干旱胁迫对植物体内钙离子含量和分布的影响研究进展

Ca~(2+)是植物体内的第二信使,它广泛参与植物响应各种非生物和生物胁迫的信号传导,在植物生长发育过程中起着非常重要的作用。当植物受到干旱胁迫时,产生的胁迫信号会激活位于细胞质膜上的Ca~(2+)通道,在细胞质中产生特异性的Ca信号,传递到Ca信号的感受蛋白上,从而引起细胞内的一系列生理生化反应,最后对干旱胁迫做出响应。干旱胁迫下,植物体内Ca~(2+)的分布会发生改变,还会影响植物对Ca~(2+)的吸收。综述了Ca~(2+)在植物体内的含量、分布、功能及干旱胁迫对植物体内Ca~(2+)含量和分布的影响,以及Ca~(2+)变化的原因,为国内外研究Ca信号作参考,也为今后研究离子组学奠定基础。     

结球甘蓝类钙调素蛋白基因BoCML39的克隆与表达分析

类钙调素蛋白作为钙调素蛋白的家族之一,调控植物生长发育、激素调控、病原菌防御及各种胁迫。本研究以结球甘蓝为试验材料,通过克隆获得BoCML39基因,其开放阅读框(ORF)为510 bp,编码169个氨基酸,不含内含子。预测BoCML39蛋白分子量为19.25 k D,等电点为4.35,为亲水蛋白,含有4个EF-hand结构域;系统发育树表明结球甘蓝BoCML39蛋白与白菜CML39蛋白处于同一进化枝,与油菜CML39蛋白、甘蓝CML39蛋白的亲缘关系近;三级结构预测发现该蛋白包含9个α-螺旋结构、5个β-转角、2个β-折叠、7个无规则卷曲和4个似小球状的钙离子结构。qPCR表明干旱(PEG6000,150 g/L)、盐(NaCl,200 mmol/L)、低温(4℃)、高温(37℃)、过氧化氢(H2O2,30 mmol/L)、脱落酸(ABA,100μmol/L)、水杨酸(SA,2 mmol/L)、茉莉酸甲酯(MeJA,100μmol/L)不同处理条件均能上调结球甘蓝叶和根中BoCML39的表达。研究结果初步证实BoCML39基因响应逆境胁迫(PEG6000,Na Cl,4℃,37℃)、活性氧(H2O2)和激素(ABA,SA,MeJA)调控,为Bo CML39参与植物逆境、活性氧和激素调控信号途径及其功能研究提供科学依据。     

蒙古扁桃编码Ca~(2+)结合蛋白基因的系统性鉴定和表达分析

为进一步解析蒙古扁桃抗逆境的遗传机理,采用高通量转录组测序技术,结合生物信息学和基因表达分析,在蒙古扁桃体内鉴定到16个编码Ca~(2+)结合蛋白的全长转录本,包括4个Ca~(2+)ATPase(ECA/ACA),3个具有多个跨膜域的新型Ca~(2+)通道蛋白(ERD),5个Ca~(2+)/H+反向转运蛋白(CAX),2个Ca~(2+)依赖的蛋白激酶(CPK)和2个钙调素蛋白(CAM),它们的结构域同拟南芥同源蛋白基本相同。ERD、CAX、CPK和CAM各有1个基因在蒙古扁桃根和叶中有明显表达,其中的ERD、CPK和CAM类的基因表达在不同程度上受干旱和盐胁迫调节,说明有可能调节蒙古扁桃的抗逆能力。     

黄瓜SUN家族的鉴定及其对逆境的响应

黄瓜(Cucumis sativus L.)是中国主要蔬菜作物之一,具有很高的经济价值。植物特有的IQ67结构域蛋白(SUN)家族成员是钙传感器的下游靶标,能够参与植物发育和基础防御反应。本研究通过黄瓜基因组新组装版本(v3.0),对黄瓜SUN基因家族成员进行了全基因组的鉴定和分析。结果表明,黄瓜SUN基因家族包含29个成员,编码的蛋白均含有保守的IQ67结构域。黄瓜SUN家族成员基因启动子区域含有多个响应激素和胁迫反应的顺式作用元件,通过分析公共已发表的转录组数据,本研究发现SUN家族基因可能在黄瓜果实生长发育及生物和非生物胁迫中起重要作用。研究结果为进一步了解SUN家族基因的功能提供了一定基础。     

植物膜联蛋白基因研究进展

膜联蛋白属于依赖Ca~(2+)的磷脂结合蛋白,组成了一个多功能、多基因的蛋白家族。膜联蛋白家族成员之间序列保守性高,功能结构域相似,一般具有四个保守的内膜联序列区域。植物膜联蛋白参与植物细胞的多个代谢过程,包括参与植物分泌型细胞极性发育、影响植物细胞中关键酶的活性、属于蛋白质磷酸化的底物、参与植物非生物逆境反应、植物细胞中作用位点的多样化。阐明膜联蛋白基因在植物细胞中介导的信号转导机制和调控植物逆境反应机制,为非生物逆境多抗作物品种的培育提供重要的基因资源。     

棉花CML基因家族成员鉴定与功能分析

【目的】类钙调素(Calmodulin-like,CML)蛋白是1种重要的Ca2+传感器,在调节植物应激反应机制中起重要作用。对CML基因家族进行全基因组学分析,以便深入研究CML基因在棉花逆境胁迫下的作用。【方法】利用生物信息学的方法进行了棉花CML家族成员的鉴定。利用转录组数据和反转录聚合酶链式反应分析陆地棉(Gossypium hirsutum L.)CML基因在盐胁迫下的表达模式。利用病毒诱导基因沉默技术对GhCML44-2基因进行沉默并进行功能验证。【结果】在陆地棉(Gossypium hirsutum L.)、雷蒙德氏棉(G. raimondii Ulbrich)、亚洲棉(G. arboreum L.)中分别获得了154个、74个、78个CML蛋白。进化树和保守基序分析表明,GhCML蛋白分为8个亚类,都含有保守的EF-hand结构域;在盐胁迫下,107个GhCML基因在叶和根中有显著的差异表达,且在根和叶中的差异表达模式不同。启动子分析表明,这些基因启动子中存在多种不同的胁迫响应元件;利用病毒诱导基因沉默技术成功沉默GhCML44-2的棉株相较于对照更加不耐盐。【结论】该研究结果有助于了解棉花CML基因家族的进化与功能,为后续研究其功能提供了一定的理论依据。     

钙信号与植物低温响应研究进展

钙信号是一种重要的第二信使,在动植物生长发育和信号转导中具有重要的调节作用。为了深入了解其参与植物低温响应的作用机理,笔者归纳了钙离子转运系统和相关钙离子感受器的结构和功能,并从生理变化和基因表达2个方面分析了钙信号参与植物低温响应的研究进展;总结了Ca~(2+)转运系统、Ca M、CMLs、CBLs和CDPKs中参与植物低温响应的基因,并简要分析了其作用机制。分析表明钙信号能通过多条途径增强植物的低温抗性,在农业生产中具有重要的现实意义。     

拟南芥CPK6在钙离子信号转导过程中的生理功能研究

为了研究拟南芥CPK6基因在钙离子信号转导过程中的生理功能,进一步明确植物适应缺钙环境的分子机制,首先对CPK6基因缺失突变体(cpk6)进行纯合鉴定,获得了2种纯合突变体:cpk6-2和cpk6-3。通过分析野生型拟南芥Col-0和cpk6突变体在Ca~(2+)、Fe~(2+)、Mg~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)二价阳离子缺失培养基上的生长表型,结果发现,拟南芥cpk6突变体在缺Ca~(2+)条件下,相对野生型Col-0,表现出生长受抑制的表型。构建含有CPK6启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的转基因材料,通过GUS组织化学染色法,发现CPK6启动子在叶片生长点部位和根上有活性,并且在缺Ca~(2+)条件下,CPK6启动子在叶片中的活性明显增强。通过原子吸收光谱法,发现拟南芥野生型Col-0和cpk6突变体之间,在对照和缺Ca~(2+)条件下,总钙含量没有显著差别,表明CPK6基因不影响植物对钙的吸收和积累。利用组织化学染色法和荧光探针,结果发现,缺Ca~(2+)条件下,cpk6突变体根和叶中H2O2的积累量明显高于Col-0,表明CPK6是介导缺Ca~(2+)诱导植物积累H2O2的负调控因子。     

卵形家族蛋白对植物生长发育的调控作用

卵形家族蛋白(ovate family proteins, OFPs)是仅存在于植物且具有保守OVATE结构域的一类转录抑制因子。Ovate最早在番茄中克隆并定位于2号染色体上。GTA496-TTA493的单核苷酸突变使得终止密码子提早出现而导致果实由圆形变为梨形。后来在拟南芥、水稻、辣椒、香蕉等植物中陆续开展了其功能研究。发现它是通过直接调控靶基因的表达或者与其它转录因子的相互作用来调控植物生长发育过程的。本文综述了其对果实形状、果实成熟及品质形成、胚珠发育、维管束发育、次生细胞壁的形成等方面的研究进展及可能的调控作用机制,以期为采用生物技术手段利用该蛋白调控植物生长发育提供理论依据。     

茄科植物Ca~(2+)-ATPase基因家族鉴定及分析

Ca~(2+)是响应发育和环境信号的重要信使,Ca~(2+)-ATPase对植物生长发育和抗逆功能具有重要的作用。本研究以茄科植物栽培番茄、潘那利番茄、马铃薯、烟草和辣椒的Ca~(2+)-ATPase为研究对象,鉴定了五个茄科植物共87个Ca~(2+)-ATPase基因家族成员,基因家族成员在茄科植物进化的过程中数量发生明显变化,但成员数与基因组大小和进化没有线性变化关系,同一物种的基因家族成员分布在多条染色体上。该基因家族中有许多成员具有与生长发育相关和抗逆功能相关的顺式作用元件,与抗逆功能相关的顺式作用元件主要存在于ACA亚家族。在番茄中,SLyACA1在冷胁迫和盐胁迫的逆境条件下均表达效果强烈、上调变化明显,SLyACA5和SLyACA6也在两种逆境条件下都产生表达变化,说明这三个基因特别是SLyACA1基因和冷胁迫和盐胁迫相关。本研究为阐明Ca~(2+)-ATPase基因家族在茄科物种中的进化及其功能提供了理论依据。     

钙信号系统与植物激素信号

Ca2+是高等植物细胞内普遍存在的一种信使分子,能介导植物对外界信号的刺激反应,调节多种生理过程, 并参与植物体内多种刺激-反应的藕联过程。目前证实在植物里钙依赖性蛋白激酶（CDPKs）、钙调素（CaM）、钙调磷酸酶B类似蛋白（CBLs）三类钙结合蛋白,这些蛋白质可识别特定的钙签名,并依赖这些钙信号向下游转达以适应外界刺激。Ca2+信使系统与激素在植物的花发育(成花诱导、花芽分化及开花调控),有性生殖方面(在花粉萌发和花粉管生长),逆境生理等都起着非常重要的作用。近些年有关学者在植物激素受体蛋白、信号转导、基因表达等方面的研究,以及与Ca2+相关的信号传递机理的研究中发现：Ca2+/CaM、Ca2+/CDPK和Ca2+/CBL三类钙信号系统与植物激素信号密切相关。     

外源钙和硫化氢对镉胁迫下平邑甜茶幼苗根系活性氧代谢和线粒体特性的影响

为探究外源硫化氢(Hydrogen sulfide,H_2S)对Cd胁迫下平邑甜茶幼苗根系损伤的影响,及Ca~(2+)在H_2S介导重金属胁迫信号传导中的作用,采用营养液培养法,利用外源Ca~(2+)以及Ca~(2+)螯合剂EGTA、质膜Ca~(2+)通道阻断剂La3+和钙调素拮抗剂CPZ,研究了平邑甜茶幼苗生长、根系细胞死亡、根系活性氧代谢和线粒体特性的变化。结果表明:与单独Cd胁迫处理相比,添加外源Ca~(2+)或H_2S供体硫氢化钠(Na SH)均显著缓解了Cd胁迫对平邑甜茶幼苗生长的抑制,根系细胞死亡数量减少,根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著提高,超氧阴离子产生速率(O2-·)、过氧化氢(H_2O_2)和丙二醛(MDA)含量明显下降,根系线粒体膜透性(MPT)减小,膜电位(Δψm)提高、细胞色素c(Cyt c)含量增加;添加Na SH的同时添加钙离子专一螯合剂EGTA,钙离子通道阻断剂La Cl3或钙调素拮抗剂CPZ抑制了H_2S以上的调节作用。可见,外源Ca~(2+)或H_2S可稳定线粒体功能,增强活性氧清除能力,减轻Cd对平邑甜茶的伤害,并且在这个过程中H_2S缓解Cd胁迫的作用可能依赖于Ca~(2+)。     

实时荧光定量检测盐胁迫下香蕉幼苗CaM和Ca~(2+)-ATPase基因的相对表达量

通过增加外源CaCl_2和钙离子螯合剂EGTA处理后,研究香蕉幼苗在60 mmol/L NaCl人工模拟的盐胁迫0、4 h、8 h、12 h、24 h和48 h不同时间下,测定其叶片和根的CaM和Ca~(2+)-ATPase基因的相对表达量。结果表明,在NaCl胁迫过程中,香蕉幼苗在正常的生长条件下,其根和叶片的CaM基因和Ca~(2+)-ATPase基因均有表达。巴西蕉幼苗根在盐胁迫过程中Ca M基因没有发生显著变化,但是粉蕉根却发生了显著变化,这可能与粉蕉耐盐性高于巴西有关。随着盐胁迫时间的延长,巴西蕉和粉蕉幼苗根的Ca~(2+)-ATPase基因的相对表达量均呈现先上升后下降的趋势。     

马铃薯CDPKs家族基因的全基因组鉴定和分析

钙离子是真核生物信号转导中重要的第二信使。在植物中,细胞内Ca2+的水平受到多种因素的影响,包括激素水平、光信号、物理损伤、非生物胁迫和病原菌侵染。在植物中,CDPKs代表具有蛋白激酶和钙调蛋白两种结构域的一类新型的Ca2+传感器。CDPKs可以直接与钙离子结合,它们的激酶活性不依赖于钙调素蛋白。对马铃薯CDPKs家族进行全基因组分析,发现马铃薯基因组中共有21个CDPKs基因,这些基因都有CDPKs关键的结构域。马铃薯CDPKs基因不均等地分布在各个染色体上,其中一号和十号染色体最多。而且一号和十号染色体上的基因亲缘关系非常近,可能来源于基因扩增。我们的研究有助于积累马铃薯的基因资源,推动马铃薯育种进程。     

SPL调控因子在植物生长调控的研究进展

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,它参与了植物叶、花、果实的发育、发育阶段转变、花青素的合成以及胁迫应答等调控过程。SPL转录因子家族成员均含有高度保守的SBP结构域,可以特异性结合所调控基因启动子的顺式作用元件,还可与其它调控蛋白相互作用,共同调控相关基因的表达。另外,SPL在转录后水平还受miRNA156/miRNA157的负调控。本研究从SPL调控因子在植物形态建成、次生代谢、生理胁迫中的表达调控研究进展方面进行综述。     

植物MYB蛋白与相应靶DNA结合位点间的相互作用

MYB转录因子家族是功能多样、数量众多的转录因子之一,参与调控植物发育、代谢和对逆境胁迫响应等多种生理过程。近些年研究人员一直致力于研究MYB转录因子的特点和功能分析,目前对转录因子和其靶DNA相互作用已有了解,但对于植物R2R3-MYB蛋白与它们的同源靶DNA相互作用的分子机制的理解并不完整。本文结合最新研究进展,综述了植物MYB转录因子家族的进化、生物学功能以及表达调控,并着重阐述了植物MYB蛋白与相应靶DNA间相互作用特性,为进一步分析功能未知的植物MYB转录因子提供了参考。     

高等植物开花时间的蓝光调控:隐花色素介导的光信号传导

外界光环境的变化为研究植物开花时间的调控机制提供了重要线索。蓝光能够促进成花转变,植物主要通过隐花色素感受外界蓝光信号从而触发光反应。植物体隐花色素的主要功能是通过调控泛素化连接酶Constitutive photomorpho-genesis 1(COP1)和CRY-interacting b HLH1(CIB1)蛋白的活性来实现对光诱导基因的表达调控,从而控制植物的成花转变。本文通过追踪国内外关于隐花色素基因家族的研究进展发现,目前的研究人员已经从10余个物种中分离到了隐花色素的同源基因,并对其结构和功能进行了研究。隐花色素基因主要由N端的PHR结构域和C端的CCT结构域组成,通过调节光周期途径影响植物的开花时间。目前的研究结果表明,隐花色素主要通过3条信号传导途径实现对光周期途径的调控。这些关于隐花色素基因家族的研究成果为进一步研究这些基因的功能和互作关系,并通过转基因技术调节植物开花期提供了有价值的参考资料。     

北京市农林科学院揭示钙网蛋白BrCRT2在大白菜干烧心抗性中的作用新机制

<正>近日,北京市农林科学院蔬菜中心张凤兰课题组(十字花科作物遗传进化与育种)在Plant, CellEnvironment(影响因子5.624)在线发表了研究论文。该研究分析了钙网蛋白BrCRT2在大白菜干烧心抗性中的作用,阐述了BrCRT2参与植物胞质Ca2+浓度调控的新机制。大白菜原产我国,是我国栽培面积最大的蔬菜作物。干烧心病是由于缺钙(Ca2+)引起的生理性病害。目前生产