植物响应逆境胁迫蛋白质组学研究进展

本文综述了植物应答各种非生物逆境如高温、低温、干旱、高盐和生物逆境如病虫害等胁迫的蛋白质组学研究进展。新逆境相关蛋白质的分离与功能鉴定不仅有助于进一步阐明植物对各种逆境的响应机制，而且可以快速建立以该蛋白（或基因）控制性状为育种目标，培育高耐逆性的植物品种。同时对逆境相关蛋白质组学的研究与今后发展进行了讨论。     

植物bZIP转录因子在非生物胁迫中的作用

非生物胁迫因子如干旱、高温、低温和盐碱等严重影响着植物的生长发育,碱性亮氨酸拉链(bZIP)类转录因子与非生物逆境胁迫响应有密切关联。综述了植物bZIP类转录因子在应答非生物逆境胁迫中的作用及研究进展。     

植物应答非生物逆境的蛋白质组学研究进展

绿色植物在生长过程中遭遇各种各样的非生物胁迫因子的影响,包括干旱、高温、低温、高盐、重金属等。本文对植物响应上述逆境胁迫的比较蛋白质组学研究进展进行概述,并对植物抗逆蛋白质组学的研究前景进行展望。     

植物响应逆境胁迫的比较蛋白质组学研究进展

绿色植物在生长过程中遭遇的环境胁迫包括非生物胁迫（如干旱、高温、低温、高盐、营养）和生物胁迫（如病虫害）两大类。本文对植物响应上述逆境胁迫的比较蛋白质组学研究进展进行概述,并展望植物抗逆蛋白质组学的研究前景。     

不同植物生长调节剂对绯花玉开花效应研究

【目的】鉴定、克隆冬瓜 BhiOXR 基因,明确其在非生物胁迫下的表达特征,为深入研究冬瓜 BhiOXR 基因的功能奠定基础。【方法】从冬瓜基因组鉴定 BhiOXR 基因家族成员,设计扩增 BhiOXR 基因 CDS 的全长引物,通过 RT-PCR 克隆 BhiOXR 基因。以低温（4℃）、高温（40℃）、盐胁迫（150 mmol/L NaCl 溶液） 和干旱胁迫（10%PEG6000 溶液）处理冬瓜高代自交系 B227 幼苗,利用 qRT-PCR 技术分析冬瓜 BhiOXR 基因 分别在上述 4 种非生物胁迫处理下（处理 0、4、8、12、24 h）的表达特征。【结果】鉴定到 6 个冬瓜 BhiOXR 成员,并进行全长基因克隆和生物信息学分析。qRT-PCR 分析结果表明,BhiOXR1 响应低温、高温和干旱胁 迫,不响应盐胁迫;BhiOXR2a、BhiOXR2b 和 BhiOXR4 响应低温、盐和干旱胁迫,不响应高温胁迫;BhiOXR3 和 BhiOXR5 响应低温、高温和盐胁迫,不响应干旱胁迫。【结论】明确了冬瓜 BhiOXR 基因受低温、高温、盐 和干旱等非生物胁迫诱导表达,并且不同 BhiOXR 基因响应的非生物胁迫有差异,由此推测 6 个 BhiOXR 成员可 能在抵御不同非生物胁迫过程中所表现的抗氧化作用不尽相同,为进一步探究冬瓜 BhiOXR 基因的生物学功能 奠定基础。     

水稻 OsbHLH109 基因的表达分析

【目的】bHLH 转录因子家族是真核生物中重要的转录因子家族,在植物生长发育、次生代谢和逆境应答中发挥重要作用。分析水稻（Oryza sativa L.）bHLH 转录因子基因 OsbHLH109（LOC_Os01g67480）对逆境胁迫和激素的响应模式,为进一步研究 OsbHLH109 在逆境胁迫和激素响应过程中的功能提供理论依据。【方法】对 OsbHLH109 进行生物信息学分析,同时利用定量 PCR（qRT-PCR）技术分析 OsbHLH109 在水稻品种中花 11 不同组织、不同激素和非生物胁迫处理下的表达模式。【结果】OsbHLH109 编码区全长为 1 164 bp,包含 6 个外显子,编码 388 个氨基酸,是一个含有 HLH 保守结构域的 bHLH 转录因子。系统进化分析显示,OsbHLH109 与玉米等单子叶植物中的同源蛋白亲缘关系较近,与双子叶植物中的同源蛋白亲缘关系相对较远。顺式作用元件分析表明,OsbHLH109 的启动子区含有 24 个植物激素响应元件和 25 个环境胁迫响应元件。qRT-PCR 分析表明,OsbHLH109 在水稻根、茎、叶和幼穗等组织中均有表达,但在叶片中的表达量最高;激素和非生物胁迫处理结果表明,叶片中 OsbHLH109 对细胞分裂素（6-Benzylaminopurine, 6-BA）、生长素（Indole acetic acid, IAA）、赤霉素（Gibberellic acid, GA3）、脱落酸（Abscisic acid, ABA）等激素处理的响应表达均达到显著差异水平;且叶片中 OsbHLH109 在低温、干旱、高温、盐胁迫等逆境处理的响应表达均达到显著差异水平,表明 OsbHLH109 的表达受 6-BA、IAA、GA3、ABA、高温、低温、PEG6000 和 NaCl 的诱导,推测其在水稻非生物胁迫响应过程中具有重要作用。【结论】水稻 OsbHLH109 为 bHLH 转录因子家族成员,主要在叶片中高表达,OsbHLH109 基因的表达受高温、低温、盐害等外界因素调控,同时响应 6-BA、IAA、GA3、ABA 等激素信号,推测其可能通过 ABA 等激素信号转导途径参与水稻的非生物胁迫响应。     

水稻品种特优12在苏打盐碱处理下数字表达谱分析

通过不同盐碱处理下水稻品种特优12转录组测序分析,初步研究了该品种盐碱胁迫下的差异表达基因和基因表达模式。并对差异表达的基因进行了功能分类和注释。结果表明特优12在盐碱胁迫下,差异表达基因主要参与了氧化还原反应,渗透逆境响应,逆境胁迫响应,氧化胁迫响应,次生代谢途径,刺激响应,盐胁迫响应,化学刺激响应,非生物刺激响应等途径。     

植物应答非生物胁迫的蛋白质组学研究进展

高盐、低温、干旱等非生物胁迫是全球农业减产的主要因素。近年来蛋白质组学方法越来越多地被应用到植物应答非生物胁迫的研究中,鉴定出许多新的抗逆蛋白质,揭示了参与胁迫耐受的蛋白质翻译后调控机制,增进了对于植物耐受非生物胁迫分子机理的认识。综述了植物应答非生物胁迫蛋白质组学研究的最新研究进展,探讨了存在的主要问题,最后指出了需加强的研究方向。     

水稻响应非生物逆境胁迫的蛋白质组学研究进展

文中从盐胁迫、重金属胁迫、温度胁迫、干旱胁迫和其他非生物胁迫5个方面对水稻响应非生物逆境胁迫的蛋白质组学研究进展进行了详细地阐述,并对其未来的发展进行了展望。     

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。     

干旱胁迫下玉米开花期雄穗差异表达蛋白质的鉴定与筛选

【目的】 研究玉米开花期不同耐旱性玉米自交系的蛋白质表达差异,分析玉米响应干旱胁迫的主要代谢途径并发掘有价值的耐旱基因,对响应干旱胁迫的差异表达蛋白质组进行筛选和鉴定分析。【方法】 以强耐旱系PHBA6和弱耐旱系吉63为材料,设计干旱胁迫和正常灌溉处理。在玉米开花期进行干旱胁迫处理,取雄穗小花提取蛋白经双向凝胶电泳分离、凝胶图像扫描和质谱分析。【结果】 质谱分析共筛选出542个高清晰、重复性强的蛋白质点。其中,差异表达丰度达2.0倍以上的蛋白质点共有59个,强耐旱系PHBA6中有26个,弱耐旱系吉63中有37个,在强耐旱系PHBA6与弱耐系吉63中都表达且差异显著的蛋白质点有4个。【结论】 干旱胁迫蛋白参与代谢物和能量前体合成、核苷酸代谢、氧化还原辅酶代谢过程、蛋白翻译调控、细胞蛋白质及氨基酸代谢过程的调控、含硫化合物的合成与代谢过程、半胱氨酸的生物合成及代谢过程和光合作用等。细胞组分分类显示二者中的差异蛋白都与叶绿体及其结构相关,而且差异蛋白的细胞组分分类一致,但在生物学代谢过程及分子功能分类上相差较大,这些显著的差异表达的蛋白可能是形成不同品系间耐旱性强弱的主要原因。     

甘蓝型油菜授粉功能缺失突变体及其 野生型柱头差异蛋白研究

【目的】基于蛋白质组学水平分析甘蓝型油菜野生型和授粉功能缺失突变体的柱头差异蛋白。【方法】运用双向电泳技术研究甘蓝型油菜柱头授粉功能缺失的突变体FS-M1及其野生型（宁油10号）柱头差异蛋白的表达,结合质谱（MALDI-TOF-TOF/MS）分析与蛋白质数据检索技术,鉴定甘蓝型油菜野生型柱头上调表达蛋白的性质和功能。【结果】获得了甘蓝型油菜野生型柱头显著上调且可鉴定的蛋白有33个,包括抗胁迫/防御、氧化还原反应平衡调节、碳水化合物代谢、蛋白质水解、蛋白折叠、氨基酸和氮代谢、核苷酸代谢等7类功能蛋白。【结论】甘蓝型油菜野生型柱头中上调表达蛋白功能广泛,这些表达蛋白可能与甘蓝型油菜柱头授粉功能的调控有关。     

水稻类钙调磷酸酶亚基B蛋白质在逆境胁迫下的表达

【目的】了解水稻CBL蛋白质在逆境胁迫下的表达模式进而探讨水稻耐逆的分子机理。【方法】采用基于抗体的蛋白质组学策略,以超级杂交稻父本9311为材料,采用免疫印迹（western blotting,WB）技术调查了CBL家族主要成员在冷、热、旱、淹和盐胁迫等5种逆境中的表达特征。【结果】发现CBL1、CBL5和CBL6在冷胁迫中表达下调,CBL1和CBL2在热胁迫中表达下调,CBL1和CBL5在旱胁迫中表现下调,而CBL6、CBL8和CBL10在旱胁迫中表现上调,CBL1、CBL5、CBL6、CBL8和CBL10在淹涝胁迫中表达上调,而CBL2表现下调。【结论】鉴定了水稻在重要逆境胁迫下发生丰度变化的6个CBL蛋白质。     

基于 TMT和PRM 技术筛选番茄响应盐胁迫差异表达蛋白

【目的】 盐胁迫是造成番茄产量损失和品质严重下降的关键非生物胁迫之一,研究番茄耐盐的分子机制,为认识番茄幼苗应答盐胁迫分子调控机制奠定基础。【方法】 研究利用番茄耐盐渐渗系IL-7-5-5和番茄盐敏感M82为试材,采用同位素相对标记与绝对定量(TMT)技术结合定量蛋白质组平行反应监测(PRM)技术,对200 mM盐胁迫12 h的番茄幼苗叶片进行蛋白质组学研究,筛选出盐胁迫响应显著的潜在靶标蛋白。【结果】 (1)共鉴定出286个差异显著表达蛋白(DEPs)。盐胁迫下IL-7-5-5鉴定到191个DEPs,其中119个表达上调,72个表达下调。在M82中鉴定出157个DEPs,其 中84个表达上调,73个表达下调。维恩图分析显示,有129和95个差异蛋白分别特异于IL-7-5-5和M82。有62个显著差异蛋白共表达,其中 28 个在IL-7-5-5和M82中均上调,15 个均为下调,表现出对盐胁迫的一致响应。19个显著差异蛋白在表达相反,有5个蛋白质在ST中下调,在SS中上调,14个差异蛋白在ST中上调,在SS中下调;(2)番茄盐反应蛋白种类诱导能力强,主要与代谢过程、单组织过程以及细胞过程有关,细胞组成主要涉及细胞、细胞器、分子复合物和膜,基因本体分子功能显示,这些差异性蛋白主要参与催化活性、绑定和分子功能调控。(3)选择11个显著差异蛋白PRM验证结果与TMT 定量表现出相同的趋势。差异蛋白包括 A0A3Q7E8T9、A0A3Q7EK65、A0A3Q7FY19、A0A3Q7G430、A0A3Q7ITH0、A0A3Q7J1Y7、P05116、Q43779、A0A3Q7F8W6、A0A3Q7GKU3、A0A3Q7J0Z4,可能是番茄幼苗耐盐的潜在靶标蛋白。【结论】 研究采用 TMT 结合 PRM 技术,筛选出番茄幼苗响应盐胁迫差异表达蛋白。     

烟草高亲和钾转运蛋白基因NtHAK5克隆及表达模式分析

【目的】克隆烟草高亲和钾转运蛋白基因（NtHAK5）,并分析其在不同非生物胁迫下的表达模式,为深入探究该基因在烟草抵御低钾胁迫等非生物胁迫中的功能和作用机制提供理论参考。【方法】从普通烟草K326中扩增NtHAK5基因编码区（CDS）序列,利用生物信息学软件对其进行预测分析,并构建pBWA (V) HS-NtHAK5-GLosgfp融合表达载体,通过农杆菌介导转染烟草表皮细胞,观察荧光信号以确定蛋白的亚细胞定位情况。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测NtHAK5基因在不同组织和不同非生物胁迫条件下的表达特性,以无胁迫处理（正常供钾2 mmol/L K+）的植株为对照（CK）。【结果】烟草NtHAK5基因CDS序列全长2418 bp,共编码805个氨基酸残基,其编码蛋白的分子量为89874.00 Da,理论等电点（pI）为8.65,属于稳定性疏水蛋白,含有HAK家族蛋白典型的跨膜结构域。NtHAK5基因的二级结构中α-螺旋占40.12%,延伸链占24.97%,无规则卷曲占26.21%,β-折叠占8.70%。NtHAK5蛋白与烟草NtHAK1和黄花烟草NrHAK1蛋白的氨基酸相似性分别为40.69%和40.44%,与拟南芥AtHAK5相似性最高,为58.26%。NtHAK5基因启动子含有厌氧、低温、干旱、脱落酸（ABA）、茉莉酸甲酯（MeJA）响应的相关顺式作用元件。NtHAK5蛋白定位在细胞膜上。低钾胁迫处理下和正常供钾（CK）条件下,NtHAK5基因在根、茎、老叶和新叶中均有表达,且均以老叶中相对表达量最高。NtHAK5基因在干旱胁迫、冷害处理、盐胁迫和低钾胁迫下的相对表达量显著高于CK （P<0.05）,但在低氮和低磷条件下的相对表达量与CK无显著差异（P>0.05）。【结论】 NtHAK5基因属于HAK基因家族成员,具有明显组织表达特异性,参与烟草植株对干旱胁迫、冷害胁迫、盐胁迫和低钾胁迫等非生物胁迫响应,推测其编码的蛋白在烟草组织中作为K+转运体参与非生物胁迫下K+的吸收、转运和再利用。     

西瓜OSCA基因家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

【目的】对西瓜OSCA基因家族进行成员鉴定、系统发育分析以及胁迫响应分析,为揭示西瓜OSCA基因生物学功能和抗逆分子机制提供参考依据。【方法】运用生物信息学的方法从西瓜全基因组数据库中鉴定出西瓜OSCA基因家族成员,根据染色体定位信息进行命名。对基因家族成员染色体位置、基因结构、共线性、启动子、蛋白结构和系统发育等进行全面分析。利用转录组数据和qRT-PCR分析西瓜OSCA基因在胁迫条件下的表达情况。【结果】西瓜OSCA基因家族有10个成员,不均等地分布在6条染色体上。西瓜OSCA蛋白分子量变化范围为24.59~91.97kD,氨基酸数量为214~809aa,多数定位于质膜上。共线性分析结果表明,西瓜OSCA基因在进化过程中发生了片段复制事件。西瓜OSCA基因家族分为三大类群,同一类群成员的外显子一内含子的组成模式、蛋白保守基序排列、蛋白二级结构数量比例和蛋白三级结构模型均相似。西瓜、水稻、番茄和拟南芥的OSCA基因被分为6个亚族,每个亚族均有西瓜OSCA基因分布。西瓜OSCA基因启动子区域含有厌氧诱导、冷胁迫应答、光反应和干旱胁迫应答等多种非生物胁迫响应元件。在干旱、低温和盐胁迫下,西瓜OSCA基因家族各成员表达量均有不同程度变化,其中ClaOSCA3和ClaOSCA5在3种不同胁迫条件下表达量均有显著差异（P<0.05）。【结论】西瓜OSCA基因在进化过程中具有一定保守性,与拟南芥、水稻和番茄OSCA基因存在较近亲缘关系。西瓜OSCA基因家族内部存在功能分化,ClaOSCA3和ClaOSCA5可能是胁迫响应机制中的重要抗逆基因。     

番茄microRNA调控生长发育及逆境响应的研究进展

【目的】 回顾与总结番茄MicroRNA(miRNA)调控其生长发育及逆境响应的研究现状及进展,为番茄育种的应用提供理论和科学依据。【方法】 查阅国内外相关文献,汇总并对比分析文献数据。【结果】 miRNA是一类广泛存在于植物体内,位于基因组非编码区长约21～25个核苷酸的内源性非编码小分子RNA。其通过定向降解靶基因mRNA和抑制其翻译,对靶基因表达在转录后水平起调控作用。高通量测序的出现有助于植物miRNAs的数量呈指数增长,使得miRNAs相关数据库种类及数据量日渐丰富。番茄诸多生物学过程都受到miRNA的调控,包括植株形态、器官发育、生长发育以及响应干旱、盐、温度和生物胁迫等方面。【结论】 miRNAs在番茄生长发育和胁迫应答等方面起重要作用,围绕miRNAs及其靶基因对番茄的调控机制,定向改变番茄果实品质及生长周期。     

辣椒ASR基因的克隆与表达分析

【目的】克隆辣椒ASR（ABA-stress-ripening）基因进行生物信息学分析并探究其在不同组织和非生物胁迫处理下的表达模式,为深入研究ASR基因家族在辣椒果实发育和逆境胁迫中的作用机制提供参考。【方法】以遵辣1号辣椒为材料克隆其ASR基因,对该基因家族成员进行生物信息学分析和系统进化分析,运用实时荧光定量PCR检测其在不同组织及在ABA、高温、高盐和干旱胁迫处理下的表达模式。【结果】克隆的2个辣椒ASR基因分别命名为CaASR2和CaASR3,基因全长分别为987和938 bp,最长开放阅读框（ORF）分别为333和339 bp,分别编码110和112个氨基酸,蛋白分子量分别为12.45和12.73 kD,理论等电点（pI）分别为7.47和6.50,均为亲水性蛋白。结合前人克隆的辣椒CaASR1基因分析,结果显示,CaASRs预测位于细胞核,均含有ABA/WDS特征结构域;基因结构分析结果显示,辣椒ASR基因均含有2个外显子和1个内含子,启动子区域均包含ABA响应元件ABRE。CaASR1、CaASR2和CaASR3氨基酸序列分别与番茄（Solanum lycopersicum）基因组中的ASR蛋白氨基酸序列NP_001269248.1（80.20%）、NP_001307920.1（91.30%）和NP_001234137.1（96.43%）有非常高的相似性,表明其进化的相对保守性。3个ASR基因在辣椒花中表达量最低,在根、茎、叶和种子中表达量中等,但均随着果实的发育表达量逐渐升高,特别是在转色和成熟果实中。ABA、高温、高盐和干旱胁迫处理下,基因的表达量均显著升高（P<0.05）,其中以CaASR3响应最快,且上调表达量高于其他同源基因。【结论】辣椒基因组中3个ASR基因具有ASR基因家族的典型特征,并在辣椒不同组织和非生物胁迫响应中发挥重要作用。     

苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1的克隆及功能鉴定

【目的】异三聚体G蛋白(Heterotrimeric G protein)作为植物生物体内重要的信号转导分子,在感受外界环境刺激、参与植物抗逆反应和跨膜信号转导等方面发挥着重要作用。克隆异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1,并在烟草中过量表达MdGPA1,对其进行生物学功能鉴定和生理指标分析,为多年生木本植物响应环境因子信号转导过程中的分子机理研究提供参考。【方法】本研究以‘嘎拉’苹果(Malus×domestica‘Royal Gala’)为研究试材,利用同源序列比对和PCR技术,克隆获得MdGPA1。使用MEGA5.0构建GPA1物种间系统进化树;利用qRT-PCR方法检测该基因在苹果受非生物胁迫诱导表达及组织特异性表达情况。构建MdGPA1植物过表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶片,比较干旱胁迫条件下野生型和转基因株系的表型与生理指标,验证MdGPA1在植物干旱胁迫条件下的生物学功能。【结果】克隆得到苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1(基因序列号:MDP0000881842),该基因长为1 173 bp,编码390个氨基酸。进化树分析表明MdGPA1与白梨Pb GPA1亲缘关系最近,同源性最高。基因表达分析显示MdGPA1主要在叶片中表达,在根系中的表达量次之,在茎和果实中的表达量较低。定量分析表明,该基因参与干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫响应,在150 mmol·L~(-1)Na Cl、150 mmol·L~(-1)甘露醇、10%PEG和4℃胁迫条件下表达量明显下调,在5%H_2O_2胁迫处理下表达量明显上调。在烟草中过量表达MdGPA1,发现MdGPA1转基因烟草表现出对干旱敏感的表型特征,其叶片鲜重、叶绿素含量以及脯氨酸含量明显低于野生型烟草。在地下部,MdGPA1转基因烟草同样表现出对干旱敏感的表型特征;其根系形态相比于野生型较小,干重也明显低于野生型。【结论】MdGPA1参与了植物感受外界环境刺激的过程,对干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫都存在着不同程度的响应。在烟草中异源表达MdGPA1后,提高了烟草对干旱的敏感性,转基因烟草表现出不耐干旱的表型,受干旱胁迫比野生型烟草更为严重,说明MdGPA1在响应植物抗旱胁迫中起着负调控作用。