DWARF14响应独角金内酯信号的分子机制

独脚金内酯是一类由类胡萝卜素衍生而来的新型植物生长调节因子,能够从抑制根部分生、诱导侧根形成、促进根毛伸长、介导根部与共生真菌和寄生植物信号通讯等多个方面调控植物生长发育。独角金内酯受体DWARF14(D14)起源于α/β水解酶,其信号转导机制不同于传统植物生长调节因子受体,它遵循新型的"底物-酶-活性分子-受体"识别规律,具有生成和感知生长调节因子活性分子的双重功能。综述了独脚金内酯受体D14结构及信号转导机制最新研究进展。     

前沿

<正>我国在控制水稻分蘖的新激素信号转导研究中取得突破性进展近日,中国农业科学院作物科学研究所万建民教授课题组在控制植物分枝(蘖)的新激素信号转导研究中取得开创性进展,首次在遗传和生化层面证实了D53蛋白作为独脚金内酯信号途     

新型植物生长调节剂独脚金内酯生物学功能及应用

独脚金内酯(Strigolactones,SLs)是独脚金醇类化合物的总称,是近年来发现的一类能够调控植物内源性发育过程的信号分子,被称为新型植物生长调节剂。近几年来,对独脚金内酯的研究已经越来越多,新的独脚金内酯类化合物及其功能研究报道较多。综述了最近几年来独脚金内酯生物学功能及在农作物种植方面的应用,并对独脚金内酯的研究方向进行了展望。     

水稻Dwarf 14(D14)基因的生物信息学分析

独脚金内酯是一种新发现的调控植物分枝的植物激素。D14(Dwarf 14)是水稻独脚金内酯信号传导途径中的一个基因,目前尚未明确D14的作用机制。为了推测D14的作用机理,本文对D14的基因及编码蛋白序列进行了相关生物信息学分析,包括构建系统进化树、亚细胞定位、预测蛋白三维结构等。推测D14可能的作用机制是直接水解SLs,并与某些有机分子共同作用介导信号的传导。     

独脚金内酯的生物合成及其调控

为了解独脚金内酯生物合成最新研究进展，本研究以“独脚金内酯”为关键词，检索了2000—2020年NCBI数据库发表的相关文献资料，综述了近20年来独脚金内酯的生物合成通路和相关基因的功能研究进展，并对独脚金内酯在非生物胁迫作用中的功能以及与其他激素的相互作用进行概括。结果表明:1)独脚金内酯生物合成的通路是保存的，并可能与其他通路有交互作用；2)独脚金内酯的功能是多样的，在植物生长和发育的多个阶段发挥作用；3)独脚金内酯生物合成相关基因不仅是生物合成的关键基因，还可以与其他激素互作参与调控作用。在独脚金内酯生物合成及其调控作用的研究取得了重要突破的基础上，今后着重的研究方向可能是在产量形成机制、形态建成以及激素的调控作用机理等方面的研究。     

甘蔗ScF-box基因cDNA全长克隆和生物信息学分析

【目的】独脚金内酯是近年来发现的一种新型激素,能够有效抑制植物分枝(蘖),在其信号转导途径中MAX2/RMS4/D3基因扮演着十分关键的作用。为了研究该基因在甘蔗分蘖性状表现中的功能作用具有重要意义。【方法】本研究利用RT-PCR和RACE技术克隆出其同源基因(ScF-box)的c DNA全长,并对其序列和编码蛋白开展生物信息学分析。【结果】ScF-box基因的c DNA全长为2642 bp(KR870233),具2103 bp的开放阅读框(ORF,113~2215 bp),编码700个氨基酸;蛋白质分析表明,ScF-box为不稳定的水溶性非分泌蛋白,主要在氨基酸生物合成和中央中介代谢中发挥作用。亚细胞定位于细胞质,存在22个磷酸化位点,4个NES信号和1个NLS信号位点,不存在信号肽,二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主,保守结构域和三级结构预测均表明该蛋白存在一个F-box结构,能特异识别与之作用的底物。【结论】推测ScF-box可能作为独脚金内酯调控甘蔗分蘖信号转导途径中一个具有特异性识别功能的组分而起作用。进化树分析表明该蛋白与高粱、玉米等单子叶植物进化关系较近。     

独脚金内酯生物学结构特性、功能基因组学、表观遗传学及应用

[目的]为独脚金内酯相关研究提供参考。[方法]对独脚金内酯研究现状进行简要分析,主要从独脚金内酯的生物合成、功能基因组和表观遗传的角度上进行综述。[结果]发现独脚金内酯作为一类新型的植物激素,在植物与根际之间发挥着重要的作用。这类化合物可以诱导丛枝菌根菌丝分枝以及寄生植物种子的萌发。此外,它与生长素和细胞分裂素一样,参与植株的形态建成。目前,已从拟南芥、水稻和豌豆等植物突变体中鉴定出独脚金内酯代谢的相关酶类:胡萝卜素异构酶、类胡萝卜素裂解双加氧酶以及P450单加氧酶。功能基因组学和表观遗传学为独脚金内酯相关基因的表达调控研究提供了新的方向。[结论]独脚金内酯参与调控植物的生长发育以及植物与微生物的相互作用,已在农业生物领域开始广泛应用,因此,对其开展深入而透彻地研究是非常必要的。     

独脚金内酯合成路径及抗逆性研究进展

独脚金内酯(strigolactone,SL)是一类萜内酯,来源于类胡萝卜素生物合成途径,是通过一系列的酶促反应合成的。但关于独脚金内酯的生物合成路径尚未研究透彻,目前已经了解到D27蛋白、CCD7蛋白、CCD8蛋白、P450蛋白在这一过程中发挥着不可忽视的作用。现已从豌豆、水稻、矮牵牛、拟南芥等多分枝突变体中克隆得到多个与SL合成、传导途径相关的基因。其中,D27、CCD7和CCD8是独脚金内酯合成途径的上游基因,经过双加氧和脱氢,最后在MAX1的作用下生成了5-脱氧独脚金醇。独脚金内酯是一类新型激素,能够诱导根寄生植物种子萌发并且加快丛枝真菌出现分枝,有着阻碍植物分枝生长的作用,从而抵御各种胁迫,对植物的生长具有重要意义。     

拟南芥独脚金内酯突变体叶绿素荧光特性分析

独脚金内酯是新发现的起源于类胡萝卜素生物合成途径的信号分子,调控着植物生长发育中的各种生理过程。为了解独脚金内酯及其信号途径对植物光合特性的影响,以拟南芥Arabidopsis thaliana独脚金内酯合成突变体max1和信号突变体max2为材料,测定叶片的光合色素质量分数及叶绿素荧光特性。结果发现:max1突变体与max2突变体在光合荧光特性存在明显的差异。max1叶绿素质量分数较野生型并没有显著降低,但叶绿素a/b发生了变化,max1突变体叶绿素初始荧光Fo和Y(NO)显著高于野生型,但F_v/F_m,Y(Ⅱ),qP等荧光参数较野生型并没有显著变化。快速光响应曲线发现max1突变体在强光下的ETR,Y(Ⅱ)和QNP等参数低于野生型。而max2突变体叶片的叶绿素a和叶绿素b质量分数显著低于野生型(P0.05),叶绿素荧光参数F_v/F_m,Y(Ⅱ),qP等光化学参数也显著降低,但Q_(NP),q_N等光保护参数显著升高(P0.05)。这些结果说明独脚金内酯可能参与了调控植物光合对环境的适应,而其信号传导蛋白MAX2则可能对植物光系统的建成具有基础作用。     

浙江大学喻景权团队揭示油菜素内酯信号在番茄顶端优势调控中的核心作用

正2021年3月9日,浙江大学喻景权教授团队在PNAS在线表了题为Brassinosteroid signaling integrates multiple pathways to release apical dominance in tomato的研究论文,报道了番茄中油菜素内酯(BR)是解除顶端优势的关键信号,其通过整合激素(生长素、独脚金内酯、赤霉素和细胞分裂素)和糖信号,促进侧芽活化和侧枝发生。该研究发现,BR通过其信号途径的关键转录因子BRASSINAZOLE-RESISTANT1 (BZR1)直接转录抑制侧芽中特异性表达的BRANCHED1(BRC1)基因,解除其对侧芽活化的抑制作用。     

Current perspectives on shoot branching regulation

Shoot branching is regulated by the complex interactions among hormones, development, and environmental factors. Recent studies into the regulatory mechanisms of shoot branching have focused on strigolactones,which is a new area of investigation in shoot branching regulation. Elucidation of the function of the D53 gene has allowed exploration of detailed mechanisms of action of strigolactones in regulating shoot branching. In addition,the recent discovery that sucrose is key for axillary bud release has challenged the established auxin theory, in which auxin is the principal agent in the control of apical dominance. These developments increase our understanding of branching control and indicate that regulation of shoot branching involves a complex network. Here, we first summarize advances in the systematic regulatory network of plant shoot branching based on current information. Then we describe recent developments in the synthesis and signal transduction of strigolactones.Based on these considerations, we further summarize the plant shoot branching regulatory network, including long distance systemic signals and local gene activity mediated by strigolactones following perception of external environmental signals, such as shading, in order to provide a comprehensive overview of plant shoot branching.     

独角金内酯调控水稻分蘖芽休眠的研究进展

化学控制无效分蘖是水稻高产栽培的研究热点和努力方向,分蘖芽休眠与萌发转换决定了分蘖是否发生,而该过程受激素和相关基因表达的调控。前人研究已明确生长素和细胞分裂素参与了分蘖芽休眠与萌发转换的调控,独角金内酯是最近才被发现的一种激素或前体,已被证明参与了水稻分蘖的调控,但其调控机理和信号转导途径尚不明确。本文在独角金内酯对水稻分蘖的调控作用、其合成及信号转导过程以及其调控水稻分蘖发生的作用机制等方面展开了综述。     

赤霉素GA4是水稻矮化特征的重要调节因子

【目的】 以水稻幼胚组培过程中获得的一株半矮化水稻突变体为研究对象,解析水稻半矮化突变体株高变矮及分蘖增多等表型异常的原因,为克服水稻过度矮化发育障碍因子及培育抗倒伏高产水稻品种提供科学理论依据。【方法】 首先统计分析半矮化水稻突变体与野生型的表型差异,利用体式显微镜和光学显微镜观察突变体花的结构及其细胞特征;通过转录组测序及qRT-PCR分析差异基因的表达特征,并通过外源喷施赤霉素GA3处理检测突变体对外源赤霉素的敏感性;最后利用高效液相色谱和质谱联仪检测突变体内赤霉素的含量与富集特征。【结果】 表型观测与统计结果表明,突变体水稻株高比野生型减少56.59%,有效分蘖数高出47.44%,差异均达到极显著水平。突变体的表皮毛消失且花发育迟缓,雄蕊变小。尽管突变体分蘖数较高但结实率明显降低,仅为野生型的12.62%,且种子长度和宽度均减小,差异极显著。通过显微镜观察茎的纵切切片,发现突变体细胞长度减少23%,差异极显著。外源喷施赤霉素后突变体的株高、有效分蘖、结实率、种子大小、表皮毛和茎秆细胞长度均有不同程度的恢复,说明植物体内赤霉素合成不足可能是引起水稻矮化的主要原因。转录组测序结果显示突变体中OsGA13ox 显著上调,qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。由于OsGA13ox控制GA12转化为GA53,而GA12和GA53分别转化为GA4和GA1,GA4的活性高于GA1,因此,突变体中GA4减少可能是导致半矮化的主要原因。赤霉素检测结果表明突变体中GA4含量减少94.9%,与预测结果一致。此外,D14作为SL（独脚金内酯）的特异性受体,参与调控植物SL信号转导,抑制枝条分枝或者分蘖。qRT-PCR结果显示,与野生型相比,突变体中D14 显著下调,而经过GA3处理的野生型和突变体中D14 均显著上调。D14 上调可能导致有效分蘖数减少,而其下调可能致使有效分蘖数增加。统计结果表明突变体中有效分蘖显著增多,而经过GA处理之后,野生型和突变体有效分蘖数均显著低于未经GA3处理前,表明D14 在水稻中的表达可能受到GA的调控从而影响水稻分蘖。【结论】 OsGA13ox 异常表达导致活性更高的GA4在水稻中的富集减少,形成水稻半矮化突变体;赤霉素可能通过影响D14 的表达间接调控水稻的分蘖。     

拟轮枝镰孢与玉米籽粒互作的差异基因筛选及代谢通路分析

【目的】拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)引起的玉米穗腐病是我国玉米产区发生严重的病害之一，论文旨在了解病原菌与玉米籽粒互作过程中的基因表达差异，为揭示病原菌的致病机制和玉米抗病机制提供依据。【方法】对拟轮枝镰孢侵染玉米籽粒0、4、12和72 h的样品进行转录组测序，之后采用生物信息学分析，分别以玉米和拟轮枝镰孢基因组为参考，以|log₂FC|≥1,P-adjust<0.05为阈值筛选互作过程中玉米和拟轮枝镰孢的差异表达基因，利用GO和KEGG对其进行功能注释及富集分析。Goatools软件分析植物-病原互作、MAPK途径和植物激素信号转导通路相关差异基因的表达变化，采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法对测序差异基因进行验证。【结果】在互作4、12和72 h后拟轮枝镰孢分别有140、400和1 945个基因上调表达，有9、302和1 784个基因下调表达；玉米分别有293、692和1 426个基因上调表达，320、482和153个基因下调表达。GO和KEGG富集分析显示，侵染早期拟轮枝镰孢在细胞间隙生长，差异基因主要富集在...     

基于ITS2和SNP技术鉴定浙江铁皮石斛的初步研究

铁皮石斛以营养价值和保健功效备受消费者青睐,但不同品种和不同品质铁皮石斛的区分和鉴别存在困难,急需建立一种快捷、准确、高效的鉴定方法.以浙江省12个铁皮石斛和其他省的10个石斛为材料,选取DNA条形码ITS2,优化扩增体系,对扩增产物进行测序,经序列比对与分析,获取浙江铁皮石斛DNA条形码ITS2中的特异性SNP位点;...     

马唐和反枝苋对草甘膦的抗药性

旨在明确贵州农田优势杂草马唐和反枝苋对草甘膦的抗药性水平,为杂草的抗性治理提供理论依据.以32个马唐和30个反枝苋的不同种群为研究试材,采用整株盆栽法,施药2周后测定草甘膦对杂草地上部分的鲜重抑制率.结果表明:毕节七星关区六合村马唐种群敏感性最低,ED50值为16.23 g a.i/hm2,其他种群相对抗性倍数在1.0...     

CHARACTERISTICS OF HERBIVORY/WOUND-ELICITED ELECTRICAL SIGNAL TRANSDUCTION IN TOMATO

• Herbivory and mechanical wounding elicited electrical signals.• Petiole wounding elicited stronger electrical signals than did leaflet wounding.• Leaflet wounding elicited electrical signals and JA signaling within a compound leaf.• GLR3.3 and GLR3.5 mediated leaflet-to-leaflet electrical signal transduction.• JA synthesis and Helicoverpa armigera resistance were reduced in glr3.3/3.5 plants.Electrical signals commonly occur in plants in response to various environmental changes and have a dominant function in plant acclimation. The transduction of wound-elicited electrical signals in the model plant species Arabidopsis has been characterized but the characteristics of electrical signal transduction in response to herbivory or wounding in crop species remain unknown. Here, the features of electrical signals elicited by insect herbivory and wounding in tomato were investigated. Unlike those in Arabidopsis, wounding tomato leaves did not cause leaf-to-leaf electrical signal transduction. In contrast, electrical signals elicited in response to petiole wounding were stronger and more strongly transduced. Leaflet wounding also activated electrical signal transduction and jasmonic acid (JA) signaling within the whole compound leaf. It was also demonstrated that tomato glutamate receptor-like 3.3 (GLR3.3) and GLR3.5 mediated leaflet-to-leaflet electrical signal transduction. Herbivory-induced JA accumulation and Helicoverpa armigera resistance were reduced in glr3.3/3.5 plants. This work reveals the nature of electrical signal transduction in tomato and emphasizes the key roles of GLR3.3 and GLR3.5 in electrical signal transduction and JA signaling activation.     

思茅松毛虫成虫肠道细菌多样性

【目的】 研究野外采集的思茅松毛虫（Dendrolimu kikuchii）成虫的肠道细菌多样性,为思茅松毛虫的防治和云南松（Pinus yunnanensis）等树木的保护奠定基础。【方法】 分别提取思茅松毛虫雄蛾和雌蛾的肠道总DNA,基于Illumina NovaSeq（PE250）平台运用高通量技术对肠道细菌16S rDNA基因V3~V4区进行测序和分析,分析雄虫和雌虫的肠道菌群的结构多样性。【结果】 从思茅松毛虫成虫中共获得1 278个操作分类单元（OTUs）,涵盖28个门75个纲173个目296个科550个属。在门水平上,雄蛾和雌蛾的优势菌为变形菌门（Proteobacteria,雌81.27%/雄81.17%）;在科水平上,雄蛾的优势菌科是鞘脂单胞菌科（Sphingomonadaceae,49.16%）和丛毛单胞菌科（Comamonadaceae,19.09%）,雌蛾的优势菌科是欧文氏菌科（Erwiniaceae,34.09%）和丛毛单胞菌科（Comamonadaceae,16.68%）;在属水平上,雄蛾的优势菌属是鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas,48.09%）,雌蛾的优势菌属是泛生菌属（Pantoea,31.58%）。思茅松毛虫雌蛾肠道细菌的物种多样性比雄蛾丰富。雄蛾肠道中丰度差异显著性最高的菌群为α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）,雌蛾肠道中丰度差异显著性最高的菌群为γ-变形杆菌纲（Gammaproteobacteria）。【结论】 思茅松毛虫成虫肠道具有丰富的细菌资源。     

干旱胁迫下鸭茅苗期生长特性及耗水规律

【目的】 研究不同水分条件下鸭茅生长特性及耗水规律。【方法】 以7份来源不同的鸭茅为材料,观测其生长特性,用称重法研究其耗水变化。【结果】 (1)随干旱胁迫增大,各材料生长速度减缓,株高、分蘖数、地上及地上生物量逐渐降低;(2)7份鸭茅材料的耗水规律基本一致,随干旱胁迫增大,耗水量呈现逐渐降低趋势,但材料间耗水特性存在差异;(3)综合生长发育及耗水特性,新疆尼勒克县鸭茅表现最优,其次美国俄勒冈鸭茅,新疆乌鲁木齐市鸭茅表现最差。【结论】 不同种源鸭茅随干旱胁迫增强生长特性及耗水均呈现降低趋势,新疆野生鸭茅具有一定的抗旱性,优于两栽培品种。     

基于簇毛麦No.1026转录组的SSR序列分析及其PCR标记开发

【目的】 探究从前苏联引进的簇毛麦No.1026（Dv#4）的EST-SSR序列特征及其在染色体的分布,分析它们在不同簇毛麦间及与小麦间的多态性,为其进一步的研究与利用提供依据。【方法】通过Illumina HiSeq测序获得No.1026植株的转录组序列,利用MISA软件分析转录组SSR序列及特征,采用Primer 3设计SSR引物,随机合成238对引物,对小麦中国春与簇毛麦Dv#4和引自英国剑桥的簇毛麦Dv#2的基因组DNA进行扩增,在琼脂糖凝胶上分离评价扩增产物的多态性,并利用一套小麦-簇毛麦异染色体系进行扩增分析。【结果】 检测了No.1026总长62.76 Mb的转录组序列,发现10 497个SSR位点,它们分布于8 735条Unigene上。在1—6个核苷酸的重复单元中,单、双、三碱基的重复占95.85%,其中三核苷酸串联重复数量最多,占SSR总数的50.33%,而CCG/CGG基序的重复占三核苷酸串联重复的41.66%;单核苷酸重复是第二大类型,出现频率为27.13%,其中A/T重复占单核苷酸重复的74.58%。二核苷酸重复类型的数量位列第三,占SSR总数的18.39%。在238对EST-SSR引物中,88对在中国春与簇毛麦（包括Dv#2和Dv#4）之间的扩增产物显示多态性;8对只在簇毛麦和单一异染色体系扩增;4对可在簇毛麦和多个异染色体系中特异扩增;但多数可在簇毛麦中清晰扩增的引物不能在任何异染色体系中扩增,推测可能与簇毛麦基因组及染色体导入小麦过程中的变异有关;47对（19.74%）在2份不同来源的簇毛麦Dv#2和Dv#4之间的扩增产物呈现多态性。利用1对EST-SSR引物和1个EST-PCR标记检测48个簇毛麦植株,证明多态性的SSR引物可有效用于检测簇毛麦的异质性。【结果】 簇毛麦No.1026（Dv#4）的转录组中存在丰富的SSR序列,其中CCG/CGG、A/T和AG/CT等三核苷酸、单核苷酸和二核苷酸是其最主要的串联重复基序。部分EST-SSR的侧翼保守序列与单一或若干外源染色体特异相关联,据此开发特异的分子标记,可用于跟踪检测小麦背景中特异的簇毛麦染色体或染色体片段。Dv#4与Dv#2间的部分EST-SSR具有多态性,提示2份不同来源簇毛麦的表达序列间存在一定程度的遗传差异,因此,簇毛麦Dv#4值得进一步的发掘研究。