植物抗非生物胁迫机制及其基因工程研究进展

近年来,由于DNA技术的发展,从基因等分子水平对植物抗逆性的研究已取得一定进展.本文概述了植物在干旱、低温和盐离子逆境胁迫下的抗性机制,以及植物抗逆性基因工程研究的进展,并对此进行了展望.     

基因芯片在拟南芥非生物胁迫响应中的应用

为更好地理解作物响应及耐受胁迫的分子机制,利用非生物胁迫诱导表达基因提高作物的抗逆性,从而对作物进行遗传改良,创制抗逆能力强的新品种。以模式植物拟南芥为例,综述了基因芯片在非生物胁迫中的应用进展,并对基因芯片差异表达在作物响应及耐受胁迫研究中的应用前景进行展望。     

硅对植物抗逆性影响的研究进展

硅作为有益元素,具有促进植物生长、提高作物产量的作用,同时硅在增强植物抗逆性方面也发挥着重要作用。为进一步探究硅增强植物抗逆性的深层作用机制,本文综述了硅增强植物抵御生物胁迫（包括病原菌、害虫等）及非生物胁迫（干旱、盐害、重金属等）方面的研究进展,认为硅可通过改善植物形态、平衡养分吸收、调节激素代谢、改良土壤性状等多种作用机制缓解胁迫。针对硅的未来研究方向进行了展望,如硅抵抗各种胁迫的耦合机制,深入研究硅提高植物抗逆性的生物化学及分子机制以及加强新型硅肥及配套施用技术的研发。     

逆境及生长调节剂对作物抗逆性的影响综述

在自然条件下,植物会受到各种不良环境的影响,这些对植物生长发育不利的环境称为逆境,也叫胁迫,分为非生物胁迫和生物胁迫。在农业生产上,胁迫环境严重影响作物的生长及产量和品质,而植物生长调节剂是对植物生长发育具有调节作用的微量有机物,在植物抗逆性中应用较广。本文综述了干旱、高盐、高低温、重金属及弱光等非生物胁迫发生的机制及植物的生理响应,同时介绍了植物生长调节剂在诱导植物抗逆性方面的应用,并对植物抗逆性研究进行了展望。     

植物对水分胁迫的分子响应及其遗传改良研究进展

植物对水分胁迫适应性的生理理已相继在水稻，小麦，玉米，高梁等作物中得到报道，然而，有关这些性状的遗传控制及其在与逆境下作物生产的关系却了解甚少，由此阻碍了抗性遗传改良的进展。随着基因定位，基因组图谱，基因转移等分子撑技术的发展，对植物抗逆性分子剖析成为可能。     

水杨酸介导的信号转导途径与植物抗逆性

水杨酸是一种重要的响应逆境反应的信号分子。综述了植物体内水杨酸对生物和非生物胁迫的应答反应,并从水杨酸结合蛋白、胞内第二信使系统和蛋白质磷酸化等方面初步探讨了水杨酸诱导植物抗逆性的信息传递途径。最后概述了目前该领域中需要进一步研究的若干问题。关键词:水杨酸;信号转导;植物抗逆性     

花花柴抗逆相关转录因子WRKY的鉴定及分析

WRKY转录因子作为参与生物或非生物胁迫应答的重要基因家族,在植物逆境胁迫的响应过程中起着重要作用。花花柴作为沙漠植物,具有极强的广谱抗逆性,发掘并应用花花柴的抗逆基因资源对研究植物逆境生物学及抗逆性分子育种具有重要意义。本研究通过对沙漠植物花花柴的转录组学分析,筛选出与高温胁迫相关的15个差异表达的WRKY基因。并将这15个基因与拟南芥、水稻的WRKY基因构建系统发育树,通过对同亚族同源性较高的基因功能及其顺式作用元件的功能预测,推测花花柴WRKY基因可能参与了极端温度、干旱、高盐、病原菌等逆境胁迫响应,并对与高温胁迫响应相关的2个花花柴WRKY基因进行表达模式分析。该结果将为荒漠植物及其基因资源的发掘利用提供一定的参考价值。     

氨基酸与植物抗逆性关系的研究进展

氨基酸是生物体必需的重要活性分子,作物体内氨基酸的变化涉及诸多生理调节活动,与生长、发育、抗逆性密切相关。文章综述了作物在盐、干旱、低温、低氧、病虫害等逆境胁迫下,外源和植物内源氨基酸的作用,对土壤氨基酸及植物对氨基酸的吸收利用进行了概述。并对氨基酸与植物抗逆性关系未来的研究方向和应用前景进行了讨论和展望。     

植物对环境胁迫整体抗逆性研究若干问题

介绍了植物对天南地北胁迫整体抗逆性的研究趋势,对植物整体抗逆性的概念及其内涵进行了探讨,并着重讨论了作物整体抗逆性研究的方向和思路。     

非生物逆境相关基因在棉花抗逆研究中的进展

非生物逆境胁迫是影响植物正常生长发育和作物产量的重要因素,为了减轻非生物逆境对棉花生长发育的影响,从分子水平上解析棉花抗逆性的物质基础及其生理功能,同时,利用基因工程手段进行抗逆性基因重组,已成为棉花抗逆研究的热点。综述了棉花对非生物逆境胁迫的抗性机制,以及近些年来有关棉花渗透调节相关基因、作用蛋白类基因和转录调节因子基因的研究进展,概述了棉花抗逆基因工程中所发掘的基因资源,旨在为今后棉花的抗逆性研究提供思路和参考依据。     

植物△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）基因的研究进展

△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）是植物脯氨酸生物合成的关键酶.近年来,许多学者对P5CS酶基因克隆、其在植物中的表达特性与在抗逆基因工程上的应用进行了大量研究,证实P5C5基因已成功在许多植物中进行过量表达并能有效提高植物的抗旱、耐盐性.随着分子生物学和现代生物技术的快速发展,今后可进一步挖掘利用植物P5CS基因,有效验证其功能和了解其作用机制,探讨P5C5基因与其他基因的互作及调控植物抗逆的生理生化机理,研究其在植物生长发育及器官发生等过程中的作用;培育出高效、实用、抗逆性强的转基因植物品种,均有待今后进行深入研究.     

玉米不同基因型的抗旱性鉴定及遗传分析

研究结果表明,武105的抗旱性最强;水分胁迫对植物产量性状、形态发育指标及生理性状的影响随着基因型及胁迫强度的不同而不同,单株籽粒产量对水分亏缺的反应最为敏感;抗旱系数、Eberhat-Russell稳定性参数(bi)及变异系数均能对供试材料的抗旱性做出客观地评价;从直观指标看,叶片窄长,雌雄发育协调,植棘体内水分含量及叶绿素含量高的基因型较抗旱;抗旱自交系在缺水条件下,一般配合力效应有所堤高,不抗旱自交系有所下降;抗旱自交系抗旱系数的一般配合力效应高,严重水分胁迫条件下抗旱系数的遗传主要受加性效应控制;控制产量与控制抗旱性的基因或基因系列不同,二者可独立进行选择.     

硒、硅、黄腐酸、氯甲基吡啶优化组合提高棉花抗盐性的研究

[目的]提高作物在盐分逆境条件下的抗性是减轻盐害与促进盐渍化农田作物生长的有效方法.通过比较硒、硅、黄腐酸、氯甲基吡啶4种抗逆胁迫因子及其组合在盐胁迫下提高棉花抗盐性效果,筛选出能提高棉花抗盐的最优组合.[方法]在网室条件下,采用盆栽试验研究各因子及其组合对盐分胁迫下棉花生物量、SOD、CAT、APX、MDA、脯氨酸等形态学、生理学指标的影响;同时应用灰色系统原理,通过等权、加权2种方法研究棉花的16个生物学指标对不同抗盐因子及其组合的响应.[结果]硒、黄腐酸、硅和氯甲基吡啶4个单项因子对缓解棉花抗盐胁迫作用的排序为硅＞黄腐酸＞氯甲基吡啶＞硒,且它们之间有一定的正交互作用.16个不同抗盐因子组合中se-Fa- Ni的加权关联度最大,是最优组合.[结论]硒、黄腐酸和氯甲基吡啶组合(Se-Fa-Ni)是盐胁迫下提高棉花抗盐性的最优组合.     

逆境相关转录因子DREB2A转化紫花苜蓿的研究

以逆境性相关转录因子DREB2A为目的基因、除草剂抗性的bar基因为标记,构建了植物表达载体pCD2A,并通过农杆菌介导法以无菌苗子叶为外植体转化公农1号苜蓿。经过共培养、抑菌和筛选培养,在含有2 mg/L Basta的培养基获得71株抗性再生植株。用1 mg/L的Basta对抗性植株叶片进行进一步筛选,并经PCR检测,获得11株阳性植株,表明DREB2A已整合到植株的基因组中。     

茶树胆碱单加氧酶CsCMO的克隆及甜菜碱合成关键基因的表达分析

【目的】从茶树中克隆甜菜碱（GB）合成途径中的关键酶——胆碱单加氧酶CsCMO,研究不同逆境胁迫和不同抗寒茶树品种间GB合成中关键基因的表达模式,并分析茶树体内GB的含量,为茶树抗性育种奠定基础。【方法】采用反转录PCR结合RACE技术,从茶树中克隆CsCMO的全长cDNA序列,并对其进行生物信息学分析,结合前期克隆得到的茶树甜菜碱醛脱氢酶CsBADH,用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法分析这2个基因的表达模式,紫外分光光度计测定GB含量。【结果】克隆得到茶树CsCMO（GenBank登录号：JX050146）的cDNA全长1 558 bp,包含1 305 bp的完整开放阅读框（ORF）,编码434个氨基酸,并被定位在叶绿体上。氨基酸序列分析表明,CsCMO含有CMO中保守的Rieske型2Fe-2S结构域和单分子非血红素Fe结合位点,与其它植物CMO序列相似性在50%以上;进化树分析显示,它与枸杞的关系最近。qRT-PCR分析表明,4℃低温、NaCl盐和ABA处理均能诱导CsCMO和CsBADH表达,96 h内随着处理时间的增加,表达量呈增加趋势,但2个基因的表达模式有差异,盐胁迫诱导基因表达更显著;在不同抗寒品种中,2个基因的表达在抗性强的品种中表达量总体要高于抗性弱的品种,且CsBADH的变化比CsCMO的显著。3种胁迫处理48 h后,叶片中的GB含量均增加;低温处理后抗寒性强的品种中GB含量比抗寒性弱的高。【结论】克隆了茶树CsCMO,在低温、NaCl盐以及ABA处理下,GB积累,CsBADH和CsCMO上调表达,且盐胁迫下的表达更明显,表明GB与茶树抵御这3种胁迫关系密切。     

植物抗病基因研究进展

目前人们已经克隆了50多个植物抗病基因,大部分植物抗病基因结构中存在高度保守的区域。对植物抗病基因的克隆方法、结构特征及作用机制进行了综述,并简述了生物信息学在植物抗病基因研究中的应用。     

干旱胁迫对不同抗旱大豆品种生理特性及生长参数的影响

为了明确干旱胁迫对不同抗旱大豆品种生理特性及植株生长参数的影响,选取了抗旱(RD)和不抗旱(SD)品种为材料,利用盆栽方法,分析大豆营养生长期在水分胁迫下对不同品种大豆生理生化指标及生长参数的影响。结果显示,在正常浇水条件下,RD和SD品种植株叶片中与抗旱相关的生理生化指标差异不明显,而在水分胁迫15 d后,RD植株叶片中SOD和POD活性分别为SD植株叶片的1.34~1.45倍和1.46~1.69倍,SD植株叶片中的过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)为RD植株叶片中的1.80~2.35倍1.09~1.46倍。另外,在干旱胁迫条件下,发现RD地上部和根部生物量均明显高SD品种,且其根系形态参数明显优于SD品种。实验结果表明在干旱胁迫条件下,抗旱品种植株通过调节体内生理变化和优化根系形态参数来响应外界环境,从而保证在干旱条件下植株能正常生长,提高干旱胁迫的响应能力。     

水稻害虫的生物型及抗性遗传研究进展

鉴定结果表明,亚洲稻区害虫的生物型,褐飞虱有5种;白背飞虱有2种;黑尾叶蝉有3种;稻瘿蚊至少有4种.抗性遗传定位分析结果,抗褐飞虱的8ph₁和Bph₂定位于第11染色体上,并紧密连锁;位于第7染色体上的Bpb₃和bph₄紧密连锁.用抗白背飞虱品种与不抗虫品种杂交结果,发现所有供试品种的抗性基因与Wbph₁非等位且独立.抗黑尾叶蝉各供试品种的抗性基因Glh₁、Glh₂、Glh₃、Gih₄、Glh₅、Glh₆、Glh₇相互独立遗传,仅Plh₈品种有2个抗性基因.在自然接种条件下研究了5个抗稻瘿蚊品种的遗传,发现它们都具有单一抗性基因.     

玉米亚硫酸氧化酶基因ZmSO的克隆及在二氧化硫胁迫下的表达分析

 【目的】克隆玉米中的亚硫酸氧化酶（Sulfite Oxidase,SO）基因,明确其在SO2胁迫下的表达,为今后利用SO进行玉米抗环境污染（SO2、酸雨等）的遗传改良奠定基础。【方法】采用RT-PCR结合RACE技术克隆SO基因,并利用半定量RT-PCR技术分析其在SO2胁迫下的表达。【结果】从玉米自交系Q9中分离到SO基因的全长cDNA 序列（GenBank登录号：FJ436404）,命名为ZmSO。该基因的开放阅读框为1 194 bp,编码397个氨基酸。序列比对及结构预测分析表明,ZmSO编码的氨基酸序列与拟南芥、番茄、水稻中的氨基酸序列的相似性分别达到72%、74%和89%,且包含1个钼辅因子结合域、1个自身二聚化的结构域和1个过氧化物体靶信号序列。半定量RT-PCR分析显示,高浓度SO2胁迫后,在高抗系中ZmSO表达水平显著增高,而在高感系中无显著变化。【结论】分离获得的ZmSO与其它植物物种的SO具有较高的同源性,在高抗系中表达受SO2胁迫诱导增强,可能参与抗性系对SO2胁迫的响应和抗性反应过程。     

棉花GhPBL1基因克隆及抗枯萎病功能研究

【目的】克隆棉花中类受体胞质激酶（RLCK）基因GhPBL1,并进行抗枯萎病功能研究,为棉花抗病分子育种提供新的基因资源。【方法】基于枯萎病菌诱导棉花根部基因表达谱数据,并结合棉花数据库,从中筛选并克隆棉花RLCK家族基因GhPBL1,利用生物信息学软件分析其序列特征,采用实时荧光定量技术（qRT-PCR）检测基因在不同抗性品种的不同组织及枯萎病菌和外源激素处理下的表达情况,并通过病毒诱导基因沉默（VIGS）技术研究GhPBL1基因的抗枯萎病功能。【结果】GhPBL1基因的开放阅读框（ORF）为1116 bp,编码371个氨基酸残基,含有STYKc保守结构域,位于第81~360位氨基酸,属于RLCK家族基因。GhPBL1基因在抗病材料和感病材料的根、茎和叶中均有表达,且均在根中的相对表达量最高。枯萎病菌处理后,抗病材料中GhPBL1基因的表达水平明显高于感病材料。水杨酸（SA）和茉莉酸甲酯（MeJA）均能诱导GhPBL1基因的表达,但该基因对SA胁迫响应时间早于MeJA胁迫。与对照植株（TRV:00）相比,TRV:GhPBL1沉默植株更易感病,且其抗病相关基因GhEDS1、GhCCR1、GhHCT1和Gh4CL的相对表达量显著（P<0.05）较低,但GhPR5基因的相对表达量极显著（P<0.01）较高。【结论】 GhPBL1基因具有明显的组织表达特异性,在抗病材料和感病材料中的表达水平存在差异,能被枯萎病菌诱导表达上调,且能响应SA和MeJA胁迫,推测GhPBL1基因在棉花抗枯萎病和外源激素胁迫中发挥正调控作用。