagHK3a 基因敲除 抗旱性
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银腺杨PagAG2基因的时空表达分析 被引量：1
2
作者 钟姗辰 武舒 +2 位作者 王黎 苏晓华 张冰玉 《林业科学研究》 CSCD 北大核心 2021年第6期73-80,共8页
[目的]研究杨树AG类基因(PtAG1及PtAG2)在杨树雄花发育过程中的作用,为杨树分子育种提供基础。[方法]以‘84K’杨(Populus alba×P.glandulosa‘84K’)花芽为材料,对花芽发育过程连续采样,观察表型发育状况与测定PagAG2基因部位与... [目的]研究杨树AG类基因(PtAG1及PtAG2)在杨树雄花发育过程中的作用,为杨树分子育种提供基础。[方法]以‘84K’杨(Populus alba×P.glandulosa‘84K’)花芽为材料,对花芽发育过程连续采样,观察表型发育状况与测定PagAG2基因部位与表达量,通过石蜡切片、实时定量PCR、原位杂交等技术手段,对银腺杨‘84K’(Populus alba×P.glandulosa‘84K’)PagAG2基因时空特异性进行研究,分析PagAG2基因表达模式。[结果]在‘84K’杨雄花发育过程中,花药逐渐成熟,在此过程中,PagAG2的表达量先增加后降低,并且在‘84K’杨组培苗根、茎、叶中也能够检测到该转录物。原位杂交结果显示:PagAG2在‘84K’杨雄花花药中表达,但在包围花药的周围组织中不表达。[结论]‘84K’PagAG2基因与‘84K’杨雄花花发育密切相关,有望作为基因工程改良杨树花粉的目标基因用于研究。但PagAG2是否参与杨树其他组织的生长发育调控,在相关育种工作中需要对其做进一步的基因功能分析。 展开更多
关键词 银腺杨‘84K’ 花粉 PagAG2
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杨树种毛相关候选基因PeCFL1和PeCFL2的时空表达分析
3
作者 钟姗辰 武舒 +2 位作者 王黎 苏晓华 张冰玉 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1-7,共7页
【目的】杨絮是由杨树子房胎座表皮细胞发育而来的种毛,近年来已成为我国北方城市环境问题之一。目前对杨树种毛发育基因的研究还不深入,本研究将2个在杨树子房发育过程中差异性表达、且基因注释均与棉纤维发育相关的基因(PeCFL1和PeCF... 【目的】杨絮是由杨树子房胎座表皮细胞发育而来的种毛,近年来已成为我国北方城市环境问题之一。目前对杨树种毛发育基因的研究还不深入,本研究将2个在杨树子房发育过程中差异性表达、且基因注释均与棉纤维发育相关的基因(PeCFL1和PeCFL2)作为种毛发育调控的候选基因,探究二者在欧美杨‘渤丰3号’中表达的时空特异性,为深入研究该基因在杨絮发育过程中的调控作用及基因工程手段改良杨树品种奠定基础。【方法】取‘渤丰3号’杨越冬花枝,采集水培4、5、6、7、8、12 d的雌花序,进行固定、石蜡包埋、切片,观察子房发育及种毛的形态发生过程。采用实时定量PCR检测PeCFL1和PeCFL2基因在‘渤丰3号’杨雌花序发育过程中以及在根、茎、叶等营养器官中的表达模式。利用原位杂交技术检测PeCFL1和PeCFL2基因在杨树花器官中的组织表达特异性,揭示杨絮发育调控相关候选基因PeCFL1和PeCFL2的时空表达模式。【结果】‘渤丰3号’杨雌花枝水培12 d后,子房胎座底部出现纤维状结构,杨絮开始形成。PeCFL1和PeCFL2在‘渤丰3号’杨根、茎、叶及雌花枝腋芽中微量表达,在水培4~7 d的雌花序中表达量较少,水培8 d后表达量开始显著升高,12 d时表达量继续大幅上升,此时的石蜡切片可见子房胎座底部纤维状结构。原位杂交结果显示,PeCFL1和PeCFL2基因在杨树子房的子房壁和胎座部位表达。【结论】种毛发育调控相关候选基因PeCFL1和PeCFL2在‘渤丰3号’杨雌花子房胎座底部出现纤维状结构时表达显著升高,并在胎座底部纤维状结构和子房壁中特异性表达,说明其与种毛发育调控密切相关,可作为基因工程改良杨树飞絮的目标基因。 展开更多
关键词 ‘渤丰3号’杨 杨树种毛 PeCFL1 PeCFL2 表达分析
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‘84K’杨组氨酸激酶基因PaHK3a的表达及功能分析 被引量：2
4
作者 鲁俊倩 武舒 +3 位作者 钟姗辰 张伟溪 苏晓华 张冰玉 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期46-53,共8页
【目的】干旱、高盐等逆境胁迫严重影响了植物的生长发育。研究表明,组氨酸激酶在植物逆境响应中起重要作用。本研究对银腺杨‘84K’组氨酸激酶基因PaHK3a在不同组织的表达模式分析,检测了其对生长素、细胞分裂素等植物激素处理下及人... 【目的】干旱、高盐等逆境胁迫严重影响了植物的生长发育。研究表明,组氨酸激酶在植物逆境响应中起重要作用。本研究对银腺杨‘84K’组氨酸激酶基因PaHK3a在不同组织的表达模式分析,检测了其对生长素、细胞分裂素等植物激素处理下及人工干旱、盐碱等非生物胁迫下的表达,结合干旱、盐碱条件下丙二醛(MDA)及保护酶活性等生化指标,对该基因的功能进行了初步鉴定,为杨树抗逆分子育种研究奠定基础。【方法】以‘84K’杨无菌苗为材料,通过实时定量PCR(qRT-PCR)技术分析PaHK3a基因在不同组织的表达模式。对‘84K’杨无菌苗进行浓度为10 mmol/L植物激素处理(ABA、6-BA、IBA、GA3及水杨酸(SA))及非生物胁迫处理(42℃高温、0℃低温、200 mmol/L NaCl和5%PEG6000),采用qRT-PCR技术分析PaHK3a基因对不同植物激素及非生物胁迫的表达响应;进一步对温室‘84K’杨进行自然干旱处理(6、8、10 d)、200 mmol/L NaCl(2、4、6 d)处理,测定不同胁迫时间点叶片PaHK3a基因的表达,以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性及MDA含量,并分析PaHK3a基因表达与生理指标的相关性,初步鉴定杨树PaHK3a基因的功能。【结果】qRT-PCR结果显示,PaHK3a基因在叶片中表达量最高,根部中等,茎段最低。与正常条件下相比,在高温、低温、NaCl及PEG模拟干旱处理时,PaHK3a基因表达量与对照相比明显增高,分别为对照的2.63、1.49、1.54、1.58倍。用IBA诱导处理时,基因表达量与对照相比差异不大,而在6-BA、ABA、GA3及SA处理时,基因表达量与对照相比均呈现显著下调。在温室干旱、盐碱胁迫处理过程中,PaHK3a基因表达均显著高于对照,呈现先上升后下降的表达模式,MDA含量也呈现类似的趋势,而SOD活性则随处理时间的延长而持续升高,POD活性在干旱胁迫时先上升后下降,而高盐胁迫时呈上升趋势。生理指标与PaHK3a基因表达量相关系分析发现,在干旱和盐胁迫下,PaHK3a基因表达量与叶片MDA含量、SOD活性和POD活性均呈正相关。【结论】PaHK3a基因在‘84K’杨根茎叶中均有表达,且叶中表达量最高;PaHK3a基因表达受细胞分裂素6-BA、GA3及ABA及SA等植物激素的负调控,同时,受温度胁迫、盐胁迫、水分胁迫等非生物胁迫正调控;温室人工干旱盐碱胁迫过程中,PaHK3a基因表达量升高,且与叶片MDA含量、SOD活性、POD活性均具有正相关性。研究结果初步显示,杨树PaHK3a基因参与杨树植物激素激素信号响应,并在抗逆境胁迫过程中发挥重要调控作用。 展开更多
关键词 银腺杨‘84K’ 组氨酸激酶 基因表达 非生物胁迫
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‘84K’杨组氨酸激酶基因PaHK3b的克隆及功能分析 被引量：1
5
作者 鲁俊倩 武舒 +3 位作者 钟姗辰 张伟溪 苏晓华 张冰玉 《林业科学研究》 CSCD 北大核心 2021年第1期26-34,共9页
[目的]本研究克隆了银腺杨‘84K’(Populus alba×P.glandulosa‘84K’)组氨酸激酶基因PaHK3b启动子及编码区,并对其表达进行检测及功能鉴定,为深入研究PaHK3b基因在杨树生长发育的调控作用提供线索,为杨树分子育种及品种改良奠定... [目的]本研究克隆了银腺杨‘84K’(Populus alba×P.glandulosa‘84K’)组氨酸激酶基因PaHK3b启动子及编码区,并对其表达进行检测及功能鉴定,为深入研究PaHK3b基因在杨树生长发育的调控作用提供线索,为杨树分子育种及品种改良奠定基础。[方法]根据毛果杨(P.trichocarpa Torr.&Gray)基因组信息,设计引物克隆‘84K’杨组氨酸激酶基因PaHK3b启动子及CDS序列,并对其保守结构域和启动子顺式作用元件进行分析;同时,对‘84K’杨进行植物激素处理(10μmol·L^(−1)ABA、10μmol·L^(−1)6-BA、10μmol·L^(−1) IBA、10μmol·L^(−1) GA3及10μmol·L^(−1)水杨酸(SA))及非生物胁迫处理(42℃高温、0℃低温、200 mmol·L^(−1) NaCl和5%PEG6000),利用实时定量PCR(qRT-PCR)方法检测PaHK3b基因表达情况与表达响应差异,并采用原核表达方法初步确定PaHK3b基因的生物学功能。[结果]PaHK3b基因编码框区长度为3060 bp,编码1019个氨基酸,PaHK3b蛋白具有CHASE、HisKA和REC等典型的细胞分裂素受体结构域。PaHK3b基因启动子序列中不仅含有大量TATA框和CAAT框常见核心元件,还包含低温响应元件LTR、防御与胁迫响应元件TC-rich repeats、赤霉素响应元件GARE-motif、水杨酸响应元件TCA-element等顺式作用元件,这些元件与杨树的激素响应和逆境胁迫响应密切相关。qRT-PCR分析表明:PaHK3b基因在叶片中表达最高,根部中等,茎中最少;另外,与正常条件下相比,在高温、低温、NaCl及PEG处理时,PaHK3b基因表达量与对照明显增高,分别为对照的2.67、2.61、2.28、1.87倍;用IBA诱导处理时,基因表达量与对照相比差异不大,而在6-BA、ABA、GA3及SA处理时,基因表达量与对照相比均呈下调表达;在添加5%PEG6000的LB液体培养基中,转入PaHK3b基因原核表达载体的大肠杆菌菌株生长速度显著高于对照,在添加50~150 mmol·L^(−1)NaCl的LB固体培养基上,转入PaHK3b基因原核表达载体的大肠杆菌菌株单克隆生长均好于对照。[结论]‘84K’杨PaHK3b基因启动子含有逆境和激素响应元件,表明PaHK3b基因与杨树植物激素信号及非生物胁迫信号响应密切相关。经非生物胁迫处理、激素处理及原核表达证实,杨树PaHK3b基因参与杨树植物激素信号响应,并在其抗逆境胁迫过程中发挥重要调控作用。 展开更多
关键词 银腺杨‘84K’ 组氨酸激酶 表达模式 原核表达
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AtMET1基因在84K杨中的遗传转化及诱导表达分析
6
作者 吴晓娟 鲁俊倩 +3 位作者 常英英 钟姗辰 苏晓华 张冰玉 《林业科学研究》 CSCD 北大核心 2020年第3期63-69,共7页
[目的]研究拟南芥甲基化转移酶基因AtMET 1在银腺杨84K(Populus alba×P. glandulosa ‘84K’)中的诱导表达特性,为建立杨树甲基化诱导变异体系、进而实现杨树品种改良等奠定基础。[方法]以白杨派优良品种84K杨的无菌苗叶片为受体材... [目的]研究拟南芥甲基化转移酶基因AtMET 1在银腺杨84K(Populus alba×P. glandulosa ‘84K’)中的诱导表达特性,为建立杨树甲基化诱导变异体系、进而实现杨树品种改良等奠定基础。[方法]以白杨派优良品种84K杨的无菌苗叶片为受体材料,采用农杆菌介导法将化学诱导启动子与AtMET1基因导入84K杨基因组中;经潮霉素筛选获得抗性植株,通过常规PCR检测、DNA测序等方法对抗性植株进行鉴定。通过化学诱导剂17-β-雌二醇对随机挑选的1个转基因株系离体叶片进行诱导处理,处理时间为0、3、6、12、24、48、96、144 h,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测外源基因AtMET1表达量变化。[结果]本研究共获得了潮霉素抗性芽648个,经生根筛选获得18株抗性植株,经分子检测证实全部为转基因植株,分别标号为AM-1~18#。qRT-PCR结果显示:化学诱导剂17-β-雌二醇处理3 h时,目的基因AtMET1的表达量即达到最大值,随后在处理6 h时表达量下降,处理12 h时有所回升,处理24 h后表达量降低至不足12 h时的一半。[结论]化学诱导剂17-β-雌二醇能迅速有效地调控转基因杨树中AtMET1基因的表达,为进一步研究MET1基因在杨树基因组甲基化调控方面的作用机制奠定基础,也为今后杨树化学诱导表达研究及品种改良提供新思路、新方法。 展开更多
关键词 甲基化基因 84K杨 转基因植株 17-Β-雌二醇 化学诱导表达
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转AtDME1基因‘84K’杨的获得及目的基因诱导表达分析
7
作者 吴晓娟 鲁俊倩 +3 位作者 常英英 钟姗辰 苏晓华 张冰玉 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期26-32,共7页
【目的】DNA甲基化是一种重要的表观遗传标记,在植物生长发育、环境响应等过程中发挥重要作用。本研究将拟南芥去甲基化基因AtDME1导‘84K’杨基因组中,通过化学诱导表达实验,研究AtDME1基因在转基因杨树中的诱导表达特性,为建立杨树甲... 【目的】DNA甲基化是一种重要的表观遗传标记,在植物生长发育、环境响应等过程中发挥重要作用。本研究将拟南芥去甲基化基因AtDME1导‘84K’杨基因组中,通过化学诱导表达实验,研究AtDME1基因在转基因杨树中的诱导表达特性,为建立杨树甲基化诱导变异体系,进而实现杨树品种改良等奠定良好基础。【方法】以白杨派优良品种84K杨无菌苗叶片为受体材料,采用农杆菌介导法将化学诱导启动子与AtDME1基因导入‘84K’杨;经过潮霉素筛选、常规PCR检测及DNA测序等方法对抗性植株进行鉴定。通过化学诱导剂17-β-雌二醇对随机挑选的1个转基因株系离体叶片进行诱导处理,处理时间为0、3、6、12、24、48、96、144 h,采用qRT-PCR检测处理叶片中外源基因AtDME1的表达量变化。【结果】本研究中,潮霉素分化筛选共获得了抗性芽224个,经生根筛选获得6株抗性植株,经分子检测证实这6株抗性植株均为转AtDME1基因植株,扩繁后分别标号为转基因AD-1~6。qRT-PCR检测结果显示,化学诱导剂17-β-雌二醇处理3 h时,目的基因AtDME1的表达量基本达到最大值,效果持续至12 h后逐渐减弱。【结论】化学诱导剂17-β-雌二醇能迅速有效地调控转基因杨树中AtDME1基因的表达,为进一步研究DME1基因在杨树基因组甲基化调控方面的作用机制奠定基础,也为杨树化学诱导表达特性的研究做好了铺垫。 展开更多
关键词 84K杨 转基因植株 去甲基化基因 化学诱导表达
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植物毛状体研究进展
8
作者 钟姗辰 武舒 +2 位作者 王黎 苏晓华 张冰玉 《分子植物育种》 CAS 北大核心 2023年第21期7215-7224,共10页
毛状体是植物地上部的特化的表皮细胞结构,在胁迫响应过程中发挥着各种作用,如提高耐寒性和耐旱性、抵御紫外线和昆虫食草动物等。随着生物技术的发展,植物表皮细胞起始及发育的分子调控机制渐渐明了,尤其是以模式植物拟南芥为代表的单... 毛状体是植物地上部的特化的表皮细胞结构,在胁迫响应过程中发挥着各种作用,如提高耐寒性和耐旱性、抵御紫外线和昆虫食草动物等。随着生物技术的发展,植物表皮细胞起始及发育的分子调控机制渐渐明了,尤其是以模式植物拟南芥为代表的单细胞表皮毛调控机制的研究尤为深入。鉴于此,本研究综述了植物毛状体腺毛及非腺毛特征功能,阐述了以R2R3MYB-bHLH-WD40三聚体复合物为核心的植物毛状体分子调控网络机制,并介绍了拟南芥、棉花及杨树等典型单细胞毛状体发育调控关键基因,以期为研究其他植物毛状体的分子调控模式及新品种改良提供参考。 展开更多
关键词 毛状体 表皮细胞 分子模式 基因调控
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