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。     

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。     

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。     

植物钙调素结合蛋白IQD的研究概况

Ca~(2+)信号通路是调节植物生长和响应环境约束必不可少的。钙调素和钙调素样类蛋白质(Ca M/CML)是植物中主要的Ca~(2+)传感器,调控下游众多具有调控特性的靶蛋白的生化活动。IQD(IQ67-domain containing protein)基因家族蛋白质构成了一大类植物特有的CAM/CML结合靶蛋白,其特征是具有67个氨基酸构成的IQ67保守结构域,即IQ67结构域,其共享了以串联方式排列的多个不同的Ca M基序。对拟南芥和番茄基因的研究揭示了IQ蛋白的首要作用是与基础防御反应和植物生长发育有关。本研究总结了植物中IQD蛋白的结构、系统发育分析、亚细胞定位研究以及环境胁迫的应答等生物学功能研究进展,并由此展望了今后的研究进展。     

Ca~(2+)-CaM系统与甜菜抗丛根病生理特性的关系

为研究信号分子钙在甜菜抗丛根病过程中的作用,用三种从不同位点阻断Ca~(2+)信号途径的抑制剂,即Ca~(2+)螯合剂EGTA(乙二醇双四乙酸)(5 mmol/L)、Ca~(2+)通道阻遏剂LaCl_3(5 mmol/L)和CaM拮抗剂W_7(N-氨乙基-5-氯-1-磺胺酰萘)(0.3 mmol/L),分别处理种植于甜菜丛根病三级病土中的甜菜,测定其抗氧化酶、O_2~-、H_2O_2及可溶性蛋白质的含量,结果表明:EGTA(5 mmol/L)、LaCl_3(5 mmol/L)和W_7(0.3 mmol/L)可降低超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性,增加O_2~-的积累和H_2O_2的含量,降低了可溶性蛋白质的含量.说明Ca~(2+)-CaM系统与甜菜抗丛根病性相关.     

Ca~(2+)胁迫下白及种子萌发及原球茎发育过程微形态学观察

以白及种子为材料,采用植物组织培养的方法,设置6个Ca~(2+)处理浓度(0、1.65、2.47、3.30、4.12、4.95 g·L~(-1)),研究不同浓度Ca~(2+)胁迫对白及种子萌发及原球茎发育过程的影响。结果表明,无菌播种10 d后,2.47 g·L~(-1)Ca~(2+)胁迫下白及种子率先撑破种皮,无菌播种20 d后,3.3 g·L~(-1)Ca~(2+)胁迫下的种子叶片长势较优,无菌播种30 d后,2.47 g·L~(-1)和3.3 g·L~(-1)Ca~(2+)胁迫下的种子幼叶长势较好;无菌播种15 d后,进行种子萌发率统计,Ca~(2+)浓度为2.47 g·L~(-1)时萌发率最高,其次是0、1.65 g·L~(-1)浓度处理,Ca~(2+)浓度超过2.47 g·L~(-1)会抑制白及种子的萌发;无菌播种30 d后,4.95 g·L~(-1)Ca~(2+)胁迫下白及原球茎直径较大。     

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+)。     

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。     

LRR-RLKs信号调控维管组织发育的研究进展

典型的受体激酶(receptor-like kinases, RLKs)具单次跨膜,由胞外配体结构域、跨膜区和胞内激酶结构域构成。RLKs将胞外配体信号通过底物磷酸化的方式传递至胞内,在细胞与细胞间以及细胞与环境间的交流中起作用。富含亮氨酸重复类受体激酶(leucine-rich repeat receptor-like kinases, LRR-RLKs)是其最大的亚家族,包含至少223个成员,可与激素、多肽等配体识别以调控植物生长发育过程。本研究就植物维管组织发育中起重要调控作用的五条受体激酶信号途径进行综述,并对未来的研究趋势作出展望,为相关研究提供参考。     

甘蓝SI相关基因BoCDPK14的克隆与分析

甘蓝自交不亲和性(self-incompatibility,SI)是柱头对相同单倍型的花粉产生的排斥或抑制反应。钙依赖蛋白激酶(calcium-dependent protein kinase, CDPK)是植物面对逆境信号时参与抗逆反应的重要元件。本文通过甘蓝自花授粉0～60min的柱头转录组数据分析,成功地筛选到一个受自花授粉诱导上调表达的基因BoCDPK14,该基因与拟南芥中参与植物逆境信号传导的钙依赖蛋白激酶基因高度同源。BoCDPK14基因开放阅读框1599bp,编码一种具有533个氨基酸残基的亲水性蛋白,可在大肠杆菌胞质中被诱导表达,其相对分子质量为60.4kD,表明BoCDPK14为活性胞质蛋白。该基因起始密码子上游2000bp的核苷酸序列中含有胁迫反应、激素反应、代谢调节等应答元件。BoCDPK14在甘蓝柱头、花粉、花蕾、花瓣和叶片中表达,且柱头中的表达量低于花粉。荧光定量PCR结果证实,BoCDPK14在0～60min的表达变化趋势与转录组分析结果一致。通过酵母双杂交发现,BoCDPK14蛋白激酶结构域与谷氨酸受体通道蛋白BoGLR2.8d存在相互作用,表明BoCDPK14可能是参与SI反应过程的新蛋白。本研究结果表明BoCDPK14可能作为Ca~(2+)信号元件参与甘蓝柱头响应花粉刺激的分子过程,这为甘蓝自交不亲和的进一步研究和利用提供了新内容。     

植物原生质体PEG-高Ca~(2+)-高pH融合法的研究

植物原生质体融合技术可打破物种生殖隔离障碍,实现基因在物种间的转移和遗传重组,创造出具有亲本优良性状的远缘杂交物种。对于植物原生质体融合来说,PEG-高Ca~(2+)-高pH融合法可使原生质体达到理想的融合效果,对植物培养有重要意义。主要介绍了PEG-高Ca~(2+)-高pH融合法,为植物原生质体融合的研究发展提供基础资料。     

植物类受体激酶CRK参与逆境胁迫应答的研究进展

植物生存在相对固定的环境中,需要应对复杂多变的外界环境刺激。类受体激酶(receptor-like kinase, RLK)是植物中广泛存在的一类跨膜蛋白激酶,具有结构可变的胞外结构域,能够感受外界刺激,并通过其胞内激酶结构域的磷酸化作用来传递信号。富含半胱氨酸的类受体激酶(cysteine-rich receptor-like kinase,CRK)是RLK中的一类大家族。近年来,许多研究表明CRK在植物响应逆境胁迫中发挥重要作用。本研究从CRK参与植物细胞死亡、免疫复合物形成、与植物激素相互作用等方面总结了CRK在植物响应生物和非生物胁迫中的生理功能及分子机制,并展望了未来的研究方向。本研究为解析CRK在植物细胞响应逆境胁迫中的信号转导机制提供参考。     

中科院微生物所在土传病原真菌染色质重塑抵御寄主ROS胁迫研究中获进展

正近期,中国科学院微生物研究所研究员郭惠珊课题组在《PLOS PATHOGENS》在线发表了研究论文,发现了土传病原真菌通过染色质重塑应对寄主活性氧物质(ROS)的胁迫,修复ROS造成的真菌DNA损伤。病原菌与植物的互作过程中,植物病原菌的胞外物质(如真菌细胞壁组分、细菌鞭毛、分泌蛋白等)会诱导植物免疫相关蛋白(如RBOHD)产生大量的ROS。ROS作为植物防御的第一道防线,一方面启动传递免疫信号,另一方     

水杨酸介导的植物系统获得抗性信号的传导途径

水杨酸(SA)是植物系统获得抗性(SAR)所必需的内源信号分子,在介导SAR的信号传导中起着十分重要的作用,这一点已经在烟草、黄瓜和拟南芥等植物中得到证实。水杨酸结合蛋白(SABP)与过氧化氢酶的活性相似,其与SA结合能抑制过氧化氢酶的活性,使植物细胞中过氧化氢水平升高,促使SAR的产生。病程相关基因非表达子1(NPR1)是在SAR信号转导途径中的关键性调控因子。     

白三叶质子焦磷酸酶基因TrVP1生物信息学分析及定量表达

质子焦磷酸酶(H~+-PPase)在提高植物抗逆性方面发挥着重要的作用。本试验以白三叶品种‘拉丁诺’(Trifolium repens cv.‘Ladino’)c DNA为模板克隆出了白三叶H~+-PPase基因TrVP1的全长序列,并利用相关分析软件和网站对其进行生物信息学分析,并研究它在非生物胁迫及信号物质诱导下的表达模式。结果表明,TrVP1全长为2 594 bp,开放阅读框(ORF)为2 304 bp,共编码767个氨基酸;其编码蛋白为亲水性跨膜蛋白,分子量80.49 k D,等电点p I 5.18,多序列比对及系统进化树分析显示该基因属于Ⅰ型VP家族。采用荧光定量(qRT-PCR)方法分析TrVP1的表达模式发现,重金属(CdSO_4)、低温(4℃)、高温(35℃)、干旱(PEG-6000)和盐(NaCl)胁迫均显著上调了白三叶根系中TrVP1的表达量,但下调了叶片中TrVP1的表达量。此外,白三叶根系中TrVP1的表达受到Ca~(2+)信号的显著诱导,而叶片中的TrVP1表达则受到抑制。与此同时,NO和H_2O_2信号对白三叶根系和叶片中TrVP1的表达均起到抑制作用。本试验为深入研究质子焦磷酸化酶基因,提高白三叶抗逆性的功能及其应用提供了理论依据。     

电生理快速定量菜心杂种优势

本研究以温室培养的14个品种的菜心为材料,测定了饱水与不饱水状态下菜心的基本电生理参数,并基于能斯特(Nernst)方程计算得到叶片相对持水量(LIWHC)、叶片胞内水分转移速率(LIWTR)、叶片胞内持水时间(LIWHT)、叶片营养主动传输能力(NAT)、叶片营养被动传输能力(NPT)、耐低营养能力(RLN)、营养利用效率(NUE)和植物相对代谢活力(MA)等电生理指标,探究其与杂种优势的关系。结果表明,杂交50的胞内水分传输效率均显著低于其他品种的菜心,其RLN和NUE值则显著高于其他品种,但MA则显著高于其他品种。采用隶属函数法对供试品种水分及养分代谢进行综合评价,结果表明,参试的4个品种中,菜心杂交50的综合评价优于其他3个品种。因此,可以通过测定植物的电生理信息来计算水分、养分代谢状况以及植物的相对代谢活力等来鉴定植物的杂种优势。     

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。     

胞内钙库对小麦叶锈菌侵染之过敏反应的影响

使用影响胞内Ca²⁺库和钙通道的药物预注射小麦叶片,观察其对小麦受叶锈菌侵染诱发的过敏反应(HR)的影响。结果表明,对小麦叶片预注射不同浓度的胞内Ca²⁺螯合剂(BAPTA-AM)后接种叶锈菌小种260,随着注射药物浓度的增高,寄主细胞发生HR的面积逐渐减小。而注射胞内Ca²⁺激活剂(caffiene)后接种,HR的面积有所增加。进一步用胞内Ca²⁺通道抑制剂(herapin、RR和8-Br-cADPR)预处理,结果herapin对HR的影响呈浓度依赖型,而RR和8-Br-cADPR对HR没有明显作用。据此提出,胞内Ca²⁺可能参与小麦抵抗叶锈菌侵染过程中钙信号的形成,且这一过程主要通过IP₃途径完成。     

植物天然免疫性研究进展及其对作物抗病育种的可能影响

植物定植在充满各种病原菌的环境中却能健康生长,显示其拥有一套免疫系统以应对病原物的侵染。最近,人们发现植物免疫系统至少包括2个层次：第一层为病原相关分子模式(PAMP)激发的免疫性(PTI),即植物通过细胞表面模式识别受体(PRRs)对病原菌的PAMPs进行分子识别,从而启动植物的防卫反应;第二层为病原菌效应子激发的免疫性(ETI),即有些毒性强的病原菌通过产生效应子(effectors)来抑制PTI,从而突破植物的第一道防线,而植物又进化出新的分子受体(例如R基因编码的NBS-LRR蛋白质)以侦察病原菌效应子并启动第二道防卫反应。数亿年来,病原菌的侵染和植物的防卫交替进行,促进了病原菌和植物基因组的共进化。最新的研究还发现,黄单胞杆菌TAL effectors和寄主植物DNA 的相互识别中,利用了精准的分子密码。TAL effector类蛋白识别植物靶基因的启动子序列,识别模式是2个氨基酸识别一个核苷酸。通过这种识别,TAL effector操控植物靶基因的表达,引起寄主植物的感病或抗病反应。上述抗病分子机理研究的突破,将对植物抗病育种产生重要影响。     

荧光假单胞菌植物病害防治及研究进展

随着植物病害的日趋严重,生物防治已经成为国内外学者研究的重点,荧光假单胞菌能抑制植物病原微生物的生长,并可促进植物生长,改善植物营养,可作为一种理想的植物病害防治菌种进行开发。本综述主要从荧光假单胞菌的拮抗性、与其他菌(或物质)的交互作用及其主要作用方式、噬铁素介导的抑制等方面叙述了荧光假单胞菌对植物病害的防治机理,并对其在植物病害防治方面的应用前景进行了展望,为植物真菌性病害的防治提供理论指导。