油菜素内酯参与调控植物生长发育与抗逆性的机制及其育种应用研究

油菜素内酯（brassinosteroids,BRs）是一类重要的植物促生激素,参与调控植物生长发育。最近的研究表明,BRs能增加作物产量和增强作物抗逆性。在BRs信号转导过程中,蛋白激酶的磷酸化功能与转录因子的磷酸化和脱磷酸化过程是BRs信号重要的生化调控机制,其中起始BRs信号由胞外向胞内转导的蛋白激酶BRI1和 BAK1,以及BRs信号下游调控不同性状基因表达的转录因子BZR1和BZR2/BES1,是BRs信号途径中关键的功能基因。基于重要蛋白激酶和转录因子的蛋白结构和功能分析,通过不同氨基酸功能位点的基因定点突变和修饰技术,能实现BRs信号途径的功能研究与植物性状改良,从而提高植物对环境的适应性。综述了BRs信号途径与植物生长发育和环境胁迫的研究,期望为植物分子育种提供很好的借鉴。     

BSKs mediate signal transduction from the receptor kinase BRI1 in Arabidopsis

Brassinosteroids (BRs) bind to the extracellular domain of the receptor kinase BRI1 to activate a signal transduction cascade that regulates nuclear gene expression and plant development. Many components of the BR signaling pathway have been identified and studied in detail. However, the substrate of BRI1 kinase that transduces the signal to downstream components remains unknown. Proteomic studies of plasma membrane proteins lead to the identification of three homologous BR-signaling kinases (BSK1, BSK2, and BSK3). The BSKs are phosphorylated by BRI1 in vitro and interact with BRI1 in vivo. Genetic and transgenic studies demonstrate that the BSKs represent a small family of kinases that activate BR signaling downstream of BRI1. These results demonstrate that BSKs are the substrates of BRI1 kinase that activate downstream BR signal transduction.     

bzr1基因的转化对番茄果实性状的影响

目的将BR信号转导因子BZR1转入到番茄中,研究其对果实性状的影响。方法通过根癌农杆菌介导的方法,将bzr1基因转入到番茄栽培品种中蔬4号中,并对转化植株进行分子鉴定以及T1代遗传学分析;以转基因系和对照为材料,分析转基因植株果实典型发育时期的主要品质性状、色素和乙烯含量的变化,并分析BR生物合成基因Dwarf和调节基因LeBR1,以及乙烯生物合成关键基因LeACS4,乙烯响应基因ERF1和信号转导受体基因(LeETR1和LeETR3)的表达。结果转基因株系果实在转色期,其可溶性固形物、可滴定有机酸、可溶性蛋白、维生素C、番茄红素和类胡萝卜素含量,以及乙烯释放量均显著高于对照,在幼苗期和果实发育的前3个时期BR调节基因LeBR1的表达均高于对照,从绿熟期开始一直到转色期,转基因株系中乙烯生物合成的限速酶基因LeACS4的表达均高于同期的对照;在破色期,转基因株系中乙烯响应基因ERF1和信号转导受体基因(LeETR1和LeETR3)的表达显著高于同期的对照。结论bzr1基因在番茄中的转化使番茄食用器官(转色期果实)的各种营养成分含量显著增加,从而改善番茄的营养品质。     

蛋白质磷酸化在油菜素内酯信号通路中的作用

油菜素内酯是植物体内一类重要的类固醇激素,参与调控植物生长发育过程。对拟南芥的大量研究基本阐明了BR信号转导网络中的主要通路。在BR信号转导过程中,蛋白质可逆磷酸化参与了多个重要环节的调控。该文综述了植物体内BR信号转导过程中蛋白质磷酸化的作用。     

油菜素内酯调控植物根系发育机制研究进展

油菜素甾醇(brassinosteroids,BRs)是20世纪后期发现的一类新型植物激素,参与调控植物生长发育的诸多方面,其中对植物根系发育过程具有重要的调控作用.油菜素内酯(brassinolide,BL)是最先确定结构的高活性BR.首先介绍了BR的发现、BR调控根系生长信号通路的进展,进一步阐述了BR通路转录因子...     

油菜素内酯对植物细胞钙离子分布的影响

【目的】明确油菜素内酯对Ca²⁺分布的影响,分析油菜素内酯对影响钙稳态的编码Ca²⁺通道和Ca²⁺-ATPase相关基因表达量的变化,明确油菜素内酯对钙稳态的影响。【方法】采用焦锑酸钙沉淀法对油菜素内酯（brassinosteroid,BR）处理后Ca²⁺的分布进行细胞化学定位;利用real-time PCR技术对调控细胞内Ca²⁺水平的位于细胞质膜、液泡膜和内质网上的编码Ca²⁺-ATPase的基因及位于细胞质膜、液泡膜和溶酶体上的编码Ca²⁺通道基因的表达量进行分析。【结果】在未经BR处理的拟南芥细胞中,Ca²⁺主要分布在细胞壁、细胞间隙和液泡中,细胞质和叶绿体中仅有少量Ca²⁺的分布;在1 µmol·L^-1 BR处理3 h后,Ca²⁺呈聚集状分布在液泡膜和细胞质膜附近,同时细胞质和叶绿体上的Ca²⁺分布增多;BR处理6 h后,细胞质和叶绿体中Ca²⁺分布继续增加,细胞壁中Ca²⁺分布有所减少;BR处理9 h后,细胞质和叶绿体中Ca²⁺分布减少,细胞间隙和液泡中Ca²⁺分布有所增加,但细胞壁中Ca²⁺分布明显减少,说明BR具有移除细胞壁中Ca²⁺的作用。CNGC2和CNGC12是细胞质膜上编码Ca²⁺通道的基因,在1 µmol·L^-1BR处理3 h后,CNGC2和CNGC12的表达量均明显下降;处理6 h后,CNGC2和CNGC12的表达量有所恢复;处理9 h后,CNGC2和CNGC12的表达量明显增加。TPC1和TPC2分别是液泡和溶酶体上钙离子通道相关基因,TPC1和TPC2的表达量在1 µmol·L^-1 BR处理3 h后也表现为明显下降,但TPC1的表达量在BR处理6 h后的表达量明显高于未用BR处理的对照,而TPC2的表达量直到BR处理9 h后才明显升高。可见,BR可阻滞细胞质中Ca²⁺浓度的快速上升,液泡膜上编码Ca²⁺通道基因的表达恢复早于细胞质膜和溶酶体上的Ca²⁺通道基因,说明液泡中Ca²⁺大量进入细胞质的时间早于胞外钙库和溶酶体等胞内细胞器。ACA8和ACA10是定位在细胞质膜上Ca²⁺-ATPase基因,1 µmol·L^-1 BR处理3和6 h后,ACA8和ACA10的表达量没有明显的变化;BR处理9 h后,ACA8和ACA10的表达量明显增加;ACA4和ACA11是液泡膜上编码Ca²⁺-ATPase的基因,BR处理后,ACA4和ACA11的表达量变化与质膜上的ACA8和ACA10的表达变化类似。ACA2是内质网上编码Ca²⁺-ATPase的基因,ACA2的表达量同样在BR处理9 h后出现了表达量的最高峰。可见,BR处理9 h后,Ca²⁺-ATPase表达量增加,把细胞质中高浓度的Ca²⁺泵入细胞间隙、液泡和内质网等胞外和胞内钙库中,调控细胞质中的Ca²⁺稳态。【结论】BR对第二信使Ca²⁺具有调控作用,并可通过对钙稳态调控系统的调控传递信号。     

油菜素内酯和赤霉素对小麦初期生长反应的比较

用含有矮生和不含矮生基因的8个小麦品种盆栽,定量浇以不同浓度的BR和GA_3,观察小麦初期生长反应。GA_3对供试品种芽鞘和叶的生长促进与矮生基因有关,即高杆种比矮杆种更敏感。BR对芽鞘的生长有促进作用,对叶的生长无明显影响,且均与矮生基因无关。GA_3既不促进各供试品种根的生长也不促进根的分化。BR在高浓度下对根的生长有明显抑制,但对某些品种初生根的发生具有促进作用。     

Integration of TGF-beta and Ras/MAPK signaling through p53 phosphorylation

During development and tissue homeostasis, cells must integrate different signals. We investigated how cell behavior is controlled by the combined activity of transforming growth factor-beta (TGF-beta) and receptor tyrosine kinase (RTK) signaling, whose integration mechanism is unknown. We find that RTK/Ras/MAPK (mitogen-activated protein kinase) activity induces p53 N-terminal phosphorylation, enabling the interaction of p53 with the TGF-beta-activated Smads. This mechanism confines mesoderm specification in Xenopus embryos and promotes TGF-beta cytostasis in human cells. These data indicate a mechanism to allow extracellular cues to specify the TGF-beta gene-expression program.     

Regulation of brassinosteroid signaling by a GSK3/SHAGGY-like kinase

GSK3/SHAGGY is a highly conserved serine/threonine kinase implicated in many signaling pathways in eukaryotes. Although many GSK3/SHAGGY-like kinases have been identified in plants, little is known about their functions in plant growth and development. Here we show that the Arabidopsis BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 2 (BIN2) gene encodes a GSK3/SHAGGY-like kinase. Gain-of-function mutations within its coding sequence or its overexpression inhibit brassinosteroid (BR) signaling, resulting in plants that resemble BR-deficient and BR-response mutants. In contrast, reduced BIN2 expression via cosuppression partially rescues a weak BR-signaling mutation. Thus, BIN2 acts as a negative regulator to control steroid signaling in plants.     

Drosophila microbiome modulates host developmental and metabolic homeostasis via insulin signaling

The symbiotic microbiota profoundly affect many aspects of host physiology; however, the molecular mechanisms underlying host-microbe cross-talk are largely unknown. Here, we show that the pyrroloquinoline quinone-dependent alcohol dehydrogenase (PQQ-ADH) activity of a commensal bacterium, Acetobacter pomorum, modulates insulin/insulin-like growth factor signaling (IIS) in Drosophila to regulate host homeostatic programs controlling developmental rate, body size, energy metabolism, and intestinal stem cell activity. Germ-free animals monoassociated with PQQ-ADH mutant bacteria displayed severe deregulation of developmental and metabolic homeostasis. Importantly, these defects were reversed by enhancing host IIS or by supplementing the diet with acetic acid, the metabolic product of PQQ-ADH.     

不同LED光质对秋葵幼苗生长、生理特性和气孔特征的影响

秋葵是一种重要的药食兼用作物,为筛选适合秋葵工厂化育苗的人工光源,以秋葵品种卡里巴为试材,采用单因素随机区组设计的盆栽试验,将穴盘育苗后长至子叶展平时的秋葵幼苗转入荧光灯（FL,对照）、蓝光（B）、蓝红组合1∶2（BR1∶2）、红光（R）和黄光（Y）下进行照射,考察不同光质对秋葵幼苗生长指标、根系活力、光合色素含量、光合产物和气孔特征等的影响。结果表明,（1）秋葵幼苗的鲜样质量、干样质量、根长和茎粗以BR1∶2处理最大,株高和叶面积以R处理最大;（2）BR1∶2处理幼苗根系活力最高,其次为B处理;（3）幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量在各光质处理下变化趋势基本一致,即BR1∶2处理最大,其次是B处理,R处理下最小;（4）BR1∶2处理幼苗叶片的可溶性糖和蔗糖的含量最高,R处理幼苗叶片的淀粉含量最高;（5）秋葵叶片上、下表皮的气孔面积均以BR1∶2处理最大,其次为B处理,Y处理最小;叶片上、下表皮的气孔频度在BR1∶2处理下最大,其次为R处理,FL处理较小。可见,BR1∶2能显著提高秋葵幼苗根系活力、叶片光合色素、光合产物的含量和气孔发育,有效促使幼苗快速、健壮生长,可采用BR1∶2作为秋葵育苗的人工光源。     

油菜素内酯对土壤石油污染下刺槐幼苗生长的影响

为探讨土壤石油污染下油菜素内酯对刺槐的生长影响,采用室内盆栽的方法,应用不同浓度的油菜素内酯（0、0.1、0.3、0.5 mg·L^-1）通过栽前浸根加展叶期叶面喷施处理,对生长在不同土壤石油污染浓度（10、15、20 g·kg^-1）下的1年生刺槐苗进行了生长测定。结果表明:不同土壤石油污染浓度下,不同浓度的油菜素内酯相比清水对照,均能促进刺槐苗株高、地径生长和根系发育,提高干物质积累,有效地缓解石油污染胁迫对刺槐苗生长的影响。综合10～20 g·kg^-1土壤石油污染浓度下,油菜素内酯对刺槐苗生长的促进效应,最佳的施用浓度为0.3 mg·L^-1。     

油菜素内酯在黄瓜上的应用效果研究

采用发芽期浸种试验和幼苗期喷施试验 ,研究了油菜素内酯 (BR)不同处理对黄瓜种子萌芽和幼苗生长的影响。以 0 1mg/kg浓度浸种的效果最为显著。相同浓度的油菜素内酯对不同品种影响也有差异。 0 0 1mg/kg浓度喷施的效果最为显著 ,可促进幼苗的营养生长 ,提高幼苗的株高、茎粗和干物质积累量 ,叶面积和壮苗指标也有所增加。     

马铃薯油菜素内酯信号激酶基因StBSKs的克隆与序列分析

油菜素内酯是一种参与调控植物生长发育和环境抗性的植物激素,BSKs是BR信号通路中重要的信号转导激酶。以马铃薯为试验材料,通过同源序列检索分析设计特异性引物,采用RT-PCR技术克隆得到BSK基因家族的7个基因,分别命名为StBSK1、StBSK2、StBSK3、StBSK4、StBSK5、StBSK6和StBSK7。其CDS全长分别为1 497、1 479、1 464、1 461、1 476、1 476和1 476 bp,分别编码498、492、487、486、491、491和491个氨基酸。生物信息学分析表明,StBSKs蛋白的等电点为5.14~6.37,均呈弱酸性;这7个蛋白均无跨膜结构域和信号肽;氨基酸序列比对发现,StBSKs蛋白的氨基酸序列在N端存在较大差异。系统进化树分析发现,StBSKs蛋白与同科物种的亲缘关系更近。本研究结果丰富了对马铃薯油菜素内酯信号激酶StBSKs基因的认知,也为进一步深入研究StBSKs的基因功能奠定基础。     

外源喷施油菜素内酯对碱胁迫下甜菜生长的影响

为探究碱胁迫下不同质量浓度的油菜素内酯对甜菜生长的影响,在甜菜苗期喷施0.05mg·L-1、0.1mg·L-1、0.15mg·L-1和0.2mg·L-1不同质量浓度的油菜素内酯(BR),分析植株生长特性、光合能力、内源激素、块根产量和含糖率的变化,明确甜菜喷施的最佳质量浓度。结果表明,喷施不同质量浓度BR的处理的光合能力在整个生长期均大于碱处理,并在生长后期显著降低叶片ABA质量浓度,提高CTK和GA3的质量浓度,增加块根产量和产糖量。其中质量浓度为0.15mg·L-1的油菜素内酯处理效果最明显,块根产量最接近CK,达到CK的66.3%,是Alk(碱处理)的157.5%。苗期喷施适宜质量浓度的BR可以缓解碱土对甜菜生长的胁迫,增加干物质积累,增强甜菜的光合作用,降低叶片ABA与其他激素的比例,提高甜菜的抗碱能力。     

BR对小麦种子萌发和幼苗生长的影响

试验以小麦品种豫麦10号为材料,研究了0.1ug ml~(-1)BR浸种对小麦种子萌发和土培条件下小麦苗体生长状况的影响。结果表明,无论在蒸馏水中或是在0.2M甘露醇溶液中BR处理发芽率分别比对照提高7.2％和9.0％,胚根条数分别比对照增加0.8条和O.9条。土培条件下,BR处理明显地促进根系发育,根干重比对照增加18.2％(40d)和11.5％(60d),根苗比比对照提高33.0％(40d)和21.8％(60d)。显而易见,BR改变了植株体内干物质的分配,为小麦苗体安全越冬和正常生长准备了物质基础。     

杧果转录因子BES1s家族全基因组鉴定及生物信息学分析

BES1/BZR1是植物中特有的一类转录因子且是油菜素内酯(BR)信号转导途径的唯一转录因子,为探讨其在植物抗病抗逆反应中的作用,本研究通过运用生物信息学研究方法分析了杧果BES1s家族成员的理化性质、结构域、蛋白质结构和在不同胁迫条件下的基因表达。研究表明,杧果BES1s家族理化性质预测结果显示,成员外显子个数相差较大;结构域预测结果显示,杧果BES1s成员均具有BES1_N结构域;系统进化分析和二级结构表明,成员可分成3组,不同组之间成员存在较大差异、蛋白质三级结构预测结果显示,存在3种结构。在qRT-PCR法测定基因表达量中发现,在胶孢炭疽菌(Cg)侵染过程中MiBES1.1和MiBES1.5持续上调表达;MiBES1.12和MiBES1.13持续下调表达。在细菌性黑斑病菌(Xcm)侵染过程中,在12 h时除MiBES1.7和MiBES1.9,其他成员上调表达;在3 h时MiBES1.1~MiBES1.5和MiBES1.11下调表达。在茉莉酸甲酯(MeJA)处理过程中,MiBES1.7、MiBES1.9和MiBES1.2持续下调表达;在48 h时,除MiBES1.5和MiBES1.11~MiBES1.13其他成员下调表达。本研究结果可为杧果BES1s家族成员基因的功能研究提供依据。     

油菜素内酯对拟南芥和水稻根毛发育的影响

油菜素内酯(Brassinosteroids,BRs)是植物生长发育所必需的一类植物激素。本研究以拟南芥和水稻为研究对象,借助BR相关突变体,通过外源施加BR及BR合成抑制剂研究BR和根毛生长发育的关系。结果表明:在双子叶模式植物拟南芥中,BR抑制根毛的生长发育;在单子叶模式植物水稻中,BR对的根毛的发育存在剂量反应,在一定的浓度范围内促进根毛的生长发育。