miRNA调控植物抗逆机制的研究现状

逆境胁迫会对植物的生长发育产生负面影响,在漫长的进化中,植物拥有了一套复杂的调控网络以应对不良环境,在这一套调控网络中miRNA起到了重要作用。本文对近几年关于miRNA及其靶基因调控作用的研究进行了总结,并对miRNA的形成过程和作用机制进行了概括,介绍了与抗逆相关的miRNA及其靶基因,包括以靶基因为抗逆相关转录因子的miRNA(miR160/miR167、miR159、miR156和miR164)以及以靶基因为抗逆相关结构基因的miRNA(miR398和miR395),可为利用基因工程手段增强植物的抗逆性提供更有效的改良途径。     

植物叶绿体SOD的转录调控与功能研究进展

对叶绿体SOD的遗传分类、转录调控过程以及SOD在叶绿体中的功能进行综述分析.叶绿体SOD的转录表达与铜分子伴侣(CCS)及Cu离子浓度密切相关.不同Cu离子浓度能够使不同类型SOD在叶绿体中选择性表达;在植物叶绿体中,SOD还可以进行电子传递、调节电子转移以及保护光合作用等.研究SOD缺失突变体及超表达对植物的影响,对分析SOD的功能具有重要意义.     

不同逆境胁迫下杉木Cu/Zn-SOD基因表达分析

逆境胁迫会对植物的生长发育产生影响,适度的胁迫会促进一些次生代谢产物的合成和积累,因而有利于品质的提高。逆境胁迫条件下,超氧化物歧化酶(SOD)介导的活性氧清除在维持植物体内活性氧稳态平衡,保护细胞免受活性氧伤害中扮演着关键角色。为揭示Cu/Zn-SOD基因在杉木逆境胁迫中的作用,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,分析杉木组培苗Cu/Zn-SOD基因在4℃低温、0.054 6 g·mL~(-1)甘露醇、2 mmol·L~(-1)铝离子和300 mmol·L~(-1)的Na Cl胁迫中的表达模式,同时探究SOD在不同处理下的活性变化规律。结果表明:在不同逆境胁迫下,杉木组培苗Cu/Zn-SOD基因均受到诱导,表达量总体呈现出先升高后降低的趋势。在4℃低温、干旱、铝离子和盐胁迫下,分别在48、48、16、24 h时达到最高,是对照的6.4、5.3、6.4、10.4倍,且与对照组相比,不同胁迫处理下Cu/Zn-SOD基因的表达量差异均达到显著水平,与该结果类似的是,SOD也发生不同变化趋势,但均高于对照组,推测可能存在SOD基因成员增加基因的表达量从而增加SOD含量。Cu/Zn-SOD基因在杉木组培苗逆境胁迫中发挥着重要的调控作用,为今后深入了解杉木Cu/Zn-SOD基因在逆境胁迫中的分子机制和杉木抗逆育种机理提供理论依据。     

干旱盐碱共胁迫下玉米miR398的表达

分析干旱盐碱共胁迫下玉米miR398的表达变化,阐明miR398与玉米水势胁迫生理指标关系。干旱盐碱共胁迫处理72 h,利用qRT-PCR技术分别验证了miR398及其他对应的靶基因在盐胁迫条件下的表达变化情况;应用ELISA和茚三铜方法分别检测玉米的ABA(脱落酸)和脯氨酸含量。结果表明:经过干旱盐碱共胁迫处理,玉米出现了明显的水分亏缺症状,24、48、72 h各处理组玉米ABA和脯氨酸含量与对照组比较上升明显,差异有统计学意义(P0.05);RT-PCR检测显示,24、48、72 h各处理组玉米中miR398的表达比对照组显著降低,差异有统计学意义(P0.05)。说明干旱盐碱共胁迫条件下玉米miR398表达下调,可能参与抗逆相关基因ABA的调控。试验为后续抗旱抗盐碱玉米遗传性状研究提供了基础数据。     

甘蔗Cu/Zn-SOD的克隆和表达分析

【目的】克隆甘蔗铜/锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）基因,并分析其序列特征、组织特异性表达及在不同逆境胁迫下的表达模式。【方法】以甘蔗桂糖28号为材料,利用RT-PCR技术克隆获得Cu/Zn-SOD,采用生物信息学方法分析所推测的氨基酸序列,通过实时荧光定量PCR研究Cu/Zn-SOD在不同组织及逆境条件下的表达情况。【结果】克隆获得甘蔗Cu/Zn-SOD,NCBI登录号为JQ958328,其开放阅读框为456 bp,编码151个氨基酸,与禾本科植物聚于同一进化分支。实时荧光定量PCR分析表明Cu/Zn-SOD在根、茎、叶中均有表达,为组成型表达,在叶中表达量最高;Cu/Zn-SOD在聚乙二醇（PEG）、NaCl、低温（4℃）和H2O2四种非生物胁迫下均诱导表达,表达模式因调控机制的不同而异。【结论】克隆获得Cu/Zn-SOD,其主要在甘蔗绿色组织中表达,其在铜/锌SOD超氧化物歧化酶的功能区域保守型很高,可能与甘蔗抵御渗透胁迫相关。     

丝瓜铜锌超氧化物歧化酶Cu/Zn-SOD基因家族的克隆与表达分析

【目的】克隆丝瓜铜/锌超氧化物歧化酶Cu/Zn-SOD基因家族,并分析其序列特征、表达情况及其在丝瓜褐变中的作用,为进一步揭示丝瓜褐变的发生机理提供科学依据,为丝瓜品种遗传改良奠定基础。【方法】通过转录组测序和RT-PCR方法获得丝瓜Cu/Zn-SOD基因家族的c DNA序列,采用生物信息学方法分析氨基酸序列,利用荧光定量PCR技术研究Cu/Zn-SOD基因家族在不同组织及褐变条件下的表达情况。采用氮蓝四唑(NBT)光还原法测定总超氧化物歧化酶(SOD)活性,采用福林-酚比色测定总酚含量。【结果】获得了3个丝瓜Cu/Zn-SOD基因家族c DNA序列,依次命名为Lc Cu/Zn-SOD1(Gen Bank登录号:KP178922)、Lc Cu/Zn-SOD2(Gen Bank登录号:KX092445)和Lc Cu/Zn-SOD3(Gen Bank登录号:KX092446)。Lc Cu/Zn-SOD1全长758 bp,包含一个456 bp的开放读码框(ORF),编码152个氨基酸;Lc Cu/Zn-SOD2全长799 bp,ORF为471 bp,编码157个氨基酸;Lc Cu/Zn-SOD3全长1 011 bp,ORF为663 bp,编码221个氨基酸;编码的蛋白与甜瓜、南瓜、黄瓜同源蛋白的相似性均在90%以上。生物信息学分析表明3个基因编码的酶蛋白均无信号肽,无跨膜结构域,为亲水性稳定蛋白,Wolf Psort预测其亚细胞定位于细胞质。Cu/Zn-SOD基因家族在根中的表达量最高,在花中表达量最低。在丝瓜采后储藏期间,Lc Cu/Zn-SOD1和Lc Cu/Zn-SOD3在丝瓜储藏初期表达量较采后当时(0 d)上调,后期表达量受到抑制;在丝瓜鲜切条件下,3个基因表达量在鲜切后较采后当时(0 h)总体呈下降趋势。相关性分析显示,在采后储藏和鲜切条件下,Lc Cu/Zn-SOD1表达量均与SOD酶活性呈极显著性正相关,Lc Cu/Zn-SOD3表达量均与SOD酶活性呈显著性正相关,SOD酶活性在鲜切条件下与总酚含量呈显著负相关,Lc Cu/Zn-SOD1和Lc Cu/Zn-SOD3在调控SOD酶活性方面起作重要作用,Lc Cu/Zn-SOD1和Lc Cu/Zn-SOD3的表达影响了SOD酶活性,并影响了丝瓜褐变进程。【结论】从丝瓜果肉中获得Cu/Zn-SOD基因家族的3个,其中Lc Cu/Zn-SOD1和Lc Cu/Zn-SOD3在普通丝瓜果肉褐变过程中可能发挥着重要作用。     

真核细胞内的铜转运及平衡机制研究进展

以果蝇为例，阐述了铜在动物体内的摄入、分配、排泄以及转录水平调控过程。果蝇细胞对铜的摄取主要通过金属反应转录因子MTF调节转运蛋白Ctr与金属硫蛋白mt之间的表达调控铜离子的摄取。进入胞浆内的铜主要通过ATX1、CCS和Cox17这3种铜伴侣蛋白经3条不同途径进行转运和调节。金属硫蛋白与P型ATP7酶在铜的排泄中起重要作用。     

沉默miR156表达的mimicry156载体的构建及转化烟草的研究

miR156在植物营养生长阶段幼年期向成年期的转变过程中发挥重要的调控作用,其通过降解SPLs基因m RNA和翻译抑制调控靶基因的表达。通过定向改造拟南芥内源性Target mimicry IPS1(INDUCED BY PHOSPHATE STARVATION 1)构建了抑制miR156表达的mimicry156载体,并转化获得转基因烟草植株,转基因植株mimicry156对内源性miR156具有抑制作用。该方法为研究miR156在植物营养生长阶段的调控作用提供了方便有效的途径。     

植物铜稳态相关miRNAs的研究进展

铜(Cu)是植物生长发育所必需的微量元素,参与光合作用、呼吸作用及木质素合成等多个生物学过程。铜离子具有氧化还原特性,低铜或者过量铜都会对植物造成伤害,因此植物在长期进化过程中产生了一套完整的铜稳态调控体系,其中miRNA在此体系中扮演着重要的角色。介绍了mi R397、mi R398、mi R408、mi R857、mi R1444等5种Cu-miRNAs,它们的靶基因编码了植物细胞中非常重要的4大类含铜蛋白——漆酶、超氧化物歧化酶、质体蓝素和多酚氧化酶。在铜胁迫条件下,miRNA通过调控靶基因的表达优化铜离子的分配,既保证了铜的正常供应,又避免了铜毒害。     

NO在植物体内产生的途径及其作用

近年来的研究表明一氧化氮(nitric oxide,NO)是生物体内的重要的信号分子,参与多种生理功能的调控。文章主要介绍了在植物体内NO的产生途径、信号传导机制、与其他信号分子之间的相互作用及其与植物激素之间的作用。     

华北落叶松体内超氧化物歧化酶初探

以三年生华北落叶松苗为材料,用铜锌处理,对其体内超氧化物歧化酶活性年变化进行了分析探讨,用聚丙烯酰胺凝胶电泳法对其体内超氧化物歧化酶同工酶进行了分析,结果表明:树液流动期SOD酶活性最高,随气温的回升其活性逐渐降低。SOD酶与三年生华北落叶松苗木抗逆性密切相关,苗木经铜锌互作后SOD酶活性明显高于对照,锌通过间接作用促进铜对SOD酶的作用,从而提高铜锌互作效应。单独用锌处理在叶组织可以合成新的SOD同工酶蛋白,铜锌元素还可以增加原有同工酶的活性。     

Cloning and Expressing of a Gene Encoding Cytosolic Copper/Zinc Superoxide Dismutase in the Upland Cotton

In this study, a gene encoding a superoxide dismutase （SOD） was cloned from senescent leaves of cotton （Gossypium hirsutum）, and its expressing profile was analyzed. The gene was cloned by rapid amplification of cDNA ends （RACE） method. Northern blotting was used to show the profile of the gene expression, and the enzyme activity was mensurated by NBT deoxidization method in different growth periods. The full length of a gene of cytosolic copper/zinc superoxide dismutase （Cu/Zn-SOD） was isolated from cotton （GenBank Accession Number： DQ445093）. The sequence of cDNA contained 682 bp, the opening reading frame 456 bp, and encoded polypeptide 152 amino acids with the predicted molecular mass of 15.03 kD and theoretical pI of 6.09. The amino acid sequence was similar with the other plants from 82 to 87%. Southern blotting showed that the gene had different number of copies in different cotton species. Northern blotting suggested that the gene had different expression in different tissues and development stages. The enzyme activity was the highest in peak flowering stage. The cotton cytosolic （Cu/Zn-SOD） had lower copies in the upland cotton. The copper/zinc superoxide dismutase mRNA expressing level showed regular changing in the whole development stages; it was lower in the former stages, higher in latter stages and the highest at the peak flowering stage. The curve of the copper/zinc superoxide dismutase mRNA expressing level was consistent with that of the Cu/Zn-SOD enzyme activity. The copper/zinc superoxide dismutase mRNA expressing levels of different organs showed that the gene was higher in the root, leaf, and lower in the flower.     

Undetectable intracellular free copper: the requirement of a copper chaperone for superoxide dismutase

The copper chaperone for the superoxide dismutase (CCS) gene is necessary for expression of an active, copper-bound form of superoxide dismutase (SOD1) in vivo in spite of the high affinity of SOD1 for copper (dissociation constant = 6 fM) and the high intracellular concentrations of both SOD1 (10 microM in yeast) and copper (70 microM in yeast). In vitro studies demonstrated that purified Cu(I)-yCCS protein is sufficient for direct copper activation of apo-ySOD1 but is necessary only when the concentration of free copper ions ([Cu]free) is strictly limited. Moreover, the physiological requirement for yCCS in vivo was readily bypassed by elevated copper concentrations and abrogation of intracellular copper-scavenging systems such as the metallothioneins. This metallochaperone protein activates the target enzyme through direct insertion of the copper cofactor and apparently functions to protect the metal ion from binding to intracellular copper scavengers. These results indicate that intracellular [Cu]free is limited to less than one free copper ion per cell and suggest that a pool of free copper ions is not used in physiological activation of metalloenzymes.     

不同肥料不同作物对铜污染土壤中酶活性的影响

采用盆栽试验,研究了在不同的施肥条件(空白处理、施入重金属Cu、重金属Cu+腐殖酸F处理、重金属Cu+菌肥J处理)下,4种作物(玉米、高粱、蓖麻、向日葵)对铜污染土壤中4种酶(脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶)的影响。结果表明:对于无铜污染的土壤,加入铜对土壤的过氧化氢酶有激活效应,对脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有抑制效应;在土壤中菌肥浓度0.5g·kg-1和腐殖酸浓度0.5 g·kg-1时,对铜污染土壤中过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有激活效应,并且加入菌肥激活效应更明显。综合考虑认为,处理Cu+J效果最好,在土壤中菌肥浓度0.5 g·kg-1时,对4种酶激活效应的大小依次是玉米(Cu+J)、高粱(Cu+J)、蓖麻(Cu+J)、向日葵(Cu+J)。     

复合锌硒片对尘肺患者血清脂质过氧化水平和微量元素的影响

目的探讨复合锌硒片对尘肺患者血清脂质过氧化水平及微量元素含量的影响.方法将80例单纯Ⅰ期尘肺患者分成治疗组和对照组,治疗组在内科常规治疗基础上加用复合锌硒片治疗3个月.测定服药前、服药1个月后血清SOD,MDA的含量及微量元素锌、硒及铜的含量.结果对照组患者治疗前后血清SOD活力、MDA及硒、锌、铜含量差异无显著性（P〉0.05）,而治疗组患者治疗后血浆SOD活力显著升高,MDA含量降低,微量元素锌、硒含量增高,与治疗前差异有显著性（P〈0.01）,与对照组治疗后相比也有显著性差异（P〈0.01）.结论复合锌硒片能调整体内微量元素比例,提高尘肺患者抗氧化作用,可用于尘肺病的辅助治疗.     

Induction of nitric oxide-dependent apoptosis in motor neurons by zinc-deficient superoxide dismutase

Mutations in copper, zinc superoxide dismutase (SOD) have been implicated in the selective death of motor neurons in 2 percent of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients. The loss of zinc from either wild-type or ALS-mutant SODs was sufficient to induce apoptosis in cultured motor neurons. Toxicity required that copper be bound to SOD and depended on endogenous production of nitric oxide. When replete with zinc, neither ALS-mutant nor wild-type copper, zinc SODs were toxic, and both protected motor neurons from trophic factor withdrawal. Thus, zinc-deficient SOD may participate in both sporadic and familial ALS by an oxidative mechanism involving nitric oxide.     

仁用杏叶不同生育时期主要保护酶活性的变化规律

[目的]研究仁用杏的抗逆性机理。[方法]以5年生发育良好的仁用杏苗木的叶片为试验材料,于硬化期、生长初期和速生期对仁用杏苗木进行铜、锌喷雾处理,采用NBT还原法和邻苯二酚法分别对仁用杏叶片的多酚氧化酶(PPO)活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性进行测定,分析了仁用杏叶中主要保护酶PPO和SOD的酶活性在不同生育时期的变化规律。[结果]仁用杏叶经Cu(3)Zn(0)处理后PPO活性显著提高,且在硬化期也保持较高的水平。仁用杏叶经Cu(0)Zn(3)处理后PPO活性的增强很小甚至表现负作用。仁用杏叶经过Cu(0)Zn(3)处理后SOD的活性有显著提高,生长初期的SOD活性明显高于硬化期和速生期。[结论]锌对仁用杏叶内SOD的活性的增强作用比较显著,铜、锌通过PPO和SOD的活性的改变影响仁用杏苗木生长,从而提高苗木抗逆性。     

牛乳中超氧化物歧化酶(SOD)的提纯与鉴定

新鲜牛乳经超速离心，氯仿乙醇处理，丙酮沉淀、透析、ＤＥＡＥ纤维素柱层析等步骤使其中Ｃｕ－ＺｎＳＯＤ得到了纯化，提纯后酶的比活为１４９．５Ｖ／ｍｇ。该酶对Ｈ２Ｏ２敏感，并且在２７２ｎｍ和６７５ｎｍ处各有一吸收峰，证明被纯化的酶是Ｃｕ－ＺｎＳＯＤ。     

铜、锌离子对凯特杏膜脂过氧化及抗氧化酶活性的影响

对不同铜、锌处理下凯特杏体内的丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性的动态变化进行测定，结果表明：铜离子不利于凯特杏细胞膜的稳定，而锌离子有利于凯特杏细胞膜的稳定。     

铜锌离子对超氧化物歧化酶构象及催化活性的影响

用ＣＤ光谱、紫外吸收光谱和荧光发射光谱监测了铜锌离子对超氧化物歧化酶构象的影响，结果表明脱铜锌后酶的二级结构有序度降低，三级结构发生去折叠，而且酶失活程度明显大于铜锌丢失程度。提示铜锌离子对于维持酶分子特定构象及对构象的稳定性具有重要作用。