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玉米苯丙氨酸解氨酶(PAL)家族基因分析及ZmPAL5的功能研究 被引量：1
1
作者 曹丽茹 叶飞宇 +5 位作者 库丽霞 马晨晨 庞芸芸 梁小菡 张新 鲁晓民 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2265-2281,共17页
【目的】挖掘玉米抗旱关键基因、揭示其抗旱分子机制,为培育抗旱玉米新品种提供基因资源和理论指导。【方法】采用转录组数据结合加权基因共表达网络(weighted gene co-expression network,WGCNA)与抗旱性生理生化指标的筛选方法,鉴定... 【目的】挖掘玉米抗旱关键基因、揭示其抗旱分子机制,为培育抗旱玉米新品种提供基因资源和理论指导。【方法】采用转录组数据结合加权基因共表达网络(weighted gene co-expression network,WGCNA)与抗旱性生理生化指标的筛选方法,鉴定与抗旱和复水相关的ZmPAL基因。利用生物信息学方法对编码PAL的基因进行全基因组分析。运用实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)检测ZmPAL基因在干旱处理条件下的表达情况,以及ZmPAL5在不同自交系间的表达特性和在不同组织中的表达模式。最后,利用遗传转化分析ZmPAL5在玉米中的抗旱功能,并借助CRISPR/Cas9技术对PAL5同源基因进行缺失型拟南芥突变体的抗旱性分析。【结果】鉴定了19个玉米ZmPAL基因,其中6个基因聚集在第5染色体上,其编码蛋白多为亲水性酸性蛋白,且PAL家族基因的进化相对保守。ZmPAL基因启动子区域含有大量与激素和非生物应激响应相关的顺式作用元件。确定了6个核心基因,其中4个基因在干旱处理后显著上调表达。尤其是ZmPAL5在干旱胁迫后表达量增加了8.57倍。在干旱胁迫和复水处理条件下,发现抗旱自交系郑8713中ZmPAL5的表达水平显著高于旱敏感自交系B73。同时,ZmPAL5是一个组成型表达基因,在幼茎中表现出高水平的表达。过表达ZmPAL5玉米在干旱胁迫下生长良好,其相对含水量、木质素、叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸含量,以及超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性分别是野生型的1.52、1.49、1.47、1.43、1.44、1.41、1.53、1.41和1.35倍,但丙二醛含量是野生型的0.65倍。PAL5缺失型拟南芥突变体对干旱敏感。在干旱胁迫下,其生理生化指标与过表达ZmPAL5玉米的指标变化趋势相反。【结论】筛选出6个响应干旱胁迫的核心基因(ZmPAL3、ZmPAL5、ZmPAL6、ZmPAL8、ZmPAL11和Zm 展开更多
关键词 玉米 苯丙氨酸解氨酶 ZmPAL5 抗旱性 生理生化
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玉米蛋白磷酸酶基因ZmPP2C72和ZmPP2C97的克隆及抗逆功能研究
2
作者 鲁晓民 庞芸芸 +4 位作者 马晨晨 叶飞宇 梁小菡 张新 曹丽茹 《植物生理学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1588-1598,共11页
干旱严重影响玉米产量和品质,因此挖掘干旱响应基因,解析其遗传机制,对培育抗旱品种具有重要的理论意义。本文通过转录组数据,筛选到2个在干旱胁迫及复水处理下的差异基因ZmPP2C72(Zm00001d009626)和ZmPP2C97(Zm00001d025055),ZmPP2C72... 干旱严重影响玉米产量和品质,因此挖掘干旱响应基因,解析其遗传机制,对培育抗旱品种具有重要的理论意义。本文通过转录组数据,筛选到2个在干旱胁迫及复水处理下的差异基因ZmPP2C72(Zm00001d009626)和ZmPP2C97(Zm00001d025055),ZmPP2C72和ZmPP2C97基因分别位于玉米第8、10号染色体,具有高度保守的PP2C结构域。qRT-PCR结果显示,ZmPP2C72和ZmPP2C97在玉米各组织中均表达,属于组成型表达基因,ZmPP2C72在幼根中的表达量最高,而ZmPP2C97在成熟叶中表达量最高。在干旱、ABA及NaCl处理下,ZmPP2C72和ZmPP2C97基因都显著上调表达,说明ZmPP2C72和ZmPP2C97基因积极参与并响应非生物胁迫。ZmPP2C72和ZmPP2C97基因在干旱敏感型自交系B73及抗旱型自交系郑8713中表达量均显著上调,且ZmPP2C72基因的表达量比ZmPP2C97上调更显著。构建ZmPP2C72和ZmPP2C97基因的拟南芥过表达载体,对Col及纯合过表达株系进行干旱胁迫,测定叶绿素含量、丙二醛含量、SOD和POD活性,发现过表达ZmPP2C72和ZmPP2C97基因能够提高拟南芥植株的抗旱性。 展开更多
关键词 玉米 蛋白磷酸酶 遗传转化 抗旱和恢复能力
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玉米生长素响应因子基因ZmARF10在干旱胁迫中的功能分析 被引量：1
3
作者 曹丽茹 叶飞宇 +5 位作者 李伟亚 马晨晨 庞芸芸 梁小菡 张新 鲁晓民 《华北农学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期1-10,共10页
生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗... 生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。 展开更多
关键词 玉米 生长素响应因子 非生物胁迫 抗旱性 表达模式
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玉米逆境胁迫响应基因ZmTPR1的表达和功能分析 被引量：1
4
作者 曹丽茹 梁小菡 +5 位作者 马晨晨 叶飞宇 庞芸芸 李伟亚 张新 鲁晓民 《河南农业科学》 北大核心 2024年第1期12-21,共10页
在前期干旱-复水处理玉米转录组测序基础上,发现了一个响应干旱胁迫的基因ZmTPR1(Tetratricopeptide repeat 1),对该基因进行生物信息学分析,并探究其在不同组织及逆境胁迫下的表达模式,利用CRISPR-Cas9技术敲除拟南芥中的同源基因AtTP... 在前期干旱-复水处理玉米转录组测序基础上,发现了一个响应干旱胁迫的基因ZmTPR1(Tetratricopeptide repeat 1),对该基因进行生物信息学分析,并探究其在不同组织及逆境胁迫下的表达模式,利用CRISPR-Cas9技术敲除拟南芥中的同源基因AtTPR1,分析干旱胁迫条件下纯合突变体植株的表型和生理生化指标,初步探究该基因的功能,为培育抗旱玉米品种提供基因资源。结果表明,ZmTPR1基因位于玉米的第3号染色体,编码421个氨基酸,具有保守的卷曲螺旋结构域,可能参与玉米对植物激素、干旱等胁迫的响应。ZmTPR1基因在玉米各组织中均表达,在幼茎中的表达量最高;干旱、高温、盐和缺氮胁迫均可诱导ZmTPR1基因的表达,干旱胁迫后表达量上调最明显;干旱胁迫后ZmTPR1基因在抗旱玉米自交系郑36中的表达量均极显著高于敏旱玉米自交系B73。敲除AtTPR1基因后拟南芥抗旱能力下降,Attpr1突变体在干旱胁迫下生长受到严重抑制,叶片萎蔫甚至干死,同时相对含水量、叶绿素含量、净光合速率及过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性极显著降低,丙二醛含量极显著升高。综合来看,ZmTPR1基因参与玉米对多种非生物胁迫的响应过程,并在响应干旱胁迫中发挥着重要的作用。 展开更多
关键词 玉米 四肽重复蛋白 非生物胁迫 抗旱性 表达模式
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