植物MAPK基因及其在逆境胁迫下的作用

植物促分裂原活化蛋白激酶级联途径中的MAPK基因在植物抵御逆境的过程中具有至关重要的作用。为使MAPK基因在植物抗逆基因工程中得到有效利用,通过对植物MAPK的结构与类别归纳分析,概述了植物MAPK基因对逆境胁迫的响应及其在多种生物胁迫和非生物胁迫应答中的作用。     

植物应答非生物胁迫的信号转导途径研究进展

环境是影响植物生长发育的重要因素，干旱、低温、高盐等非生物胁迫严重影响植物的生长发育，近年来对植物非生物胁迫应答机理的相关研究逐步深入。本文概述了应答非生物胁迫的信号转导途径，重点介绍脱落酸（ABA）信号转导途径、钙离子（Ca²⁺）信号转导途径、促分裂素原活化蛋白激酶（MAPK）级联信号途径及其相互关系，并推测出一条调节气孔关闭的Ca²⁺和MAPK介导的ABA信号转导途径，以期理清其复杂的信号交叉关系，为植物抗逆性研究提供一定的参考。     

MAPK级联调控作物响应生物胁迫的研究进展

促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)是一种蛋白激酶,可以催化底物蛋白质磷酸化,MAPK级联则是植物中高度保守的信号转导模块,将细胞外刺激转导为细胞内反应,在植物信号转导生物胁迫中起着非常重要的作用。植物MAPK的早期研究主要集中在模式植物拟南芥的功能上。基于全基因组测序的结果显示,许多MAPKs已在大田作物和园艺作物中被鉴定,如水稻、小麦、玉米、苹果、葡萄和番茄等。生物胁迫(如病害、虫害和杂草危害等)是作物面临的重大挑战,开展作物MAPK级联信号通路在生物胁迫下的机理研究至关重要。本文对植物MAPK级联及其3个成员MAPKKK、MAPKK、MAPK基因进行分类,并简要介绍MAPKKK、MAPKK、MAPK各亚家族的成员和基本特征。此外,对近些年模式植物拟南芥,大田作物水稻、玉米、小麦和马铃薯等以及一些重要的园艺作物苹果、葡萄、香蕉和梨等的MAPK信号通路响应生物胁迫(如病原菌感染、病毒攻击)进行分析和归纳总结,并对其进一步的研究工作进行展望,为MAPK级联调控响应生物胁迫在未来的研究过程中提供参考。     

植物MAPK级联途径及其功能研究进展

促分裂原活化蛋白激酶(Mitogen Actived Protein Kinase,MAPK)是一种蛋白激酶,蛋白激酶又称蛋白磷酸化酶,其可通过将ATP上的磷酸基团转移到底物蛋白质氨基酸残基上,来催化底物蛋白质磷酸化。MAPK级联途径广泛存在于真核生物中。植物中的MAPK级联途径与动物和酵母类似,都包括MAPKKK、MAPKK和MAPK 3种蛋白激酶。大量的研究表明,植物中的MAPK级联途径不仅能被多种生物与非生物胁迫所激活,同时也参与激素信号转导以及植物的生长发育进程。文章就植物中MAPK级联途径及其功能的研究情况进行了综述,并展望了相关研究的发展趋势。     

橡胶树白粉菌MAPK级联信号途径全基因组鉴定及途径模型建立

从全基因组水平鉴定橡胶树白粉菌(Oidium heveae)的MAPK级联信号途径基因,并对其进行Blast比对、蛋白质结构域及聚类分析,构建橡胶树白粉菌中的MAPK级联途径简图,为深入研究其MAPK级联途径的功能奠定基础。利用橡胶树白粉菌基因组数据库和小麦白粉菌(Blumeria graminis)的同源序列进行比对,获得25个MAPK信号途径相关基因。在橡胶树白粉菌基因组中发现了2个MAPK基因、2个MAPKK基因和5个MAPKKK基因。多重序列比对与保守位点分析表明,橡胶树白粉菌MAPK信号途径的激酶结构域均高度保守。在橡胶树白粉菌中构建Fus3/Kss1MAPK、Hog1 MAPK、Slt2(Mpk1)MAPK 3条MAPK级联途径,为深入探究植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。     

植物响应非生物胁迫相关基因的研究进展

随着全球气候变化,非生物胁迫对植物生长的影响已经成为人类面临的重大挑战之一.对植物响应非生物胁迫的研究有助于了解植物对环境的耐受机制,以应对环境的变化.本文综述了植物响应非生物胁迫过程中相关基因的最新研究进展,这些基因包括:抗氧化基因、渗透压保护大分子、LEA蛋白、膜转运蛋白、转录因子、热激蛋白、蛋白激酶以及miRNA...     

外源ABA与植物非生物胁迫抗逆机制

脱落酸(abscisic acid,ABA)是能够引起植物芽休眠、叶子脱落和抑制细胞生长等生理作用的一种植物激素,也是能够提高植物抗逆能力的一种"非生物应激激素"。ABA是植物响应非生物胁迫的重要信号分子,在应答植物非生物胁迫如干旱、高盐、低温等中具有重要的生物功能。综述了近10年关于外源ABA对植物抗逆响应机理的研究,系统地从种子萌发、幼苗生理生化、分子调控等层面开展论述,旨在为ABA在植物非生物胁迫中抗逆功能的深入研究提供参考,并为非生物胁迫下的农作物育种和生产提供理论依据。     

植物耐低温机制研究进展

低温是植物生命周期中极易遭受的主要非生物胁迫之一,而植物响应低温胁迫是一个多因素协同作用的过程,涉及到复杂的生理及基因表达调控网络。从生理生化和分子机制两个方面综述了低温胁迫对植物的影响,包括植物细胞膜、光合作用、渗透调节、抗氧化系统的改变,冷诱导的信号转导途径和冷响应相关基因的分子机制。提出低温信号的识别、转导、信号级联放大、响应等方面对植物低温信号传递网络进行更加深入的剖析和结合多组学联合分析等技术更全面解析调控机理是今后的研究方向。     

玉米大斑病菌MAPK超家族的全基因组鉴定及途径模型建立

【目的】从全基因组水平鉴定玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）的MAPK超家族基因,并对其进行系统进化、基因结构、多重序列比对及保守位点分析,构建玉米大斑病菌中的MAPK级联途径模型,为深入研究该植物病原菌中MAPK级联途径的功能奠定基础。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过基于隐马尔科夫模型的HMMER 3.0软件搜索基因组,鉴定并获得MAPK超家族成员序列、基因组定位信息;采用MEGA 5.0软件进行系统进化分析;通过GSDS工具进行基因结构分析;利用ClustalX、MEME工具分析MAPK蛋白激酶区的保守性及保守位点。【结果】在玉米大斑病菌基因组中发现了4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。系统进化分析将MAPK分为Kss1/Fus3、Slt2、Hog1及Ime2 4类;MAPKK分为Pbs2、Ste7及Mkk1 3类;MAPKKK分为Ste11、Bck1及Ssk2 3类。基因组定位及基因结构分析表明,MAPK超家族散布在基因组中,且MAPK基因的结构最为复杂多样,MAPKK次之,MAPKKK结构最简单。多重序列比对与保守位点分析表明,玉米大斑病菌MAPK超家族的激酶结构域均高度保守,其中MAPK具有保守的“-TxY-”磷酸化位点,MAPKK含有保守的“-SD[V/I]WS-”磷酸化位点,MAPKKK含有“-G[S/T][V/P][F/M][W/Y]M[A/S]PEV-”特异性保守位点。【结论】全基因组分析表明,玉米大斑病菌中包括4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。通过系统进化、基因结构及多重序列比对和保守位点分析,在玉米大斑病菌中构建了Fus3/Kss1-homolog、Slt2-homolog、Hog1-homolog和Ime2-homolog 4条MAPK级联途径,其中Ime2 homolog为一条新发现的MAPK级联途径。该信息为深入解析植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。     

拟南芥MAPK磷酸酶在胁迫反应中的新功能

可逆磷酸化是控制蛋白质活性的关键机制,在促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号级联途径中,MAPK的磷酸化与去磷酸化之间的平衡决定了其活性,从而决定了胞内反应的进行,MAPK的磷酸酶MKPs是其重要的负调控因子,主要介绍了拟南芥MAPK磷酸酶MKP2、PP2C、IBR5在臭氧胁迫、脱落酸和生长素信号途径中的作用。     

Plant mitogen-activated protein kinases and their roles in mediation of signal transduction in abiotic stresses

Mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade plays a central role in transfer information from diverse receptors/sensors to a wide range of cellular responses in plants. MAP kinases are organized into a complex network for efficient transmission of specific stimuli, including the abiotic stress signaling. In recent years, the mutants of loss-offunction and gain-of-function, and other additional tools are used to investigate the plant MAPK cascades. This review has summarized the recent progress on the MAPK cascade involved in mediation of the transduction of several pronounced abiotic stress signalings, such as salt, drought, low and high temperature, wound, hormone, and deficient nutrients. Currently, although part of the components of the MAPK cascade responding to the abiotic stresses have been identified, the integral molecular mechanisms of the abiotic stresses signaling transduction mediated viaMAPK cascade are largely unknown and need to be elucidated further in the future.     

MAP激酶在植物信号传递网络中的功能

促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAP激酶,MAPK)链是真核生物信号传递网络中的重要途径之一.MAPK链由3类蛋白激酶MAP3K-MAP2K-MAPK组成,通过依次磷酸化将上游信号传递至下游应答分子.本文主要阐述MAPK链在植物的逆境反应、抗病反应和激素调控等信号传递网络中的功能.     

藜CaMAPKK2的表达分析及盐胁迫信号通路互作组分的筛选

【目的】通过对抗逆植物藜的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联途径中MAPKK的胁迫表达模式分析及信号转导途径互作组分的筛选,探索植物藜响应外界胁迫信号诱发逆境耐受的机制。【方法】以藜叶片总RNA为模板,利用定量PCR方法对NaCl、H2O2和ABA胁迫下藜MAPKK表达规律进行了分析。利用RT-PCR结合RACE技术获得了藜MAPKK的全长cDNA序列。利用酵母双杂交技术对MAPKK盐胁迫信号通路互作组分进行了分析。【结果】获得一个藜MAPKK的全长cDNA序列,命名为CaMAPKK2,其开放阅读框为1 089 bp,编码一个由362个氨基酸组成的丝裂原活化蛋白激酶。定量PCR显示CaMAPKK2受盐胁迫诱导明显上调表达,同时受外源H2O2和ABA调控。H2O2合成抑制剂DPI与ABA合成抑制剂Na2WO4显著抑制了300 mmol•L-1 NaCl处理下CaMAPKK2的表达。以全长CaMAPKK2为诱饵蛋白,利用酵母双杂交技术筛选到5个可能与CaMAPKK2相互作用的蛋白。测序结果显示,其中1个序列可通读,该cDNA序列长794 bp,与欧洲赤杨（Alnus glutinosa）和拟南芥的噻唑合成酶（thiazole biosynthetic enzyme）基因AgTHI1和AtTHI1核酸序列相似度达79%和78%,其它4个序列没有连续的读码框。【结论】CaMAPKK2受NaCl和H2O2诱导上调表达,暗示盐胁迫可能通过诱导H2O2和ABA的积累从而导致CaMAPKK2表达增加。要进一步筛选CaMAPKK2互作组分需获得更多阳性克隆并开展相关功能验证试验。     

植物富含半胱氨酸类受体激酶家族研究进展

在植物生长发育过程中,富含半胱氨酸类受体激酶(cysteine-rich receptor-like kinases,CRKs)作为上游信号分子,在感知胁迫信号和诱发免疫应答中起着重要作用。CRK主要由信号肽、DUF26(PF01657)、跨膜结构域和胞内激酶结构域组成,其中DUF26和激酶结构域在不同植物中高度保守。生物信息学分析发现,在单子叶和双子叶植物中含有37~170个CRK成员,它们在植物生长发育和胁迫应答中发挥不同的功能。文章综述了近年来国内外植物CRK基因结构及其在生长发育、胁迫应答中的功能研究进展,对于提高农作物抗逆境能力具有重要意义。     

水稻纹枯病菌MAPK级联信号途径分析及信号通路模型预测

MAPK级联信号途径在植物病原真菌的生长、发育、繁殖及致病性等方面起着重要作用。根据已公布的5个水稻纹枯病菌(Rhizoctonia solani)全基因组数据利用生物信息学方法对该病原菌的MAPK(mitogenactivated protein kinase)级联信号途径基因进行了鉴定,并预测水稻纹枯病菌MAPK级联途径图。蛋白结构域和motif分析结果表明,水稻纹枯病菌的MAPK信号途径基因均含有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域,并且基因序列具有较高保守性。多重序列比对结果表明,水稻纹枯病菌基因组中存在11个MAPKKK基因,分属于Ste11、Bck1和Ssk2类;10个MAPKK基因,分别为Ste7、Pbs2及Mkk1类;12个MAPK基因,被分类为Kss1/Fus3、Hog1、Slt2和Ime2。在5个水稻纹枯病菌基因组中,水稻纹枯病菌(taxid:456999)和AG-3 Rhs 1 AP(taxid:1086054)基因组中存在Kss1/Fus3-MAPK、Hog1-MAPK、Slt2-MAPK和Ime2-MAPK信号通路,AG-1 IB(taxid:1108050)基因组中存在Kss1/Fus3-MAPK、Hog1-MAPK和Slt2-MAPK通路,AG-8 WAC10335(taxid:1287689)基因组中仅存在Hog1-MAPK通路,而AG-1 IA(taxid:983506)基因组中只有2个MAPKKK基因未找到完整的信号通路。依据上述研究结果预测了水稻纹枯病菌的Kss1/Fus3、Hog1、Slt2和Ime2级联途径模型,此结果为深入研究水稻纹枯病菌的MAPK家族功能奠定了重要的理论基础。     

受乙烯诱导表达的蜻蜓凤梨MAPKK基因的克隆与序列分析

利用抑制性差减杂交文库筛选到的1个被乙烯诱导并与已知植物促丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase kinase,MAPKK;MKK）同源的cDNA片段,通过RACE技术得到该基因的全长cDNA序列。生物信息学分析表明,该基因属于植物MAPKK的A亚族,具有植物MAPKK的磷...     

高粱GRF基因家族鉴定及在非生物胁迫下的表达分析

生长调控因子（growth regulation factor,GRF）是植物中特有的一类转录因子,在植物激素调控、生长发育以及胁迫应答等多个领域扮演重要角色。对高粱GRF基因家族成员进行筛选鉴定,得到8个家族基因,分析了这些基因的理化性质、保守蛋白序列、基因功能及其共线性,分析了这些基因在非生物胁迫下转录组表达差异。结果表明,GRF基因家族结构较为保守,启动子元件含有干旱、低温、茉莉酸等响应元件,推测该家族基因参与生物及非生物胁迫应答响应。通过盐胁迫和烯效唑处理下的转录组数据分析,得到一个与耐盐相关的基因（SORBI_3002G297800）和一个与激素相关的基因（SORBI_3006G203400）,为进一步探究这些基因在高粱应对非生物胁迫中的作用提供了重要参考。     

甘蔗MAP激酶基因SoMAPK4克隆与生物信息学分析

[目的]克隆甘蔗MAP激酶家族新基因的全长序列,为了解甘蔗抗逆胁迫机制提供依据.[方法]以新台糖22为材料,提取甘蔗幼叶总RNA并反转录为cDNA;利用已知物种MAP激酶基因核苷酸序列保守区设计引物,采用5′和3′端RACE技术克隆新基因全长,并进行生物信息学分析.[结果]克隆获得的甘蔗新基因与玉米ZmMAPK4同源性很高,达92.6%,将该基因命名为SoMAPK4(登录号JQ062930),基因全长1499 bp,其中开放阅读框(ORF)为1128 bp,5′非翻译区(UTR)为218 bp,3′非翻译区(UTR)为213 bp.生物信息学分析结果表明,SoMAPK4基因编码一个含376个氨基酸的蛋白质,分子量约43.5 kDa,等电点为5.51,含有11个保守的蛋白激酶亚区和MAP激酶的磷酸化位点TEY基序.[结论]克隆获得甘蔗MAP激酶新基因SoMAPK4,该基因可能参与多种胁迫反应的信号传递,是研究甘蔗非生物胁迫和生物胁迫过程中信号传递的一个关键因素.