半胱氨酸蛋白酶及半胱氨酸蛋白酶抑制剂对逆境胁迫的应答

为使半胱氨酸蛋白酶及半胱氨酸蛋白酶抑制剂广泛用于植物分子育种,深入研究其生物学功能是极其重要的。半胱氨酸蛋白酶是蛋白水解酶中的一类超家族。半胱氨酸蛋白酶抑制剂通过与半胱氨酸蛋白酶相结合,抑制蛋白质发生水解反应,参与植物对逆境胁迫的应答、衰老、细胞程序化死亡等生理过程。本综述主要从半胱氨酸蛋白酶及半胱氨酸蛋白酶抑制剂的结构、分类及其对逆境胁迫的应答机制等方面进行阐述,为半胱氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶抑制剂用于植物抵抗生物和非生物胁迫提供参考依据。     

miRNA在调控植物种子发育及响应非生物胁迫中的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性小分子非编码RNA,它通过引导mRNA的裂解或抑制翻译调控靶基因在植物种子发育和响应非生物胁迫过程中起着关键作用。为了进一步鉴定和明确与种子发育及响应非生物胁迫相关的miRNAs功能和调控机制,归纳了植物中参与种子胚和胚乳发育调控及响应低温、盐、干旱等非生物胁迫的miRNAs类型、靶基因及功能。miRNA在进化上高度保守,其表达在生物发育过程中具有明显的组织特异性和时间特异性,但在不同植物之间又有着相似性。然而,目前miRNAs生物发生和功能的调控因子是如何在转录或转录后被调控的以及miRNAs是如何利用转录裂解和翻译抑制机制来调控其靶点的还有待进一步阐明。未来对这些问题的研究不仅能为植物种子发育和植物响应非生物胁迫机制提供新的见解,而且能为基因的转录后调控研究提供更多的思路。     

植物内生真菌在农业中的应用之研究进展

植物内生真菌是一种新的微生物资源,在农业中具有很大的应用潜力。对内生真菌在促进植物生长、病害防治、虫害防治、线虫防治和作物抗非生物胁迫上的应用等五个方面进行了综述,并对内生真菌在农业中的应用前景和需要开展的工作进行了展望。     

植物脂氧合酶在逆境胁迫应答中功能研究进展

脂氧合酶(Lipoxygenase, LOX)催化多不饱和脂肪酸加氧反应,进一步通过酶促或非酶促途径生成氧脂素(oxylipins)从而参与调节生长发育、胁迫应答等过程。为了深入了解脂氧合酶在植物应答逆境胁迫中的功能和作用机制,本研究归纳了近期在拟南芥、玉米等模式植物和作物中LOX在生物胁迫和非生物胁迫应答中功能相关研究进展,揭示了LOX家族成员在应答机械伤害、干旱、盐害等非生物胁迫和黄萎病、黄曲霉菌感染、线虫入侵、蚜虫咬食等生物胁迫中的功能,分析了各成员在胁迫应答过程中的分工合作甚至拮抗作用,以及13-LOX途径与9-LOX途径的“对话”,指出LOX活性、转录表达的调节是氧脂素合成和胁迫应答调控的重要组成部分,是潜在的作物遗传改良靶位点。LOX表达调控、作用机制以及脂氧合酶途径下游一系列代谢产物的鉴定和详细研究是未来该领域研究的重点。     

外源钾对盐胁迫下植物生长和生理特征影响的研究进展

钾离子参与植物多个生理代谢过程,能不同程度地缓解植物受到的盐胁迫,促进植物生长发育。为了全面了解外源钾对盐胁迫下植物生长的影响,本研究归纳了盐胁迫对植物生长代谢的影响,钾在植物体内的生理作用以及外源钾对盐胁迫下植物生长生理特征的影响;分析了钾对盐胁迫下植物的生长发育、光合荧光特性、渗透物质及抗氧化酶活性、体内水分状况及离子分布的影响。针对当前钾离子缓解植物盐胁迫的分子机制及应用研究较少的问题,建议在今后的研究着重从以下两方面开展：（1）明确盐胁迫下植物体内钾离子转运机制、信号转导和相关基因的调控表达;（2）开展盐碱地肥料长期定位研究并研发可以提高植物耐盐性的新型钾肥。通过以上研究的开展,可为今后利用钾提高植物耐盐性以及盐渍土壤的改良提供解决方案。     

作物抗逆相关miRNA的研究进展

植物micro RNAs(mi RNA)是一类长度20~24 nt的内源非编码小RNA,通过互补配对原则降解或抑制m RNA,从而调控植物生命过程的相关生理活动。植物在生物胁迫和非生物胁迫下可以应激表达一些mi RNA,并作用于逆境相关靶基因,使植物在生理反映上产生对胁迫的适应性。本综述扼要阐述植物mi RNA的合成途径和作用机制,对mi RNA与植物的逆境包括非生物胁迫和非生物胁迫响应的机理及作用机制等领域进行综述,并对其在果树抗逆研究中的利用前景进行分析。     

植物盐胁迫响应的研究进展

中国土壤盐渍化程度越来越严重,已经成为限制植物栽培的重要因素之一。研究植物的盐胁迫调控机制,选育抗盐植物,有利于农业的生产、增产,有助于盐碱地的治理、改良。本综述概述了中国土壤盐渍化的概况,在盐渍化土壤中,植物受到的危害有渗透胁迫、离子毒害、膜透性改变及生理代谢紊乱等。为适应环境,植物启动一系列的调控机制来减缓盐害。从生理的角度,通过渗透调节、抗氧化酶的响应以及施加外源物质等方式可以缓解盐胁迫;从分子的角度,抗盐相关基因应激启动,调控相关蛋白的合成以及盐胁迫下蛋白质的差异性表达,来控制植株体内的离子浓度以达到平衡。同时,梳理了近年来与抗盐相关转录因子的研究,最后就植物的盐胁迫响应机制研究和耐盐植物的选育方面作了展望。     

AM真菌对植物防御性蛋白的影响:研究进展

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌是一类普遍的内生菌根真菌,能够与大多数陆生植物的根系形成共生菌根。为了系统了解AM真菌在农业生产上提高植物抗病性、抗逆性和促进植物生长发育的机制,本研究归纳了近年来国内外关于AM真菌与植物共生能够促使植物产生防御性蛋白[如可溶性蛋白、病程相关蛋白(Pathogenesis related protein,PR-蛋白)]的机理及其提高防御酶活性等的最新研究进展,并分别概述了在生物胁迫、非生物胁迫和自然生长3种环境下,植物体的相关防御性蛋白和防御性酶活力受AM真菌的影响状况。最后指出AM真菌-根系共生蛋白在农业生产应用中的发展前景并对其进行了展望。     

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。     

脱落酸(ABA)生物学作用研究进展

脱落酸(ABA)是目前公认的五大植物激素之一,本文主要综述了ABA在植物生长发育、非生物胁迫和生物胁迫中的多重作用,如在植物生长发育中ABA促进器官脱落、种子成熟和休眠,调节气孔,抑制种子萌发、生长和加速衰老,调节种子胚的发育及开花;在非生物胁迫中ABA可以促进植物对非生物胁迫的耐性,因此,ABA也称为应激激素或胁迫激素;在生物胁迫中ABA随着病原菌种类和入侵方式的不同起正调控或者负调控的作用。最后笔者对ABA在生物胁迫中的作用进行了展望,如其参与植物防御的动力学研究、作用方式及与其它激素信号的互作等有待进一步研究。     

河北毛白杨巯基蛋白酶抑制剂基因cDNA的克隆及序列分析

植物巯基蛋白酶抑制剂(cysteine proteinase inhibitor,CPI)在林木的抗虫基因工程中发挥着越来越重要的作用,分离和克隆植物CPI基因进而研究该基因的功能是CPI基因工程研究的热点.本文应用PCR技术从我国乡土抗天牛树种河北毛白杨形成层中分离和克隆到了一个710bp大小的cDNA片段,同时对序列进行测定和分析.测序和分析结果表明,该cDNA片段含有一个429 bp的完整开放阅读框,其编码143个氨基酸残基,具有LARFAVDEHN、QXVXG和YEAKVWVKPW三个典型的植物巯基蛋白酶抑制剂基因家族的高保守区段,同时在GenBank中进行了注册,核苷酸注册号为DQ020096,氨基酸注册号为AAY41807.氨基酸序列同源性分析表明,该基因与其他林木中的巯基蛋白酶抑制剂的同源性差异较大,同源性在48%～97%之间,其中与欧洲山杨的同源性最高,达到97%,与猕猴桃的同源性最低为48%.说明河北毛白杨形成层中存在CPI基因并能够有效表达,这为进一步研究该基因的抗虫功能奠定了良好的基础.     

略论VA菌根在我国的应用

论述了ＶＡ菌根对植物生长的重要作用及在农林业中实际应用的必要性和可能性,指出当前及时开展面向生产的研究,将ＶＡ菌根真正应用于实际并取得效益,是关系到今后ＶＡ菌根研究能否继续发展的关键。在应用方法上重点提出了结合组培和工厂化育苗培育菌根化苗“借鸡下蛋”接种法,和其它在有益微生物联合接种等看法。并讨论了达到互惠共生最佳状态的调控,不同菌析的接种谱,ＶＡ真菌的防病及致病等问题。     

芒果MiCO基因逆境胁迫下表达模式分析及转基因株系的获得

CONSTANS(CO)基因是调控植物开花光周期途径的关键基因,近来有研究发现其与植物的逆境胁迫也有关。目前CO参与植物逆境胁迫的作用尚不清楚。为了探究CO在芒果逆境胁迫中的功能,我们利用实时荧光定量技术对MiCO基因在芒果2℃低温胁迫、盐胁迫和PEG-6000模拟干旱胁迫后0 h、6 h、12 h、24 h、48 h和72 h的表达模式进行分析。结果显示,这三种逆境处理均诱导芒果MiCO基因的表达,其中盐胁迫处理条件下MiCO基因的表达水平上调,2℃低温和PEG胁迫条件下MiCO基因的表达水平下调。说明该基因参与了芒果逆境胁迫的调控。为了验证MiCO基因在芒果逆境胁迫中的功能,本研究构建了MiCO超量表达载体,将MiCO基因转化到拟南芥中,获得阳性植株,经过三代筛选得到了纯合株系,为进一步验证MiCO基因在逆境胁迫中的作用提供实验材料。     

马铃薯不同品种(系)和稻、薯轮作模式对根结线虫病的防治效果

根结线虫病是马铃薯连作减产的主要原因之一。为研究根结线虫病的农艺防治措施,本文开展了品种抗性评价、稻、薯轮作和土壤淹水下的线虫消减动态研究。抗性评价试验表明, 18个品种(系)中没有筛选到同时抗南方根结线虫和爪哇根结线虫的材料,品系1002-1和品种丽薯6号相对抗性较好,青薯9号和合作88相对敏感。马铃薯根结线虫发病土壤中可同时检测到卵、幼虫和成虫等不同形态。水旱轮作试验表明,经一茬水稻栽培可使土壤中根结线虫虫态完全消失,再种植马铃薯也不再发生根结线虫病,且马铃薯有效产量显著提高,青薯9号、合作88和丽薯6号的单株有效产量较对照分别提高50.5%、43.7%和26.0%,差异均极显著, 1002-1单株有效产量与对照差异不显著。由此可见,稻、薯轮作根结线虫防治效果明显。为进一步探索水旱轮作的防治机制,观察了土壤淹水进程中各种虫态消减动态。结果表明,在淹水过程中,根结线虫的卵、幼虫和成虫不同虫态此消彼长,要淹水60 d以上,土壤中才检测不到所有形态虫体。水早轮作中水稻生长期淹水时间足够长,满足防治线虫的淹水条件。因此结合抗病品种选用进行稻、薯轮作是防治马铃薯根结线虫病既绿色环保又可持续有效的方法。     

龙葵等19种野生植物提取物的离体抑菌活性研究

研究大庆地区19种具有清热、解毒功能的野生植物对小麦赤霉病(Fusarium graminearum)等5种常见植物病原真菌的抑菌活性。制备参试植物乙醇提取液,采用生长速率法测定提取液对5种病原菌的抑菌活性。筛选出对至少1种供试病原真菌有65%以上抑菌效果的植物样品6种。龙葵全株提取物对所有病原真菌均有很好的抑制作用,对小麦赤霉病菌抑制率为78.31%,对玉米圆斑病菌抑制率为84.87%;野亚麻根提取物对3种病原真菌有较好的抑制作用,对玉米圆斑病菌抑制率为73.94%、水稻纹枯病菌抑菌率为72.7%。龙葵及野亚麻乙醇提取物对大部分参试植物病原真菌具有较高抑制活性;汉麻、苍耳、菊芋对5种参试病原菌均有不同程度的抑菌活性。     

5-氮杂胞苷调节植物基因表达研究进展与应用展望

5-氮杂胞苷是一种DNA甲基化抑制剂,可以通过降低DNA的甲基化水平来调节基因的表达,从而对生物的生长发育进行表观遗传调控,其在动物与医学领域已有广泛的研究与应用,近年来在植物基因表达调节方面的研究与应用报道也逐渐增多。本研究对植物DNA甲基化的类型、引发、影响因素和抑制剂的作用进行了概述,重点对5-氮杂胞苷对植物基因表达水平的调节和作用效果进行了阐述。并对其在水稻、小麦、棉花等重要作物生长发育、逆境适应、育性调节及次生代谢的影响与作用进行归纳,可为植物基因表达表观调节研究与应用提出新的关注点。     

Breeding for mycorrhizal symbiosis: focus on disease resistance

Modern plant breeding can no longer afford to ignore the interaction between plants and microbial key players. Increasing evidence suggests (i) that the expression of many plant traits (such as nutrient use efficiency or tolerances against biotic and abiotic stresses) is mediated by beneficial microorganisms and (ii) that there is an exploitable genetic base for the regulation of symbiotic relationships. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) play a key role in many of these trait expressions. While much is known about their ability to mobilise nutrients (especially phosphorus), the complex mechanisms of AMF-mediated disease resistance have only started to become apparent within the past decade. Besides competition for root space and resources, AMF also have the ability to induce plant defence mechanisms. Jasmonic acid (JA) and salicylic acid (SA) appear to be the key phytohormones that regulate relevant signalling pathways. The resulting activation of defence-related compounds can occur locally or systemically, constitutively or primed. Genotype-dependent plant reactions have been demonstrated for mycorrhizal responsiveness (when based on biomass), but not much is known when it comes to genotypic variation for AMF-mediated disease resistance. However, a few studies have provided first valuable insights. It is proposed to (i) include disease resistance as a factor to expand the term mycorrhizal responsiveness and (ii) make use of an indicator called “mycorrhiza use efficiency” as an additional measure to determine an optimum cost-benefit ratio of the mycorrhiza symbiosis. In order to detect differences in the efficiency, genotype selection needs to occur in environments that do not suppress the plant–microbe interaction. Thus, the value of organic breeding programmes is highlighted.     

胡杨核转录因子PeNF-YB1克隆及其干旱响应表达

为阐明木本植物中核转录Y因子B亚基蛋白(NF-YB)及其编码基因在抗旱转录调控中的机制,运用生物信息学知识和方法,采用PCR克隆技术,以模式树种毛果杨基因组核转录Y因子B亚基蛋白同源序列为参考,从胡杨叶组织基因组材料中反转录获取了核酸长度为543 bp的目标基因PeNF-YB1。该基因编码的蛋白具有螺旋-环-螺旋二级结构,含有NF-YB蛋白保守结构域和功能氨基酸,不含核定位信号肽;GFP亚细胞定位表明该基因在核中表达;PEG6000溶液干旱胁迫下,该基因表达具有早期上调、延后转为下调的响应变化。研究认为克隆的PeNF-YB1是植物NF-YB亚基基因家族成员,并在干旱早期响应过程中起转录表达作用。研究结果不仅说明了NF-YB转录因子在木本植物中的抗旱作用,也为树木抗旱调控机制的阐明提供了重要参考。