为鉴定水稻盐和干旱胁迫下相关miRNA及其响应规律,以三叶一心水稻幼苗为材料,采用实时定量PCR的方法研究了盐(Na Cl)和干旱胁迫(PEG)0,3,6,12,24,48 h后10个miRNA及其靶基因的响应。结果表明,miRNA在盐和干旱胁迫下均存在时序性和组织特异性表达。盐胁迫处理下随处理时间的增加,miR156、miR164、miR167、miR169、miR171在根部的表达量呈上调趋势,miR159、miR160、miR319、miR398、miR1848在处理后3 h呈下调趋势,而后呈上调趋势;且在处理后3 h或6 h时所有miRNA均在地上部的表达量均最低。干旱胁迫处理后,根部miRNA随处理时间的增加基本表现为下降趋势;地上部随处理时间的延长,miR156、miR159、miR160、miR171的表达量呈先下降后维持在较低水平,而miR164、miR167、miR169、miR319、miR398、miR1848的表达量呈下调的趋势。miRNA靶基因的表达也存在明显的组织特异性和时序性,且仅少数miRNA与其靶基因的表达量呈负相关关系,证明miRNA通过调节其靶基因参与植物逆境响应及其调控网络的复杂性。

【目的】研究水稻剑叶叶绿素和光合特性及相关基因对低氮胁迫的响应,为提高水稻对氮肥的吸收和利用效率奠定分子基础。【方法】利用Agilent 4×44K芯片全基因组研究低氮胁迫处理下,2个不同叶绿素含量水稻齐穗期剑叶的光合相关基因表达的变化。【结果】SN19-6和丰锦剑叶的叶绿素含量和净光合速率在低氮胁迫下均有所下降,但SN19-6 2个指标下降的幅度明显较小。低氮胁迫处理与对照处理相比,超绿水稻SN19-6剑叶共有41个光合相关基因表达发生变化(14个在转录水平上下调表达,27个在转录水平上上调表达)。丰锦剑叶有29个光合相关基因表达发生变化(15个在转录水平上下调表达,14个在转录水平上上调表...

通过不同浓度的PEG处理,模拟不同强度的干旱胁迫,研究水稻幼苗根系中5个基因的表达情况,结果表明:不同强度干旱胁迫下,根系中各基因表达也各不相同,但是在轻度干旱和中等干旱胁迫下,主要以下调为主,少数表达上调,严重干旱胁迫下情况比较复杂,有基因以上调为主的(抗坏血酸过氧化物酶4基因、核内小RNAZ274基因、甲酸四氢叶酸连接酶基因),也有基因以下调为主的(木聚糖酶抑制子蛋白1前体基因),还有基因以上调为主,但是上调倍数不大,下调倍数很大(酸性内切几丁质酶基因);5个基因表达的日变化表现出6种类型,每种类型的日表达都是上下波动的;抗旱品种的水稻根系对不同强度的干旱可能采取不同的应对策略,对轻度干旱...

以盐胁迫为对照,诱抗剂处理水稻R6幼苗根系后,采用Oligo芯片技术筛选和分析了P450基因的差异表达;进一步以H2O和盐胁迫为对照,诱抗剂处理水稻R6幼苗根系后,利用半定量RT-PCR检测P450基因的差异表达,结果表明,P450基因OsHI-1在盐胁迫下特异表达,在诱抗剂HI的作用下增强表达。

【目的】水稻(Oryza sativa L.)是中国最重要的粮食作物,也是盐胁迫敏感作物。研究水稻盐胁迫响应基因表达,发掘水稻耐盐基因对水稻抵御盐胁迫的分子机制及解析其调控网络,为培育耐盐水稻品种奠定基础。【方法】以水稻品种日本晴种子为试验材料,在1/2MS培养基培养条件下对其进行盐处理(150 mmol·L-1 NaCl),对盐处理和非盐处理21 d的根系进行小分子量RNA组学测序。通过生物信息学分析,以log2 Fold Change(log2FC)>1或<-1为筛选条件,寻找在盐胁迫和非盐胁迫条件下差异表达的miRNA和tRF(tRNA-derived RNA fragments),分析其靶基因,并通过实时荧光定量PCR对测序结果及靶基因进行验证。【结果】以至少一组数据RPM(Reads Per Million reads)>500和log2FC>1或<-1为筛选条件,共得到31个差异表达miRNA,其中8个为盐胁迫诱导miRNA,23个为盐胁迫抑制miRNA,这些差异表达miRNA属于12个miRNA家族,其中8个miRNA家族在拟南芥、玉米和小麦等物种中也被报道为盐胁迫信号响应miRNA,包括盐胁迫抑制的osa-miR397、osa-miR396、osa-miR156、osa-miR167、osa-miR1432和盐胁迫诱导的osa-miR159、osa-miR168、osa-miR164。其余4个miRNA家族osa-miR1882、osa-miR1876、osa-miR1423和osa-miR5077尚未见与盐胁迫相关的报道。通过靶基因预测,得到这31个差异表达miRNA的靶基因共162个。此外,盐处理后,水稻根系产生的34—38nt tRF数量显著多于非盐处理材料,说明tRF的产生并非随机,而是通过某种特定机制响应高盐信号,诱发tRNA特异性加工而产生。以RPM>50和log2FC>1或<-1为筛选条件,检测到盐胁迫诱导的5’端tRF 3个,3’端tRF 3个,这些tRF由6个tRNA加工产生。推测这些差异tRF是潜在的水稻盐胁迫响应tRF。【结论】共检测到12种水稻根系中盐胁迫响应miRNA,其靶基因多为转录因子编码基因,推测其通过对其靶基因转录因子的转录后调控参与了盐胁迫响应的表达调控。其中8个水稻盐胁迫响应miRNA家族是不同物种间保守的通用盐胁迫响应miRNA。另外,从转录组水平挖掘出水稻盐胁迫响应tRF,并鉴定了6个盐胁迫诱导表达的tRF。

【目的】鉴定杨树受低氮胁迫后miRNA的靶基因,分析靶基因在氮胁迫后的差异表达并探讨其功能,为揭示杨树低氮胁迫下miRNA的调控功能提供参考,并为树木低氮营养高效利用育种提供重要的候选基因。【方法】根据miRNA的保守性及与靶基因的严谨互补配对关系,以杨树miRNA为探针利用靶基因预测软件psRNATarget,通过与毛白杨转录组的基因序列进行比对鉴定靶基因,进一步开展毛白杨受低氮胁迫后靶基因的差异表达分析及功能注释。【结果】获得了131个miRNA家族的242个miRNA成员对应的3 024个靶基因,分别参与了植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成、氨基酸合成代谢、碳代谢和RNA运输等通路。57个靶基因在低氮胁迫处理后发生显著变化,其中受到诱导(29个)和抑制(28个)的基因数目相当。14个低氮胁迫响应的miRNA,其对应的11个靶基因也发生了显著的差异表达变化,其中miRNA和靶基因表达量发生相反变化的有8个miRNA。本研究发现参与植物激素信号转导的靶基因(2个)及参与代谢途径的靶基因(6个)发生了差异表达。miR162的靶基因编码ABC转运蛋白,miR393运用于靶基因KAT2调节Na+和K+动态平衡,miR399的靶基因PIF3编码光敏色素互作因子PIFs蛋白,这些miRNA及靶基因可能在杨树响应低氮胁迫中发挥重要作用。【结论】本文鉴定到了毛白杨中一批低氮胁迫响应miRNA的靶基因,可调控杨树对氮逆境胁迫信号的反应。这些miRNA及靶基因为进一步揭示miRNA及靶基因在低氮胁迫下的调控功能提供了研究线索,为树木氮营养的高效利用改良提供了重要候选基因。

为了探明外源纳米硅对缓解植物Cd毒害的分子机制,本文以核基因延伸因子(EF-1α)作为内参,利用半定量反转录聚合酶链式反应技术,对Cd胁迫下的水稻γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-ECS)基因的表达进行了研究。结果发现:γ-ECS基因在水稻的叶、根中均表达,外源纳米硅不同时间处理后水稻叶片和根中γ-ECS基因的表达稍微有所增强。研究表明,用半定量RT-PCR技术研究水稻基因表达,具有特异性高、操作简便和可靠性强的优点。

WRKY转录因子在植物生长和防御反应的调控中发挥着重要作用。为了探究WRKY基因家族在板栗抗旱中的功能，对板栗WRKY基因家族成员进行了鉴定，对其编码蛋白的理化性质、系统发育、结构等进行分析，并通过转录组测序和qRT-PCR技术分析其在干旱胁迫下的表达特征。通过生物信息学技术在板栗中共鉴定到65个WRKY基因家族成员，将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3组，其中Ⅱ组根据其结构和系统发育关系分为5个亚组。WRKY基因的结构和保守基序分析表明，外显子数目为1～7个，同一亚组的外显子数目和基序分布类似。WRKY基因保守结构域发生了一定的变异，包括WRKY七肽结构域的缺失，锌指结构的缺失，七肽结构域变异为WRKYGKK、WRKYGRK和WRKYGRK等。转录组测序数据表明，有4个WRKY基因家族成员在样品中没有表达，干旱胁迫诱导表达的WRKY基因家族成员表达量上调的有49个，而表达量下调的WRKY家族成员有11个。以上结果表明，板栗WRKY基因在对干旱胁迫的响应中发挥了重要作用。

蒙古栎（Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.）是中国东北次生落叶阔叶林的主要建群树种之一，耐干旱耐贫瘠。植物MYC转录因子可以响应干旱胁迫。基于蒙古栎全基因组数据，利用生物信息学手段对QmMYC基因家族进行结构和功能预测，结果显示，QmMYCs有11个成员，命名为QmMYC1～11，分为4个组，其CDS长度和编码氨基酸长度分别介于1293～2139bp和430～712aa之间，分子量为48～79KDa，二级结构由α-螺旋、延伸链和无规则卷曲组成，均为不稳定亲水蛋白并被定位到细胞核上，且每个组内基因和蛋白结构较为相似。11个QmMYCs分别定位到蒙古栎的6条染色体上。QmMYCs启动子区域存在多个与蒙古栎激素调节和逆境等相关的顺式作用元件。qRT-PCR分析显示，除QmMYC11外，其余QmMYCs均受到10%PEG6000模拟干旱胁迫的显著影响：QmMYC5/8/9和QmMYC1/3/4/6/7分别是胁迫6h和12h的主要响应因子，其中QmMYC4响应最显著，12h后多数基因表达下调，而QmMYC2/10表达有一定滞后性，于24h表达最高。研究结果对于进一步认识QmMYC基因家族，阐明QmMYCs在蒙古栎抵御干旱胁迫时的生物学功能提供参考依据。

芦竹（Arundo donax L.）生长周期短、纤维素及粗蛋白含量高，在燃烧过程中能够产生较高的热值，是一种新型的经济能源饲草，具有广阔的应用前景。TCP是一类植物特有的转录因子，在调控植物生长发育过程中具有重要作用，但目前该基因家族在芦竹中的分布以及生物学功能未见报道。本研究以芦竹为对象，利用生物信息学方法对AdTCP基因家族的基本理化性质、染色体定位、基因间的共线性关系、基因结构、蛋白的保守基序、多序列比对及与其他物种的亲缘进化关系进行了系统分析，运用实时荧光定量PCR测定了盐胁迫下7个AdTCP基因的相对表达量。结果表明，芦竹含有37个AdTCP基因，分布在不同染色体上。其蛋白理化性质各不相同，且均为亲水性、不稳定蛋白，多数定位在细胞核中。该家族基因结构中均只含有外显子，无内含子，共线性分析鉴定出22个片段复制基因对；其家族蛋白包含15个不同的保守基序，序列相似性为30.52%。通过与拟南芥、水稻TCP基因进行亲缘关系比较，结果发现82个TCPs可以分为TCP-P和TCP-C两大亚家族，其中TCP-P仅包含PCF分支，而TCP-C包含CYC与CIN两个分支。随着盐胁迫浓度的升高，7个AdTCP基因的表达量呈现先上升后下降的趋势，说明AdTCP参与盐胁迫响应过程。本研究为解析芦竹基因功能及创制芦竹新种质奠定基础。

通过鉴定红麻全基因组中WRKY基因家族所有成员，并分析其在盐胁迫下的表达特征，从而为研究WRKY基因家族成员在红麻响应盐胁迫过程中的生物学功能奠定坚实基础。利用生物信息学的方法对红麻全基因组中的WRKY基因家族成员进行鉴定，并对WRKY基因家族各成员的理化性质、系统发育和保守功能域进行分析，同时利用实时荧光定量PCR技术分析盐胁迫下WRKY基因家族各成员的表达特征。结果表明，共鉴定出33个WRKY基因家族成员，且该基因家族成员不均匀地分布在12条染色体上，每个基因家族成员的理化性质如氨基酸数目、分子质量、理论等电点都存在一定的差异，且每个基因家族成员的氨基酸保守序列WRKYGQK没有发生变异。红麻和拟南芥的WRKY基因家族系统进化树分析表明，33个WRKY家族成员分成了3个类群，GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ,其中GroupⅢ包含了5个亚组。实时荧光定量PCR技术分析结果表明，盐胁迫诱导表达的WRKY家族成员有26个，其中23个具有正向调控作用，3个具有负向调控作用。共鉴定出红麻WRKY家族成员33个，其中26个WRKY家族成员参与了红麻盐胁迫响应过程。

【目的】类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCD)催化多种类胡萝卜素裂解成更小的分子，这一过程对于植物的生长、发育和对非生物胁迫的响应至关重要。深入理解类胡萝卜素的生物合成和降解机制，对精确调控其在植物体内的含量至关重要。【方法】选取中国本土品种旱柳（Salix matsudana）为实验材料，利用旱柳的全基因组数据库，采用构建系统进化树、分析顺式作用元件、探究保守基序和基因结构、进行共线性分析、构建蛋白互作网络、GO注释分析，以及转录组分析等方法，对旱柳CCD家族成员(SmCCD)进行鉴定分析。【结果】从旱柳基因组中成功鉴定出17个CCD基因，这些SmCCD成员被归类为两个亚家族：SmCCD和SmNCED。SmCCD亚家族进一步细分为SmCCD1、SmCCD4、SmCCD7和SmCCD8等类别。共线性分析揭示片段重复是导致SmCCD基因扩增的关键因素。通过对比杨树、拟南芥、水稻与旱柳之间的基因共线性分析，发现杨树与旱柳和拟南芥之间的基因对数量多于旱柳与水稻之间的基因对，这表明旱柳与杨树等双子叶植物之间存在较近的进化关系。转录组分析结果表明，SmCCD基因在旱柳遭遇盐胁迫和淹水胁迫时表达水平显著变化，这暗示该基因在旱柳适应环境压力中可能发挥的关键作用。【结论】揭示SmCCD基因家族的多样性和在环境胁迫下的表达模式，为理解旱柳的适应性和进化关系提供新的分子证据。这有助于指导旱柳的育种和生态恢复工作，以应对环境变化的挑战。

为筛选水稻参与氰化物胁迫响应的关键基因，采用Agilent4×44 K水稻全基因组芯片，分析了氰化钾和铁氰化钾胁迫下水稻幼苗叶片和根系的基因表达特征。结果表明：氰化钾和铁氰化钾处理下，从水稻根系中分别筛选到1841和3037个差异表达基因，从水稻叶片中分别筛选到734和1805个差异表达基因；氰化钾处理下，细胞壁代谢和抗逆相关的基因在根中显著上调表达；铁氰化钾处理下，水稻叶中解毒相关基因显著上调表达，说明氰化物能诱导水稻基因差异表达；与细胞解毒作用和抗逆相关的基因、与细胞壁和次生代谢途径以及转录因子类基因的表达均显著上调，表明2种氰化物处理下水稻根系和叶片均可能通过调节其体内的一些代谢途径和一些酶的催化活性来应对氰化物的胁迫，积极诱导与防御相关的基因，并通过主动吸收和转运等代谢过程将氰化物代谢解毒，以降低对植物的伤害。

为筛选水稻参与氰化物胁迫响应的关键基因，采用Agilent4×44 K水稻全基因组芯片，分析了氰化钾和铁氰化钾胁迫下水稻幼苗叶片和根系的基因表达特征。结果表明：氰化钾和铁氰化钾处理下，从水稻根系中分别筛选到1841和3037个差异表达基因，从水稻叶片中分别筛选到734和1805个差异表达基因；氰化钾处理下，细胞壁代谢和抗逆相关的基因在根中显著上调表达；铁氰化钾处理下，水稻叶中解毒相关基因显著上调表达，说明氰化物能诱导水稻基因差异表达；与细胞解毒作用和抗逆相关的基因、与细胞壁和次生代谢途径以及转录因子类基因的表达均显著上调，表明2种氰化物处理下水稻根系和叶片均可能通过调节其体内的一些代谢途径和一些酶的催化活性来应对氰化物的胁迫，积极诱导与防御相关的基因，并通过主动吸收和转运等代谢过程将氰化物代谢解毒，以降低对植物的伤害。

在盐、碱胁迫条件下,分析水稻苗期的根数和根长并定位其QTL位点,为水稻的耐盐性和耐碱性的遗传机制及分子标记辅助育种提供理论基础。以盐碱敏感水稻品种东农425与强耐盐碱水稻品种长白10为亲本构建的重组自交系(RIL)为作图群体,在盐胁迫140 mmol/L的NaCl和碱胁迫0. 15%Na_2CO_3的处理条件下,以正常浇灌为对照,进行水稻苗期时根数和根长的测定,利用QTL IciMapping v3. 3软件的完备区间作图法(ICIM)分别对盐、碱胁迫和对照条件下水稻的根数和根长进行QTL分析。检测到18个加性效应QTL,在第1,2,3,4,5,7,8,9和10染色体上,LOD值为2. 01～3. 35,表型变异的贡献率为6. 02%～20. 06%。自然条件下,检测到4个与根数相关的QTL,qNRN7-2贡献率最大,为12. 46%,未检测到根长相关的QTL。在盐胁迫下,共检测到5个与根长、根数相关的QTL,qSRN3的贡献率最大,为20. 06%。在碱胁迫下,共检测到与根数和根长相关的3个QTL,qARN2的贡献率为12. 99%; qARL3和qARL5的贡献率分别为7. 04%和8. 88%。共检测到4个自然条件与盐胁迫差值的根数和根长相关的QTL,其中,qNSRN8-2和qN-SRL1贡献率较大,分别为14. 01%和14. 12%。在自然条件与碱胁迫的差值条件下,共检测到2个与根长、根数相关的QTL,分布在3,10号染色体上;检测到1个与根数相关的QTL,位于3号染色体上的qN-ARN3,贡献率为6. 02%;检测到1个与根长相关的QTL,位于10号染色体上的qN-ARL10,贡献率为7. 45%。在盐胁迫和碱胁迫条件下,水稻苗期的根数和根长都受到明显影响,相对于盐胁迫,水稻对碱胁迫更为敏感。