植物逆境相关长链非编码RNA的研究进展

植物长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类广泛存在的长度大于200 nt的非编码RNA调控分子,通过目标模拟、转录干扰、甲基化等机制调控真核生物基因表达。植物体内的许多lncRNA受外界胁迫的诱导或抑制,并作用于逆境相关基因,影响植物形态和生理生化进而产生对胁迫的应答。从植物lncRNA的合成、分子水平的作用方式、与植物生物和非生物胁迫逆境的响应机制等方面阐述了长链非编码RNA参与调控植物的抗逆机制,并提出了今后的研究方向,以期为植物逆境应对及抗逆新品种选育提供理论依据。     

非生物胁迫下转录因子增强植物抗性的研究进展

转录因子通过调控下游基因的表达来缓冲各种环境压力反应。其中AP2/EREBPL参与植物的细胞周期、生长发育、生物胁迫和非生物胁迫相关的基因的表达调控;MYB参与植物的细胞周期、细胞死亡、新陈代谢等响应;b ZIP基因参与植物种子贮藏相关的基因表达,控制光和发育的发生和器官形态建成等;NAC基因参与了植物激素信号传导和生长素通路。这些转录因子通过调控一系列基因的表达增强植物忍耐逆境胁迫能力。     

植物microRNAs在干旱胁迫响应中的研究进展

干旱是常见且反复出现的气候特征,严重影响农作物生产。microRNAs（miRNAs）是一类长度为18~24 nt的小分子非编码RNA,转录后的miRNAs可调节基因表达,参与植物生长发育过程。从miRNAs的发现、合成及作用机制,干旱胁迫响应miRNAs的种类及其靶基因、miRNAs介导干旱胁迫的响应机制等方面进行了综述,指出miRNAs在植物响应干旱胁迫过程中存在物种依赖性和组织特异性,且受干旱胁迫条件的影响。同时发现,目前植物miRNAs参与干旱胁迫响应的作用机制及其靶基因调控网络尚不清楚。对未来的研究前景如探究miRNAs调控基因中的顺式调控元件的特征、探索靶基因功能与植物干旱胁迫应答网络关键因子间的相互作用、植物抗旱miRNAs资源库的构建等进行了展望,以期为推动miRNAs在植物抗干旱胁迫中的应用提供参考。     

拟南芥硫苷生物合成相关基因的组织和胁迫诱导表达谱的全基因组分析

【目的】分析拟南芥中硫代葡萄糖苷（Glucosinolatcs,简称硫苷）生物合成相关基因在不同组织器官、不同发育时期及不同生物和非生物胁迫处理条件下的表达谱,为筛选控制硫苷合成的关键基因、解析硫苷的生物合成规律及其在植物抗逆胁迫过程中的作用奠定基础。【方法】利用AtGenExpress和PLEXdb中的10组表达谱芯片数据和2组转录组数据分析拟南芥中硫苷生物合成途径82个结构基因和调控基因的时空表达特性及其受生物和非生物胁迫的表达模式;采用Real-time PCR技术对10个硫苷合成途径的关键结构基因和调控基因的表达谱进行验证;并利用STRING v10软件分析硫苷生物合成途径相关基因的表达模式的相关性。【结果】组织表达特性分析结果表明,拟南芥硫苷生物合成相关基因在营养器官和生殖器官中的表达模式差异较大,相关基因在营养器官中具有较高的表达量,在生殖器官中的表达量则较低,表明硫苷主要在营养组织中合成;其中脂肪族硫苷合成相关基因在茎、叶等地上营养组织中的表达量较高,而吲哚族硫苷合成相关基因则在根、茎、叶等地上和地下组织中均有较高的表达,且基因在同一组织的不同发育时期的表达量通常具有差异,表明基因的表达还具有时空特异性;荧光定量PCR分析结果证明10个硫苷合成途径代表基因的表达谱与芯片数据的结果保持一致;胁迫表达分析结果表明,脂肪族和吲哚族硫苷合成相关基因的表达均受到部分生物和非生物胁迫因子的诱导表达,其中吲哚族硫苷合成相关基因更易受到丁香假单胞杆菌（Pseudomonas syringae）、甘蓝链格孢菌（Alternaria brassicicola）、桃蚜（Myzus persicae）等生物和低温（4℃）、高盐、高温（38℃）等非生物胁迫因子的诱导表达;共表达分析结果表明,脂肪族和吲哚族硫苷合成分支途径内相关调控基因与结构基因的表达模式的相关性较高。【结论】拟南芥硫苷生物合成相关基因主要在营养组织中高表达,在种子中低表达;植物中存在一个硫苷转运系统,负责将营养组织中合成的硫苷转运到种子中贮藏;硫苷合成相关基因的表达受到病原菌、虫害、高温等逆境因子的影响,其中吲哚族硫苷合成相关基因更易受到生物和非生物胁迫因子的诱导表达,说明吲哚族硫苷可能对植物抗性更为重要。     

非生物胁迫诱导拟南芥中防御基因表达的分子机制

以缺水处理、低温胁迫和盐胁迫的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植物作为试验材料,采用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应(RT-qPCR),检测水杨酸(SA)途径调控基因AtACD6和下游防御基因AtPR5的表达水平。分析结果证实了非生物胁迫处理的植物中这些防御基因的表达水平明显增加。亚硫酸盐测序结果证明非生物胁迫诱导AtACD6基因启动子区域的DNA去甲基化,导致该基因的转录激活。进一步研究证实,沉默抑制因子1(ROS1)介导的DNA去甲基化,在低温诱导AtACD6基因表达的过程中起重要作用。揭示了植物水杨酸途径防御基因应答非生物胁迫相关的分子机制中ROS1起重要作用,为探索植物适应不利环境的表观调控机制提供参考。     

一个新的玉米WRKY基因识别及其生物信息学分析

利用电子克隆技术从玉米EST库中发现了一个新的玉米WRKY基因ZmWRKY。生物信息学分析表明,该基因编码一个由302个氨基酸组成的、相对分子质量为32.5 kD的蛋白,具有一个由60个氨基酸组成的WRKY结构域（155～214）,定位于细胞核,具有转录调控功能。序列分析表明,该蛋白与同科植物水稻OsWRKY76基因具有较高的同源性,推测其可能参与植物病害防御信号的传导过程,在植物生物胁迫防御中发挥作用。     

籼稻寒胁迫诱导基因5'-UTR模体鉴定

非生物胁迫因子对植物的生长和发育具有较大影响,植物在长期进化过程中,逐渐形成了应对非生物胁迫的应答机制.研究表明,转录后水平调控与植物对非生物胁迫的应答机制有密切关系.mRNA的5'-UTR区域有许多转录后调控元件能够影响mRNA的丰度.本试验比较了籼稻寒胁迫及非胁迫诱导基因之间的5'-UTR序列特点,并用富集法对寒胁迫和非胁迫诱导基因的序列进行分析,在籼稻中鉴定出了5个寒胁迫诱导基因特有的模体.对这些模体的功能进行深入分析,有助于揭示寒胁迫诱导基因的表达调控机制.     

基于全基因关联分析的代谢组学在植物中的应用

植物代谢物是人类食物和营养物质的重要来源。代谢组学是对生物体内代谢物进行定量和定性分析,研究代谢物合成和调控机制的一门新兴学科。基于代谢组的全基因组关联分析（metabolome-based genome-wide association study,mGWAS）是将代谢组数据作为表型,与基因型数据进行关联分析的一种方法。概述了近几年利用mGWAS技术在植物代谢调控网络研究、初生和次生代谢物的形成机制、代谢物在植物生长发育和胁迫应答中的作用,同时综述了mGWAS在代谢物相关候选基因的定位和调控营养、品质相关代谢通路的挖掘,为深入了解植物代谢物合成调控的遗传机制奠定基础。     

植物类胡萝卜素和花青苷代谢响应光信号的转录调控机制

类胡萝卜素和花青苷是抗氧化代谢物,对于植物抵抗光氧化胁迫有重要作用。类胡萝卜素和花青苷同时赋予叶片、花朵和果实丰富多彩的色泽,果实富含的色泽代谢物对人体健康有益。本文总结了光信号对植物类胡萝卜素和花青苷生物合成代谢途径的影响,重点归纳了参与光信号途径的重要转录因子对类胡萝卜素和花青苷合成基因的调控机制,明晰了转录调控在光信号调控类胡萝卜素和花青苷合成代谢中的重要作用,有助于探索光调控果实品质的有效途径和靶基因,为利用基因工程和环境调控增加类胡萝卜素和花青素的积累提供理论依据。     

植物对盐碱胁迫响应机制的研究进展

土壤盐碱化是限制植物生长发育和阻碍农业生产力的重要非生物胁迫之一。本文从离子毒害、渗透胁迫、活性氧胁迫和高pH胁迫4个方面综述了盐碱胁迫对植物的危害。为了应对盐碱胁迫,植物进化出一系列的调控机制以缓解胁迫危害。从渗透调节物质的合成、离子的吸收转运调节、活性氧清除机制和外源物质调节方面梳理了植物耐盐碱的生理机制;从植物盐碱胁迫的信号转导途径、耐盐碱相关基因的表达和转录因子调控方面概述了植物耐盐碱的分子机制。对利用多组学分析更全面进行植物耐盐碱机制研究做出展望。     

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.     

挥发性有机化合物在植物适应胁迫及生理生态中的作用

挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)是具有低分子量和高蒸气压的亲脂性液体。按来源划分,VOCs可分为人为源和植物源,而植物源是全球大气中VOCs的最大来源。植物VOCs释放受生物和非生物因素影响,它们在大气化学反应、人体健康和植物生理生态中具有重要作用。然而,对于植物VOCs释放受复合环境条件的影响及在生理生态方面的作用尚缺乏全面了解。本研究概述了植物VOCs的合成途径,重点阐述了单一及复合环境因素对VOCs种类及释放量的影响,同时归纳了VOCs在生理生态方面的作用。发现:植物VOCs合成途径已经明确,但其调控的分子机制有待进一步探究。昆虫啃食、高温、干旱、高二氧化碳浓度可降低组成型VOCs (如异戊二烯)释放,增加储存型VOCs (如蒎烯、柠檬烯)释放,同时诱导新的化合物(如绿叶挥发物, GLVs)合成并释放;复合环境对VOCs释放影响是复杂的,有待进一步探索。VOCs在植物防御食草动物或吸引食草动物天敌、介导植物间信号转导、抗氧化、抗旱和增强植物耐热性等方面发挥作用,未来将探究植物VOCs在生态系统中的更多作用。参96     

质体基因工程在植物育种中的应用研究进展

与传统的核转化相比,质体遗传转化作为外源基因表达更精确、安全和高效的新一代转基因技术对作物品质改良和产量提高做出了极大的贡献,也给人们提供了植物育种的新思路。综述了质体遗传转化技术、筛选标记(体系)及其在植物抗性性状改良、产量提高、品质改良、杂种优势利用中的应用研究进展,以期为质体基因工程在植物遗传改良,尤其是在单子叶植物遗传改良中的应用提供理论依据。     

植物耐盐基因研究及其在棉花上的应用

盐害会对植物生长造成严重的危害、对农作物的产品品质和产量造成很大的损失。通过调控耐盐相关基因的表达,能提高转基因植物的耐盐能力。近年来,人们克隆了许多与耐盐相关的基因,主要包括渗透调节物合成基因、耐盐相关蛋白类基因、保护酶相关基因、转录因子的调控基因。主要综述了近年来植物耐盐相关基因的克隆及其在棉花基因工程中的研究应用等方面的一些进展,并对棉花耐盐基因工程的研究应用提出了对策和展望。     

高粱耐盐分子生物学研究进展

盐害是影响植物生长和作物产量的主要因子之一,通过遗传改良提高植物的耐盐性是简单有效解决盐害的主要途径。综述了到目前为止筛选鉴定出的主要耐盐碱资源;耐盐碱基因（数量性状位点）的定位、克隆及通过基因工程技术进行耐盐基因在不同作物中的转移利用情况;并对高粱耐盐碱的研究前景进行了展望。以期为高粱等作物的耐盐碱改良研究提供理论依据,从而促进对土壤盐渍化影响农作物产量和质量的重大农业问题的解决。     

促生细菌挥发性有机物调控根部质膜H+-ATPase 活性提高植物耐碱胁迫能力

根际促生细菌的挥发性有机化合物（VOCs）可以促进植物生长并提高植物对盐、旱和病菌的抵抗力。分析了芽孢杆菌PDR1产生的VOCs对拟南芥耐碱胁迫能力的影响及其生理机制。在芽孢杆菌PDR1存在或不存在的条件下，对拟南芥进行培养；检测对照和碱胁迫条件下拟南芥根部的各种离子含量；用pH指示剂（溴甲酚紫）和pH计检测拟南芥的根际酸化能力；检测拟南芥根部质膜H⁺-ATPase活性。结果显示，芽孢杆菌PDR1的VOCs改善了同一空间中碱胁迫下拟南芥的根长和根部离子平衡；来自芽孢杆菌PDR1的VOCs增强了拟南芥根中质膜H⁺-ATPase的活性，并提高了拟南芥植物的根际酸化能力。研究结果将促进对芽孢杆菌调节拟南芥生长和抗逆性机制的理解，并为其在农业生产和生态保护中的广泛应用奠定基础。     

Progress in NMR-based metabolomics of Catharanthus roseus

Metabolomics has been rapidly developed as an important field in plant sciences and natural products chemistry. As the only natural source for a diversity of monoterpenoid indole alkaloids (MIAs), especially the low-abundance antitumor agents vinblastine and vincristine, Catharanthus roseus is highly valued and has been studied extensively as a model for medicinal plants improvement. Due to multistep enzymatic biosynthesis and complex regulation, genetic modification in the MIA pathway has resulted in complicated changes of both secondary and primary metabolism in C. roseus, affecting not only the MIA pathway but also other pathways. Research at the metabolic level is necessary to increase knowledge on the genetic regulation of the whole metabolic network connected to MIA biosynthesis. Nuclear magnetic resonance (NMR) is a very suitable and powerful complementary technique for the identification and quantification of metabolites in the plant matrix. NMR-based metabolomics has been used in studies of C. roseus for pathway elucidation, understanding stress responses, classification among different cultivars, safety and quality controls of transgenic plants, cross talk between pathways, and diversion of carbon fluxes, with the aim of fully unravelling MIA biosynthesis, its regulation and the function of the alkaloids in the plant from a systems biology point of view.     

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。     

植物皂苷生物合成及调控研究进展

皂苷是一类组成型存在于大多数高等植物中的次生代谢物,在医药、植物源农药、保健品、营养品开发领域有广阔的应用前景,但皂苷在植物中含量低且不稳定,严重影响了皂苷类物质的开发利用。因此,调控皂苷生物合成、提高皂苷产量引起了越来越多的关注。综述了皂苷的生物合成途径,以及栽培技术、细胞工程、基因工程和毛状根培养对其合成的调控方面的研究进展,并针对该领域存在的问题以及未来的研究方向等进行了总结和展望。     

基因工程在种植业上的应用及其对策

基因是生物遗传的密码 ,基因工程实现了基因重组 ,其在种植业上的应用 ,有益于创新品种、优质高产的一面 ,也有潜在风险的一面。对安徽省如何抓好基因工程研究与应用提出了建议