作物耐热生理基础与基因发掘研究进展

热胁迫是农作物生产中的环境限制因子,影响作物生长发育并导致农作物减产与降低农产品品质。作物耐热性生理生化、基因发掘与分子机制研究将为农业生产与耐热新品种培育奠定基础。综述了热胁迫逆境对作物营养生长阶段和生殖生长阶段的影响,重点阐述了开花期与子粒灌浆期等作物产量形成关键时期受热害时作物的生理与发育,介绍了作物主要的4种热响应方式,即膜流动性改变、蛋白质解折叠、细胞骨架解聚和代谢物变化,总结了Hsf热激转录因子的调控与耐热分子机制,并展望了应用生物技术创制作物耐热新种质与遗传改良的可行性。本文为作物耐热性生理基础、基因发掘、分子机制与育种途径等研究提供参考。     

果树NAC转录因子的研究进展

转录因子也称为反式作用因子,是能够与真核基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用的DNA结合蛋白,通过它们之间以及与其他相关蛋白之间的相互作用,激活或抑制转录。NAC(NAM, ATAF1/ATAF2和CUC2)转录因子家族是植物特异的转录因子超家族之一,由保守的N端结构域和高度可变的C端转录激活域组成。广泛参与植物生命活动中的基因表达调控,在植物的生长发育,如胚胎发育、次生生长、果实成熟、衰老及细胞死亡等植物生命历程,以及胁迫应答等方面具有重要作用。本综述旨在总结NAC转录因子在果树生长发育以及胁迫响应中的生物学功能研究进展,以期为相关研究领域更高效地将NAC转录因子应用于果树的遗传改良和育种提供参考。     

转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的研究进展

转录因子是一类调节基因表达的重要调控蛋白,转录因子和与其结合的启动子中的相关顺式作用元件,在基因表达方面起着分子开关的作用,因此探究转录因子与启动子的相互作用尤为重要。为了研究在植物遭受逆境胁迫时,转录因子对下游靶基因的调控机制,本文综述了参与逆境胁迫的主要转录因子家族、转录因子的转录激活活性鉴定、转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的应用,为全面、深入研究植物应答逆境胁迫时的基因表达调控机制提供参考。     

水稻锌指蛋白基因OsBBX24响应热胁迫的研究

环境因子光和温度对植物生长发育起重要调控作用,OsBBX24基因属于光温信号途径重要的调控元件B-box(BBX)家族基因成员。OsBBX24基因启动子序列分析发现其含有HSE热胁迫相关元件,水稻基因芯片数据分析发现其表达受热诱导,实时定量PCR分析进一步证明OsBBX24基因受热胁迫表达上调。热胁迫处理发现OsBBX24-RNAi转基因水稻材料株系苗期的耐热性比野生型Kitaake要弱,且超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性比野生型低,脯氨酸含量也低于野生型,丙二醛含量比野生型高;热激转录因子HsfA2a及热激蛋白Hsp16.9、Hsp60热胁迫处理后野生型中的表达水平比OsBBX24-RNAi株系高。由此证实,OsBBX24基因在水稻响应热胁迫表现为正调控,为深入研究其响应热胁迫分子机理及作用机制奠定基础。     

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。     

热激转录因子在植物胁迫应答和生长发育中的作用

由于其固有的生长方式,植物常常会面临诸如干旱、盐碱、极端温度和病虫害等不利因素的影响,因此,植物在漫长的进化过程中发展出一套精巧的调控机制来应对自然界中的各种环境和生物胁迫,并维持其正常的生长发育。植物基因表达的分子调控网络十分复杂,包括转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平等多个层次。转录因子介导的转录水平上的调控对于基因表达调控发挥着至关重要的作用,转录因子与靶基因启动子区的顺式元件相互作用来调控下游基因的表达。热激转录因子(heat shock factor,HSF)是真核生物中广泛存在的一类转录因子,通过识别热激元件(heat shock element,HSE)调控基因表达,从而参与植物的各种生命活动。植物HSF数量众多、功能多样、调控机制复杂精巧,不仅能够影响植物对高温、干旱、重金属等胁迫的抗性以及植物的抗病性,还参与了对植物配子形成和根发育等过程的调控。本综述归纳了植物中HSF的基本结构和分类、HSF受到的调控,重点介绍了HSF在应答各种胁迫条件和调控植物生长发育中的研究进展,并对植物HSF研究中有待进一步阐明的问题进行了探讨和展望,以期为植物的抗逆性改良和分子育种中潜在候选基因的选择提供参考依据。     

植物类萌发素蛋白研究进展

在植物整个生长发育过程中时刻受到外界环境信号调控,遭遇各种逆境胁迫。在研究植物对逆境胁迫响应中,很多胁迫响应蛋白被发现。植物类萌发素蛋白(Germin-like proteins,GLPs)是其中一类重要的胁迫响应蛋白。它是一类与小麦萌发素(Germin)序列高度同源的、位于胞外基质的可溶性糖蛋白,几乎在所有生物中均发现有该类蛋白的存在。它具有多种生物学功能,在植物的生长发育阶段、生物和非生物逆境胁迫应答中起重要的作用。从植物GLPs 的分类、结构等方面全面介绍了植物GLP蛋白的主要特点,同时归纳它在抵御生物胁迫及非生物胁迫等方面的研究进展,为今后的进一步研究提供参考。     

植物耐盐机理研究进展

高盐是限制农作物生长和生产最主要的非生物逆境之一。土壤中过多的盐离子对植物细胞造成渗透、离子和氧化胁迫。植物感知胁迫信号后,激活脱落酸、盐过敏感通路维持体内渗透平衡和离子稳态,运行抗氧化系统以应对过量的活性氧。本文通过信号转导、渗透保护剂及溶质的生物合成、离子稳态及区域化、抗氧化系统和植物激素调控等方面综述了植物盐胁迫反应的组成、途径及其调控机制的研究进展,有助于研究人员在逆境条件下培育高产优质的农作物。     

植物响应盐碱胁迫的机制

土壤盐碱化对农林业生产和发展的影响日渐严重,已经成为全球范围内所面临的重大环境问题。研究盐碱胁迫的危害以及植物对盐碱胁迫的响应机制,有助于挖掘植物耐盐碱基因,选育耐盐碱品种,改良盐碱地,提高农作物的产量,扩大园林植物的栽培应用。盐、碱实际上是两种不同的非生物胁迫,碱胁迫在盐胁迫的基础上还增加了高pH胁迫,其危害程度较盐胁迫更深。本综述分析了土壤盐渍化现状,盐碱胁迫对植物产生的渗透胁迫、离子毒害、高pH伤害、活性氧胁迫等危害,从渗透调节物质的合成、离子的吸收转运与pH调节、增强抗氧化酶活性及内源激素响应等方面阐述了植物耐盐碱的生理机制;从盐碱胁迫的信号转导、转录因子调控响应及抗盐碱相关基因的表达等方面梳理了植物耐盐碱的分子机制。最后对植物适应盐碱胁迫的研究方向及多组学联合分析在全面研究植物抗盐碱机制中的应用作出了展望。     

miR172调控植物生长发育及逆境胁迫的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性非编码小RNA,在植物整个生长发育过程中都起着重要作用,是基因表达的重要调控因子,而microRNA172(miR172)是众多miRNA家族中的重要的一员。为了更直观的认识miR172在植物中所发挥的作用,笔者归纳和总结了miR172在调控植物生长发育过程和响应逆境的研究进展,具体分析了miR172在植物营养生长阶段转变、开花、花器官发育、节间长度、植物商品器官发育以及逆境胁迫响应等诸多过程中发挥的作用。笔者认为miR172在植物中仍有很多未知的功能尚未发掘,因此未来深入挖掘和研究miR172在植物生长过程中更多的作用是一个重要的研究方向,在此基础上深入解析miR172在此过程中的功能、分子调控机制,为人为利用miR172调控植物生长发育奠定理论基础。     

植物Prohibitins(PHBs)基因的研究进展

Prohibitins(PHBs,抗增殖蛋白),又称抑制素,作为一种肿瘤抑制蛋白,首先是在人类中被发现并进行研究的。植物中PHBs的发现只有20年的时间,并且相关的研究报道不多,因此对植物PHBs及其功能的了解比较少。截至目前的数据显示,PHBs的氨基酸序列在各种生物中高度保守,基于酵母的PHBs的分类,所有生物的PHBs都被分为Ⅰ型和Ⅱ型两种类型。这两类蛋白在线粒体内膜形成一个环状的大分子结构。尽管最初研究者推测PHBs基因对植物的生长可能有负调控效应。然而,近些年的研究表明其对植物的生长发育具有促进作用,通过参与线粒体的形成和提高植物对逆境的反应等行使多项生物学功能。本文主要从PHBs的分类、结构、亚细胞定位和PHBs的功能等方面,对植物PHBs的研究进展进行了简单的总结。     

植物热激转录因子在非生物逆境中的作用

非生物逆境通常导致生物体内蛋白变性。热激蛋白(Hsp)作为分子伴侣协助蛋白的重新折叠、稳定、胞内运输和降解,以阻止受损蛋白的累积,维护细胞内环境的稳定。而热激蛋白的表达是通过热激转录因子(Hsfs)结合于热激蛋白基因的启动子的热激元件上(heatshockelement,HSE),以募集其它转录因子而形成转录复合体,促进热激蛋白基因的表达。植物热激转录因子比动物系统更为多样性。根据其基本的结构域,植物热激转录因子可分为三类:HsfA、HsfB、HsfC。A类Hsfs已有大量深入的研究和报道,特别是在番茄方面。HsfB和HsfC的作用尚不清楚。在其复杂的网络中,每一热激转录因子均有其独特的作用,取决于其表达模式、亚细胞定位、聚合化、活性及与其他蛋白的相互作用。在非生物逆境,尤其是热激逆境下,A类热激转录因子在调节热激蛋白的表达起着重要作用。番茄的HsfA1起着主导作用,其缺失无法被其他相近的Hsfs所取代,但在持续热逆境下,在HsfA1的配合下,HsfA2可成为主要调节因子。B类热激转录因子可作为A类Hsfs的阻抑蛋白。然而,基于对不同的单个突变体的研究,以及对酵母Hsf1致死突变体的拯救恢复,一些热激转录因子的作用又是丰余的。此外,热激蛋白也对热激转录因子起负反馈调节作用。     

三唑类杀菌剂调节植物逆境生长研究进展

从促进植物光合作用、提高抗氧化潜能、维持细胞膜脂稳定以及诱导脱落酸合成等方面总结了三唑类杀菌剂的生长调节功能,特别是对植物抵抗逆境胁迫的影响,阐明三唑类杀菌剂的独特性和优越性。综合近年来相关文献发现,三唑类杀菌剂可以有效增强植物的光合作用、增加酶类与非酶类抗氧化剂含量、降低丙二醛含量、促进脯氨酸合成与积累、提高体内脱落酸水平,从而有效缓解植物逆境胁迫压力。进一步研究三唑类化合物增强植物抗逆性的分子机制研究,可以为提高三唑类杀菌剂的应用价值及市场潜力提供帮助。     

钙离子对内质网胁迫的影响

植物在遭受到恶劣环境后,不能通过移动来解除损伤,因而自身在长期的进化过程中形成了一套防御机制。现如今的粮食产量低下,绝大部分是由于环境胁迫所造成的,因此要想提高产量需改善植物生长环境,避免植物遭到环境胁迫。研究表明,适宜浓度的钙离子信号在胁迫途径中能够增强信号的转导及时参与植物的生理调控,避免植物受到毒害;当植物在逆境时内质网会受到胁迫,若是不能及时地启动防御机制会导致生理发生紊乱,严重时将导致死亡。很多研究表明了钙离子在多种非生物胁迫中都有参与调控的实例,但在内质网胁迫中的研究还未见报道。因此,研究钙离子与内质网胁迫之间的关系对于植物在逆境育种中具有重要的生理意义。