干旱胁迫下桑树活性氧信号传导及转录组分析

对干旱胁迫处理后的桑树幼苗(‘湖桑32’和‘德果1号’)进行ROS信号组织定位和叶的转录组测序，旨在从细胞和分子角度探究干旱胁迫后ROS信号在桑树组织细胞中的分布规律及与之相关的代谢通路和基因调控表达变化。结果表明:在正常情况下桑叶组织细胞中会产生少量的■，而干旱胁迫处理后桑叶组织细胞中ROS积累增多，推测ROS作为一种动态信号分子，会向毗邻细胞或远端细胞进行信号转导，进而与多种信号组分共同完成系统响应表达以调控桑树的生长发育及抗逆性。转录组数据表明:重度干旱胁迫处理后‘湖桑32’有5677个差异表达基因显著多于‘德果1号’(5575)，且差异显著基因(DEGs)主要富集在半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、果糖和甘露糖代谢、碳代谢等通路中，推测‘湖桑32’的抗旱性与渗透调节物质的合成有关。同时，挑选11个基因进行qRT-PCR验证，其中11个DEGs的表达趋势与对应的RNA-Seq数据一致。研究也发现调控MKK4/5和WRKY22表达的相关基因LOC21384958和LOC21396104，在弱抗旱桑‘德果1号’中分别上调表达0.72(P<0.05)和2.16(P<0.05)，而...     

植物防御中茉莉酸信号通路抑制与终止的作用机制

茉莉酸（jasmonate,JA）作为重要的植物激素,在平衡植物生长发育和响应外界胁迫中发挥着重要作用。植物响应外界胁迫主要是通过激活信号转导通路实现信号传递的级联放大信号进而实现防御响应。然而,植物防御是一个高能耗过程,防御的适时抑制与终止有利于植物的生长发育。针对植物茉莉酸信号通路的抑制与终止研究,总结参与防御相关茉莉酸信号通路抑制与终止的主要调控因子,阐述茉莉酸ZIM结构域蛋白（jasmonate ZIM-domain,JAZ）、髓细胞组织增生蛋白2（myelocytomatosis 2,MYC2）、JA相关类MYC2蛋白（JA-associated MYC2-like,JAM）和MYC2直接调控bHLH蛋白（MYC2-targeted BHLH,MTB）等对茉莉酸信号通路进行抑制与终止的作用机制,总结抑制茉莉酸信号通路的茉莉酸代谢途径,最后对茉莉酸信号通路抑制与终止机制的研究方向进行展望。     

黄瓜中与黄瓜绿斑驳花叶病毒侵染相关的miRNA表达特征分析

MicroRNA作为一种内源小分子非编码RNA,在植物生长发育、信号转导、转录调控、新陈代谢及各种胁迫条件下发挥重要作用。本研究通过生物信息学技术对黄瓜miR159和miR858的靶基因进行预测和功能分析,结果显示miR159和miR858的靶基因主要为MYB类转录因子家族成员,参与植物生长发育和抗病过程。实时荧光定量PCR分析黄瓜绿斑驳花叶病毒(CGMMV)不同侵染时期在黄瓜不同组织中目的miRNA的表达特征,结果表明黄瓜miR159和miR858的表达具有时空特异性和组织特异性,二者均可对CGMMV侵染做出响应并存在显著差异表达。     

植物抗病激活剂诱导植物抗病性的研究进展

植物抗病激活剂本身及其代谢物无直接的杀菌活性,但可刺激植物的免疫系统而诱导植物产生具有广谱性、持久性和滞后性的系统获得性抗病性能(SAR).植物抗病激活剂的诱导除了可以引起植物富含羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)的变化,导致木质素在细胞壁沉积,使植物形成物理防御机制外,经植物抗病激活剂诱导后的植株能导致内源水杨酸(SA)的累积、形成氧化激增,植物局部细胞程序化死亡而产生过敏反应(HR),植物抗病激活剂诱导后产生的抗病信号经内源信号传导物质SA、茉莉酸(JA)、乙烯(Et)和一氧化氮(NO)可传导到达整个植株,经过一系列抗病相关基因的调控和表达可引起寄主防御酶系如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanase)、几丁质酶(chitinase)、过氧化物酶(POX)等以及抗病物质如木质素与植保素等的变化及病程相关蛋白(PRP)的调控与表达.文中讨论了植物抗病激活剂概念和种类及其诱导抗病作用的主导机制,指出了植物抗病激活剂的应用前景和发展方向及使用和研究开发中可能存在的问题与对策.     

病原菌对Strobilurin类杀菌剂抗药性机理的研究进展

结合strobilurin类杀菌剂作用机制的特点,通过室内和田间研究的结果总结了病原菌对该类杀菌剂产生抗药性的主导机制。Strobilurin类杀菌剂主要结合于病原菌细胞色素bc1复合物中细胞色素b部分的Qo位点,而细胞色素b由突变率很高的线粒体基因组编码,所以病原菌很容易因该基因的突变而导致抗药性发生。至今已至少有14种寄主植物上的25种病原菌在田间表现出了对strobilurin类杀菌剂的抗药性。抗药性产生的主要机理是病原菌细胞色素b的氨基酸残基发生了单点取代。田间抗性菌株的主要取代位点是G143A、F129L和G143R。一些非靶标生物细胞色素b的143位为丙氨酸,这可能是strobilurin类杀菌剂对其表现安全性的原因之一。由于锈病病菌Puccinia spp.中内含子剪切位点恰好出现在编码G143的GGT之后,G143A的突变会导致突变菌株的死亡,因而它们在田间不会表现出抗药性。此外,Qo抑制剂阻断电子传递后会导致胞内活性氧(ROS)的增加,而ROS可以诱导细胞交替氧化酶(AOX)的表达,进而启动线粒体的旁路氧化途径,使病原菌表现出抗药性。因此,病原菌氨基酸残基的单点取代和交替氧化途径是导致病原菌对strobilurin杀菌剂产生抗药性的主导机制。     

植物水通道蛋白结构与功能及其识别与转导水稻黄单胞菌Hpa1信号的机制

 植物水通道蛋白PIP不仅担负细胞间或细胞内外水分子输导的基本功能,还参与植物-微生物互作与植物防卫反应,这种双重功能的调控机制目前还不清楚。水稻OsPIP1;2和拟南芥AtPIP1;4可以与水稻黄单胞III型泌出蛋白Hpa1互作,Hpa1定位于植物细胞的质外体,诱导过氧化氢在质外体产生及向原生质转运,进而影响植物防卫反应与对病原细菌的抗性。根据植物水通道蛋白拓扑结构与病原细菌Ⅲ型分泌系统工作模型,水稻OsPIP1;2与Hpa1互作的功能域是互作发生的分子基础。互作引发信号转导,调控过氧化氢信号从植物细胞的质外体向原生质转运与植物防卫反应。由于Hpa1对Ⅲ效应蛋白来说具有转位子的功能特征,OsPIP1;2-Hpa1还可能对水稻黄单胞菌Ⅲ型效应蛋白从细菌细胞向植物细胞转运发生调控作用。围绕这些设想进行研究,可以深入阐释水稻-黄单胞菌互作机制,同时为植物水通道蛋白功能调控提供新的见解。     

植物-植食性昆虫互作关系中早期信号事件研究进展

诱导防御反应的产生取决于植物对植食性昆虫相关信号迅速和准确地识别。在植物与植食性昆虫互作过程中,早期信号事件是负责植物识别和触发下游信号转导途径的最早反应,它们发生在植物防御相关基因表达和防御相关代谢物产生之前,对植物的防御过程至关重要。本文将植物与植食性昆虫互作的早期事件,包括植物对植食性昆虫的感知、电信号和Ca~(2+)信号的产生和转导,活性氧的迸发以及促细胞分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号级联途径等研究进展进行了综述,并提出今后的研究重点与方向,促进对植物诱导防御反应调控网络的研究,以期为改进农业害虫的治理提供重要的理论和技术支撑。     

组蛋白修饰调控植物水杨酸信号转导的研究进展

真核生物中组蛋白翻译后共价修饰直接影响染色质空间结构变化,调控相关基因表达,在植物胁迫应答过程中起重要作用。水杨酸(salicylic acid,SA)作为植物中关键信号分子,诱导多种病毒、真菌及细菌病害抗性。本文简要介绍了植物细胞对病原菌的感知、转导信号产生与防御系统激活机制,着重阐述了组蛋白甲基化、乙酰化、SUMO化修饰、组蛋白变体H2A.Z等如何参与调控水杨酸转导途径应答基因的转录表达。     

晚疫病抗性相关基因NbMybl的克隆与功能分析

Myb转录因子广泛参与调控植物生长发育以及应对环境胁迫,但有关其对晚疫病抗性调控机制的研究较少。本研究从本氏烟草中克隆获得一个含Myb-like结构域的蛋白编码基因,命名为NbMybl。该基因开放阅读框全长为753 bp,编码250 aa。实时荧光定量PCR(qPCR)结果显示NbMybl受致病疫霉(Phytophthora infestans)侵染诱导表达。亚细胞定位表明NbMybl定位在植物细胞核和细胞质中。利用病毒诱导的基因沉默技术,发现沉默NbMybl能够明显降低本氏烟草对致病疫霉的抗性。分析比较NbMybl沉默和非沉默对照烟草株系应对P.infestans侵染的转录组数据,发现差异表达基因(Differentially expressed genes, DEGs)8486个,其中上调基因4202个,下调基因4284个。使用KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库进行基因富集分析,发现鉴定得到的DEGs中共有373个参与植物-病原菌互作,308个参与植物激素信号转导,216个参与植物MAPK信号途径。推测这些DEGs可能与...     

内生细菌EBS05对烟草诱导抗性的信号转导途径研究

 樟树内生枯草芽胞杆菌EBS05是一株对多种植物病原菌具有较强拮抗活性,并能诱导烟草系统抗性的生防菌株。本文以缺失Surfactin A合成相关基因的突变菌株EBS05^T为材料,研究了内生细菌EBS05对烟草诱导系统抗性的激发子及其信号转导途径。结果表明,菌株EBS05产生的Surfactin A是诱导烟草对TMV系统抗性的有效激发子;Surfactin A诱导处理后,SA信号转导途径下游的关键调节基因NPR1首先被激活,并持续超量表达,进而触发PR1b和PR1a基因持续超量表达,表明Surfactin A诱导烟草对TMV的系统抗性是通过激活SA信号转导途径实现的。同时,Surfactin A诱导处理后24~72 h,JA/ET信号转导途径调节基因PDF1.2被激活,且超量表达,表明在Surfactin A诱导烟草对TMV系统抗性的信号转导过程中,可能存在SA信号途径和JA/ET信号途径的交叉协同作用。     

干旱和盐胁迫对向日葵叶片蜡质积累的影响及蜡质烷烃合成基因的克隆

植物表皮蜡质在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。为了研究干旱和盐胁迫对向日葵叶片蜡质积累的影响,对三周龄向日葵分别进行干旱和盐胁迫处理,7 d后提取蜡质并利用气相色谱-质谱联用仪进行分析。结果表明：向日葵幼苗叶片蜡质主要由初级醇、烷烃和脂肪酸组成,其含量分别占蜡质总含量的79%、10%和9%。干旱和盐胁迫均没有改变向日葵幼苗叶片蜡质的组成,但是能够显著提高蜡质总含量,与对照相比,分别增加了8.8%和8.5%。所有蜡质组分中,烷烃含量变化最大,分别在干旱和盐胁迫后较对照增加了62.5%和47.0%,表明了向日葵幼苗叶片蜡质组分中,烷烃积极响应干旱和盐胁迫。为进一步研究参与向日葵蜡质烷烃合成的基因,在向日葵基因组中进行同源检索,共获得6个差异表达的候选基因,克隆了两个在叶片中表达水平较高的HaCER1-1和HaCER3-1。测序结果显示,HaCER1-1和HaCER3-1编码区长度分别为1 869 bp和1 674 bp,编码622个和557个氨基酸的蛋白质。利用qRT-PCR技术进一步分析了NaCl和PEG溶液处理下HaCER3-1的表达水平,结果显示,在处理后的12 h时,HaCER3-1在叶片中的表达分别增加了11倍和3.5倍,表明HaCER3-1的表达受到干旱和盐胁迫的诱导。本研究为解析向日葵蜡质响应渗透胁迫和烷烃合成机制奠定了分子基础。     

小麦凝集素类受体激酶TaLecRLK1的鉴定及抗锈病功能分析

凝集素类受体激酶(lectin receptor-like kinase, LecRLKs)是一类在植物应答多种生物/非生物胁迫中发挥重要作用的类受体激酶。本研究在小麦与条锈菌互作的转录组中筛选到1个在小麦与条锈菌非亲和互作中显著上调表达的LecRLKs基因TaLecRLK1。该基因全长2 292 bp,编码蛋白含有1个胞外信号肽、B-lectin结构域、PAN＿AP结构域、跨膜域和胞内酪氨酸激酶域。qRT-PCR分析表明：TaLecRLK1在小麦与条锈菌非亲和互作早期诱导表达,在烟草及小麦原生质体中瞬时表达,TaLecRLK1-GFP定位在细胞膜上。利用大麦条纹花叶病毒介导的基因沉默技术(BSMV-VIGS)沉默TaLecRLK1,接种无毒性条锈菌小种CYR23后,沉默叶片表面产生少量夏孢子堆,组织学观察发现沉默植株中条锈菌菌丝长度增长、侵染点附近活性氧积累面积减少;TaPR1、TaPR2、TaPR5的表达受到抑制,TaCAT和TaSOD则被迅速诱导表达。综上所述,TaLecRLK1对小麦抗条锈病起到正调控作用。     

玉米MYB转录因子靶基因的全基因组预测及验证

MYB转录因子参与调控植物的生长发育及逆境应答过程。为预测MYB靶基因,本研究将Hex DIFF算法与支持向量机结合,根据已验证的MYB识别位点的核心序列及其侧翼序列构建分类模型,在玉米全基因组范围内预测MYB靶基因及其启动子。结果表明,共预测到435个MYB结合位点,其下游的424个基因判定为MYB靶基因,涉及众多生长发育过程。为验证预测结果,经凝胶迁移实验检测玉米MYB-IF25蛋白与30个预测位点的体外结合,结果有27个预测位点可以与MYB-IF25蛋白互作。GUS瞬时表达实验表明,渗透胁迫下,预测的MYB逆境相关靶基因启动子能够启动GUS基因表达,说明其具有启动活性。以上结果证明,此预测方法可靠性高,可为预测转录因子靶基因提供借鉴。     

小麦脱水素wzy1-2基因的遗传转化及干旱胁迫下不同生育期表达水平

根据同源分析,在脱水素wzy1-2基因序列中选择298bp的cDNA序列作为干扰片段,将其插入高效植物干扰表达载体pTCK303的多克隆位点,成功构建含反向重复序列的RNA干扰表达载体。采用基因枪法轰击2512个郑引1号小麦的幼胚愈伤组织,获得再生植株26株,对其T_0代再生植株进行特异引物PCR检测,获得6株阳性植株,阳性转化率为0.24%。对脱水素wzy1-2基因实时定量分析发现,小麦中目的基因表达量显著下降。为进一步了解该基因在小麦整个生长过程中表达模式,选取2个不同抗旱性小麦品种(陕合6号和郑引1号),分别在小麦4个不同生长时期(苗期、分蘖期、拔节期和开花期)进行干旱胁迫处理,分析脱水素wzy1-2基因的表达规律。结果表明,随着干旱程度增加小麦WZY1-2蛋白的表达量升高;苗期小麦WZY1-2蛋白的表达量均高于其它3个生长时期。Western blot分析显示陕合6号和郑引1号的非特异性条带单一,表明小麦脱水素wzy1-2是干旱诱导型基因。     

不同基因型大麦苗期对干旱胁迫的响应及HvPIPs基因表达特征分析

为研究不同基因型大麦苗期对干旱胁迫的响应,挖掘优质抗旱的大麦种质资源,以4份不同基因型大麦(2个高抗品种ZDM5430和ZDM5458,2个干旱敏感型品种7DCADA和IL-12)为材料,利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱条件,综合分析不同品种大麦的苗期抗旱性差异;并通过对不同品种根系进行PIPs实时定量分析,研究水通道蛋白AQPs基因与干旱胁迫之间的应答关系。结果表明,持续干旱胁迫会使大麦生长变缓,各处理苗长、根长、叶含水量和根含水量都呈下降趋势,其中,4个品种的大麦叶含水量在干旱胁迫14 d时下降最为显著,与对照相比,其降幅分别为29.14%、52.64%、21.67%和72.15%。干旱胁迫对大麦苗期干物质积累量和根冠比的影响较小,各处理间差异不显著;但持续干旱后,抗旱品种ZDM5430的根冠比呈上升趋势,在胁迫7、14、21 d时较CK分别增加了4.92%、42.86%和21.05%。随着胁迫时间的延长,大麦旗叶叶绿素含量和根系活力也呈下降趋势,其中ZDM5430和ZDM5458较对照组降幅较小,说明抗旱品种的形态指标、叶绿素含量及根系活力受干旱胁迫的影响较小。通过PIP...     

Microscopic detection of reactive oxygen species generation in the compatible and incompatible interactions of Alternaria alternata Japanese pear pathotype and host plants

 Reactive oxygen species (ROS) generation was examined in the interaction of Alternaria alternata Japanese pear pathotype and host plants using three methods: nitro blue tetrazolium (NBT) method for microscopic detection of O₂ ⁻, diaminobenzidine (DAB) methods for microscopic detection of H₂O₂, and cerium chloride methods for ultrastructural detection of H₂O₂. ROS generation was detected by NBT and DAB methods at appressoria on leaves of susceptible cultivars and heat-shocked leaves of resistant cultivars but not in leaves of resistant cultivars. Ultrastructural detection by the cerium chloride method identified ROS generation at cell walls of appressoria and penetration pegs in susceptible, resistant leaves and heat-shocked leaves. These differences in the ultrastructural and microscopic data in resistant areas were due to the restriction of ROS generation in limited areas, the side facing the plant surface, of appressoria and penetration pegs. Therefore, ROS generation was apparently induced regardless of the resistance or susceptibility of the cultivar with the difference being in the volumes generated. After evaluating the pathological role of ROS generation in fungal structures, such generation was found to be associated with early penetration of cell walls in pear plants. Additionally, ROS generation in plants was also found in degrading pectin layers near infected hyphae and in plasma membrane modification sites in susceptible leaves but not in resistant leaves. ROS generation in susceptible leaves might be accompanied with plasma membrane damage, although the role of ROS generation in the pectin layers is not clear. ROS generation in both fungal and plant cells during their interaction was likely associated with the expression of susceptibility. Received: June 3, 2002 / Accepted: July 31, 2002     

三种酚酸类化合物对莴苣幼苗的化感作用及机理初探

化感物质通过植物体释放到农田土壤中,可对作物生长造成严重影响。酚酸是一类重要的化感物质,由于其相对分子质量小,结构稳定,因而不易降解而累积在土壤中,进而影响作物生长,是引起连作障碍问题的一类主要化合物。为了明确酚酸类物质对植物生长影响的途径,探讨其化感作用机理,以3种结构相似的化合物——苯甲酸、水杨酸和对羟基苯甲酸为研究对象,以莴苣幼苗为活性受体,通过测定化合物对莴苣幼苗根、茎生长的影响,评价了其对植物的毒活性;并借助于荧光显微镜,通过FDA/PI双染色法和DHE染色法,分别研究了3种酚酸类化合物对受体植物根尖细胞活力和活性氧积累的影响。结果表明:3种酚酸类化合物对莴苣幼苗根、茎的生长均表现出低浓度促进、高浓度抑制的作用模式;莴苣幼苗在高浓度酚酸的胁迫下,其体内活性氧大量积累,高浓度的活性氧对莴苣幼苗细胞膜结构等具有显著的破坏作用,进而导致细胞活力降低甚至凋亡,最终抑制植物生长。     

Oxidative stress and antioxidative responses in plant–virus interactions

During plant–virus interactions, defence responses are linked to the accumulation of reactive oxygen species (ROS). Importantly, ROS play a dual role by (1) eliciting pathogen restriction and often localized death of host plant cells at infection sites and (2) as a diffusible signal that induces antioxidant and pathogenesis-related defence responses in adjacent plant cells. The outcome of these defences largely depends on the speed of host responses including early ROS accumulation at virus infection sites. Rapid host reactions may result in early virus elimination without any oxidative stress (i.e. a symptomless, extreme resistance). A slower host response allows a certain degree of virus replication and movement resulting in oxidative stress and programmed death of affected plant cells before conferring pathogen arrest (hypersensitive response, HR). On the other hand, delayed host attempts to elicit virus resistance result in an imbalance of antioxidative metabolism and massively stressed systemic plant tissues (e.g. systemic chlorotic or necrotic symptoms). The final consequence of these processes is a partial or almost complete loss of control over virus invasion (compatible infections).