玉米应答低磷胁迫机制研究进展

玉米是我国重要的粮食、饲料及生物能源作物,低磷胁迫严重影响其品质和产量。氮对拟南芥的缺磷反应具有积极的调控作用,并且在水稻和小麦中得到验证,但在玉米中,氮与低磷胁迫响应机制的相互作用尚未见系统报道。本研究综述内容主要有国内外有关低磷胁迫对玉米生长发育的影响、玉米应答低磷胁迫的生理基础和分子机制,以及氮参与调控玉米应答低磷胁迫的相关机制等,以期为后续研究玉米应答低磷胁迫的分子机制提供参考。     

植物耐低磷胁迫的根系适应性机制研究进展

低磷胁迫是限制植物生长的主要因子之一。虽然农田每年施入大量磷肥,土壤也累积了较高的磷,但是一些植物仍会表现出缺磷,施磷仍能增产。植物磷肥当季利用率很低,一般只有20%～30%,这造成了磷资源的浪费,增加了磷的潜在环境风险。磷肥利用率低的主要原因是土壤累积的磷不能被植物全部吸收利用,根系是植物吸收磷的最主要器官,植物根系对磷的吸收是植物耐低磷能力和磷肥利用率的关键。本文综述了低磷胁迫下植物根系形态和构型的变化,根系分泌物对低磷胁迫的响应特征和根际土壤难溶性磷的活化机制,着重阐述了这些根系形态、生理和化学变化与植物耐低磷之间的关系。在此基础上,对将来的研究进行了展望,特别强调了需要在现有机制上能有所突破和推进,并加强低磷胁迫下植物根系的改良和遗传育种方面的理论研究和实际应用。     

植物低磷胁迫响应及其调控机制

概述了土壤对磷吸收、迁移、同化以及磷在植物体内分布、吸收、转运、利用的机理;总结了低磷胁迫植物的生理生化响应、植物激素的调控效应、遗传变化、驯化适应;揭示了植物低磷代谢信号网络系统、分子应答调控机制和代谢酶的适应性变化,并阐述了低磷胁迫条件下植物的基因性状鉴定和基因工程应用的研究进展.最后展望了提高低磷胁迫植物磷利用效率的途径、面临的挑战及应用前景.     

果树逆境胁迫相关miRNA的研究进展

miRNA是一类长度为18～24 nt的内源性非编码小RNA。在逆境胁迫下,miRNA通过与目标基因碱基互补配对,对目标基因mRNA进行剪切或翻译抑制,从而使果树响应各种逆境胁迫。本文介绍了植物miRNA的合成和作用机制,对果树miRNA在响应生物和非生物胁迫(干旱、冷害、盐胁迫、营养元素缺失)的研究进展进行了综述,并对miRNA在果树抗逆方面的研究前景进行了分析。     

小麦低磷响应基因的筛选与表达分析

利用Affymetrix wheat microarray分析了郑麦9023在低磷和正常磷水培条件下,苗期根部基因在转录水平的差异。结果表明,1)筛选得到1 889个差异表达基因,其中1 298个上调表达,591个下调表达。2)基因功能分析显示,这1 889个基因参与了信号转导、蛋白存储、逆境胁迫、能量代谢、病程相关和其他与植物生长发育有关的过程。3)利用qRT-PCR对其中30个基因的表达情况进行了验证,显示与基因芯片结果基本相同的表达趋势。4)在低磷及磷恢复条件下,对其中5个候选基因(TaSPX3,TaIPS1.3,TaGST_Like,TaPDF19,TaG6PDH1_Like)在不同小麦品种中的表达进行分析,显示这5个基因受到低磷胁迫的强烈诱导,恢复供磷后表达显著回调。但是,这些候选基因在不同品种间横向表达趋势有差别,反应了不同基因型小麦对低磷胁迫的响应机制存在差异。预测这5个候选基因的功能涉及信号转导、氨基酸代谢、糖代谢、抗逆响应等重要的代谢或调控途径,在小麦应对低磷逆境机制中发挥重要作用。     

杉木WRKY基因家族成员鉴定及在低磷胁迫下的表达

通过转录组数据分析,BLAST以及多序列对比鉴定出44个杉木WRKY基因序列,并且探究其在低磷胁迫下的表达模式,为研究杉木在低磷逆境胁迫响应的机制和进一步深入杉木WRKY基因的研究提供相关信息基础。通过使用DNAMAN等软件及根据其基因结构特点对其蛋白序列与保守元件进行分析,将杉木WRKY基因分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ这3大亚家族,每组成员分别为6、37、1个,且每个成员都包含保守域WRKYGQK及不同的锌指结构;靶基因预测结果显示miRNA164与ClWRKY21之间存在较多靶位配对点,二者有着较高的关联程度;RT-qPCR结果显示在低磷胁迫下,ClWRKY8、ClWRKY21、ClWRKY24、ClWRKY35这4个基因可能参与杉木耐受低磷胁迫的调控过程。     

苹果紫色酸性磷酸酶相关基因MdPAP10的克隆及功能鉴定

【目的】克隆苹果紫色酸性磷酸酶相关基因MdPAP10,研究其组织表达模式和低磷响应,并进一步研究MdPAP10在低磷条件下的功能,为深入研究MdPAP10在果树中参与紫色酸性磷酸酶分泌和影响磷吸收的分子机理奠定基础。【方法】本研究以‘嘎啦’苹果（Malus×domestica‘Royal Gala’）为试材,利用同源序列比对和PCR技术,克隆苹果紫色酸性磷酸酶相关基因MdPAP10。通过NCBI分析MdPAP10的蛋白质结构并获得白梨、桃和草莓等10个物种的PAP10氨基酸序列,利用MEGA5.0构建系统进化树。利用qRT-PCR检测MdPAP10在苹果不同组织的表达情况和对低磷胁迫的响应特性。将MdPAP10连接到植物过表达载体pBI121,转化LBA4404农杆菌,用于侵染苹果愈伤组织。通过在抗性培养基上筛选和PCR鉴定,获得MdPAP10转基因愈伤组织。在低磷培养基上培养MdPAP10转基因愈伤组织检测其酸性磷酸酶积累情况以及对低磷胁迫的耐受性和磷含量。最后利用qRT-PCR检测MdPAP10转基因愈伤组织中磷相关基因的表达量。【结果】克隆获得苹果紫色酸性磷酸酶基因MdPAP10（基因序列号：MDP0000272096）,开放阅读框为1 332 bp,编码含有443个氨基酸的蛋白。蛋白质结构分析显示,MdPAP10包含一个信号肽和一个磷酸酶结构域。基因结构分析显示,MdPAP10含有5个外显子和4个内含子。进化树分析显示,苹果MdPAP10与白梨PbPAP10同源性最高,亲缘关系最近。表达分析显示,MdPAP10在根、茎、叶、花、果中均有表达,并且在根中的表达量最高。MdPAP10对低磷条件有明显响应,在根中表达量逐渐升高,在6 h达到最大后逐渐下降;在叶中的表达量始终低于对照组。MdPAP10转基因愈伤组织在低磷条件下能够明显促进酸性磷酸酶的分泌。在低磷条件下培养转基因愈伤组织20 d发现过表达MdPAP10提高了愈伤组织对低磷胁迫的耐受性,并且提高了对磷的吸收。qRT-PCR结果显示,过表达MdPAP10能够明显促进苹果磷相关基因的表达。【结论】MdPAP10能够对低磷胁迫有明显响应,在低磷条件下能够促进磷吸收和酸性磷酸酶的分泌。MdPAP10在响应低磷胁迫过程中发挥着重要的正调控作用。     

果树水分胁迫反应研究进展

综述近10多年果树对水分胁迫反应的研究进展。对果树在水分胁迫下叶片、根系的形态和显微结构的变化以及光合作用、糖代谢、脂氧合酶代谢、内肽酶、内源激素等生理生化指标的反应作了全面的阐述。在此基础上,提出了今后果树研究的重点是结合最新的分子生物学手段,进一步深化果树对水分胁迫的生理响应和抗旱适应性的分子机理研究,揭示水分胁迫对果树的光合作用、激素响应与信息传递等有关重要生理过程的影响,为果树抗旱基因型的鉴定、选择及抗旱品种选育和抗旱砧木的选用提供科学依据。     

GmNTLs调控大豆根系响应低磷胁迫的功能研究

【目的】低磷和铝毒胁迫是酸性土壤中限制作物生产的重要因素。植物NTL转录因子参与调控多种环境胁迫(包括铝毒胁迫)的适应性机制,本文探究GmNTLs调控大豆Glycine max根系响应低磷胁迫的功能。【方法】通过RT-qPCR分析大豆15个GmNTLs基因在根系响应低磷胁迫的表达模式,进一步构建了GmNTL1/4/7/8/10/12共6个GmNTLs基因的拟南芥超量表达材料,探究GmNTL成员在拟南芥根系中响应低磷胁迫的功能。【结果】系统进化树及组织表达模式分析结果表明,GmNTLs家族分3个亚族,各亚族成员在大豆中组织表达模式不同。RT-qPCR结果表明,低磷处理12 d显著提高了GmNTL1/4/7/8/10/12在大豆根系中的表达。在拟南芥中超量表达不同GmNTL基因对低磷的响应不同。高磷处理下,超量表达GmNTL4/10/12拟南芥的鲜质量显著增加;低磷处理时,超量表达GmNTL4显著提高拟南芥鲜质量,而超量表达GmNTL1/12拟南芥的鲜质量显著降低。同时,仅超量表达GmNTL12拟南芥的主根长显著缩短,而超量表达其他基因对拟南芥植株的主根长无明显影响。【结论】GmNTLs参...     

铝毒和低磷胁迫对水稻幼苗生长·根系有机酸分泌的影响

[目的]为明确低磷、铝毒单独及复合胁迫下,不同水稻品种生理响应的差异。[方法]采用营养液培养试验,以秀水132(耐铝型)和甬优8号(铝敏感型)为材料,研究了各胁迫下幼苗干物质积累、光合能力和根系有机酸分泌量。[结果]低磷、铝毒胁迫下根系和地上部干重、叶绿素含量、光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著下降。低磷铝毒复合胁迫下幼苗干重及光合参数值均显著低于单一胁迫处理;酒石酸、苹果酸、柠檬酸和乙酸是根系各处理下分泌的主要有机酸。低磷、铝毒胁迫下根系乙酸、苹果酸和柠檬酸分泌量增加,复合胁迫时根系3种有机酸的分泌量高于单一胁迫处理。低磷、铝毒胁迫下水稻幼苗干重、光合能力及根系有机酸分泌存在显著的基因型差异。各胁迫下甬优8号植株干重和光合参数的下降幅度高于秀水132,而秀水132根系有机酸分泌量的增幅大于甬优8号。[结论]低磷铝毒复合胁迫引发水稻幼苗更严重的生理代谢抑制,以甬优8号表现更明显;复合胁迫下根系有机酸分泌量高于单一胁迫,以秀水132增幅更大。