利用基因芯片研究植物非生物逆境响应基因表达的进展

极端温度、干旱和高盐等逆境胁迫影响作物的正常生长,会导致作物大幅度减产。分子遗传和基因组学研究表明,大量基因受到逆境胁迫的诱导,包含转录因子在内的许多信号因子参与了逆境响应。基因芯片能够进行整个基因组范围的基因表达分析,利用基因表达谱分析,结合代谢组学和蛋白组学研究,已在阐明植物抗逆机制和发掘植物逆境胁迫响应相关基因方面取得重要进展。综述利用基因芯片对植物在极端温度、干旱和高盐等非生物逆境胁迫下基因表达的研究进展。     

转录组学在植物响应干旱胁迫中的研究进展

干旱胁迫是植物生长周期中极易遭受的非生物胁迫之一，了解植物如何响应干旱逆境及其调控途径，成为了一个热点问题。随着转录组技术的广泛应用，人们可以从基因层面了解在干旱胁迫下，植物体内的信号转导及其相关的网络调控机制。本文主要查阅近年来RNA-Sep技术在植物干旱胁迫方面的研究进展，介绍了植物受到干旱胁迫后，从膜上信号感受器，到细胞内信号转导，以及主要的植物激素代谢调控途径等方面的调控机制，展望了未来转录组学在植物响应干旱胁迫中的发展方向。     

植物干旱胁迫响应的研究进展

干旱是影响植物正常生长发育和限制作物产量的主要非生物胁迫之一,会影响植物的生长、发育和繁殖等生命活动,同时也是研究得较多的逆境因子之一。当土壤中的水分不能满足植物生长所需时,就会形成干旱的环境,而植物在受到干旱胁迫时,可以通过细胞对干旱信号的感知和传递来调节基因的表达并产生新的蛋白质,从而引起大量形态学、生理学和生物化学的变化。本文通过对干旱胁迫下植物的生理生化指标、植物激素以及相关抗性基因和蛋白的变化进行综述,以期为耐旱植物品种的研究及抗性植株的培育提供理论参考。     

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、b HLH及b ZIP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。Sl SOS2能够通过调节Sl SOS1和Na+/H+逆向转运蛋白Le NHX2/4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Pv P5CS和tom PRO2、脯氨酸脱氢酶Boi Pro DH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Sl BADH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Sl HSFs相互之间形成复合体调控下游Sl HSPs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。     

作物限额灌溉技术

1 根据作物调减灌时当作物供水不足时,体内会产生一系列的生理、生化变化过程,以适应逆境生长。这些过程有的可以使作物提前成熟,以避免干旱,有的则能产生一些特殊的物质,使植物的持水和吸水能力加强,利于维持正常的代谢活动; 有的则能调节水分的散失过程,降低水分速率,这些适应与调节过程可使作物的耐旱性增强,从而延缓干旱胁迫的发生,降低胁迫的危害程度。因而,我们针对不同的作物,按照不同的情况,充分利用好作物的生理变化过程,降低灌溉用水量。     

植物DREB转录因子研究进展

DREB转录因子是重要的转录因子之一，在调控与逆境相关基因的表达、提高植物对逆境胁迫适应性中发挥重要作用。文章综述DREB转录因子的克隆、结构特点、表达、与植物逆境胁迫的关系、信号传导及在植物抗逆基因工程中的应用等的研究进展，指出该领域研究存在的问题如：其他多个逆境条件下DREB类转录因子的研究、受DREB直接调控的基因的特点及其调控机制、DREB自身和结构调控及其调控基因形成的表达调控网络，今后须针对这些问题进行深入研究，为提高作物抗逆性和选育抗逆作物品种奠定基础。     

DREB转录因子提高植物抗非生物胁迫的研究新进展

DREB是植物生长调节过程中重要的转录因子之一,在调控与逆境相关基因的表达、提高植物对逆境胁迫适应性中发挥重要作用。综述了DREB转录因子的结构特点,以及近年来该基因在抵御干旱、低温、高盐等非生物胁迫中作用的研究进展,指出今后应加强DREB调控下游基因及其网络的研究。     

黄酮类物质的生物合成及对干旱胁迫响应的研究进展

通过阐述黄酮类物质生物合成、代谢调控以及参与干旱胁迫响应的研究进展,提出了从多组学层面联合分析逆境胁迫下基因转录以及转录调控过程,这将有助于深入理解植物对逆境胁迫响应的分子机制,从而为品种改良和产品开发提供理论参考。     

植物抗逆胁迫相关蛋白激酶的研究进展

蛋白激酶在信号感知、传导、基因的表达调控以及其他调节植物生长发育的众多生理过程中至关重要。植物体内的信号传导系统能够感知外界逆境胁迫,并传递逆境胁迫信号。通过蛋白激酶改变蛋白质的磷酸化和去磷酸化状态,下游的抗逆相关基因在转录表达水平上发生变化,从而启动相应反应来抵制危害。概述了近年来国内外有关植物抗逆胁迫的蛋白激酶的研究进展。     

作物对水分胁迫的生理响应研究进展

作物在干旱环境条件下,形成一系列抵御干旱逆境的生理机制。了解作物对水分胁迫的生理响应,研究其生理学机制,对当前作物抗逆育种和作物抗旱性能的评价都具有重要意义。简要回顾了近20 a来作物的耐旱机制、水分胁迫下其生理生化反应以及细胞超微结构变化的研究进展,并分析了该研究领域的现状和重点关注的问题。     

Regulatory Network of Transcription Factors in Response to Drought in Arabidopsis and Crops

Drought is one of the most important environmental constraints limiting plant growth, development and crop yield. Many drought-inducible genes have been identified by molecular and genomic analyses in ...     

抗旱相关基因及其遗传工程

干旱是影响全球生态的重要因子,文章综述了转录调控因子和转录后RNA/蛋白修饰因子两类抗旱相关基因及其在耐旱性遗传改良中的应用。其中,胁迫应答的转录调控因子包括脱水响应因子(DRE)、锌指蛋白(ZFP)、核因子(NF-Y)和WRKY转录因子;转录后RNA/蛋白修饰因子包括蛋白的法尼基化、蛋白磷酸化和蛋白的聚ADP核糖基化作用。这些基因中有的已克隆并通过生物技术手段转入作物中,靶基因的表达提高了作物的抗旱性及产量。     

植物抗旱相关功能基因研究进展

综述了影响植物抗旱性的各相关功能基因的研究进展及其在抗旱基因工程上的应用现状。干旱是影响植物正常生长发育的一个最重要的逆境因子。人们对植物的抗旱性进行了多层次研究,并从各种生物中鉴别和定位了几十种与提高抗旱性相关的基因,为从分子水平上研究植物的抗旱性奠定了基础。近年来,人们发现了更多的抗旱基因,对已知抗旱基因也有了更深入的研究,并成功转化了多种不同类型的植物,提高了其抗旱能力。     

干旱条件下施肥与作物抗旱性的关系

施肥与作物抗旱性有着密切的关系,对土壤肥力和氮﹑磷﹑钾三大营养元素与作物抗旱性关系的研究证明:旱地施肥后,满足了作物对营养元素的需求,促进了作物生长,增强了生理活动,通过渗透、水分、气孔、光合调节等生理生化机制影响作物的代谢活性。水分胁迫条件下施肥使叶片水势增强,束缚水含量增高,根系生长增强,作物吸水增强,气孔导度降低,水分散失减少,对作物水分生理及形态建设影响显著,提高了作物的抗旱性。不同营养元素与抗旱性的关系是不同的:如氮的抗旱作用随土壤干旱程度的加剧而降低,随着氮用量的增加甚至出现负效应;受到水分胁迫时,增施磷肥对植物的抗旱性一直表现为良好的正效应,而且在严重干旱时效果更加明显;因此,随干旱程度的加剧应适当增加磷肥的施用量。营养元素间配合施用有利于提高作物的抗旱能力。     

植物干旱胁迫相关调控基因研究进展

干旱是影响植物正常生长发育最重要的逆境因子。人们为了提高植物的抗旱性,从各种生物中鉴别和定位了几十种基因,这些基因可以分为功能蛋白基因和调节蛋白基因。综述了调控基因的种类、功能及其最新的研究进展,并对该类基因在作物耐逆改良研究中的利用价值进行了初步评价。     

作物对水分胁迫反应的研究进展

干旱是制约作物生长发育的重要环境因子,了解作物对干旱胁迫的反应,是选育抗旱品种的前提。综述了作物的耐旱机制、水分胁迫下的生理生化反应及超微结构变化的研究进展,并指出了今后需要进一步研究的问题。     

多变量统计方法及其在作物环境胁迫研究中的应用

干旱、湿涝、高低温、盐渍等环境条件严重限制植物的生长发育和影响农作物产量.通过多变量统计分析,以主成分分析、因子分析、聚类分析、多重回归分析、隶属函数分析、灰色关联度分析、层次分析、多维空间坐标分析等方法为手段可筛选抗性强的品种,确定农作物抗逆鉴定的最佳时期及鉴定指标.目前多变量统计分析在农作物逆境抗性研究中得到广泛应用和发展,现已成为农作物抗逆鉴定的一个重要工具.     

植物干旱胁迫响应机制研究进展

干旱是限制植物生长的重要因素,会诱导植物产生渗透失衡、膜系统损伤、呼吸与光合速率降低等不良反应,不仅妨碍植物各阶段的生长代谢,还影响农作物的高质高产。在与外部环境的互作过程中,植物会产生干旱响应,如通过根系和叶片结构、代谢物质成分的改变以及抗旱基因的表达来抵御干旱胁迫。从表型水平、生理水平和分子水平阐述了植物干旱胁迫响应的研究进展。其中,植物表型水平的干旱胁迫响应主要体现在根系和叶片的结构改变,而植物生理水平的干旱胁迫响应主要体现在光合作用、渗透调节代谢、抗氧化代谢和激素物质等方面,详细阐述了植物干旱胁迫响应的分子机制及参与其中的调节基因和功能基因,对研究中存在的问题进行了讨论,展望了植物干旱胁迫响应的研究前景。     

非生物逆境锻炼提高作物耐逆性的生理机制研究进展

非生物逆境（如,高温、低温、干旱、渍水胁迫等）是限制作物产量提升的重要因子,并且非生物逆境发生的频率、程度以及持续时间随着全球气候变化呈显著上升趋势。因此,提高作物对非生物逆境的抗性,或采取缓解措施降低非生物逆境对作物产量和品质形成的不利影响,对于确保作物稳产及粮食安全有重要意义。逆境锻炼（priming）是指植株经过前期适度的逆境处理后,对再次发生的逆境胁迫表现出较强的抗/耐性,也称为逆境胁迫记忆。与未经过锻炼植株相比,经过锻炼植株的信号调控物质、次级代谢产物、胁迫保护性物质等可以更快、更有效地对再次发生的逆境胁迫产生响应,从而增强植株耐逆性。根据再次逆境发生的类型及时间,逆境锻炼主要包括当代同种逆境锻炼效应（锻炼阶段的逆境和再次发生的逆境是同一种）、当代交叉逆境锻炼效应（锻炼阶段的逆境和再次发生的逆境不是同一种）、跨代同种逆境锻炼效应（经过逆境锻炼的种子在子一代或子几代的同种逆境锻炼效应）、跨代交叉逆境锻炼效应（经过逆境锻炼的种子在子一代或子几代的交叉逆境锻炼效应）四大类型。本文重点围绕高温锻炼、低温锻炼、干旱锻炼及渍水锻炼介导的上述四大类型锻炼效应的生理机制进行了综述,生理机制主要包括植株光合机构响应机制、抗氧化系统在清除活性氧减轻对细胞膜脂过氧化伤害机制、胁迫诱导的信号物质（激素类物质、Ca²⁺、过氧化氢、一氧化氮等）在诱导下游基因表达及生理生化过程机制。此外,表观遗传修饰如DNA甲基化、组蛋白修饰为长期甚至传代胁迫记忆提供了潜在机制。对作物逆境锻炼机制的深入解析,可以找到对作物耐逆性获得起关键调控作用的基因和蛋白,这样在作物生产上,我们可以在生育前期,配合外源调控物质诱导起关键作用的基因和蛋白,可通过人为方法提前刺激这种物质在逆境来临之前表达,主动诱导作物对关键时期逆境耐性的形成,从而有效缓解在产量形成关键生育时期发生的胁迫对作物产量的不利影响,因而具有重要的实际生产意义。