植物避荫反应信号转导途径研究进展

植物避荫反应是指细胞内各种形式的光信号受体相互作用,在感受到植物被遮荫后引起茎秆伸长的反应.首先介绍了树冠遮荫造成的光环境及其光信号受体,红光(680 nm)/远红光(730 nm)量子比率R:FR,是植物避荫反应中重要的信号分子;植物避荫反应的光受体有光敏色素、隐花色素、向光素和UVR8蛋白,介绍了它们在光信号感受中的不同作用目标和生物功能;重点讨论了光敏色素相互作用因子(Phytochrome Interacting Factors,PIFs)和光敏色素、植物激素的相互作用及其调控植物避荫反应的分子机制;并介绍组成型光形态建成1 (constitutive photomorphogenesis 1,COP1)蛋白在避荫反应调控中的作用;最后对夜晚和光斑环境下的植物避荫反应调控机制作了简要概述.     

植物光敏色素基因研究进展

植物光敏色素作为光受体,感知环境条件,进行能量转换。为深入挖掘光敏色素基因作用的分子机理,提升其在作物遗传改良中应用的有效性,综述了植物光敏色素基因的研究进展,阐述了其在调控植物光信号转导中的重要作用,并对其在作物遗传改良中的应用进行了探讨。     

高等植物侧芽、侧枝的发生及调控

高等植物侧芽和侧枝的发育是受多种因素调节控制的.目前已经发现许多与侧生组织相关的基因,它们调控侧芽与侧枝的形成和发育,决定植株的形态结构;可长距离运输的信号物质在植物侧生组织的形成和发育、植物从营养生长到生殖生长的过渡中都发挥重要调控作用;植物激素参与了包括侧芽、侧枝的发育、植物的生长等多种生命过程的调节与控制;光周期经常和植物的基因型、植物激素等诸多种因子一起共同发挥作用,来调节植物侧生组织的形成和发育.调节植物的侧芽和侧枝发育的多种因素构成了一个网络系统,只有用综合研究的手段才可以知道网络系统中的各种因子之间的相互影响与相互作用.     

光敏色素的结构及其信号调控机制

光信号参与并调节植物生命周期中的许多生理过程,而植物可通过自身的光感受器来感知多样的光照信息。光敏色素(Phytochromes,phy)作为一种感知红光/远红光的植物色素蛋白,在植物种子发芽、开花、发育转变、趋光性、避阴反应等适应性应答中发挥着重要作用。光敏色素以吸收红光的非活性形式Pr和吸收远红光的活性形式Pfr存在,这一差别明显体现在二者的结构中。综述了光敏色素两种形式的结构差异及其信号调控机制,并以光敏色素在植物光合作用中的调节作用为例,进一步理解光敏色素对于植物生长发育的重要性,最后对未来的研究方向进行了展望。     

干旱对植物影响的研究进展

干旱是影响植物生长和发育的主要非生物胁迫因素之一。从形态结构、生理生化和相关基因3个方面综述了干旱胁迫对植物的影响,包括植物根系、叶片、光合作用、渗透调节、活性氧代谢、植物激素以及相关基因,并对今后的研究方向进行了展望。     

拟南芥光敏色素基因PHYA转化菊花的研究

光敏色素(phytochrome,简称PHY)是植物的重要光受体,拟南芥包含PHYA、PHYB、PHYC、PHYD、PHYE等5个光敏色素基因,它们在植物的生长发育中起着重要作用,光敏色素基因的过量表达通常造成转基因植株株型及光合效率的改变.从拟南芥基因组中克隆了全长PHYA基因,构建了植物表达载体,通过根癌农杆菌LBA4404转化地被匍匐小菊"粉地毯",得到4株PCR反应呈阳性的转基因株系.结果发现,与对照相比,在弱光环境下转基因植株节间变长,叶片瘦长,叶柄变长;在露天栽培条件下,转基因株系的叶片变大,叶片着生密,节间变小,株型明显矮化.转基因株系的另一明显表现型是花期显著提前,转基因植株的花色也由粉色变为黄色,拟南芥PHYA基因的过量表达同时也影响了地被小菊生长发育的诸多方面,为PHYA基因在植物基因工程中的应用提供了借鉴.     

一个卓有成效的植物研究室

美国能源部与密执安州立大学在六十年代初共同创立了一个植物研究室,这个研究室设在密执安州立大学校园内,它的主要宗旨是研究和鉴定控制植物生长发育及开花结果的各种因素。研究工作从三个相互交叉的领域进行:(1)研究植物内生的生长调节剂及其活动模式;(2)典型描述植物与周围环境间的相互作用,包括进行诸如光合作用和固氮作用等中心过程的生理和生化分析;(3)生理变化过程的遗传分析,包括用分子遗传学控制和鉴定专化基因和调节过程。 20年来,植物研究室以其优异的研究成果闻名美国,在世界植物生理学界也享有盛名,它已被公认为是美国第一流的植物研究单位。这个植物研究室在科研管理方面有许多经验值得我们借鉴。     

水稻光敏色素B抗体的制备及特异性检测

光敏色素是植物重要的光受体之一,主要感受红光和远红光。水稻光敏色素基因家族包括3个成员,即PHYA、PHYB和PHYC。我们已有研究表明PHYB在水稻生长发育和胁迫反应中具有重要作用。然而目前缺乏有效的水稻PHYB蛋白质抗体,极大地制约着PHYB基因作用机制的解析。在本研究中,我们比较了水稻光敏色素家族3个成员氨基酸序列同源性,选取了PHYB蛋白质C端的特异多肽。在此基础上,分离了特异多肽对应的c DNA序列,将其克隆在原核表达载体p ET16b上,利用异丙基硫代-β-D-半乳糖昔(IPTG)诱导、纯化获得了PHYB蛋白质特异性抗原,通过免疫新西兰大白兔,制备了PHYB蛋白的多克隆抗体。免疫印迹检测表明该抗体具有很高的特异性。本研究为深入解析PHYB基因在水稻生长发育中的作用机制提供了必要保障。     

光敏色素互作因子(PIFs)对植物生长发育的调控

光敏色素相互作用因子(PIFs)属于拟南芥bHLH转录因子家族的第15亚族,是光信号响应过程中的关键负调控因子。光激活的光敏色素通过促进PIFs蛋白降解,直接或间接抑制它们与DNA的结合,从而实现光对植物生长发育的调控。研究发现PIFs在调控种子萌发、幼苗形态建成、避荫反应、昼夜节律以及各种植物激素响应过程中起着重要作用。此外,PIFs作为细胞信号传导的"枢纽"具有更为广泛的作用,能够整合不同信号,精细调控整个转录网络。     

国外植物生长调节剂在棉花上的应用

自发现植物的生长发育受天然植物激素的调节以来,化学工作者合成了一些与天然激素同等效应,或能改变天然激素效应的化学物质,这种人工合成的激素称为植物生长调节剂。在棉花上应用植物生长调节剂的研究始于50年代后期。由于机械收获的发展,研究较早、应用较广的。一类是助收剂(Harvest-aid Chemicals)。近十几年,在棉花的各个生育阶段也应用了不少生长调节剂品种,目的是:(1) 改善种子发芽活力;(2) 调节生殖生长和营养生长;(3) 提前开花,增加座果率;(4) 生育后期生长的抑制和催熟;(5) 利于机械收获;(6) 改进棉纤维质量,增加产量。其中调节生长发     

植物延伸因子eEF1A研究进展

60年代初,首先从E．coli细胞中分离获得延伸因子,延伸因子eEF1A广泛存在于真核细胞内,是在核糖体上催化氨基酸链的延伸而推动、控制蛋白质的合成等方面起到重要作用的蛋白质因子。在植物蛋白质合成延伸过程中,eEF1A是一个主要的翻译因子;在快速增殖的细胞中,eEF1A基因的表达调控十分保守,其表达水平同细胞生长及增殖速度有关。eEF1A除了参与同翻译控制有关的信号传导外,还参与细胞生长、应激反应及与运动性有关的信号传导,并且与细胞凋亡等有关。eEF1A在体内和体外均能同肌动蛋白纤维及微管蛋白结合,是细胞骨架运动性的调节蛋白。目前许多植物的eEF1A基因已被分离,植物种间的eEF1A氨基酸序列高度保守;植物eEF1A由多基因编码,它的表达受激素、环境胁迫和生长发育过程等因素诱导。文章通过总结植物延伸因子eEF1A的生理作用以及eEF1A基因的克隆、鉴定、诱导表达等分子生物学研究,以期为今后进一步深入研究eEF1A奠定基础。     

光敏色素的生物学功能及其调控

光是影响植物生长发育的重要因素,植物为感受光而进化出光受体。光受体分为4类,其中光敏色素研究较为深入,它是红光和远红光受体,在光形态建成过程中发挥着重要作用。近年来的研究阐明了光敏色素的作用模式,以及由其介导的光信号转导途径和植物发育调节过程,如下胚轴延伸、茎分支、生物钟及开花时间控制等。基于目前的研究总结光敏色素的生物学功能及其介导的光信号转导途径,并展望其研究前景,以期为相关领域研究提供参考。     

IAA分解代谢相关酶（IAAO、POD）的研究进展

 吲哚乙酸IAA参与植物体内诸多生理活动,其分解代谢相关酶吲哚乙酸氧化酶（IAAO）、过氧化物酶（POD）在IAA代谢过程中起着关键作用,二者通过调控植物体内IAA的水平来调控复杂的植物生长,该文综合总结了IAAO和POD近年来研究的相关进展,尤其是结合生物化学和分子生物学方面阐述了这两种酶在IAA代谢中的作用及其相关性。     

紫外光和蓝光调控查尔酮合成酶基因表达的研究

UV-B（280nm～320nm）、UV-A（320nm～390nm）和蓝光（390nm-500nm）经不同光受体和信号传递途径控制植物发育的各个方面。已知的蓝光／UV-A受体有隐花色素CRY1和CRY2，向光性受体有趋光素。氧化还原过程在隐花色素和趋光素信号转导过程中起重要作用。专一的UV-B光受体尚未被鉴定出，存在许多可能的UV-B信号传递途径．拟南芥查尔酮合成酶（CHS）的紫外光和蓝光转录调控成为研究热点。光受体突变体实验表明存在不同的UV-A／蓝光和UV-B光感知系统调控CHS的表达。拟南芥细胞悬浮培养物实验表明UV-B和CRY1信号传递途径在动力学上和药理学上不同。影响诱导CHS转录的启动子元件和转录因子现已被鉴定出。UV-B、隐花色素和光敏色素信号传递途径之间的相互作用调控CHS表达。UV-B途径与UV-A／蓝光途径的协同相互作用使CHS最大量表达。另外，专一的光敏色素经不同的增强和相巨作用正调控CRY1途径，负调控UV-B途径。     

磷脂酶及其调控种子活力研究进展

磷脂酶可水解膜双分子层的主要成分磷脂,在植物生长发育及逆境胁迫响应方面发挥着重要作用。磷脂酶在种子生长发育、贮藏和萌发阶段调控种子活力,影响植物遗传资源保存和农作物产量。文章归纳总结了磷脂酶在种子各阶段对其活力的影响,包括在种子生长发育期间调控淀粉合成影响种子活力的形成,在种子成熟阶段调控膜完整性影响种子的耐脱水能力,在贮藏期间可能调控细胞中的氧化损伤程度影响种子活力,在萌发阶段参与脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)信号传导,调控种子的萌发及幼苗建成。然而由于磷脂酶多样且复杂的生物学功能,其调控种子活力的机制仍不明确。利用基因编辑及多组学技术手段,深入研究磷脂酶调控种子活力的生物学功能及调控机制,不仅有助于阐明种子老化的分子机制,还可为种质创新提供有价值的基因资源,具有重要的理论和实践意义。     

植物激素对铝毒胁迫反应调控的研究进展

铝是地壳中含量最丰富的金属元素,土壤酸化会导致其中铝的溶解度大幅增加,产生大量对植物有毒害作用的离子态 Al3+,抑制根系生长,对养分吸收及众多生理生化代谢过程都会产生影响,进而降低作物产量。铝毒胁迫已经成为占全球耕地面积 40% 酸性土壤中作物生长的最主要限制因子。植物激素是调控植物应对各种环境胁迫反应的关键内源因子,对植物提升抗逆性和应对胁迫适应性生长、生存至关重要。脱落酸、生长素、乙烯、细胞分裂素和茉莉酸等主要植物激素在调控植物应对铝毒胁迫反应过程中发挥重要作用。大量研究表明,植物激素还可以通过调控细胞壁修饰酶活性、活性氧代谢和有机酸分泌来提升植物对铝毒胁迫的适应性。此外,不同植物激素信号间也存在复杂的交互作用,共同介导和调控植物应对铝毒胁迫适应性反应。为全面了解植物激素在铝毒胁迫反应中的作用机制,为植物铝毒耐性分子遗传改良提供新的思路,对植物激素信号在参与植物响应铝毒胁迫反应过程中的信号转导和调控作用进行综述,并对铝毒胁迫下植物激素的研究方向进行展望。     

Arabidopsis Phytochrome D Is Involved in Red Light-Induced Negative Gravitropism of Hypocotyles

The phytochrome gene family, which is in Arabidopsis thaliana, consists of phytochromes A-E（phyA to phyE）, regulates plant responses to ambient light environments. PhyA and phyB have been characterized in detail, but studies on phyC to phyE have reported discrepant functions. In this study, we show that phyD regulates the Arabidopsis gravitropic response by inhibiting negative gravitropism of hypocotyls under red light condition. PhyD had only a limited effect on the gravitropic response of roots in red light condition. PhyD also enhanced phyB-regulated gravitropic responses in hypocotyls. Moreover, the regulation of hypocotyl gravitropic responses by phyD was dependent upon the red light fluence rate.     

植物miRNA的生物学特性及在环境胁迫中的作用

MicroRNA(miRNA)是一类在生物体内普遍存在的非编码、长度约为21 nt的小RNA分子,一般由内源基因编码,RNA聚合酶Ⅱ转录后,经过Dicer-Like酶等一系列的蛋白复合物将pre-miRNA(precursor miRNA)剪切成成熟miRNA,在转录及转录后水平介导靶mRNA转录沉默、降解或翻译抑制来调控基因的表达,是真核细胞基因表达的重要调控因子。第一个miRNA是在秀丽隐杆线虫(C.elegans)中发现的lin-4,与lin-14 mRNA 3′UTR的碱基序列部分互补,降解lin-14,从而抑制lin-14的表达。lin-4对靶基因lin-14的调控与线虫的生长发育密切相关。而第一个发现的植物miRNA是拟南芥mi R171,它靶向剪切编码基因Scarecrow-Like(SCL)家族的mRNA,调控其基因的表达,进而影响植物的生长发育。植物部分miRNA,如mi R156—mi R408在各植物物种中相对保守,而mi R408以后的miRNA具有物种特异性。植物在生长过程中会遭遇诸多不可预知(如同盐碱、干旱、重金属以及害虫和病原菌的侵扰等)的环境胁迫。固着生长的特性使得植物不能像动物那样通过移动来避免不利环境的影响,因此,需要自身特殊机制来应对这些环境胁迫。植物在长期逆境中已进化出极为精细复杂的生理和分子机制。miRNA与它作用的靶基因是响应环境胁迫的主要调控因子。miRNA参与了植物的生长发育、信号转导、蛋白质降解、营养胁迫、抗病原菌的入侵以及适应高盐和干旱等逆境胁迫过程,对于调节内源抗性基因表达具有一定意义。目前通过高通量测序、实时定量PCR检测和转基因等技术已经发现了很多与环境胁迫相关的miRNA,它们在逆境胁迫下的表达呈现显著差异性;miRNA的过表达植株经逆境胁迫处理可能表现出一定的抗逆或敏感性。同一家族的miRNA不同成员在响应环境胁迫时具有物种特异性。新疆地区是典型的大陆性干旱气候,降水量少,盐碱荒漠化地区多。在这样严酷的环境中顽强生存着许多盐生旱生类植物,这些植物的miRNA如何在逆境中发挥调控作用,依然需要更深入的探索。本文主要综述了现阶段植物miRNA生物合成、与靶基因作用方式、生物功能以及不同环境胁迫下对miRNA和作用的靶基因影响等方面的研究进展,以便更好地利用miRNA依据的生物技术开展研究和应用转化。     

杨树miRNA的靶基因预测及低氮胁迫表达分析

目的鉴定杨树受低氮胁迫后miRNA的靶基因,分析靶基因在氮胁迫后的差异表达并探讨其功能,为揭示杨树低氮胁迫下miRNA的调控功能提供参考,并为树木低氮营养高效利用育种提供重要的候选基因。方法根据miRNA的保守性及与靶基因的严谨互补配对关系,以杨树miRNA为探针利用靶基因预测软件psRNATarget,通过与毛白杨转录组的基因序列进行比对鉴定靶基因,进一步开展毛白杨受低氮胁迫后靶基因的差异表达分析及功能注释。结果获得了131个miRNA家族的242个miRNA成员对应的3 024个靶基因,分别参与了植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成、氨基酸合成代谢、碳代谢和RNA运输等通路。57个靶基因在低氮胁迫处理后发生显著变化,其中受到诱导（29个）和抑制（28个）的基因数目相当。14个低氮胁迫响应的miRNA,其对应的11个靶基因也发生了显著的差异表达变化,其中miRNA和靶基因表达量发生相反变化的有8个miRNA。本研究发现参与植物激素信号转导的靶基因（2个）及参与代谢途径的靶基因（6个）发生了差异表达。miR162的靶基因编码ABC转运蛋白,miR393运用于靶基因KAT2调节Na+和K+动态平衡,miR399的靶基因PIF3编码光敏色素互作因子PIFs蛋白,这些miRNA及靶基因可能在杨树响应低氮胁迫中发挥重要作用。结论本文鉴定到了毛白杨中一批低氮胁迫响应miRNA的靶基因,可调控杨树对氮逆境胁迫信号的反应。这些miRNA及靶基因为进一步揭示miRNA及靶基因在低氮胁迫下的调控功能提供了研究线索,为树木氮营养的高效利用改良提供了重要候选基因。      

植物油脂合成调控与遗传改良研究进展

植物种子油脂储存的主要形式是三酰甘油。在植物生长发育中,脂肪酸和三酰甘油具有重要功能。分析了植物种子油脂合成代谢过程调控研究进展,总结了改良植物种子油脂策略：①调节碳源分配,抑制碳源流入蛋白质合成路径的关键酶编码基因的表达、增强碳源流入脂肪酸合成路径的关键酶编码基因的表达;②干预油脂合成,促进脂肪酸生物合成,提高三酰甘油组装过程的关键酶编码基因的表达水平;③提高种子油脂的品质：改变植物脂肪酸组成,调节脂肪酸脱氢酶基因的表达,引入外源超长链多不饱和脂肪酸合成途径;④调控油脂合成代谢途径的转录因子表达,提高种子油脂含量。还讨论了植物油脂合成的三酰甘油前体转运机制及合成途径多基因共同调节合成途径等。