植物SUMO 化修饰研究进展

SUMO(Small ubiquitin-related modifier)化作为一种重要的真核生物翻译后修饰方式,广泛参与真核细胞的各种代谢调控过程。SUMO化修饰过程是一个动态、可逆的循环,需要经过一系列步骤,如SUMO分子的活化、E1激活酶、E2缀合酶、E3连接酶和特异性蛋白酶的去SUMO化。植物的SUMO化修饰参与了植物对激素的响应、花的发育、开花控制、营养元素的吸收和逆境响应等重要生物学过程。近年来,SUMO 化已成为植物功能基因研究中的新生长点。以拟南芥和水稻为主,综述了SUMO化修饰过程的组成成分、SUMO化与植物对激素响应的关系、SUMO化参与的植物开花控制、SUMO化与植物对非生物胁迫的响应等方面的研究现状,并对植物SUMO化研究中存在的问题提出建议,以期更好地理解SUMO化修饰在植物生长发育中的作用。     

玉米泛素连接酶U-box基因家族的全基因组鉴定及表达分析

[目的]U-box基因家族广泛存在于植物基因组中,能够编码泛素蛋白酶体系中特异性识别底物的泛素E3连接酶,调控蛋白的修饰和降解,对玉米的生长发育及逆境胁迫应答调控中起着重要作用,因此鉴定玉米U-box基因家族成员及进行基因功能研究具有重要意义.[方法]通过玉米全基因组数据库,利用一系列生物信息学工具对玉米U-box基因...     

蛋白修饰调控植物育性与生殖发育的研究进展

植物育性与生殖发育不仅与植物繁衍后代息息相关,也是作物杂种优势利用技术的遗传基础。探究作物生殖发育的分子调控机制是植物发育研究的重要科学内容,也是农作物杂交育种的重要需求。蛋白质修饰是重要的翻译后调控方式,广泛参与植物生长发育的各个过程。近年来,植物育性调控和生殖发育的分子网络调控研究取得了重要进展,但尚未系统总结蛋白质修饰在该发育过程中的功能和作用。为此,本文总结了磷酸化、泛素化、SUMO化和糖基化等多种蛋白修饰类型在植物育性调控和生殖发育阶段的调控作用,以期为后续的研究提供参考和思路。     

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1～10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。     

蛋白质组学在番茄非生物逆境胁迫中的研究进展

【目的】回顾近年来蛋白质组学在番茄逆境胁迫中的研究进展,综述蛋白质组学技术在番茄响应非生物(盐碱、干旱、高温、低温、其它)胁迫上的研究进展,为利用蛋白质组学技术进一步研究番茄响应非生物逆境胁迫的分子机制奠定理论基础。【方法】运用统计学方法收集文献资料,并分析汇总蛋白质组学技术在番茄响应非生物(盐碱、干旱、高温、低温等)胁迫的研究文献进展情况。【结果】盐胁迫耐受性(渗透调节,渗透保护,离子稳态,消除氧清除剂,胁迫反应等)与胁迫的持续时间有关;下调的蛋白主要参与代谢和能量转换,上调的蛋白参与信号转导或运输;干旱应答蛋白包括与耐热性和渗透性保护剂的产生、脂质代谢、细胞壁修饰、神经酰胺代谢和丝裂原活化蛋白磷酸化相关的蛋白;蛋白质广泛参与了细胞过程,包括防御/应激反应,离子结合/转运,光合作用和蛋白质合成;最初如何感知胁迫条件,以及植物器官激活了哪些主要反应,可以避免低温胁迫晚期相关蛋白的干扰。【结论】在非生物逆境胁迫条件下,番茄通过改变自身的蛋白质表达水平对各种非生物胁迫作出响应。蛋白质组学研究能够全面揭示番茄响应胁迫时其细胞内蛋白质的动态变化规律,鉴定差异表达的蛋白质,是番茄抗逆生物学研究的重要组成部分。     

植物液泡膜H+-ATPase和H+-PPase研究进展

植物液泡膜 ATP 酶（H+-ATPase）和液泡膜焦磷酸酶（H+-PPase）是液泡膜上两个含量丰富的蛋白,其功能的正常发挥在植物生长发育过程中扮演着重要角色。液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 水解底物释放能量,同时产生大量 H+由胞质泵入液泡内,形成细胞质与液泡间的 H+ 电化学势梯度,为多种溶质分子的跨膜主动运输提供驱动力,维持细胞内的离子稳态和渗透平衡,为细胞内各种生理生化反应的正常运行提供保障。此外,液泡作为植物细胞离子养分的储存库,其膜上 H+-ATPase 和 H+-PPase 能够通过改变其活性来调控硝酸盐在胞质和液泡间的分配比例,进而影响植物的氮素利用效率。在逆境胁迫条件下,提高液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的活性有利于提高植株对逆境的适应能力,从而减少逆境胁迫对植株生长发育造成的不利影响。介绍了植物液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的结构特征及其在植物生长发育过程中的生理功能,并对其在植物抵御非生物逆境胁迫过程中发挥的重要作用进行阐述,为进一步提高作物的氮素利用率及逆境适应能力提供方向。     

玉米ZmWRKY41基因克隆及转录激活验证

[目的]干旱是影响作物生长发育及产量的重要因素。植物WRKY转录因子超家族在植物的生长发育、响应逆境胁迫过程中发挥着重要作用。因此,克隆分析玉米WRKY转录因子的序列特征和功能,为研究玉米耐逆分子育种提供重要抗逆基因资源。[方法]本研究以玉米自交系B73为材料提取玉米总RNA反转录cDNA,克隆、分离获得ZmWRKY41基因编码区全长序列。DNAMAN比对发现,ZmWRKY41蛋白具有保守结构域WRKYGQK和锌指结构域(zinc-finger motif)C2HC,属于第三类WRKY转录因子家族。利用生物信息学方法研究该基因蛋白质理化性质,并对其进行结构分析预测。利用PlantCARE在线工具预测、鉴定ZmWRKY41基因启动子区是否含有响应非生物胁迫的顺式作用元件。将ZmWRKY41基因编码区全长序列构建pGBKT7诱饵载体上,与GAL4DNA结合域融合,转化酵母菌株AH109验证ZmWRKY41转录因子转录激活活性。[结果]玉米ZmWRKY41基因编码区全长774bp,含有长度分别为221bp、126bp、427bp 3个外显子,共编码257个氨基酸序列。蛋白质高级结构预测发现,ZmWRKY41蛋白包含2个α-螺旋结构和5个β-折叠结构,不含跨膜结构和信号肽。ZmWRKY41基因启动子元件预测发现,该启动子中含有干旱胁迫(CGGTCA)、热胁迫(AAAAAATTTC)、低温胁迫(CCGAAA)等非生物逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。酵母转录激活验证实验显示,将含有pGBKT7-ZmWRKY41融合表达载体转化酵母AH109菌株,能在单缺、三缺培养基正常生长且能使α-半乳糖苷酶底物分解显蓝色,表明ZmWRKY41基因具有转录激活活性。[结论]玉米ZmWRKY41基因是WRKY转录因子基因家族成员之一,在酵母体内具有转录激活活性,可能参与响应非生物逆境胁迫,为进一步研究该转录因子调控非生物逆境胁迫奠定基础。     

植物MAPK级联途径及其功能研究进展

促分裂原活化蛋白激酶(Mitogen Actived Protein Kinase,MAPK)是一种蛋白激酶,蛋白激酶又称蛋白磷酸化酶,其可通过将ATP上的磷酸基团转移到底物蛋白质氨基酸残基上,来催化底物蛋白质磷酸化。MAPK级联途径广泛存在于真核生物中。植物中的MAPK级联途径与动物和酵母类似,都包括MAPKKK、MAPKK和MAPK 3种蛋白激酶。大量的研究表明,植物中的MAPK级联途径不仅能被多种生物与非生物胁迫所激活,同时也参与激素信号转导以及植物的生长发育进程。文章就植物中MAPK级联途径及其功能的研究情况进行了综述,并展望了相关研究的发展趋势。     

玉米蔗糖非酵解型蛋白激酶2底物蛋白的筛选与鉴定

【目的】筛选玉米蔗糖非酵解型蛋白激酶2(Sucrose non-fermenting protein kinase 2,SnRK2)的底物蛋白,鉴定其在玉米脱落酸(Abscisic acid,ABA)信号转导中的作用,为进一步解析玉米中ABA介导的非生物逆境抗性机制提供参考。【方法】根据前期研究结果,通过与拟南芥SnRK2已知底物蛋白的序列比对和保守基序分析,从磷酸化水平响应ABA诱导且上调的238个蛋白中预测ZmSnRK2作用的底物蛋白,用酵母双杂交试验验证ZmSnRK2家族成员与候选蛋白的相互作用,分析其在玉米ABA信号转导中的作用。【结果】从前期鉴定的玉米磷酸化水平响应ABA诱导且上调的238个蛋白中,预测出10个ZmSnRK2候选底物蛋白,实际扩增出其中8个蛋白的编码基因以及10个ZmSnRK2基因家族成员。酵母双杂交试验结果表明,GenBank序列号为XP_008666965.1、NP_001142137.1和XP_008656995.1的候选底物蛋白,因自体磷酸化不能用酵母双杂交检测,GenBank序列号为NP_001183680.1的候选底物蛋白可以与ZmSnRK2.1、2.2、2.4、2.5、2.7、2.8、2.10、2.11蛋白相互作用,GenBank序列号为NP_001145831.1和NP_001167942.1的候选底物蛋白分别可以与ZmSnRK2.1和ZmSnRK2.10蛋白相互作用。【结论】NP_001183680.1和NP_001167942.1蛋白是ZmSnRK2家族部分成员的磷酸化底物,是玉米ABA信号转导途径的下游组分;NP_001183680.1蛋白与拟南芥丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶同源,NP_001167942.1蛋白为包含SAM结构域的蛋白,这2个蛋白均涉及许多生理生化过程,说明ZmSnRK2下游的ABA信号转导呈发散状。     

植物内切β-1,4-葡聚糖酶基因研究进展

植物内切β-1,4-葡聚糖酶基因在植物生长发育过程中扮演重要角色。近年来,随着分子生物学的不断发展,对其研究也取得了重要进展。综述了植物内切β-1,4-葡聚糖酶基因的克隆、功能、表达调控以及编码蛋白质的结构、底物等方面的研究进展,可为进一步阐明该基因对植物生长发育的影响提供依据。     

蛋白质组学分析揭示玉米籽粒发育过程中胁迫相关蛋白的表达特性

【目的】从蛋白质组学的层面探讨玉米籽粒发育过程中胁迫相关蛋白的表达特性,分析其功能,揭示籽粒自身防御系统的分子调控机理。【方法】大田条件下,以玉米品种登海661(DH661)为供试材料,67 500株/hm~2密度下种植,开花期人工饱和授粉后第3、5、10、15、20、30、40和50天(DAP)取果穗中部籽粒。TCA-丙酮沉淀法提取籽粒总蛋白,用同位素标记相对定量(i TRAQ)技术进行蛋白质组学分析。通过匹配Uniprot玉米蛋白数据库鉴定籽粒总蛋白,并且用基因本论(GO)注释按照生物过程、分子功能及细胞组件进行功能分类。分析鉴定籽粒发育过程中显著差异表达的胁迫相关蛋白,并且将其分层聚类以展示其在籽粒发育过程中的表达模式。【结果】通过匹配玉米蛋白数据库,籽粒中总计鉴定到4 751个蛋白,这些蛋白涉及多种生物过程与分子功能,其中代谢过程与分子过程是最主要的两个生物过程,而催化活性与绑定功能是最主要的两个分子功能类别,表明这些生物过程与分子功能对籽粒发育具有重要作用。定量分析检测到123个胁迫相关蛋白在玉米籽粒发育过程中显著差异表达,主要参与籽粒蛋白修饰(33个)、活性氧(ROS)体内平衡(31个)、贮藏物质保护(17个)、病虫害响应(8个)及其他胁迫响应过程(34个)。蛋白修饰相关蛋白主要包含一系列的热激蛋白、肽基脯氨酰顺反异构酶及蛋白二硫键异构酶,并且这些蛋白在籽粒不同发育阶段均显著积累,这对稳定籽粒中的蛋白结构具有重要作用。ROS相关蛋白包含不同的抗氧化酶系,并且主要在籽粒发育前、后期显著积累,维护了ROS的体内平衡。贮藏物质保护相关蛋白主要包含多种蛋白酶抑制剂、油脂体蛋白及油脂体固醇蛋白,并且这些蛋白随着籽粒发育不断上调表达,保护了贮藏物质的合成与积累。病虫害响应相关蛋白同样在籽粒发育后期显著积累,增强了籽粒对生物胁迫的抗性。其他胁迫响应相关蛋白主要包括一系列的晚期胚胎丰富蛋白(LEA)、膜联蛋白、脂质转移蛋白、非特异性脂质转移蛋白及脂氧合酶,其中LEA在籽粒发育后期显著积累,膜联蛋白与脂氧合酶主要在发育前期显著表达,而脂质转移蛋白及非特异性脂质转移蛋白在籽粒不同发育阶段均有积累,表明这些蛋白在籽粒不同发育阶段发挥重要作用。【结论】胁迫相关蛋白在籽粒不同发育阶段显著积累,构建了一个协同、多样、稳定的防御调控机制,维护了籽粒正常的发育过程。     

转录因子ABP9基因过表达对植物生长发育的影响分析

【研究目的】为分析玉米ABA/逆境响应转录因子ABP9基因过量表达对植物生长发育的影响以利用该基因开展抗逆分子育种。【方法】本研究构建了35S启动子驱动ABP9组成型表达的植物表达载体,获得了过表达ABP9基因的拟南芥转基因株系,并在正常生长条件下,比较了转基因植株和野生型在种子萌发、营养生长和生殖生长阶段的形态和生理变化,分析了可能的分子机制。【结果】结果表明,正常生长条件下,转基因植株与野生型相比表现出萌发,幼苗生长以及开花阶段的生长抑制;气孔开度减小,叶片内源ABA含量降低;ABA信号传导基因表达增强,而ABA合成基因表达降低;而且这些效应在ABP9基因表达相对较强的转基因株系中表现更明显。【结论】说明ABP9基因过量在正常生长条件下即诱导转基因植株产生耐逆反应,抑制植株的生长发育。因此,在利用ABP9基因进行转基因抗逆育种时须考虑控制ABP9基因适时适量表达。     

水分胁迫下16个玉米NAC转录因子的序列特征和表达分析

NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子是植物所特有的转录因子家族,其参与植物生长发育、激素调控和胁迫响应等众多生理生化过程。对16个玉米NAC转录因子进行了序列特征、基因结构和保守区域分析发现,它们均含有保守的NAC结构域和不稳定的转录激活域,编码的氨基酸长度变异幅度为174~1 467aa。通过qRT-PCR发现,水分胁迫下NAC基因在玉米幼苗根茎叶中均有不同程度的上调或下调,其中,GRMZM2G014653_P01和GRMZM2G180328_P01这2个基因在水分胁迫条件下,不同胁迫时期在根茎叶中都呈现上调表达,各时期上调表达的总量达到对照的221倍。试验证明,部分NAC转录因子参与了玉米对干旱胁迫的响应过程,在玉米耐旱遗传改良中具有潜在的实际应用价值。     

硅提高植物耐旱性研究进展

硅对植物的生长发育及耐旱性有着重要作用,干旱胁迫会引起植物失水,抑制植物光合作用和正 常生长发育、进而降低作物产量,严重威胁粮食安全。虽然硅一直不被认为是植物必需元素,但有许多研究证明, 植物吸收硅后能够缓解各种逆境胁迫。系统总结了硅对干旱胁迫下植物生长发育、光合作用、渗透调节、抗氧 化调节等方面的国内外研究现状。研究表明,外源硅能够促进相关渗透调节物质的合成,缓解干旱引起的渗透 胁迫,还能提高相关抗氧化酶活性和抗氧化物质含量抵御氧化胁迫,从而提高植物耐旱性。但有关硅调控植物 耐旱性,目前在生理层面研究较多,有关硅是通过何种途径调控干旱胁迫下植物渗透物质合成以及各种抗氧化 酶活性的分子机理还不清楚,这方面可作为重点进一步研究。     

植物体内活性氧（ROS）的产生及其作用研究进展

活性氧（Reactive oxygen species,ROS）是植物体内正常代谢的信号小分子,在植物的生长发育和抗逆反应中具有重要作用。综述了植物体内ROS产生的过程、对植物蛋白的修饰及在植物体内的主要功能。     

CBL家族在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用

钙离子作为第二信使,参与植物体中生长发育和逆境胁迫的调节。钙调磷酸酶B类似蛋白CBLs作为钙离子感受器,通过与其互作蛋白激酶作用解密钙信号。CBLs在植物逆境胁迫以及生长发育调控方面起重要作用;近年来,这方面研究工作取得了重要进展。针对CBL家族结构特征及其在植物逆境胁迫和生长发育中的调控作用进行简要概述。     

植物挥发性有机化合物的研究进展

植物在生长发育过程中释放大量的挥发性有机化合物（Volatile organic compounds,VOCs）,这类物质为亲脂性小分子化合物。VOCs参与植物信号交流、授粉、生物与非生物胁迫应答等过程;作为植物芳香形成的重要原因,VOCs还影响植物果实及植物加工产品的风味和品质。文章归纳总结了VOCs的合成途径分类、合成部位、催化特征和影响其合成的因素（遗传背景差异、不同的生长阶段和部位及外界环境因素）,VOCs参与植物应对逆境胁迫中的作用和机制（直接防御、间接防御和提高植物应对胁迫能力）以及基因调控手段（导入外源基因、提高自身基因的表达量和抑制内源基因的表达）,指出目前基因调控存在目的产物不稳定和效果不确定的问题。提出今后应加强减少非必需VOCs的合成、深入探讨VOCs与其他次级代谢产物相互影响的机制和重视合成后修饰对VOCs的影响等基础理论研究,以及VOCs改变对农产品品质的影响和有效利用VOCs提高植物应对胁迫能力的农业用途趋势研究,为深入研究VOCs及其应用提供理论参考。     

玉米叶片蛋白对AM菌根接种和（或）砷胁迫的应答

【目的】研究接种菌根与砷胁迫条件下玉米叶片组织相关蛋白质的变化。【方法】以玉米植株叶片为材料,采用双向凝胶电泳技术（2-DE）研究玉米叶片蛋白表达谱对丛枝菌根（AM菌根）接种和（或）砷胁迫的应答。【结果】经软件分析并搜索NCBInr数据库,结果显示,砷胁迫植株叶片中有7个蛋白点被成功鉴定,其中有3个未知蛋白,其余4个分别为2-phosphoglycerate kinase、oxidoreductase、MAP3K delta-1 protein kinase和Os06g0262800。接种且加砷处理植株叶片中有11个蛋白点被成功鉴定,有4个未知蛋白,其余蛋白分别为oxygen-evolving enhancer protein 3-1、putative M protein、SNF1-related protein kinase 2.2、ATP synthase CF1 beta subunit、ATP synthase CF1 alpha subunit、pathogenesis-related protein 10、 MAP kinase kinase和MEI1 protein。【结论】菌根接种促进加砷处理玉米植株生长,并显著降低玉米植株地下部砷浓度。玉米植株叶片蛋白表达量及种类的变化,表明砷胁迫条件下菌根接种有可能激发与植物生长、养分吸收以及抗性有关的蛋白产生应答,有助于提高玉米对砷毒的抗性。