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TaNAC48 positively regulates drought tolerance and ABA responses in wheat(Triticum aestivum L.)

The Crop Journal 2021年第4期9卷 785-793页

作者： Jun Chen Yan Gong Yuan Gao Yongbin Zhou Ming Chen zhaoshi xu Changhong Guo Youzhi Ma Key Laboratory of Molecular and Cytogenetics College of Life Science and TechnologyHarbin Normal UniversityHarbin 150025HeilongjiangChina The National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Triticeae CropsMinistry of AgricultureInstitute of Crop SciencesChinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China

NAC family transcription factors(TFs) are important regulators in plant development and stress responses. However, the biological functions of NAC TFs in wheat are rarely studied. In this study, 43 putative drought-induced NAC genes were identified from de novo transcriptome sequencing data of wheat following drought treatment. Twelve wheat NACs along with ten known stress-related NACs from Arabidopsis and rice were clustered into Group II based on a phylogenetic analysis. Ta NAC48, which showed a higher and constitutive expression level in Group Ⅱ, was selected for further *** NAC48 transcript was up-regulated by drought, PEG, H_(2)O_(2) and abscisic acid(ABA) treatment and encoded a nuclear localized protein. Overexpression of Ta NAC48 significantly promoted drought tolerance with increased proline content, and decreased rates of water loss, malondialdehyde(MDA), H_(2)O_(2) and O_(2)^(-) content. Root length and a stomatal aperture assay confirmed that Ta NAC48-overexpression plants increased sensitivity to ABA. Electrophoretic mobility shift assay(EMSA) and luciferase reporter analysis indicated that Ta AREB3 could bind to a cis-acting ABA-responsive element(ABRE) on Ta NAC48 promoter and activate the expression of Ta NAC48. These results suggest that Ta NAC48 is essential in mediating crosstalk between the ABA signaling pathway and drought stress responses in wheat.

关键词： TaNAC48 Drought tolerance NAC transcription factor Transgenic wheat ABA

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Genomic analysis of isopentenyltransferase genes and functional characterization of TaIPT8 indicates positive effects of cytokinins on drought tolerance in wheat

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The Crop Journal 2023年第1期11卷 46-56页

作者： Na Wang Jun Chen Yuan Gao Yongbin Zhou Ming Chen zhaoshi xu Zhengwu Fang Youzhi Ma Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry/College of Agriculture Yangtze UniversityJingzhou 434000HubeiChina Institute of Crop Sciences Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic ImprovementKey Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Triticeae CropsMinistry of AgricultureBeijing 100081China

Cytokinins(CKs)function in plant development and during stress responses,but their role in drought tolerance in wheat is *** the present study,24 isopentenyltransferase(IPT)genes,encoding ratelimiting enzymes in CK biosynthesis were identified in the wheat *** chromosomal locations and structures of the genes,protein properties,and phylogenetic relationships were ***/ADP TaIPT genes showed tissue-specific ***2,TaIPT7,and TaIPT8 expression was rapidly induced by 0.5–1 h drought treatments,which decreased to low levels after 2 h drought treatment,as did most other TaIPT ***8-5a/5b/5d triple mutants showed decreased levels of tZtype CK under normal and drought conditions and reduced drought tolerance,which,however,did not manifest as phenotype *** contrast,transgenic wheat plants with drought-induced TaIPT8showed increased drought *** study provides a foundation for further investigation of TaIPT genes and novel insights into the role of CKs in the drought response of wheat.

关键词： TaIPT Phytohormone Abiotic stress Cytokinin biosynthesis Wheat

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Improvement of wheat drought and salt tolerance by expression of a stress- inducible transcription factorGmDREB of soybean (Glycinemax)

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Chinese Science Bulletin 2005年第23期50卷 2714-2723页

作者： GAO Shiqing xu Huijun CHENG Xianguo CHEN Ming xu zhaoshi LI Liancheng YE Xingguo DU Lipu HAO Xiaoyan MA Youzhi Key Laboratory of Crop Genetics and Breeding Ministry of Agriculture/Institute of Crop Science Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China Ministry of Agriculture Key Laboratory of Plant Nutrition and Nutrient Cycling Institute of Agricultaral Resources and Regional Planning Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China

Under stress conditions such as droughthigh-salinity and low-temperature, the transcription factorof DREB (dehydration responsive element binding proteins)improved efficiently stress resistance by regulating the ex-pression of its downstream genes with various environmentastress resistance in plants. GmDREB gene (GenBank Acces-sion No. AF514908) encoding a stress-inducible transcriptionfactor was cloned by screening a cDNA library of Glycinemax cv. Jinong 27 with yeast one-hybrid method. GmDREBgene was 910 bp in length and encoded 174 amino acids con-taining a conserved AP2/EREBP DNA-binding domain of 58amino acids. Two conserved functional amino acids, valineand glutamic acid, were located on the 14th and the 19thamino acid residues in the conserved structural domain. Analkaline amino acid region (KKR) related to a nuclear local-ization signal was at the N-terminal, while an acidic aminoacid region (DDD) related to trans-activation was at theC-terminal. Plant expression vectors were constructed andtransformed into wheat by bombardment. In total, 13 trans-genic plants with Ubi::GmDREB and 11 transgenic plantswith rd29A::GmDREB were identified from 103 regenerationplants by molecular analysis. The drought and salt tolerancesof T1 transgenic lines with Ubi::GmDREB orrd29A::GmDREB were demonstrated to be improved ascompared to wild type. The result also suggested that bothUbiquitin and rd29A promoters could effectively drive theexpression of the GmDREB gene and enhance drought andsalt tolerance of T1 plants.

关键词：小麦 GmDREB基因抗旱性耐盐性应力诱发转录因子大豆甘氨酸

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Expression of an(E)-β-farnesene synthase gene from Asian peppermint in tobacco affected aphid infestation

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The Crop Journal 2013年第1期1卷 50-60页

作者： Xiudao Yu Yongjun Zhang Youzhi Ma zhaoshi xu Genping Wang Lanqin Xia Institute of Crop Sciences National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement Chinese Academy of Agricultural Sciences School of Life Science and Technology Nanyang Normal University Institute of Crop Protection Chinese Academy of Agricultural Sciences

Aphids are major agricultural pests that cause significant yield losses in crop plants each year.(E)-β-farnesene(EβF) is the main or only component of an alarm pheromone involved in chemical communication within aphid species and particularly in the avoidance of predation. EβF also occurs in the essential oil of some plant species, and is catalyzed by EβF synthase. By using oligonucleotide primers designed from the known sequence of an EβF synthase gene from black peppermint(Mentha × piperita), two cDNA sequences, MaβFS1 and MaβFS2, were isolated from Asian peppermint(Mentha asiatica). Expression pattern analysis showed that the MaβFS1 gene exhibited higher expression in flowers than in roots, stems and leaves at the transcriptional level. Overexpression of MaβFS1 in tobacco plants resulted in emission of pure EβF ranging from 2.62 to 4.85 ng d-1g-1of fresh tissue. Tritrophic interactions involving peach aphids(Myzus persicae), and predatory lacewing(Chrysopa septempunctata) larvae demonstrated that transgenic tobacco expressing MaβFS1 had lower aphid infestation. This result suggested that the EβF synthase gene from Asian peppermint could be a good candidate for genetic engineering of agriculturally important crop plants.

关键词： EβF synthase gene Mentha asiatica Myzus persicae Nicotiana tabacum

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Genome-wide association study of seedling nitrogen-use efficiency-associated traits in common wheat(Triticum aestivum L.)

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The Crop Journal 2024年第1期12卷 222-231页

作者： Huawei Shi Weichong Wang Lifeng Gao Jirong Wu Chengmei Hu Huishu Yan Yugang Shi Ning Li Youzhi Ma Yongbin Zhou zhaoshi xu Jun Chen Wensi Tang Kai Chen Daizhen Sun Yuxiang Wu Ming Chen College of Agriculture Shanxi Agricultural UniversityJinzhong 030801ShanxiChina National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Triticeae CropsMinistry of AgricultureInstitute of Crop SciencesChinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China

Nitrogen(N)fertilizer application is essential for crop-plant growth and *** genetic loci associated with N-use efficiency(NUE)could increase wheat yields and reduce environmental pollution caused by *** subjected a panel of 389 wheat accessions to N and chlorate(a nitrate analog)treatments to identify quantitative trait loci(QTL)controlling NUE-associated traits at the wheat seedling *** the panel with a 660K single-nucleotide polymorphism(SNP)array,we identified 397 SNPs associated with N-sensitivity index and chlorate inhibition *** SNPs were merged into 49 QTL,of which eight were multi-environment stable QTL and 27 were located near previously reported QTL.A set of 135 candidate genes near the 49 QTL included TaBOX(F-box family protein)and TaERF(ethylene-responsive transcription factor).A Tabox mutant was more sensitive to low-N stress than the wild-type *** developed two functional markers for Hap 1,the favorable allele of TaBOX.

关键词： Wheat NUE Genome-wide association study Nitrogen sensitive index Chlorate inhibition rate

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大豆DRT100全基因组鉴定及GmDRT100-6响应干旱和盐胁迫的功能分析

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分子植物育种 2024年第9期22卷 2810-2821页

作者：刘丹顾巧美赵云燕危文亮徐兆师长江大学农学院湿地生态与农业利用教育部工程研究中心荆州434000 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

DNA损伤修复/耐受性100(DNA-damage repair/tolerance 100,DRT100)编码一种富含亮氨酸重复序列的蛋白质,广泛参与植物生长发育与非生物胁迫响应过程。为鉴定大豆(Glycine max L.)中DRT100基因家族成员、揭示其进化关系及其与大豆抗旱耐... 详细信息

DNA损伤修复/耐受性100(DNA-damage repair/tolerance 100,DRT100)编码一种富含亮氨酸重复序列的蛋白质,广泛参与植物生长发育与非生物胁迫响应过程。为鉴定大豆(Glycine max L.)中DRT100基因家族成员、揭示其进化关系及其与大豆抗旱耐盐相关功能,本研究在大豆全基因组水平上鉴定出8个DRT100基因,对其基因结构特征、系统进化、启动子顺式作用元件、基因表达模式等进行了分析。结果表明:8个GmDRT100基因位于5条大豆染色体上,具有相对保守的基因结构和保守基序,同时还具有多种与激素和非生物胁迫相关的顺式作用元件。RT-qPCR分析揭示8个GmDRT100家族成员在盐旱胁迫下均不同程度的上调表达,且GmDRT100-6在干旱和盐胁迫下均显著上调。进一步研究GmDRT100-6的功能,结果表明GmDRT100-6蛋白位于细胞膜中,大豆毛状根中GmDRT100-6基因的过表达提高了植株的耐旱性和耐盐性。这些研究结果表明GmDRT100-6在大豆抗旱、抗盐胁迫中发挥了重要作用。

关键词：大豆(Glycine max L.) DRT100基因家族全基因组分析盐旱胁迫

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小麦锌指转录因子TaDi19A对低温的响应及其互作蛋白的筛选

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中国农业科学 2017年第13期50卷 2411-2422页

作者：茹京娜于太飞陈隽陈明周永斌马有志徐兆师闵东红西北农林科技大学/旱区作物逆境生物学国家重点实验室中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程/农业部麦类生物学与遗传育种重点实验室

【目的】锌指类转录因子在植物逆境信号转导和非生物胁迫响应中发挥重要的作用。通过对小麦锌指转录因子基因Ta Di19A的耐冷性能进行鉴定,利用酵母双杂交技术筛选并获得与Ta Di19A互作的候选蛋白,以解析Ta Di19A介导的抗逆调控机制。【... 详细信息

【目的】锌指类转录因子在植物逆境信号转导和非生物胁迫响应中发挥重要的作用。通过对小麦锌指转录因子基因Ta Di19A的耐冷性能进行鉴定,利用酵母双杂交技术筛选并获得与Ta Di19A互作的候选蛋白,以解析Ta Di19A介导的抗逆调控机制。【方法】通过对低温处理的小麦转录组测序结果进行分析,获得一个锌指类转录因子Ta Di19A。利用生物信息学的方法分析Ta Di19A的分子特性,用SMART在线工具进行蛋白结构分析;用GSDS和PHYRE2在线工具分别对Ta Di19A结构和蛋白三级结构进行分析;用Net Phos 2.0 Server数据库预测Ta Di19A蛋白磷酸化位点。以低温处理的小麦c DNA作为模板,通过SYBR Green染料法进行实时荧光定量PCR,检测Ta Di19A在低温处理不同时间段的表达模式。构建植物表达载体p BI121-Ta Di19A,通过花序侵染法转化拟南芥,用T3代拟南芥进行耐冷性鉴定,分析低温处理对转基因拟南芥的根长、鲜重和存活率的影响。检测转Ta Di19A拟南芥中抗逆相关基因表达变化,分析Ta Di19A调控植物耐冷性的作用机制。构建诱饵载体p GBKT7-Ta Di19A,验证自激活活性;利用酵母双杂交技术,将诱饵载体p GBKT7-Ta Di19A和小麦c DNA文库共转化酵母AH109感受态细胞,通过SD/-Trp/-Leu/-His/-Ade和X-α-gal显蓝反应筛选得到阳性克隆,测序和BLAST分析获得候选蛋白。【结果】小麦Ta Di19A编码区全长747 bp,编码248个氨基酸,分子量为28.03 k D,等电点为4.74,基因含4个外显子,3个内含子。Ta Di19A蛋白靠近N-端包含锌指结合结构域,C端为Di19结构域,预测的Ta Di19A蛋白三级结构包含2个α螺旋结构。磷酸化位点分析结果显示Ta Di19A蛋白含有12个丝氨酸、9个苏氨酸和3个酪氨酸磷酸化位点。实时荧光定量PCR结果显示,Ta Di19A受低温胁迫诱导表达。正常生长条件下,转基因和野生型拟南芥没有明显差异,低温处理下,转基因拟南芥的根长明显大于野生型拟南芥,并且耐冷性强于野生型拟南芥。下游基因检测结果表明,低温处理后,CBL1、CBL2和KIN1等冷胁迫响应相关基因在野生型和转基因植株中表达量都升高,在转基因植株中的表达量显著高于野生型,表明Ta Di19A可能通过调节下游冷胁迫响应相关基因的表达提高转基因植物的耐冷性。通过对酵母双杂交系统筛选到的候选互作蛋白进行初步分析表明,这些候选互作蛋白主要参与植物体的信号转导和非生物胁迫响应过程,表明Ta Di19A在植物的逆境信号转导及非生物胁迫响应过程中发挥着重要作用。【结论】小麦Ta Di19A受低温诱导表达,过表达能够提高转基因拟南芥的耐冷性;而Ta Di19A功能的发挥可能需要其他蛋白的参与。

关键词：普通小麦锌指转录因子耐冷性酵母双杂交蛋白互作

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大豆锌指转录因子GmDi19-5对高温的响应及互作蛋白的筛选

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中国农业科学 2017年第12期50卷 2389-2398页

作者：赵娟莹刘佳明冯志娟陈明周永斌陈隽徐兆师郭长虹哈尔滨师范大学生命科学与技术学院/黑龙江省分子细胞遗传与遗传育种重点实验室中国农业科学院作物科学研究所/国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程/农业部麦类生物学与遗传育种重点实验室

【目的】高温胁迫已经成为威胁作物生长发育的主要非生物胁迫因素之一,转录因子在植物非生物胁迫响应中起着重要作用。通过对大豆锌指转录因子基因Gm Di19-5在高温胁迫下的响应和功能鉴定,以及利用酵母双杂交技术从大豆c DNA文库筛选与... 详细信息

【目的】高温胁迫已经成为威胁作物生长发育的主要非生物胁迫因素之一,转录因子在植物非生物胁迫响应中起着重要作用。通过对大豆锌指转录因子基因Gm Di19-5在高温胁迫下的响应和功能鉴定,以及利用酵母双杂交技术从大豆c DNA文库筛选与其互作的候选蛋白,研究Gm Di19-5对高温胁迫的响应机制。【方法】以大豆c DNA为模板,利用实时荧光定量PCR检测Gm Di19-5在高温处理不同时间段的表达模式;通过Plant CARE和PLACE数据库预测Gm Di19-5启动子元件,并对Gm Di19-5启动子转基因拟南芥在高温处理下进行的组织化学染色,分析Gm Di19-5启动子在高温胁迫下的活性;构建p GBKT7-Gm Di19-5诱饵载体,验证自激活活性;利用酵母双杂交技术,以p GBKT7-Gm Di19-5为诱饵筛选大豆c DNA文库,筛选与其互作的候选蛋白;进一步用酵母双杂交系统验证Gm Di19-5与候选蛋白的互作;利用实时荧光定量PCR检测候选蛋白基因在对高温处理的响应情况;构建融合表达载体,用GFP-Gm Di19-5融合表达载体转化拟南芥原生质体,检测Gm Di19-5蛋白的亚细胞定位情况。【结果】实时荧光定量PCR结果显示,Gm Di19-5在高温胁迫下上调表达;启动子元件分析表明,Gm Di19-5包含多种与胁迫应答相关的顺式作用元件,包括热响应元件HSE;组织化学染色分析发现,经高温处理后,过表达拟南芥幼苗的地上部分和地下部分均有报告基因的表达;亚细胞定位结果表明,Gm Di19-5蛋白定位于拟南芥原生质体的细胞核中;通过酵母双杂交技术筛选到了与Gm Di19-5互作的候选蛋白,试验进一步验证了Gm Di19-5与Gm Dna J在酵母细胞中互作;另外,实时荧光定量PCR结果显示,互作蛋白基因Gm Dna J受高温胁迫诱导表达。【结论】Gm Di19-5受高温诱导表达,Gm Di19-5可能与Gm Dna J互作,表明Gm Di19-5功能的发挥可能需要Gm Dna J的参与。

关键词：大豆锌指转录因子高温酵母双杂交蛋白互作

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拟南芥膜定位蛋白At CP2调控抗冻性的功能分析

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中国农业科技导报 2019年第9期21卷 58-68页

作者：齐欣丁庆倩苏晨徐伟亚牟永莹葛林豪徐兆师陈隽潘映红马有志陈明中国农业科学院作物科学研究所农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程农业农村部麦类生物学与遗传育种重点实验室北京100081 西北农林科技大学农学院陕西杨凌712100

COR家族成员在调控植物响应低温胁迫过程中发挥重要作用。从拟南芥中克隆一个新的低温胁迫响应基因At CP2,其属于COR基因家族中的COR413亚家族,编码区612 bp,编码203个氨基酸,分子量22.75k Da,等电点9.44。亚细胞定位和基因表达模式分... 详细信息

COR家族成员在调控植物响应低温胁迫过程中发挥重要作用。从拟南芥中克隆一个新的低温胁迫响应基因At CP2,其属于COR基因家族中的COR413亚家族,编码区612 bp,编码203个氨基酸,分子量22.75k Da,等电点9.44。亚细胞定位和基因表达模式分析结果表明:At CP2定位在叶绿体膜上,对ABA、PEG、Na Cl和低温四种非生物胁迫均有响应。基因功能分析结果显示:功能缺失性突变体cp2冷处理后存活率明显高于野生型拟南芥(WT),相对电导率和MAD均低于WT,证明At CP2基因负向调控植物抗冻性。蛋白质组及qRT-PCR分析结果证明At CP2通过负向调控4个ABA及低温胁迫相关基因(包括ABA2、KIN1、COR47和COR15B)的表达影响植物抗冻性。总之,At CP2基因的功能分析结果对了解COR413基因家族的功能提供了参考。

关键词：拟南芥 At CP2基因低温胁迫蛋白质组下游基因

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大豆GmbZIP16的抗旱功能验证及分析

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中国农业科学 2018年第15期51卷 6-18页

作者：赵婉莹于太飞杨军峰刘沛陈隽陈明周永斌马有志徐兆师闵东红西北农林科技大学/旱区作物逆境生物学国家重点实验室中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程/农业部麦类生物学与遗传育种重点实验室河北旺丰种业有限公司

【目的】通过分析干旱条件下大豆的转录组数据,筛选获得大豆锌指蛋白Gmb ZIP16,对其进行功能验证,确定Gmb ZIP16参与大豆抵抗干旱的分子机理。【方法】大豆干旱转录组数据分析得到上调倍数较高的锌指蛋白Gmb ZIP16,以大豆c DNA为模板克... 详细信息

【目的】通过分析干旱条件下大豆的转录组数据,筛选获得大豆锌指蛋白Gmb ZIP16,对其进行功能验证,确定Gmb ZIP16参与大豆抵抗干旱的分子机理。【方法】大豆干旱转录组数据分析得到上调倍数较高的锌指蛋白Gmb ZIP16,以大豆c DNA为模板克隆获得Gmb ZIP16。并通过In-Fusion连接酶技术,构建p CAMBIA1302-Gmb ZIP16和p CAMBIA3301-Gmb ZIP16表达载体。通过液氮冷冻法将重组载体p CAMBIA1302-Gmb ZIP16和p CAMBIA3301-Gmb ZIP16分别转入农杆菌GV3101和大豆发根农杆菌K599的感受态细胞中,通过农杆菌侵染拟南芥花序以及大豆子叶节技术,产生过表达拟南芥植株以及过表达大豆毛状根复合体植株。通过半定量RT-PCR和q RT-PCR分析,确定Gmb ZIP16在转基因拟南芥和大豆毛状根中能够超表达。分别将正常条件下生长2周龄的转基因和野生型拟南芥植株转移至含有不同PEG浓度(6%PEG和8%PEG)的MS0培养基上继续培养7 d,观察转基因拟南芥和对照野生型拟南芥之间的生物量差异;利用q RT-PCR分析转基因拟南芥和野生型拟南芥植物体中胁迫相关的基因表达情况。将生长良好的转Gmb ZIP16大豆毛状根复合体施加25%PEG处理1周后,分别采取转Gmb ZIP16大豆毛状根复合体和转空载体大豆毛状根复合体的叶片,用酶标仪测定植株的脯氨酸、丙二醛和叶绿素的含量。【结果】通过PCR技术扩增得到正确的Gmb ZIP16序列,通过农杆菌转化技术得到2个稳定过表达的转Gmb ZIP16拟南芥株系。通过对转基因拟南芥的表型鉴定发现转基因拟南芥在干旱处理下的生物量(鲜重和根长)及存活率比野生型显著提高。在过表达Gmb ZIP16拟南芥植株中,一些与胁迫相关的基因的表达要高于在野生型,如RD29B、DREB2A和P5CS。转Gmb ZIP16大豆毛状根复合体植株在25%PEG处理1周后,大豆毛状根复合体叶片中叶绿素和脯氨酸的含量要显著高于转空载体大豆毛状根复合体叶片中叶绿素和脯氨酸的含量,而转Gmb ZIP16大豆毛状根复合体叶片中丙二醛的含量显著低于转空载体大豆毛状根复合体叶片中丙二醛的含量。【结论】在拟南芥中过表达大豆Gmb ZIP16提高了转基因拟南芥的抗旱性。过表达Gmb ZIP16可以提高转基因大豆毛状根复合体对干旱的抗性。Gmb ZIP16提高植物的抗旱性主要是通过影响与抗逆相关基因的表达来实现的。

关键词：大豆 Gmb ZIP16 抗旱性实时荧光定量PCR

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