植物启动子响应非生物逆境胁迫研究进展

不良的非生物逆境胁迫会制约植物生长发育,导致作物减产和质量受损。植物诱导型启动子在胁迫因子刺激下响应胁迫信号而激发调控机制和激活抗逆基因的表达,导致代谢组分和生理生化等指标发生变化,从而提高植株的抗逆能力。分析了诱导型启动子的种类和功能,介绍了响应非生物逆境胁迫的顺式作用元件及反式作用因子,以期为进一步研究植物诱导型启动子的功能奠定基础。     

海藻糖调节植物响应非生物胁迫的研究进展

为了对海藻糖在植物抗逆过程中的作用有进一步理解,本综述对海藻糖应答非生物胁迫的进展进行了阐述。海藻糖是一种在植物体内广泛存在的非还原性二糖分子,在植物生长发育过程中起到重要作用。在植物应对非生物胁迫过程中,海藻糖在维持植物体内渗透压,保持膜结构,参与信号转导过程等方面发挥了重要作用,对作物栽培和育种改良有着重要的意义。根据近年来对海藻糖的研究进展,本综述重点对植物中海藻糖生物合成途径中的酶类,以及海藻糖在调控植物响应干旱、盐害、高温和低温胁迫方面的作用进行归纳总结。同时,对外源海藻糖对植物生长和发育的影响进行了总结,并对海藻糖可能的研究方向进行预测。为深入解析植物响应非生物胁迫的分子机制并将海藻糖应用于作物的栽培和改良提供了依据。     

mRNA差别显示技术及其在植物逆境胁迫研究中的应用

mRNA差别显示技术是近年发展起来的一种用于分离和克隆正常与异常细胞之间差异表达基因的PCR方法,是目前筛选差异表达基因的有效方法之一。在此,介绍了mRNA差别显示技术的原理、步骤、优缺点及其发展,并着重对其在植物逆境研究中的应用现状及前景做了探讨。     

逆境胁迫下植物活性氧代谢及外源调控机理的研究进展

逆境胁迫可使植物活性氧代谢失衡,导致活性氧过度积累,从而对植物造成氧化伤害。而外源调控可以缓解这种逆境伤害。从逆境胁迫及外源调控对植物活性氧代谢机制的影响角度,总结了近年来国内外关于逆境胁迫及外源调控对植物活性氧自由基代谢、细胞膜脂过氧化程度、抗氧化酶活性影响的研究进展。在此基础上指出未来全球变化背景下植物活性氧代谢研究应在分子水平上进一步深入,同时应加强关于CO2、O3等温室气体浓度升高对植物活性氧代谢影响的研究。     

玉米转录因子ZmEREB211对非生物逆境胁迫的应答

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面起重要作用。探究玉米(Zea mays L.) AP2/ERF家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmEREB211(GeneID:103647485)基因,利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及响应逆境胁迫表达模式等进行了分析;对转基因拟南芥株系进行了相应逆境胁迫处理和表型鉴定。结果显示:该基因只包含1个外显子,cDNA全长为792bp,编码263个氨基酸;ZmEREB211蛋白分子量为27.9kD,理论等电点为6.01,具有AP2家族所特有的保守结构域;ZmEREB211基因在玉米根系中的表达量最高,且在幼根中的表达量高于成熟根中的表达量;同时该基因在脱水、高盐、干旱和低温等处理条件下均有不同程度的诱导表达。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)和茉莉酸(jasmonicacid,JA)的1/2MS培养基上,转ZmEREB21...     

大豆TRK-HKT家族基因结构及逆境胁迫响应机制

植物TRK-HKT家族基因广泛介导植物Na+/K+运输,参与植物耐逆境胁迫调控。本研究以6个大豆钾利用效率差异品种为材料,利用in silico技术克隆到4个大豆TRK-HKT家族成员(Gm HKT1;1、Gm HKT1;2、Gm HKT1;3和Gm HKT1;4),采用q RT-PCR技术解析这些基因在低钾及逆境胁迫下的表达机制。结果表明,Gm HKT1;2在大豆幼苗根中对低钾胁迫的响应明显高于其他3个基因,且钾高效大豆品种这种响应更明显;同时Gm HKT1;2对不同逆境胁迫(低温、干旱、高盐和ABA)也有较强的响应。蛋白结构分析表明,仅Gm HKT1;2具有4个MPM结构域,4个保守的氨基酸残基空间上形成一个"漏斗样"结构,充当K+/Na+转运通道,通过邻近的ATP结合结构域,为K+/Na+转运提供能量。基因结构分析显示,这些基因均含3个外显子和2个内含子,不同基因间的第一个外显子和内含子片段大小差异显著,导致各基因的基因组DNA(g DNA)大小各异。启动子分析揭示,大豆TRK-HKT家族成员包含参与种子功能定位和各种激素及逆境胁迫应激反应的重要顺式作用元件;进化上该家族基因位于第一进化分支,含保守的Ser–Gly–Gly–Gly基序。     

木本植物逆境胁迫研究进展

木本植物(Woody plant)具有多年生、木质部发达和茎坚硬等特点,能抵御复杂多变的外界环境。本综述归纳了木本植物逆境胁迫的几个重要方面,例如盐胁迫、干旱胁迫和低温胁迫。归纳并总结了与应激有关的基因、蛋白质、转录因子和应激反应机制,并简要概述了木本植物在植被保护、园林绿化和土壤改良等方面的应用价值,最后对木本植物研究的局限性和存在的不足进行了讨论。蒙古柳(Salix linearistipularis)作为松嫩平原盐碱地区唯一具有群落分布的木本植物,是研究逆境胁迫的重要树种材料。因此,本综述着重介绍了耐盐碱木本植物蒙古柳对盐等逆境胁迫的研究进展,以期为木本植物逆境胁迫研究提供一定的理论基础;并针对目前研究存在的不足,为进一步研究提供了参考方向。     

植物热激转录因子在非生物逆境中的作用

非生物逆境通常导致生物体内蛋白变性。热激蛋白(Hsp)作为分子伴侣协助蛋白的重新折叠、稳定、胞内运输和降解,以阻止受损蛋白的累积,维护细胞内环境的稳定。而热激蛋白的表达是通过热激转录因子(Hsfs)结合于热激蛋白基因的启动子的热激元件上(heatshockelement,HSE),以募集其它转录因子而形成转录复合体,促进热激蛋白基因的表达。植物热激转录因子比动物系统更为多样性。根据其基本的结构域,植物热激转录因子可分为三类:HsfA、HsfB、HsfC。A类Hsfs已有大量深入的研究和报道,特别是在番茄方面。HsfB和HsfC的作用尚不清楚。在其复杂的网络中,每一热激转录因子均有其独特的作用,取决于其表达模式、亚细胞定位、聚合化、活性及与其他蛋白的相互作用。在非生物逆境,尤其是热激逆境下,A类热激转录因子在调节热激蛋白的表达起着重要作用。番茄的HsfA1起着主导作用,其缺失无法被其他相近的Hsfs所取代,但在持续热逆境下,在HsfA1的配合下,HsfA2可成为主要调节因子。B类热激转录因子可作为A类Hsfs的阻抑蛋白。然而,基于对不同的单个突变体的研究,以及对酵母Hsf1致死突变体的拯救恢复,一些热激转录因子的作用又是丰余的。此外,热激蛋白也对热激转录因子起负反馈调节作用。     

植物非生物胁迫中的bZIP转录因子

bZIP转录因子广泛地存在于真核生物界中。大量研究表明,种类丰富的bZIP转录因子存在于所有植物的细胞核中并参与植物体内的各种生理反应。多种恶劣环境造成的非生物胁迫,是影响植物生长发育的重要因素,bZIP转录因子在植物对非生物胁迫抵抗中起关键作用。本综述着重于植物bZIP转录因子参与非生物胁迫调控的研究进展,并对今后通过基因工程手段提高植物的抗逆性,培育多抗性植物新品种提供了理论支持。     

植物Trihelix转录因子响应非生物胁迫的研究进展

Trihelix转录因子家族因其特有的三螺旋结构域(螺旋-环-螺旋-环-螺旋)而命名,该结构域高度保守,能与GT元件特异性地结合,因此该家族又被称为GT因子家族。Trihelix转录因子家族分为GT-1、GT-2、GTγ、SH4和SIP1等5个亚家族。前期研究表明Trihelix转录因子不仅调控光应答基因的表达,还参与植物生长发育的各个过程,同时受高盐、干旱、冷害和病害的强烈诱导,广泛参与植物对生物和非生物胁迫的应答反应。Trihelix转录因子通过与其他基因互作等方式调控下游靶基因的表达,从而响应生物和非生物胁迫。本综述对植物Trihelix转录因子的结构特征及生物学功能进行介绍,详细阐述Trihelix转录因子在草本和木本植物中响应非生物胁迫的最新研究进展,为深入探究Trihelix转录因子响应非生物胁迫的分子机制提供理论基础。     

高等植物的细胞程序性死亡

细胞程序性死亡（PCD）是一种由基因控制的、主动的细胞死亡过程,它对植物正常生长发育起重要作用。本文从植物PCD的特征,植物的营养生长、生殖生长以及与环境互作过程中存在的各种PCD,植物PCD发生的调控机制等方面的近期研究进行了综述。     

玉米热激转录因子基因ZmHSF-Like对逆境胁迫响应的信号途径

在前期对玉米热激转录因子基因ZmHSF-Like克隆、表达特性和亚细胞定位分析的基础上,对基因响应不同逆境胁迫的信号途径进行了研究。结果显示,H₂O₂处理能显著上调ZmHSF-Like基因的表达,42℃热激上调ZmHSF-Like基因的表达依赖于H₂O₂的存在,ABA上调基因表达部分依赖于H₂O₂的存在,而PEG-6000诱导基因表达不依赖于H₂O₂;外源Ca²⁺处理也能上调ZmHSF-Like基因表达,而螯合胞外钙离子并阻断其内流并不能降低上述逆境胁迫诱导的ZmHSF-Like基因的表达水平。表明ZmHSF-Like基因通过H₂O₂信号途径实现对热激和ABA胁迫的响应。在H₂O₂处理过程中,热激蛋白基因HSP704的表达与ZmHSF-Like基因的表达同步,可能是该途径中ZmHSF-Like结合的下游热激蛋白。单独钙离子诱导处理,热激蛋白基因HSP701、HSP702和HSPeu701的表达均与ZmHSF-Like基因的表达同步,可能是ZmHSF-Like基因响应Ca²⁺反应的下游结合蛋白。ZmHSF-Like通过与下游不同热激蛋白的结合实现对不同逆境胁迫的响应。     

水稻基因OsASIE1抗逆功能分析

作为重要的植物转录因子家族, AP2/EREBP转录因子在植物发育、激素、病原反应及非生物胁迫如干旱、高盐、低温应答方面起重要作用。本研究发现水稻AP2/EREBP转录因子家族EREBP亚家族成员OsASIE1 (abiotic stress induced EREBP gene)在水稻受到高盐、干旱胁迫时表达量迅速提高, 并且在水稻中超表达OsASIE1能够改善水稻抵抗盐胁迫的能力。凝胶迁移率实验(electrophoresis mobility shift assay, EMSA)表明该转录因子的AP2结构域能够结合干旱应答顺式作用元件DRE (dehydration-responsive element)和乙烯应答元件GCC box (ethylene response element), 推测OsASIE1可能通过结合DRE和GCC box 作用元件调控下游相关基因的表达, 进而调控相关抗逆反应。     

转录激活因子CBF与植物的抗胁迫能力

很多低温相关基因的启动子中都含有CRT/DRE元件,CBF蛋白可以与该元件结合而使这些基因得以表达。拟南芥CBF基因有4种,分别为CBF1、CBF2、CBF3和CBF4。CBF1、CBF2和CBF3基因聚集在拟南芥第4染色体的短臂上,CBF4定位在第5染色体上。CBF2与CBF1、CBF3与CBF1的核苷酸序列具有较高的同源性,分别为81%和84%。CBF2和CBF3的氨基酸序列分别与CBF1大约有84%和86%相似,且表达模式完全相同。CBF4蛋白由224个氨基酸组成,与其他CBF蛋白有63%的同源性。在CBF1、CBF2、CBF3和CBF4转基因拟南芥植株中,不需低温刺激,4种CBF基因的组成表达都能够激活含有CRT/DRE元件的COR基因表达,从而提高植株的抗冻性。自1997年发现CBF1基因以来,已有很多成功导入CBF基因的报道。本文就这4个转录因子的性质及其在植物抗寒、抗旱和耐盐方面的作用进行了阐述。     

谷子丙酮酸磷酸双激酶基因(SiPPDK1)对非生物逆境的响应

通过序列比对在谷子基因组中鉴定出一个PPDK基因,命名为SiPPDK1.为揭示该基因对逆境胁迫的响应,本研究通过对SiPPDK1的基因结构、蛋白特征、功能、启动子区域顺势元件、亚细胞定位、进化特征等进行了系统的分析和预测.荧光实时定量PCR检测了该基因在苗期不同逆境、关键生育期干旱以及不同光照条件下的表达.结果表明该基...     

盐胁迫诱导的棉花叶片细胞程序性死亡

为明确盐胁迫是否可以诱导棉花叶片发生细胞程序性死亡,用0.5%的NaCl溶液对棉花叶片进行胁迫处理,在DNA琼脂糖凝胶电泳图谱上观察到明显的DNA拖尾现象,即NaCl处理诱发了DNA核小体间的断裂,从而表现出典型的细胞程序性死亡的生化特征。表明NaCl诱导棉花叶片死亡过程中,存在一个明显的细胞程序性死亡阶段。     

植物细胞程序性死亡的研究进展

细胞程序性死亡是细胞遵循自身生命活动程序,并受多种因子调控的一种主动、积极的死亡方式,它是植物和动物发育过程中的一种普遍现象,已成为当前生物学的研究热点之一。近年来随着动物中PCD研究的深入,植物PCD亦得到相应的研究。本文从PCD的形态学类型、植物PCD一般特征、植物生长发育过程中以及植物—病原物互作间的PCD等方面的研究进行了综述。     

病毒诱导的基因沉默的发展及在植物生物逆境上的应用

病毒诱导的基因沉默(Virus-indcued gene silencing, VIGS)技术是指带一段包基因序列的重组病毒侵染植物,引起植物同源基因沉默与表型变异,进而通过表型变异进行基因功能分析的方法,是近年发展起来的植物基因功能研究的新技术。为了进一步探讨VIGS应用策略,笔者归纳了VIGS的分子机理、VIGS的载体开发和VIGS技术在植物生物逆境方面的研究应用3 个方面近些年的研究进展,得出了VIGS在植物生物逆境方面的问题及应用价值。     

Response of Sorghum to Abiotic Stresses: A Review

Sorghum [(Sorghum bicolor L.) Moench] is a highly productive crop plant, which can be used for alternative energy resource, human food, livestock feed or industrial purposes. The biomass of sorghum can be utilized as solid fuel via thermochemical routes or as a carbohydrate substrate via fermentation processes. The plant has a great adaptation potential to drought, high salinity and high temperature, which are important characteristics of genotypes growing in extreme environments. However, the climate change in the 21st century may bring about new challenges in the cultivated areas. In this review, we summarize the most recent literature about the responses of sorghum to the most important abiotic stresses: nutrient deficiency, aluminium stress, drought, high salinity, waterlogging or temperature stress the plants have to cope with during cultivation. The advanced molecular and system biological tools provide new opportunities for breeders to select stress‐tolerant and high‐yielding cultivars.     

玉米CMS-S小孢子败育过程中的细胞程序性死亡

以玉米（Zea mays L.）S型细胞质雄性不育系(CMS-S)的一对近等基因系S-Mo17^Rf3Rf3 和S-Mo17^rf3rf3为材料，采用TdT介导的dUTP DNA末端标记（TUNEL）、细胞色素C免疫原位杂交和DNA寡聚核小体片段电泳等方法，分别在细胞学水平和DNA水平上研究了玉米CMS-S小孢子败育的细胞程序性死亡（PCD）过程。结果表明，在花粉母细胞减数分裂后的四分体解离时期，不育花药的绒粘层细胞较可育花药提前裂解；在不育系S-Mo17^rf3rf3花药和花粉S-rf3中均明显出现PCD过程的DNA片段化以及线粒体细胞色素C外渗的现象，证明了玉米CMS-S的花粉败育与花药绒粘层细胞的提前凋亡和小孢子细胞的程序性死亡有关。