植物吸收和转运磷素的分子机理研究进展

磷素是植物必需的大量营养元素,植物对磷素的吸收和植物体内磷素的再度转运是位于细胞原生质膜上的磷转运蛋白介导的需能主动运输过程。概述了植物吸收和转运磷素的生理特征,植物磷转运蛋白(PT)的结构、功能和PT及磷调节子Pho基因的表达调控机制,以及突变体技术在植物磷吸收、转运中的研究进展和应用前景。旨在为今后在分子水平上进一步揭示植物对磷素吸收和转运的生物学机制提供理论依据。     

水稻磷酸盐转运蛋白Pht1家族研究进展

磷是高等植物生长发育所必需的大量元素之一,现有的研究表明植物磷酸盐转运蛋白介导了植物体内磷的吸收及转运。在低磷胁迫下,植物主要利用高亲和力磷吸收系统通过表皮细胞质膜从根围吸收磷元素。目前绝大部分克隆出来的磷酸盐转运蛋白基因都属于高亲和力的Pht1家族。本文概述了近年来水稻磷酸盐转运蛋白Pht1家族基因的表达调控机理和生物学特征,并对进一步研究做了展望。     

高粱Pht1基因家族的鉴定及其进化和表达分析

磷是生物大分子的重要组成成分,也是植物生长所必需的重要营养元素。利用Phytozome数据库,通过拟南芥Pht1家族、水稻OsPht1家族基因序列在高粱全基因组中的同源比对,鉴定并获得了11个高粱Pht1家族成员的基因序列、基因结构、蛋白序列和染色体定位等信息。利用荧光定量的方法,检测了11个SbPht1基因在缺磷和高磷处理下的表达差异。结果表明,在缺磷条件下,大部分SbPht1基因表达量上升。高磷胁迫下,SbPT1、SbPT4、SbPT6、SbPT7、SbPT8、SbPT9和SbPT10在根中的表达量上升,SbPT3和SbPT5在地上部的表达量上升。分析高粱全基因组磷转运蛋白,对于研究植物在磷吸收过程中的分子生物学基础,改良植物吸收和利用磷素意义重大。     

烟草磷营养分子机制研究进展

磷是烟草完成生命活动所必需的营养元素,在烟草的生长发育和品质形成过程中起关键作用。烟草对于磷素营养的吸收及转运主要是通过不同家族的磷转运蛋白来进行的。综述了近年来关于烟草磷营养高效状况和烟草中磷素转运蛋白基因的克隆、表达、调控的研究,并展望了今后的研究方向。     

植物对磷饥饿的反应研究进展

磷是构成生命的重要元素之一,也是土壤中有效性最低的一种营养元素。中国是世界上最大的小麦生产国。但是中国耕地中有59%的土壤缺磷。农作物的产量常受到缺磷的影响而受损。土壤缺磷并不是土壤中总磷量低,而是土壤中可供植物直接吸收利用的有效态磷含量低。植物在磷饥饿时会发生各种各样的变化,以尽最大可能满足自身对磷的需求。植物对缺磷的反应是一个复杂的网络过程。大约有100多个基因参与了植物对缺磷的反应。其中主要的有磷转运蛋白基因、核糖核酸酶基因、磷酸酶基因等。植物在吸收外界的磷的过程中磷转运蛋白发挥了重要作用。植物磷转运蛋白基因按照序列相似性可以划分为H /Pi共转运家族(Pht1家族)和Na /Pi共转运家族(Pht2家族)。按照吸收动力学的标准可以分为高亲和力磷转运蛋白和低亲和力磷转运蛋白两种。磷饥饿时植物对磷吸收能力的增强的原因之一是增加了磷转运蛋白分子的合成数目。目前尽管人们对植物吸收磷的理解已经有了长足的进步,但是在植物对磷的具体调控机制、磷的跨液泡膜运输等重要方面仍然没有明确的结果。     

番茄PHT1家族磷转运蛋白研究进展

磷转运蛋白是番茄植株体内磷转运的重要载体,参与磷元素的吸收与转运,可有效提高番茄植株的磷吸收效率。近几年来,对植物磷转运蛋白1 (phosphate transporter1,PHT1)的研究逐渐深入。在番茄上已经发现了8个PHT1家族基因,即Le PT1～Le PT8,其对番茄磷吸收和转运具有重要作用。本文对番茄PHT1家族基因的研究进展进行了综述,并对未来番茄PHT1研究的发展方向提出了展望。     

磷转运蛋白基因TaPHT2;1在染色体上定位 及对小麦磷素吸收和利用效率的影响

【目的】以中国春遗传背景的整套B染色体双端体为材料,鉴定磷转运蛋白基因TaPHT2;1的染色体定位特征。解析不同供磷水平下,上述材料和不同磷利用效率小麦品种该基因的表达特征及其与植株干物质生产能力和磷效率特征的联系。【方法】采用溶液培养法水培中国春（CS）及该品种遗传背景的整套B染色体组双端体和不同磷效率小麦品种材料。以B染色体组供试端体为材料进行TaPHT2;1 PCR扩增,鉴定TaPHT2;1在染色体上的定位。采用半定量RT-PCR及qRT-PCR技术分析B染色体组供试端体和小麦品种TaPHT2;1的表达水平。采用常规分析技术,测定供试材料单株干重和磷吸收参数。【结果】①PCR检测发现,在CS及所有供试B染色体组双端体材料中,除缺失1B长臂的1BS外,其它所有材料均能特异扩增出目标基因TaPHT2;1,表明TaPHT2;1定位在1B长臂。②丰、缺磷条件下,TaPHT2;1在CS及除1BS外双端体根、叶中的表达均表现为叶片优势表达特征,且在叶片中表达受到低磷胁迫的诱导。TaPHT2;1在根系中的表达不受低磷逆境调控。表明TaPHT2;1在介导丰磷下磷素吸收、转运及增强低磷下植株体内磷素再度调运中可能发挥重要功能。③丰磷条件下,与CS相比,1BS的单株干重和全磷含量显著降低;缺磷条件下,1BS的单株干重与CS相比也显著下降,但全磷含量增加。表明位于1B染色体长臂后的磷转运蛋白基因TaPHT2;1,对丰、缺磷条件下的植株磷素吸收、转运具有较大影响,进一步对不同供磷水平下的植株干重产生重要调控效应。④丰磷条件下,与CS相比,1BS的单株磷累积量显著增加,磷利用效率没有改变;缺磷条件下,与CS相比,1BS的单株磷累积量没有变化,磷利用效率显著降低。不同磷利用效率品种相比,丰磷条件下,随着品种磷利用效率提高,叶片中TaPHT2;1的表达水平、单株干重、全磷含量和单株磷累积量也随着增加;缺磷条件下,随着小麦品种磷利用效率提高,叶片中TaPHT2;1的表达水平、单株干重和磷利用效率也随之增高,但全磷含量呈下降趋势,单株磷累积量品种间差异较小。因此,TaPHT2;1的表达水平与小麦品种丰、缺磷条件下的磷素吸收、利用和干物质积累能力具有紧密联系。【结论】小麦磷转运蛋白基因TaPHT2;1位于1B染色体长臂。该基因通过其特定对外界供磷水平产生应答,在较大程度上调控植株的磷素吸收和利用能力,对不同供磷水平下的植株干重产生重要影响。TaPHT2;1在调控植株丰磷下磷素吸收和低磷下磷素利用中发挥重要作用,可作为鉴定小麦品种磷效率的评价指标。     

植物磷胁迫条件特异性表达基因研究进展

磷是植物生长发育必须的元素,然而多数土壤中可利用磷的含量却很少能满足作物的需要,因而作物磷素营养研究成为广泛研究的课题。目前,磷素营养的研究已深入到分子水平。在磷缺乏时,植物根和茎中发现了许多磷缺乏特异性表达的基因,包括高亲和力磷转运子、有机酸的分泌相关基因、酸性磷酸酶、TPSI1/Mt4基因家族等。这些磷缺乏特异性基因的表达对植物吸收利用磷起到重要作用。磷缺乏特异性表达基因的研究为了解植物适应磷胁迫的机制、提高磷利用率改良作物奠定了基础。     

植物营养元素运输载体的功能及其调控机制研究进展

植物营养必需元素包括氮(N)、磷(P)、钾(K)和锌(Zn)等,它们参与调控植物许多生理、生化过程,是直接影响作物产量和品质的关键因子,但其过度积累也会对植物细胞或个体造成毒害。因此,这些营养元素的吸收和转运过程在细胞水平上必须被严格调控。本文以模式植物拟南芥和水稻为对象,简要总结了高等植物中这些元素转运蛋白的类型及理化性质,阐述了其生物学功能及其作用机制,如N转运蛋白家族(NPF、NRT2、CLC、SLAC/SLAH和AMTs)、P转运蛋白家族(PHT1、PHT2、PHT3、PHT4和PHT5)、K转运蛋白家族(KT/HAK/KUP、HKT、CHX和KEA)和Zn转运蛋白家族(ZIP、CDF和P1_B型ATP酶)。由于细胞质膜内吞是胞外物质吸收、质膜受体或转运蛋白丰度调控的重要途径,因此,本文还分析了转运蛋白内吞调控在植物细胞营养元素吸收与转运中的功能。最后,对未来转运蛋白的功能及其调控机制研究进行了展望,为作物养分高效利用和品质遗传改良提供新的研究思路和策略。     

植物ATP结合盒（ABC）转运蛋白研究进展

ABC（ATP-binding cassette）转运蛋白家族庞大,种类繁多,包括全转运子和半转运子等2种类型。全转运子的核心单元包括2个核苷酸结构域（NBD）和2个跨膜结构域（TMD）,而半转运子只含有1个膜结构域（MSD）和1个NBD。植物ABC转运蛋白不仅参与植物体内激素、脂质、金属离子、次生代谢物和外源物质的运输,并且有利于植物与病原体间的相互作用和植物体内离子通道调控等重要的生理过程的进行,是一类重要的跨膜运输蛋白家族。HUGO系统中ABC家族分为A~H 8个亚族,模式植物基因组测序的完成极大促进了ABC转运蛋白的研究与发现,近几年已从多种植物中克隆了不同亚族的基因并研究其表达与功能,但目前的研究主要集中在ABCB,ABCC,ABCG等三大亚族。植物ABC转运蛋白各亚族的结构与功能截然不同,在不同植物中的表达部位也千差万别。综述了植物ABC转运蛋白家族的研究进展,根据ABC家族中已知的重要成员,系统阐述植物中各亚族ABC转运蛋白的结构特征、在植物中的表达及其生物学功能,并为今后可能的研究提出展望。表1参49     

高等植物中蔗糖转化酶的研究进展

蔗糖是高等植物光合作用的主要产物之一,也是糖类在植物中运输的主要方式,在植物的生长发育过程中起重要的作用.蔗糖转化酶（Sucrose invertase,INV）可以不可逆地催化蔗糖水解成葡萄糖和果糖,对于蔗糖的利用和运输起重要的作用.很多研究表明,在植物组织中存在多种形式的蔗糖转化酶的同工酶.蔗糖转化酶基因在环境压力和进化过程中不断进化,最终形成人们现在看到的蔗糖转化酶基因家族.蔗糖转化酶的调控主要体现在mRNA水平的调控和抑制蛋白在翻译后的调控2个方面.抑制蛋白在翻译后的调控中有一类小20 kD的蔗糖转化酶抑制蛋白（Sucrose invertase inhibitor,INVINH）,可以通过抑制蔗糖转化酶活性,起到调节植物生理活动的作用.     

园艺植物 WRKY 基因功能研究进展

WRKY 转录因子是植物中特有的一类反式作用因子。WRKY 基因家族成员众多,是植物中最大的转录因子家族之一。目前,已在多种园艺植物中对该家族进行了全基因组鉴定。大量研究表明,WRKY 转录因子参与了植物中多种生物学过程,如营养剥夺、胚胎发生、种子发育、毛状体发育、叶片衰老及其他发育和激素调节的过程,是许多调控信号网络的重要组成部分。WRKY 转录因子还可参与植物适应各种逆境的转录调控,已被证明其在生物应激反应中发挥重要作用并参与植物的防御机制,其在植物防御病菌、病毒和虫害调控过程中的重要作用正被逐步揭示。此外,WRKY 转录因子在植物响应环境中非生物胁迫方面的作用也被不断解析,其可参与调控植物对干旱、温度、盐及渗透的响应,并在此过程中发挥正向或负向调节作用。本文基于近年来的相关研究成果,重点综述了 WRKY 转录因子在园艺植物生长发育、胁迫响应和代谢合成方面所发挥的作用和调控机理,进一步明确园艺植物 WRKY 转录因子的重要生物学功能,阐明 WRKY 转录因子介导的转录调控网络,为园艺植物优良性状相关的遗传资源挖掘和分子育种提供理论支撑。     

植物蔗糖合成酶的研究现状

蔗糖合成酶(SuSy)是植物蔗糖代谢的关键酶,在植物生长发育过程中起重要作用。本文综述了SuSy的生物学功能、家族基因的克隆和表达调控机理以及SuSy的转基因植株的表现,进一步对SuSy的研究做出设想。     

植物ABC转运蛋白功能研究进展

植物ABC转运蛋白家族通过转运各种底物而参与植物一系列生命活动,其拥有众多家族成员,分类众多、结构复杂、功能多样。本文详细梳理了植物ABC转运蛋白的结构、分类及功能后发现,植物类转运蛋白共有8大亚族(ABCA～ABCG和ABCI),其中ABCG属于功能最多的一类亚族,主要参与代谢产物和激素转运、器官形成和物质合成,在重金属/逆境胁迫、以及次级代谢产物分泌等方面发挥着重要作用;ABCB主要参与生长素及重金属转运,刺激细胞生长,加强非生物胁迫的耐受能力;ABCC除参与次生代谢产物的转运外,还具有重金属解毒功能;ABCA类很可能与动植物的脂质代谢关系密切。对于目前功能未知的其他亚族建议开展蛋白互作研究,注重实践应用及多学科联合,更加准确具体解析其功能。全面深入研究植物ABC转运蛋白家族将为其他类转运蛋白的研究提供借鉴方法,同时为植物源/库的高效调控提供基础理论。     

植物蔗糖合成酶功能与分子生物学研究进展

蔗糖合成酶在植物生长发育过程中有着举足轻重的作用。叶片光合产物向“库”器官运输的主要形态是蔗糖,而蔗糖合成酶是蔗糖进入各种代谢途径所必需的关键酶之一。在此,综述了蔗糖合成酶(SuSy)在高等植物蔗糖代谢中的作用,SuSy基因的克隆、表达调控机理以及SuSy转基因植株的表现;并进一步对蔗糖合成酶的研究作出设想。     

拟南芥高迁移率族蛋白B族基因At2G34450的表达及功能鉴定

[目的]研究高等真核生物细胞核中的高迁移率族蛋白B（HMGB）在植物胁迫反应的转录调控中的作用方式。[方法]克隆了拟南芥中编码HMGB蛋白的基因At2G33450,将其转化拟南芥并筛选出超表达的转基因植株,检测干旱、高盐等非生物胁迫对转基因拟南芥的影响。[结果]在盐或干旱胁迫下,过度表达At2G33450的转基因拟南芥与野生型相比,出现萌发及生长迟缓现象。[结论]HMGB蛋白家族中的At2G33450蛋白对各种胁迫条件下拟南芥的生长发育具有重要作用。