植物非生物胁迫应答相关转录因子研究进展

非生物逆境胁迫严重危害农作物的生产,并且转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫方面起重要作用,而利用基因工程手段过量表达植物中与抗逆相关的转录因子,可提高下游多个植物抗逆基因的表达,从而提高植物的抗逆能力,因而转录因子受到广泛的关注,由此综述乙烯应答元件结合因子(AP2/EREBP)、MYB、WRKY、碱性亮氨酸拉链家族(bZIP)和HSFs五种植物应答非生物胁迫相关转录因子的结构特点、功能,以及它们在植物应答非生物胁迫方面的研究成果。     

棉花抗逆性鉴定技术标准体系的建立

棉花是中国主要的经济作物,分布区域广,生产周期长,受生态逆境胁迫影响大。培育和筛选抗逆性强的棉花品种是减少逆境灾害的主要途径,而研究棉花品种的抗逆性鉴定技术和标准是至关重要的基础工作。归纳了近年来国内外作物抗逆性鉴定的基本方法,分析了棉花干旱、渍涝、盐碱、高温热害和低温冻害冷害等5种常发易发非生物逆境（生态逆境）抗逆性鉴定的鉴定时期、鉴定方法、鉴定指标和抗逆性判定级别等,总结了抗逆性鉴定标准制定和标准体系建立的基本原则、框架和内容等。提出了进一步研究的基本思路,主要包括：研究基于光谱/高光谱等新技术的快速便捷无损抗逆性鉴定、复合逆境下抗逆性鉴定、利用分子生物学手段直接找出相关抗逆基因并以此来进行抗逆性鉴定等技术。     

植物MAPK基因及其在逆境胁迫下的作用

植物促分裂原活化蛋白激酶级联途径中的MAPK基因在植物抵御逆境的过程中具有至关重要的作用。为使MAPK基因在植物抗逆基因工程中得到有效利用,通过对植物MAPK的结构与类别归纳分析,概述了植物MAPK基因对逆境胁迫的响应及其在多种生物胁迫和非生物胁迫应答中的作用。     

非生物胁迫下植物根系的蛋白质组学研究进展

非生物胁迫是制约植物生长发育、影响作物产量和质量的关键因素,探讨非生物胁迫对植物生长发育的影响是研究植物抗逆机制的重要内容之一,对于开展逆境胁迫耐受性植物育种有着重要意义。综述了植物根系在非生物胁迫下蛋白质组学的研究进展,探讨了非生物胁迫下植物根系蛋白质水平的动态变化,描述了特定蛋白质网络及其相关应答机制,并对非生物胁迫下植物根系的蛋白质组学研究进行了展望。     

BADH基因表达特性的研究进展

非生物胁迫(高盐、干旱和低温等)是影响全球植物尤其是农作物生长发育的主要因素,造成农作物减产导致粮食短缺。近年来研究指出甜菜碱是某些植物的主要渗透调节物质,植物受到非生物胁迫时,细胞质中积累大量的甜菜碱以作为渗透调节剂维持细胞渗透平衡,维持细胞正常的生理功能。BADH是合成甜菜碱的关键酶,研究表明BADH基因是胁迫诱导基因,基于此,综述了BADH基因及其诱导型启动子的研究概况、基因表达的检测方法以及将BADH基因应用于抗逆基因工程的研究前景。     

WRKY转录因子在植物非生物胁迫抗逆育种中的应用

干旱、高盐和低温等非生物逆境是影响农作物产量的重要因素。WRKY转录因子由于其过量表达能够提高植物抗旱、耐盐、耐低温、抗冻甚至抵抗重金属等逆境胁迫的能力,因此被作为应用基因工程途径进行植物抗逆性状改良的理想候选基因。在分子育种中,增加1个关键的转录因子的调控能力,能同时激活多个功能基因表达,从而提高植株综合抗逆性。本文主要综述了WRKY转录因子的结构、功能、转录调控机制研究以及近年来国内外WRKY转录因子新基因的发现及其在培育抗逆性转基因植物中的应用,以期为植物抗逆分子育种改良提供参考。     

棉花抗逆育种研究进展

随着全球水资源短缺、土壤盐渍化、频繁的极端天气等威胁,以及粮棉争地矛盾的日益突出,对棉花耐逆能力的要求越来越高。本文综述了非生物逆境胁迫条件下棉花的抗逆性反应,棉花抗逆种质资源发掘、利用和分子育种研究进展,并提出棉花抗逆育种研究中存在的问题及未来棉花抗逆育种研究发展方向。     

逆境及生长调节剂对作物抗逆性的影响综述

在自然条件下,植物会受到各种不良环境的影响,这些对植物生长发育不利的环境称为逆境,也叫胁迫,分为非生物胁迫和生物胁迫。在农业生产上,胁迫环境严重影响作物的生长及产量和品质,而植物生长调节剂是对植物生长发育具有调节作用的微量有机物,在植物抗逆性中应用较广。本文综述了干旱、高盐、高低温、重金属及弱光等非生物胁迫发生的机制及植物的生理响应,同时介绍了植物生长调节剂在诱导植物抗逆性方面的应用,并对植物抗逆性研究进行了展望。     

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.     

转HhERF2和PeDREB2a基因棉花对胁迫的耐受能力分析

AP2/ERF转录因子普遍存在于植物中,并广泛参与植物对生物和非生物胁迫的响应。为了提高棉花对病害及非生物逆境的抵抗能力,将分别从抗逆性优良的沙生植物铃铛刺(Halimodendron halodendron)和胡杨(Populus euphratica)中分离的HhERF2和PeDREB2a转录因子基因构建以rd29A为启动子的表达载体,并通过花粉管通道法转化棉花。利用Real-time PCR分析胁迫处理的转基因阳性植株HhERF2和PeDREB2a基因异位表达及下游PR(pathogenesis-related protein)基因表达情况,结果表明在病原菌、干旱和盐胁迫下转基因植株体内HhERF2基因能够超表达,而PeDREB2a基因仅在干旱和盐胁迫诱导下超表达。接种大丽轮枝菌(Verticillium dahlia)后能够诱导转基因植株相关PR基因表达,同时与对照J12相比植株体内PAL、SOD和POD等酚类代谢相关酶的活性显著增加,且增强了转基因棉花对大丽轮枝菌的抵抗能力。干旱和高盐胁迫下生理生化特性分析表明,与对照相比,转基因棉花叶片中可溶性碳水化合物和相对含水量显著升高,而电导率和丙二醛(MDA)含量显著降低。因此,转基因棉花对大丽轮枝菌及干旱和高盐胁迫表现出了较强的耐受能力。     

植物抗渗透胁迫基因工程研究进展

渗透胁迫是影响作物生长、发育和产量最严重的非生物胁迫之一。长期以来,改善作物对渗透胁迫的抗性一直是育种学家们努力的目标。然而,由于渗透胁迫反应是一个极为复杂的过程,通过传统育种取得的成功非常有限。近年来,由于分子生物学的发展,渗透胁迫相关基因的不断发现,人们对植物抗渗透胁迫的分子机理有了更为深入的了解,为植物抗渗透胁迫基因工程奠定了基础。通过渗透胁迫相关基因在植物体内的表达,已获得了一些渗透胁迫抗性提高的转基因植物,展示了诱人的前景。文章对该领域的研究进展作一综述。     

基于WGCNA的棉花子叶抗冷相关共表达模块鉴定

权重基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)是系统生物学的一种研究方法,在多样本转录组数据中挖掘与目标性状相关的基因模块应用较广泛.为深入探究棉花应对冷害胁迫的分子机制,以4℃低温处理不同时间点的2个棉花品种(新陆中16和新陆中32)幼苗...     

Gene cloning: exploring cotton functional genomics and genetic improvement

Cotton is the most important natural fiber plant in the world. The genetic improvement of the quality of the cotton fiber and agricultural productivity is imperative under the situation of increasing consumption and rapid development of textile technology. Recently, the study of cotton molecular biology has progressed greatly. A lot of specifically or preferentially expressed cotton fiber genes were cloned and analyzed. On the other hand, identification of stress response genes expressed in cotton was performed by other research groups. The major stress factors were studied including the wilt pathogens Verticillium dahliae, Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum, bacterial blight, root-knot nematode, drought, and salt stress. What is more, a few genes related to the biosynthesis of gossypol, other sesquiterpene phytoalexins and the major seed oil fatty acids were isolated from cotton. In the present review, we focused on the major advances in cotton gene cloning and expression profiling in the recent years.     

植物基因工程在作物育种中的应用与展望

从抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆以及品质改良、改善发育状况、提高光合作用和固氮效率等方面论述了基因工程在作物育种中的具体应用和进展,阐述了基因工程改良作物品种的方法和优点。通过植物基因工程获得的转基因作物主要有大豆、玉米、棉花、油菜和烟草,并开始大面积应用于农业生产,取了得较好的经济效益、社会效益和环境效益。分析了植物基因工程在作物育种中广阔前景,有望培育出高产优质、集高光效、抗虫、抗病、抗除草剂和抗逆等特性于一体的作物新品种。解决了人类所面临的资源短缺、环境恶化和效益衰退的三大难题,为农业的持续、稳定发展提供了有力保障。     

陆地棉盐胁迫应答基因GhPEAMT1的克隆及功能分析

【目的】磷酸乙醇胺N-甲基转移酶(phosphoethanolamine N-methyltransferse,PEAMT)是植物磷酸胆碱合成的关键酶,而磷酸胆碱是可以增强植物抗性的甘氨酸甜菜碱合成底物胆碱的前体。通过对陆地棉磷酸乙醇胺N-甲基转移酶基因(GhPEAMT1)的克隆、表达模式分析,以及功能验证,探究GhPEAMT1在陆地棉响应盐胁迫中的生物学功能,为棉花耐盐品种的选育提供基因资源。【方法】根据转录组测序数据分析,最终确定GhPEAMT1为耐盐候选基因;通过聚合酶链式反应(PCR)扩增目的基因;通过生物信息学分析基因结构特征、预测蛋白质相对分子质量以及进化关系;利用荧光定量PCR(qRT-PCR)分析耐盐棉花品种早熟长绒7号和感盐棉花品种南丹巴地大花在NaCl胁迫后不同时间点不同组织的表达特征;构建亚细胞定位载体,进行烟草的瞬时转化,确定蛋白质在细胞中的位置;构建基因超表达载体,通过花序浸染法转化拟南芥,分析转基因拟南芥种子在盐胁迫下的萌发率和转基因拟南芥主根长度;利用病毒诱导基因沉默技术(virus induced gene silencing,VIGS)对早熟长绒7号棉...     

盐胁迫条件下不同耐盐棉花miRNA差异表达研究

植物miRNAs在基因表达、生长发育和抵抗胁迫等方面有十分重要的作用。本试验以耐盐棉花品系山农91—11和盐敏感棉花品种鲁棉6号为试材,利用miRNA基因芯片杂交技术,分析盐胁迫条件下棉花幼苗miRNA的差异表达。结果表明：在盐胁迫条件下,共有27个miRNAs在山农91—11和鲁棉6号之间差异表达,其中山农91—11比鲁棉6号表达上调的miRNAs有11个,其中功能已知的10个分别属于miR156、miR164、miR167、miR397和miR399家族,表达下调的miRNAs有16个,其中功能已知的2个属于miR156、miR1l72家族。对这些miRNA家族作用的靶基因进行分析表明,这些miRNAs参与植物逆境条件下的信号传导,可能对棉花耐盐机制有重要作用。     

bZIP转录因子与植物抗逆性研究进展

碱性亮氨酸拉链(Basic region/leucine zipper motif,bZIP)类转录因子是近年来研究较多的转录因子家族之一,参与多种生物学过程,对植物的抗病性、抗寒性、抗旱性和耐盐性等逆境均具有重要的调控作用.文章通过对植物bZIP类转录因子的分布、结构、分类及其在植物逆境胁迫中的作用等最新研究进展进行了综述,提出今后可在全基因组层面上发掘更多的bZIP转录因子,并通过定点突变、转基因等手段创造bZIP的突变体,促进对bZIP表达调控机制的认识,进而了解bZIP转录因子对抗逆相关基因的调控机理,并通过基因工程手段提高植物的抗逆性,培育多抗性植物新品种.     

棉花抗低温生理指标和分子标记鉴定体系研究

[目的]研究低温胁迫下棉花生理生化指标,筛选确定棉花抗低温的特异分子标记引物.[方法]通过对30份农艺性状优良、抗低温程度不同的棉花材料在室内进行24 h 3℃低温胁迫处理,测定胁迫前后7项生理生化指标;从Genbank中调出与抗低温相关的基因片段,利用生物软件Oligo6.0处理并设计引物,筛选出与棉花抗低温基因序列相关分子标记的特异引物.[结果]建立与棉花抗低温相关生理生化鉴定指标3项,开发了与棉花抗低温相关的特异分子标记2对,筛选出抗低温材料5份.[结论]建立了棉花抗低温生理生化指标与特异引物分子标记相结合的鉴定体系.