Plant UVR8 photoreceptor senses UV-B by tryptophan-mediated disruption of cross-dimer salt bridges

The recently identified plant photoreceptor UVR8 (UV RESISTANCE LOCUS 8) triggers regulatory changes in gene expression in response to ultraviolet-B (UV-B) light through an unknown mechanism. Here, crystallographic and solution structures of the UVR8 homodimer, together with mutagenesis and far-UV circular dichroism spectroscopy, reveal its mechanisms for UV-B perception and signal transduction. β-propeller subunits form a remarkable, tryptophan-dominated, dimer interface stitched together by a complex salt-bridge network. Salt-bridging arginines flank the excitonically coupled cross-dimer tryptophan "pyramid" responsible for UV-B sensing. Photoreception reversibly disrupts salt bridges, triggering dimer dissociation and signal initiation. Mutation of a single tryptophan to phenylalanine retunes the photoreceptor to detect UV-C wavelengths. Our analyses establish how UVR8 functions as a photoreceptor without a prosthetic chromophore to promote plant development and survival in sunlight.     

紫外光和蓝光调控查尔酮合成酶基因表达的研究

UV-B（280nm～320nm）、UV-A（320nm～390nm）和蓝光（390nm-500nm）经不同光受体和信号传递途径控制植物发育的各个方面。已知的蓝光／UV-A受体有隐花色素CRY1和CRY2，向光性受体有趋光素。氧化还原过程在隐花色素和趋光素信号转导过程中起重要作用。专一的UV-B光受体尚未被鉴定出，存在许多可能的UV-B信号传递途径．拟南芥查尔酮合成酶（CHS）的紫外光和蓝光转录调控成为研究热点。光受体突变体实验表明存在不同的UV-A／蓝光和UV-B光感知系统调控CHS的表达。拟南芥细胞悬浮培养物实验表明UV-B和CRY1信号传递途径在动力学上和药理学上不同。影响诱导CHS转录的启动子元件和转录因子现已被鉴定出。UV-B、隐花色素和光敏色素信号传递途径之间的相互作用调控CHS表达。UV-B途径与UV-A／蓝光途径的协同相互作用使CHS最大量表达。另外，专一的光敏色素经不同的增强和相巨作用正调控CRY1途径，负调控UV-B途径。     

汕头南澳岛沿岸浮游植物对阳光紫外辐射响应的研究

为了阐明汕头南澳岛沿岸表层水体浮游植物群落对阳光紫外辐射(UVR,280～400nm)变化的响应,试验检测了浮游植物在全波段阳光和滤除UVR或UV-B条件下的光合固酸随光强的变化关系,同时还检测了浮游植物群落的紫外辐射作用光谱(BWF).结果表明,阳光UVR可以明显的抑制浮游植物的光合固碳,当滤除UVR后,光合固碳受到的抑制程度下降.在100％阳光辐射条件下,光合固碳受到的抑制程度最大.紫外辐射作用光谱显示,浮游植物对UV-B最敏感,其抑制程度显著大于UV-A波段.     

Soma-germ line competition for lipid phosphate uptake regulates germ cell migration and survival

Lipid phosphates can act as signaling molecules to influence cell division, apoptosis, and migration. wunen and wunen2 encode Drosophila lipid phosphate phosphohydrolases, integral membrane enzymes that dephosphorylate extracellular lipid phosphates. wun and wun2 act redundantly in somatic tissues to repel migrating germ cells, although the mechanism by which germ cells respond is unclear. Here, we report that wun2 also functions in germ cells, enabling them to perceive the wun/wun2-related signal from the soma. Upon Wun2 expression, cultured insect cells dephosphorylate and internalize exogenously supplied lipid phosphate. We propose that Drosophila germ cell migration and survival are controlled by competition for hydrolysis of a lipid phosphate between germ cells and soma.     

异三聚体G蛋白在UV-B诱导拟南芥气孔关闭中的作用

【目的】了解异三聚体G蛋白在紫外线B（UV-B）辐射诱导气孔关闭中的作用,为进一步阐明植物细胞转导UV-B辐射信号的机制提供依据。【方法】以拟南芥（Arabidopsis thaliana）野生型、G蛋白α亚基基因缺失突变体及其超表达株系和组成活化型株系为材料,并结合药理学试验,通过气孔开度分析确定G蛋白在0.5 W•m-2 UV-B辐射诱导拟南芥叶片气孔关闭中的作用。【结果】细菌毒素试验表明,G蛋白抑制剂百日咳毒素（PTX）能显著抑制UV-B诱导的气孔关闭,而其活化剂霍乱毒素（CTX）能模拟UV-B的作用诱导可见光下叶片气孔关闭。遗传学试验显示,UV-B不能诱导异三聚体G蛋白α亚基GPA1功能缺失突变体gpa1-1和gpa1-2的气孔关闭,却能诱导其超表达株系wGα和组成活化型株系cGα的气孔关闭,且cGα在可见光下气孔开度明显小于野生型,在UV-B辐射初期其气孔关闭速度明显快于野生型。【结论】异三聚体G蛋白α亚基参与了UV-B辐射诱导拟南芥叶片气孔关闭的信号转导过程。     

短时间不同剂量UV-B辐射处理对冬小麦幼苗生理指标的影响

[目的]研究短时间不同剂量UV—B辐射对冬小麦幼苗叶片生理指标的影响,为进一步研究植物应答短时间紫外线照射机理提供参考。[方法]以冬小麦为试验材料,采用15和30μW／cm^2的uV—B照射强度对冬小麦幼苗进行短时间照射处理,并测定色素含量、光合速率等生理指标。[结果]UV—B处理导致叶绿素、可溶性蛋白含量以及含水量都降低,且存在剂量效应,30μW／cm^2处理的降幅大于15μW／cm^2;UV—B辐射处理对类胡萝卜紊含量的影响与花青素相同,均表现为先下降后上升的趋势,2种剂量间差异不大;2种剂量的UV—B处理均抑制了PSⅡ的电子传递,尤其是处理2h的抑制作用最大,4、6和8h的抑制作用有所缓解,且存在剂量效应;2种剂量的UV-B辐射均抑制了叶片的光合速率。随着照射时间的延长抑制效应加大;高剂量UV—B处理对膜系统的损伤较大,低剂量UV—B处理结果不明显。[结论]短时间UV—B辐射处理对冬小麦幼苗叶片的影响具有剂量效应,高剂量比低剂量的作用效果大。且随着处理时间的延长,受害程度有所减轻,该结果与长时间UV—B照射的结果不同。     

UV-B增加对小麦及玉米物候发育影响的初步研究

观察了UV-B增加对小麦及玉米物候发育的影响,结果表明:UV-B增加对小麦及玉米物候期具有明显的推迟效应,且这种推迟效应可能与UV-B增加影响作物的营养供给无关;UV-B增加对小麦群体内小气候有显著影响,表现为气温和土温显著升高,UV-B增加对小麦物候期的推迟效应与UV-B增加条件下作物群体内小气候的变化无关;初步探讨了紫外线UV-B增加对作物物候影响的机制,并提出有待于进一步研究的问题。     

短时间不同剂量UV-B辐射处理对冬小麦幼苗生理指标的影响

[目的]研究短时间不同剂量UV-B辐射对冬小麦幼苗叶片生理指标的影响,为进一步研究植物应答短时间紫外线照射的机理提供参考。[方法]以冬小麦为试验材料,采用15和30μW／cm^2。的UV—B照射强度对冬小麦幼苗进行短时间照射处理。测定指标包括：①反射光谱值。用Unispec光谱仪测定反射光谱,并计算所得参数,评价UV—B处理前后叶片叶绿素、花色素苷、类胡萝卜素含量、水分含量以及光合强度的变化,每处理测定10片叶;②可溶性蛋白含量。采用考马斯亮蓝G-250法测定叶片的可溶性蛋白含量,牛血清蛋白作为对照;③荧光参数（Fn／Fm）：将待测叶片暗反应20min后,用OS-30P荧光仪测定部位同叶色,每处理测定5片叶;④相对电导率。采用Martineau等的方法测定;⑤丙二醛（MDA）：采用邹琦的方法测定。测定项目②～⑤均重复5次。[结果】UV—B处理导致叶绿素、可溶性蛋白含量以及含水量都降低,且存在剂量效应,30μW／cm。的降幅大于15μW／cm^2;UV—B辐射导致花色素苷和类黄酮含量下降,尤其是处理后2h下降幅度最大,2种剂量的UV—B处理间差异不大。随着处理时间的延长,花色素苷含量呈逐渐上升趋势,其中,30μW／cm。处理的略高于15μW／cm。处理。UV—B辐射处理对类胡萝卜素含量的影响与花青素相同,均表现为先下降后上升的趋势,2种剂量间差异不大;2种剂量的UV—B处理均抑制了PSⅡ的电子传递,尤其是处理2h的抑制作用最大,4、6和8h的抑制有所缓解,且存在剂量效应;2种剂量的UV-B辐射均抑制了叶片的光合速率,随着照射时间的延长抑制效应加大;MDA和相对电导率在照射2h后明显增加,说明高剂量的UV—B处理对膜系统的损伤较大,低剂量的UV—B处理结果不明显。[结论]短时间的UV—B辐射处理对冬小麦幼苗叶片的影响具有剂量效应,高剂量比低剂量的作用效果大。且随着处理时间的延长,受害程度有所减轻,该结果与长时间UV—B照射的结果不同。     

UV-B辐射对植物残体分解的影响及其机理

UV-B辐射对植物残体分解的影响在植物营养循环中起着重要的作用,就UV-B辐射对植物残体分解的影响及其机理进行了综述。UV-B辐射对植物残体分解的影响包括直接影响和间接影响。直接影响指分解期接受UV-B辐射,从而对分解者产生直接作用以及光降解,这与植物类型、微生物对UV-B辐射响应的种内和种间的差异、微生物的色素、微生物的特性、环境因素等相关。间接影响是指植物生长期接受UV-B辐射,导致植物化学成分的改变,从而对分解者产生影响,这些化合物包括丹宁、木质素等酚类化合物。     

UV-B增强对作物生产影响的研究回顾与展望

大气平流层臭氧耗损引起的地表紫外辐射(UV-B)增强是气候变化问题之一。UV-B辐射增强对作物生长、生理代谢、产量及品质的影响受到人们普遍关注。通常借助两种方法开展模拟试验研究,即平方波模型法和太阳追踪模型法。UV-B辐射增强引起作物生长受阻、分蘖数减少、株高下降、叶面积和叶绿素含量下降、光系统Ⅱ受抑、光合效率降低;UV-B辐射增强导致活性氧代谢失衡、叶片气孔器受到破坏、叶绿体结构变形、基粒片层排列紊乱;UV-B辐射增强使作物有效穗数、穗粒数、千粒重下降,导致产量下降;UV-B辐射增强对籽粒蛋白质影响因作物、品种而异。未来应加强UV-B辐射增强影响作物内源激素代谢分子机制研究、区域和全球模拟及其应对措施研究。     

田间条件下UV-B辐射增强对大豆生长及光合特性的影响

为明确UV-B辐射增强对大豆生物量、叶绿素含量以及光合特性的影响,在田间条件下模拟UV-B辐射增强,对大豆相关指标进行了测定与分析。结果表明:UV-B辐射增强对大豆生长具有抑制作用,花期株高、干质量分别降低21.8%、77.0%,鼓粒期分别降低18.9%、20.8%;总体使大豆叶片的类黄酮、MDA含量增加,其中分枝期分别增加61.7%、35.2%,花期分别增加28.9%、37.4%,鼓粒期二者增加均不显著;使大豆分枝期、花期和鼓粒期的净光合速率分别降低23.2%、35.9%和20.8%,气孔导度降低,胞间CO_2浓度升高;对叶绿素含量有一定的影响,主要使分枝期叶绿素含量降低19.4%,但对ΦPSⅡ影响不显著。综合分析,UV-B辐射增强对大豆的影响主要体现在抑制叶片净光合速率,降低气孔导度,使得CO_2利用率下降,最终抑制了大豆生物量。     

小麦品种对增强UV-B辐射响应的RAPD分析

在前一研究结果的基础上,选用8个对UV-B辐射耐受性不同的小麦品种(4个耐性品种和4个敏感品种),进一步对其进行RAPD分析。结果表明,8个小麦品种间存在着明显的遗传多态性。聚类分析显示,在遗传距离为0.35的水平上,可将它们明显区分出耐性和敏感两大类,这与其生长响应指数(RI)的判定结果基本一致。4个耐性品种共同具有1500bp(OPA-12)的特征谱带,这一分子标记可能与小麦耐UV-B辐射相关,有待进一步研究。     

植物对UV-B胁迫的响应机制概述

本文综述了植物在UV-B胁迫下的研究进展,主要包括对植物形态、光合作用、保护色素、抗氧化系统的影响,进一步揭示了植物对UV-B胁迫的响应机制。     

光对园艺植物花青素生物合成的调控作用

花青素是植物中一类重要的类黄酮化合物,在植物花朵、果实等器官色泽形成和抗氧化过程中起着重要作用。植物组织中花青素的形成依赖于光信号,但是光信号对花青素生物合成的调控机制及信号网络很大程度上还不清晰。本文简述了花青素生物合成及运转过程的研究进展,简要归纳了MYB、bHLH、WDR三类主要因子对花青素合成的转录调控作用,重点阐释光信号（光强、光质、光照时长）对植物花青素合成的调控作用。研究表明,光环境（光强、光质、光照时长）主要通过不同的光受体（UVR8、CRYs、PHOTs、PHYs）影响光信号通路重要因子COP1的泛素化能力和HY5的稳定性,以及其他光信号转录因子如光敏色素互作因子PIFs的稳定性,进而调控花青素的生物合成过程。这些光信号因子一方面直接结合到调控花青素合成的MYB、bHLH、WDR三大类转录因子上,转录激活或抑制它们的表达进而调控花青素的合成;另一方面,这些光信号因子通过与MYB、bHLH、WDR三大类转录因子蛋白互作,影响它们形成的MBW复合体稳定性,进而调控花青素的合成。此外,这些光信号因子还可以通过不依赖于MBW复合体的通路调控花青素的合成,如HY5通过调控miR858影响花青素的生物合成;另外,一些未知的光响应因子可能以不依赖MBW通路的方式直接或间接地调控花青素合成基因和液泡膜上的运转蛋白,改变液泡酸化,调节花青素的合成。同时,光信号会影响光合电子传递,光合电子传递链中的一些因子也会通过依赖和不依赖MBW的途径影响植物花青素的合成。这些途径如何协调以及哪些信号因子优先受光环境（光强、光质、光照时间）调控?本文为深入研究光信号对花青素生物合成的调控机理提供参考,以探索光调控花青素积累的有效途径及靶标分子,为利用基因工程、代谢工程和光环境调控手段改良园艺植物花青素积累提供理论基础。     

UV-B辐射胁迫下桃蚜差异基因表达的分子生态初步研究

【目的】研究紫外线UV-B对蚜虫种下分化的影响,筛选、鉴别UV-B诱导条件下差异表达的基因,阐明蚜虫对UV的耐受和反应机理以及分子变异机制,为蚜虫UV-B胁迫条件下的分子生态遗传与进化研究提供理论依据。【方法】以UV-B胁迫桃蚜种群cDNA为试验方(Tester),以正常条件下桃蚜种群cDNA为驱动方(Driver),应用抑制差减杂交(SSH)技术,研究了UV-B胁迫下桃蚜特异基因的表达,并随机选取100个EST克隆测序,分析差异基因的功能。【结果】蚜虫体内参与紫外胁迫的相关基因有6类,其中胁迫诱导相关基因占总基因的10.64%,核酸、脂肪酸代谢相关基因占14.89%,转录相关基因占9.57%,结构蛋白和蛋白合成相关基因占9.57%,共生菌相关基因占8.51%,未知功能基因占19.15%,未知基因占27.66%。半定量RT-PCR扩增结果显示,热休克蛋白70、辅酶NADH、氧化还原酶、表皮蛋白在处理和对照之间的差异均达极显著水平(P0.01),而看家基因在对照和处理间无显著差异。【结论】蚜虫种群对紫外线胁迫的反应不仅依赖于抗氧化作用,还是一个多种抗性途径和多基因协同作用的复杂体系。     

UV-B增强对南极小球藻光合活性和抗氧化酶的影响

[目的]研究极地生物适应环境的生理机制。[方法]人工模拟南极UV-B辐射环境,对南极小球藻进行UV-B适应性锻炼,并以未经UV-B适应性锻炼的南极小球藻为对照,分别测定其叶绿素荧光、光合放氧速率和抗氧化酶活性。[结果]随着UV-B辐射时间的延长,南极小球藻光合放氧速率和叶绿素荧光迅速下降,且锻炼南极小球藻的下降速率小于未锻炼南极小球藻。经UV-B胁迫后,南极小球藻的SOD、POD、CAT活性均随辐射时间的延长先上升后降低,锻炼南极小球藻的上升速率大于未锻炼南极小球藻,而下降速率显著小于未锻炼南极小球藻。[结论]经过UV-B适应性锻炼的南极小球藻可通过调整一系列生理活性指标对UV-B增强产生积极响应,以增强其自身对强辐射环境的适应性。     

野外连续两年增强UV-B辐射对8个割手密无性系叶片MDA含量的影响*

 研究了大田栽培和自然光条件下，连续两年模拟UV-B辐射（280～315 nm，5.00 kJ/m²）增强对8个割手密无性系叶片丙二醛（MDA）含量的影响。UV-B辐射对割手密叶片MDA含量有显著的影响，8个割手密无性系叶片MDA含量对增强UV-B辐射存在种内差异。5个无性系叶片MDA含量有明显增加的趋势，分别为I91-97，I91-38，Ⅱ91-116，93-25，90-22；1个无性系MDA含量变化不明显（Ⅱ91-93），2个无性系MDA含量有降低的趋势，分别为Ⅱ91-98，92-11。UV-B辐射对割手密叶片MDA含量的影响具有年际间差异。UV-B辐射对割手密叶片MDA含量的影响存在生育期之间的差异，为伸长期>成熟期>分蘖期。