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植物生长调节物质与草坪草及牧草的非生物逆境应答

中文标题:植物生长调节物质与草坪草及牧草的非生物逆境应答

文章作者:产祝龙,张  慧,刘梦垚

发表单位:华中农业大学园艺林学学院 / 教育部园艺植物生物学重点实验室 / 农业部华中都市农业重点实验室

中文核心期刊 草业学报


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研究背景:

坪草和牧草在庭院绿化、固土护坡、生态治理、环境保护、畜牧 业发展及保持人类健康中起到了重要的作用,然而植物在生长过程临着多种非生物逆境,包括温度、干旱、涝害、盐渍、矿物质缺乏、离子毒害等,造成植物细胞膜系统损坏、细胞脱水、光合速率、呼吸速率下降,从而影响植物生长。在逆境条件下,植物的应激反应引起内源多种激素及代谢物合成、分解及信号传导途径 的变化,激发植物下游的防御反应,导致抗逆性的产生。

 

研究思路

本文对植物激素、小分子物质、渗透调节物质以及气体分子在植物逆境应答中起到重要的调控作用,进而提高草坪草和牧草抗逆性的机理进行综述,以期为草坪保护剂开发和抗逆育种提供理论基础。

 

背景知识

1: 逆境对植物代谢的影响.逆境使植物形成水分胁迫,细胞脱水,细胞膜系统受害,透性加大使叶绿体受伤,气孔关闭,有关光合作用过程的酶失活或变性,使光合速率下降。逆境使呼吸速率大起大落,而发生变化。逆境诱导糖类和蛋白质转变成可溶性化合物,这是因为合成酶作用下降,而水解酶活性升高逆境使细胞组织内的内源ABA的含量迅速增加。

 

主要结果:

1:非生物胁迫植物内源激素植物影响

   植物逆境应答是一个复杂的网络信号。在不利的生长环境下,草坪草体内脱落酸赤霉、褪黑素、多胺、水杨酸、独角金内酯的含量明显提高,而细胞分裂素和生长素的含量显著降低。不同的植物激素之间存在协同或拮抗作用。

植物逆境应答是一个复杂的网络信号。

图注植物激素植物抗性影响

2植物激素和渗透调节物质植物影响

多种植物激素分子提高了草坪草和牧草对非生物逆境的抗性。与模式植物中的研究结果类似,不同激素及小分子物质之间存在着协同或拮抗的关系。

不同激素及小分子物质之间存在着协同或拮抗的关系 

植物激素和小分子物质在草坪草和牧草逆境应答中的作用

植物激素和小分子物质在草坪草和牧草逆境应答中的作用。

内源植物激素和小分子物质含量的变化,调控了下游相关基因的表达,包括合成/分解代谢、信号传导途径、活性氧代谢、胁迫应答途径、能量代谢、蛋白质代谢等。草坪草从而在生理水平上做出相应的调整。脯氨酸、可溶性糖、抗氧化酶活性、光合作用、渗透调节物质的含量提高。相应的,活性氧含量、丙二醛含量和电导率降低,从而达到了延缓衰老,提高抗逆性和改善草坪品质 的效果

3多种植物激素的合成分解途径和信号转导途径

植物激素和小分子物质的生物合成及信号传导途径

图注:植物激素和小分子物质的生物合成及信号传导途径。注: 红色虚线方框标注的是草坪草和牧草领域已开展的与植物激素有关基因功能的研究。红色箭头表示增强作用,蓝色表示抑制作用。

 

结论

外界的环境因素对草坪草和牧草的影响是多方面的。外源物质之间存在协同或拮抗作用,共同调控了草坪草和牧草下游相关基因的表达,改变了生理代谢途径,缓解了活性氧的伤害、减轻了细胞膜的损伤和离子的毒害,从而起到延缓衰老、提高抗逆性和改善草坪品质的效果。

 

植物生长调节物质与草坪草及牧草的非生物逆境应答
草坪草和牧草在庭院绿化、固土护坡、生态治理、环境保护、畜牧 业发展及保持人类健康中起到了重要的作用,然而植物在生长过程中面临着多种非生物逆境,包括温度、干旱、涝害、盐渍、矿物质缺乏、离子毒害等,造成植物细胞膜系统损坏、细胞脱水、光合速率、呼吸速率下降,从而影响植物生长。在逆境条件下,植物的应激反应引起内源多种激素及代谢物合成、分解及信号传导途径 的变化,激发植物下游的防御反应,导致抗逆性的产生。
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实验

服务简介
一、酵母单杂交

酵母单杂交技术是在酵母双杂基础上发展而来的一种研究核酸-蛋白相互作用的工具,被广泛用于研究真核细胞内基因的表达调控,如鉴别DNA结合位点发现潜在的结合蛋白基因、分析DNA结合结构域信息等。

 

 二、酵母双杂交

酵母双杂交及系统是一种鉴定和检测活细胞内蛋白质相互作用的研究方法,是在真核模式生物酵母中进行的,因其具有灵敏性高、功能强大、适用范围广等特点,现已被应用于多个研究领域。分为膜蛋白和核蛋白双杂交。


应用领域
植物:自交不亲和机理研究

病毒:朊蛋白、病毒蛋白相互作用蛋白筛选

信号通路:转录因子、雌激素α受体相互作用蛋白筛选

癌症医学:癌症相关蛋白、凋亡相关蛋白相互作用蛋白筛选

寄生虫医学:毒力因子致病机制研究、半乳糖凝集素互作蛋白筛选

基础原理研究:肌球蛋白、蛋白酶体调节因子相互作用蛋白筛选、受精卵发育

   

项目名称

内容

交付标准

服务周期

酵母双杂文库构建

RNA提取、反转录、 cDNA处理、基因与载体的连接、文库质粒提取、文库产品指标

酵母双杂交文库甘油菌、酵母双杂交文库质粒、文库构建报告、文库构建图片

25个工作日,如需转化酵母延长15个工作日

酵母双杂文库筛选

诱饵质粒构建与活测、与双杂库共转感受态酵母、文库筛选、阳性克隆鉴定、回转验证

完整的筛库流程实验报告、鉴定出的阳性克隆测序

2个月左右

 

订购信息

 

文库构建流程

总RNA提取——mRNA分离——cDNA合成——基因与载体的连接——文库质粒提取——文库产品指标

单/双杂筛选流程

诱饵质粒构建与活测——与单/双杂库共转感受态酵母——文库筛选——阳性克隆鉴定——回转验证——报告整理

 

样品要求
细胞样本:细胞数量大于1×10^7;动物样本:大于1 g;植物样本:大于2 g;总RNA:大于200 µg
筛选服务:客户提供诱饵基因或构建好的诱饵质粒

 案例分析

1载体构建
根据客户提供序列构建 BD 重组载体,进行引物设计和测序验证。
2自激活检测结果

  

                                     pGADT7-LargeT/pGBKT7-p53 为阳性对照

                               pGADT7-LargeT/pGBKT7-LaminC 为阴性对照

实验现象结论

对照菌株在 SD-TL 缺陷平板上都能正常生长,而仅有阳性对照可在 SD-TLHA缺陷平板生长。pGADT7+pGBKT7-ABC 转化子中随机挑选的 6 个菌落在 SD-TLHA 缺陷平板上不能生长,生长状态同阴性对照,因此不存在自激活。

结果:ABC 诱饵克隆没有自激活作用。

3文库筛选

4阳性克隆鉴定

 

      筛库阳性克隆 ADE2 和 HIS3 报告基因检测

编号 1-34 分别是筛到的 34 个初始阳性克隆,编号“+”为阳性对照,编号“-”为阴性对照。

 

在 ADE2 和 HIS3 报告基因的检测结果中,可以看到,阳性对照在SD-TL和SD-TLHA 都能正常生长,而阴性对照由于不会激活 ADE2 和 HIS3 报告基因,在 SD-TL 可以正常生长,但在缺少 Histidine 和 Adenine 这两种成分的 SD-TLHA 平板上不能生长。因此,在34个初始阳性克隆中,除 4、8、26、28、30、32、33、34 号之外均能在SD-TLHA 生长,表明激活了HIS3和ADE2 报告基因。

 

5)回转验证

 

阳性克隆回转验证 His Ade 报告基因检测

 

15 种阳性克隆在SD-TLSD-TLHA 缺陷平板的生长情况。标注“+”为阳性对照,标注“-”为阴性对照。

 

结果显示,15 个阳性克隆中 22 号不能激活 HIS3 ADE2 报告基因;其余均能激活 HIS3 ADE2 报告基因。

 

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