植物盐胁迫相关信号转导机制的研究

植物的抗盐反应是一个复杂的过程,受许多基因的调控,外界的高Na＋通过IP3诱导胞内Ca2＋的升高,SOS3接收Ca^2＋信号,激活SOS2的激酶活性,SOS2通过调节位于质膜和液泡膜上的Na＋/H＋反向转运体把Na＋运到体外或液泡中,ABA、ROS、AtHK1、MAPK级联反应和LEA也参与盐胁迫造成的渗透胁迫和损伤的反应过程,但是要通过生物学手段利用盐信号传递过程中一些成分提高作物的抗盐能力,还需要对植物盐胁迫相关信号转导机制进行更加深入的研究.     

过表达花生ABA途径抗逆基因AhLOS5提高转基因烟草的耐盐性研究

AhLOS5基因编码花生ABA生物合成的关键酶钼辅因子硫酸化酶,是ABA途径重要的抗逆基因.为探究AhLOS5基因在植物耐盐方面的功能,本研究以T1代过表达AhLOS5和RNAi转基因烟草株系为研究对象,测定盐胁迫下种子根长、细胞膜完整性、叶绿素含量、抗氧化酶活性、内源ABA和脯氨酸含量等生理生化指标.结果表明,盐胁迫...     

大麦CIPK基因家族鉴定及表达分析

钙调神经磷酸酶B样相互作用蛋白激酶(CIPK)蛋白家族是由Ca2+介导的植物信号通路中的关键蛋白家族,在植物抗逆和生长发育中起关键作用。本研究将生物信息学方法和转录组数据分析相结合,挖掘出大麦31个HvCIPK基因家族成员并将其分为5个亚家族。HvCIPKs基因家族成员具有CIPKs典型的N端激酶结构域和C端NAF调节结构域；蛋白质分子量在40302.27~89926.43KDa之间,为亲水性蛋白；启动子总共包含11种与非生物胁迫、激素调控以及生长发育相关的顺式作用元件；蛋白互作网络预测结果显示,HvCIPKs与Na+、K+转运体、ABA信号通路关键蛋白(SOS1、AKT1和ABL2)存在相互作用关系；转录组数据分析发现HvCIPK1、HvCIPK2、HvCIPK6、HvCIPK9、HvCIPK11受盐碱胁迫的诱导表达。该研究为进一步探索大麦HvCIPKs基因家族功能及调控机制提供理论依据。     

植物和小麦SnRK2基因家族的研究进展

干旱、高盐、极端温度等逆境因子是限制作物产量和品质提高的重要因素.挖掘和利用逆境应答基因资源是改良其抗逆性的前提和基础,对于研究植物抗逆机制具有重要意义.蔗糖非发酵相关蛋白激酶家族2（Sucrose non-fermenting-1-related protein kinase 2,SnRK2）是广泛存在于植物中的一类Ser/Thr蛋白激酶,参与植物体内多种信号途径的转导,在植物的抗逆境生理过程中扮演了重要角色.为了促进小麦SnRK2基因家族的研究,该文对SnRK2基因的结构、抗逆功能、互作蛋白,以及小麦SnRK2基因家族的研究现状进行了阐述.     

蔬菜作物应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究进展

蔬菜作为重要的经济作物,近年来的种植面积、产量及需求都在不断增加。蔬菜作物在生长和发育过程中经常受到非生物逆境（包括干旱、盐、极端温度及重金属胁迫等）的侵害,影响其产量及品质。近十年来,国内外关于蔬菜应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究领域取得了一定的进展。在应答干旱胁胁迫方面,DREB、WRKY、NAC、bHLH及bZIP等转录因子受干旱信号诱导,调节下游抗旱基因的表达,从而提高蔬菜作物抗旱能力。同时,水分运输相关功能基因（PIP、TIP）、E3连接酶SIZ1及脱水蛋白DHN也被报道受干旱诱导,并通过调节水势、渗透势及ROS积累抵御干旱胁迫。在抵御盐胁迫方面,SOS途径至关重要。SlSOS2能够通过调节SlSOS1和Na+/H+逆向转运蛋白LeNHX2/4的表达维持离子平衡和调节植物器官中Na+的分配。蔬菜抗盐研究中NAC、ERF、MYB等转录因子响应盐胁迫并激活抗逆相关基因表达,从而提高蔬菜作物抗盐能力。此外蔬菜植物大量合成渗透调节物质是其抵御盐胁迫的常见方式。吡咯啉-5-羧酸合成酶PvP5CS和tomPRO2、脯氨酸脱氢酶BoiProDH等在盐胁迫下能提高脯氨酸的含量;过表达甜菜碱醛脱氢酶SlBADH能提高番茄中甜菜碱含量。在高温胁迫响应过程中,HSFs位于调控网络的核心位置,可调控包括HSPs在内的一系列抗逆基因的表达,番茄中热激转录因子SlHSFs相互之间形成复合体调控下游SlHSPs的表达而应答高温逆境。在低温胁迫中,CBFs/EREBs位于调控网络的核心位置,并受ICE1调控;LEA及HSPs蛋白在低温下能够防止细胞中蛋白质变性并维持细胞膜流动性。蔬菜应答重金属胁迫主要依靠体内隔离和体内外螯合机制。在蔬菜应答非生物逆境的过程中,ABA作为信号受体起到至关重要的作用。蔬菜中NAC、MYB、HSF等转录因子则受ABA信号诱导,应答非生物逆境,进而提高活性氧清除能力,合成更多抗逆物质,从而抵御非生物逆境的侵害。     

玉米HD-Zip转录因子基因ZmHOX32的克隆及功能探究

同源异型域-亮氨酸拉链蛋白(HD-Zip)可通过与其他蛋白质互作参与激素信号传导途径,进而调控植物对逆境胁迫的应答和生长发育等过程。为验证及探究HD-Zip蛋白对干旱胁迫和ABA诱导的响应模式,从玉米抗旱自选系郑D58M中克隆了1个HD-Zip转录因子基因,暂时命名为ZmHOX32。ZmHOX32蛋白包含856个氨基酸,属于亲水性蛋白质,定位于细胞核内。进化树和保守基序分析发现,ZmHOX32蛋白序列与谷子、胡桃木的同源蛋白序列高度相似且保守基序完全一致。ZmHOX32基因启动子序列含有响应激素、非生物胁迫及光刺激的结合元件。qRT-PCR结果显示,ZmHOX32基因属于组成型表达基因,在营养分生组织中高表达,且受干旱胁迫和外源ABA的正向诱导,表明ZmHOX32基因参与干旱胁迫和ABA信号传导途径。     

植物DREB转录因子研究进展

DREB转录因子是重要的转录因子之一,在调控与逆境相关基因的表达、提高植物对逆境胁迫适应性中发挥重要作用.文章综述DREB转录因子的克隆、结构特点、表达、与植物逆境胁迫的关系、信号传导及在植物抗逆基因工程中的应用等的研究进展,指出该领域研究存在的问题如:其他多个逆境条件下DREB类转录因子的研究、受DREB直接调控的基因的特点及其调控机制、DREB自身和结构调控及其调控基因形成的表达调控网络,今后须针对这些问题进行深入研究,为提高作物抗逆性和选育抗逆作物品种奠定基础.     

AhSOS2转基因水稻基因表达及抗逆性分析

SOS2(salt overly sensitive 2)作为植物中一类重要的耐盐相关基因,在调控细胞内离子平衡、参与植物对盐害的响应及适应过程中具有重要作用。前期已从花生叶片中分离到基因AhSOS2(Gen Bank登录号为HG797656),其属于SOS2类基因,编码446个氨基酸,为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。本研究以该基因的转基因水稻株系SOS2-1、SOS2-2、SOS2-3、SOS2-7为材料进行荧光定量PCR,分析基因转录表达情况。结果发现,AhSOS2基因在四个转基因株系中均有表达,且在株系SOS2-3中的表达量高于其它株系。对转基因水稻株系进行250 mmol/L Na Cl处理后,检测其相对电导率和脯氨酸、MDA含量,以及抗氧化酶SOD、POD、CAT、APX酶活等胁迫相关的生理指标。结果显示,胁迫条件下,转基因水稻株系相对电导率低于对照,参与胁迫响应的酶活高于对照,说明AhSOS2对提高受体材料的抗盐及抗胁迫能力具有一定作用。该结果为进一步研究AhSOS2及SOS2基因家族功能、解析其对盐害等逆境的适应机制奠定基础。     

植物盐胁迫抗性的分子机制研究进展

土壤盐渍化是目前影响农作物产量和质量的主要环境因子之一。植物对盐胁迫的适应非常复杂,提高作物的耐盐性仍然面临着极大的挑战。本文对SOS信号(salt overly sensitive)转导途径、microRNA和转录因子在盐胁迫中的调控作用进行了综述,旨在为后期抗盐性研究与耐盐育种提供基础支持。     

干旱胁迫下谷子的转录组分析

谷子作为我国的传统优势作物,具有抗旱、耐瘠薄、基因组小等突出优势,已逐渐发展为研究禾本科作物新的模式作物。利用高通量RNA-seq技术,我们对干旱胁迫6 h和6 d的谷子进行转录组测定,筛选表达差异基因。结果显示,干旱胁迫后的差异基因主要富集在生物学通路及代谢通路中,其中编码蛋白激酶、磷酸酶、信号转导组分、转录因子、功能蛋白等基因的表达变化较明显。尤其在干旱胁迫6 d后,谷子中E3泛素连接酶介导的泛素蛋白酶体途径被明显激活。该研究对于筛选谷子抗旱基因进而揭示谷子的抗旱机制提供了重要依据。     

胡杨PeREM1.3过表达提高烟草耐盐性的机制

目的盐害作为一类非生物胁迫严重危害了农作物的生存以及产量。Remorin作为一类植物特有的蛋白质在植物适应环境过程中具有重要功能。本研究克隆了胡杨remorin蛋白PeREM1.3的编码基因PeREM1.3,并研究PeREM1.3基因在植物耐盐性中的作用。方法笔者将基因构件35S::PeREM1.3转入模式植物烟草中, 在盐胁迫条件下,通过生理生化的方法对表达PeREM1.3的转基因烟草进行基因功能的分析。结果研究显示PeREM1.3蛋白定位于细胞质膜上,其编码基因PeREM1.3的开放阅读框(ORF)长600 bp,编码199个氨基酸。胡杨中PeREM1.3能够响应盐胁迫和渗透胁迫表达上调。结果表明,在烟草中过表达PeREM1.3明显地提高了耐盐性。过表达PeREM1.3的烟草转基因株系中抗氧化物酶如SOD、POD和CAT活性显著提高,降低了活性氧水平,调控活性氧平衡。另外植物抗逆相关基因SOS1、HAK、NHA1、VAG1和PMA4的转录水平显著增高,调控K+/Na+平衡。结论这些结果说明PeREM1.3蛋白通过维持植物的活性氧平衡和K+/Na+平衡来提高植物的耐盐性。      

盐胁迫下转 DcCIPK24 拟南芥的转录组比较分析

【 目 的】 探 究 铁 皮 石 斛（Dendrobium catenatum Lindl.）DcCIPK24 的 下 游 响 应 基 因， 为 研 究DcCIPK24 提高耐盐性的分子调控途径提供指导。【方法】利用 Illumina NovaSeq 6000 测序平台对 200 mmol/L NaCl 处理和对照组的转 DcCIPK24 拟南芥、野生型拟南芥进行测序，分析差异表达基因的富集通路，并对通路中的差异基因进行荧光定量 PCR 验证。【结果】盐胁迫下，从 2 个转基因拟南芥株系与野生型拟南芥的比较组合中共鉴定出 96 个差异表达基因；GO 注释分析发现 96 个差异基因主要被富集在分子功能相关通路；KEGG 富集分析发现差异基因主要被注释在氨基糖和核苷酸糖代谢、植物 MAPK 信号通路和甘油酯代谢通路中，选取上调表达的差异基因 AtGPAT5、AtSIRK、AtMEE25、AtUGE5 和下调表达基因 AtAMT1-2、AtATTI3、AtCYP71A25、AtLHCB4.3 进行实时荧光定量 PCR 验证，结果表明盐胁迫下 8 个差异基因表达趋势与转录组数据基本一致。【结论】盐胁迫下，DcCIPK24 主要通过氨基糖和核苷酸糖代谢途径、植物 MAPK 信号途径和甘油酯代谢通路响应耐盐。     

MYB转录因子在植物耐盐基因工程中的应用进展

盐胁迫是影响植物生长、发育及作物产量的重要环境因子。耐盐育种是保障农业生产的重要措施,利用基因工程技术提高植物耐盐性是优于传统育种的有效途径。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在包括盐胁迫在内的植物非生物胁迫调控中有重要作用。本文系统阐述了MYB转录因子的基本结构及其在拟南芥、烟草及水稻、大豆、番茄等植物耐盐基因工程中应用的研究进展,为MYB转录因子的利用及植物耐盐遗传改良及育种提供参考。     

植物耐盐基因工程研究进展

盐害是农作物减产的主要因素,提高作物的耐盐性是提高全球粮食产量的基础。文章较系统地概述了植物盐胁迫信号传导通路研究现状,植物耐盐基因的挖掘,包括基于EST数据库的基因挖掘、通过转录谱确定胁迫响应基因以及应用转基因手段确定基因在胁迫耐受机制中的功能。同时系统阐述了各类耐盐基因的应用,包括渗透调节物质合成酶基因、氧胁迫相关基因、离子转运相关基因、编码转录因子的调节基因、感应和传导胁迫信号的蛋白激酶基因和其他调控序列。文章还对植物耐盐基因工程研究的现状进行了分析和提出建议,对进行植物基因工程研究工作具有参考价值和指导意义。     

谷子 SWI3基因鉴定及其在盐和干旱胁迫下的表达分析

SWI/SNF染色质重塑因子在植物的生长发育及逆境应答过程中起重要作用。本研究首先通过序列比对，从谷子基因组中鉴定出6个候选SiSWI3基因，分别命名为SiSWI3A、SiSWI3B、SiSWI3C1、SiSWI3C2、SiSWI3D1和SiSWI3D2。然后对上述基因的结构、编码蛋白、启动子元件、亚细胞定位等进行生物信息学分析和预测，结果表明：SiSWI3蛋白都含有SANT Motif，且亚细胞定位预测显示SiSWI3成员主要被定位在细胞核中；SiSWI3基因启动子区域含有大量与光响应、激素类应答、逆境应答、代谢调控等相关的顺式作用元件。最后采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测这些基因在谷子苗期盐胁迫和干旱胁迫下的表达量变化，检测结果表明：SiSWI3基因受盐和干旱不同程度的诱导，说明SiSWI3基因参与谷子苗期盐胁迫和干旱胁迫应答。本研究所得结论为进一步探究SiSWI3染色质重塑因子在抗逆作物谷子的逆境响应中的功能和机制奠定了基础。     

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。     

植物调控盐胁迫下离子动态平衡

在盐胁迫下,植物在细胞质溶胶中维持高浓度的K+和低浓度的Na+。植物通过调控K+和Na+转运蛋白和为这些转运蛋白提供转运动力的H+泵蛋白活性及其表达量来维持。尽管盐胁迫感受器蛋白仍不清楚,但是已明确鉴定其信号转导的一些中介化合物。迹象表明,一类蛋白激酶化合物SOS3和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶SOS2能够被盐胁迫引起的钙信号激活。其CBL/CIPK复合物随后磷酸化和激活多种离子转运蛋白,例如位于细胞膜上的Na+/H+反转运蛋白SOS1。     

中国农业大学郭岩团队揭示植物盐胁迫响应和生长恢复的调控新机制

正2020年9月4日,中国农业大学郭岩教授课题组在Developmental Cell杂志在线发表题为The GSK3-like Kinase BIN2 Is a Molecular Switch between the Salt Stress Response and Growth Recovery inArabidopsis thaliana的研究论文。该研究不仅拓展了盐胁迫下SOS途径和植物生长的调节机制,而且揭示了当盐胁迫解除时,SOS途径的失活机制以及植物生长恢复的调节机制。该研究通过酵母双杂交筛选发现BIN2是一个潜在的与SOS2相互作用的蛋白。     

过表达胡杨PePKS5提高拟南芥耐盐性

【目的】盐胁迫是影响植物生长发育的不利环境因子。蛋白激酶PKS5作为植物盐超敏感信号转导途径的重要组分,在植物响应盐胁迫过程中具有重要调节功能。本文旨在生理水平和分子水平上,探究胡杨PePKS5基因在植物耐受盐胁迫过程中的调节作用。【方法】克隆胡杨PePKS5基因,并在拟南芥中过表达,获得T₃代转基因拟南芥纯合体。观察盐胁迫下转基因拟南芥株系的耐盐表型,测定其过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶活性及盐胁迫响应基因的表达量。利用非损伤微测技术测定转基因拟南芥株系根尖Na⁺、K⁺动态离子流,利用激光共聚焦显微镜观测转基因拟南芥株系根尖Na⁺和H₂O₂含量。测定盐处理后转基因拟南芥土培幼苗的叶绿素荧光参数、光合参数等生理指标,揭示PePKS5基因在盐胁迫下对拟南芥的生理调节作用。构建亚细胞定位载体,通过瞬时转化烟草,对PePKS5蛋白进行亚细胞定位观测。【结果】(1)PePKS5基因的CDS序列编码417个氨基酸,PePKS5氨基酸序列与...     

过量表达SaSOS1水稻的幼苗鉴定及生理特性分析

为研究泌盐盐生植物互花米草(Spartina alterniflora)SOS1基因的功能及抗逆机制,对过量表达Sa SOS1的T3代纯合转基因水稻株系幼苗进行了鉴定及生理特性分析。分子鉴定和表型鉴定显示,转基因株系13-4、15-6、16-1、16-2、19-4、19-6为阳性转基因株系,其中13-4、16-2株系在250 mmol/L Na Cl处理下表现出更强的耐盐性。生理特性分析表明,与野生型日本晴株系相比,转基因株系13-4、16-2植株叶片含水量较高,可溶性糖含量较高,并维持了较低的MDA含量和电导率。说明转基因株系能有效减少盐胁迫伤害,保持较好的生长状态。