脱落酸代谢与信号传递及其调控种子休眠与萌发的分子机制

种子休眠是许多植物在长期系统发育进程中获得的一种适应环境变化的特性,是调控种子萌发和幼苗形成的最适时空分布的一种有效方式,也是物种成功繁衍与传播的一种选择性策略。种子休眠与萌发的激素调控可能是一种高度保守的机制,其中脱落酸(ABA)在种子休眠解除与萌发中起关键作用,赤霉素(GA)在休眠被解除后促进种子萌发。ABA在种子休眠与萌发中的作用主要受ABA代谢(生物合成和分解代谢)和信号传递途径的调控。为此,本文在综述ABA代谢和信号传递研究进展的基础上,阐述了ABA在种子发育、休眠与萌发中的作用,以及种子休眠特异性基因DOG1(萌发延迟1)与ABA信号组分的关系。研究表明,C40环氧类胡萝卜素是ABA生物合成的前体,玉米黄质环氧化酶和9-顺式-环氧类胡萝卜素二加氧酶是ABA生物合成的主要调节酶;ABA的分解代谢包括羟基化作用和与葡萄糖结合,CYP707A家族催化ABA C-8’位置上的羟基化作用,这是ABA分解代谢的重要步骤。在核心ABA信号传递途径中,ABA与PYR/PYL/RCAR受体结合并触发受体发生构象变化,从而允许受体-ABA复合物与2C类蛋白磷酸酶(PP2C)结合并抑制其活性,导...     

植物激素ABA和GA调控种子休眠和萌发的研究进展

综述了植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)和赤霉素(Gibberellin acid,GA)及其相互作用调控种子休眠和萌发过程的研究进展.大量研究结果表明,ABA和GA是种子休眠获得和解除过程中起关键作用的内源信号分子,ABA诱导种胚细胞分裂停止、启动并维持种子休眠,而GA启动和促进种子萌发,两者在调节种子休眠和萌发过程中存在相互拮抗的关系.以糊粉层组织为例,阐述了ABA和GA在调控种子萌发时α-淀粉酶表达的信号通路.     

种子活力与萌发的生理与分子机制研究进展

种子活力形成于种子发育的脱水阶段,与以往理解不同,近来研究表明种子脱水不仅仅是一个简单的失水过程,脱水与萌发存在一些相同的基因表达和代谢特征。萌发始于吸水膨胀,种子代谢恢复,胚根突破胚乳和种皮等外围包被组织完成萌发。种子萌发的质量关键在于储藏的mRNA的质量,另外,蛋白质稳定性和DNA完整性影响萌发的表型。激素作为一种信号小分子物质,浓度极小甚至是趋于零时对种子萌发仍具有非常重要的作用,近年来研究表明ABA/GAs的阈值范围调控种子休眠与萌发,其中,ABA几乎作用于种子萌发的全部过程,GA的作用并不像ABA那样广泛,主要在胚根突出时发生作用,且ABA和GA彼此抑制对方的合成与分解代谢基因,它们均可调控α-淀粉酶基因的转录。除ABA和GA外,近来发现AUX参与调控种子的休眠与萌发,其对胚根突出的调控比对子叶开展更加精细,AUX信号与ABA信号存在交叉,AUX通过其响应蛋白ARF10/16间接调控ABA信号通路中ABI3的稳定性来调控拟南芥种子休眠与萌发。与光照条件下相比,在土壤中萌发的幼苗将形成一个特异性的组织“顶钩”,它的主要作用是在幼苗“顶土”时保护顶端分生组织,“顶钩”形成与生长素的不均匀分布有关。为了提高种子活力,引发技术被运用于生产,引发的关键在于控制种子“萌而未发”,在“回干窗口”内及时脱水,引发过程中种子储藏的mRNAs和蛋白已经执行功能,回干后这种分子机制被“牢记”,再吸胀的种子可以迅速整齐的萌发。除毒害分子外,ROS还作为信号分子参与调控种子休眠释放、胚乳松弛和贮藏物动员,且其与激素分子ABA和GA等存在交互作用,ROS还参与蛋白的翻译和翻译后修饰调控种子萌发吸水和贮藏物动员。在种子萌发过程中,甲硫氨酸代谢是代谢核心,其代谢产物广泛参与调控种子萌发的一些生理生化反应,如：DNA的合成,蛋白质的稳定性,染色体结构的形成和重塑,生物素的合成等,另外还与激素分子ABA、GA、ETH和CTK及活性氧活性（氮）存在交互作用。近来还发现甲硫氨酸亚砜还原酶决定种子的寿命,它可能是种子活力的一个新的分子标记。本文将围绕上述内容对国内外研究现状进行综述,并对今后的研究热点,种子“提早”收获的感官依据,高活力种子田间出苗差异的分子机制,生长素在胚根突出时的重要作用,甲硫氨酸代谢,种子活力检测方法的选择等内容进行了展望。     

种子休眠与解除机理的研究进展

具有休眠特性的种子如何顺利地经过后熟过程正常萌发,是到目前为止学者一直探究的问题。综述了种子休眠和萌发过程中激素、酶、可溶性糖和脂肪的动态变化,以及这些有机物质和环境条件对种子萌发的影响。脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)是调控种子休眠与萌发的一对拮抗内源激素,生长素(IAA)对萌发没有明显的影响,但间接影响种胚的发育和其他激素水平。葡萄糖六磷酸脱氢酶(G-6-PDH)是TCA循环和PPP途径的关键酶,其活性变化对种子完成后熟有关键性作用;淀粉酶活性的变化决定了种胚中淀粉的含量。在萌发过程中,种子新陈代谢开始旺盛,大量利用可溶性糖和脂肪,它们之间可以相互转化。环境条件中温度和含水量是种子萌发的关键因素,种子休眠与萌发可通过温度来调控,低温层积有利于打破种子休眠,完成后熟,为种子的萌发奠定物质基础。     

滇重楼种子休眠机理研究

【研究目的】探讨滇重楼种子休眠机理,为打破种子休眠促进滇重楼实生育苗提供理论基础。【方法】采用重量法、胚率测定、ELISA等方法对种子吸水特性、萌发抑制物及种胚休眠与发育的内源机理进行了研究。【结果】种子不存在吸水障碍,与休眠无关;滇重楼种子中存在着萌发抑制物;滇重楼种子休眠属于形态学-生理学休眠类型;内源激素ABA和GA3在滇重楼种子休眠与萌发过程中起着重要作用,ABA是引起休眠的关键因素,ABA含量的降低是滇重楼种胚发育的始动因子,GA3有助于种子的生理后熟。【结论】滇重楼种胚发育不完全、种子中存在萌发抑制物质是种子休眠的主要原因。萌发抑制物的存在可能抑制了种胚发育,而与生理学后熟过程无关。在自然条件下,滇重楼生境中较长的低温时期可能是滇重楼种子具有较长时间休眠的外界原因。     

桃种子层积中激素的变化及其与破眠的关系

本文研究了桃种子层积过程中内源脱落酸(ABA)和赤霉素类物质(GAs)含量的变化。结果表明,未层积种子中含有高浓度的ABA和低水平的GAs。低温(4℃)层积过程中游离脱落酸(F-ABA)含量逐渐下降,GAs含量不断上升。经高温(23℃)层积及种子淋洗处理,均能降低F-ABA的水平,但GAs含量并未上升,且束缚态脱落酸(B-ABA)含量的变化亦有别于低温层积处理。种子休眠仅被低温层积所解除。通过对种子施用标准的ABA、GAs和种子粗提物的处理,进一步验证了桃种子休眠和萌发调控的促-抑物平衡假说。     

植物种子休眠分子机制研究进展

种子休眠为种子推迟萌发进而躲避不良环境条件提供了重要的生存机制,是由基因和外界环境共同决定的复杂性状。休眠的破除受环境和内源信号的协调控制,具有协同效应与竞争效应。植物激素脱落酸(ABA)促进休眠的诱导和维持,而赤霉素(GA)则打破休眠,促进种子萌发。近年来一些影响种子休眠的分子因素被发现,包括休眠特异性基因、染色质因子和非酶促过程等。本文综述了种子休眠相关分子机制的研究现状,讨论参与休眠诱导与破除的各种调节因子以及环境因素。最后,提出种子休眠研究未来可能的发展方向。     

短果茴芹种子的休眠原因及解除方法

以短果茴芹种子为试材,通过测定种皮的透水性和种子中的抑制物质,探讨种子休眠的原因;采用赤霉素和层积处理结合室内发芽试验,寻找打破种子休眠的方法;测定层积过程中种子的主要贮藏物质含量变化及过氧化物酶活性的变化,了解解除种子休眠与物质代谢变化的相关性.结果表明:短果茴芹种子的休眠是由胚未发育完全和存在萌发抑制物质引起的综合性休眠.低温层积和赤霉素浸种后再低温层积,均能打破休眠,其中200mg·L-1 GA3浸种24h后低温层积105d效果最好,发芽率达54.84%.在低温层积阶段,可溶性糖、可溶性蛋白质含量升高,但当休眠逐渐打破,其含量均呈下降趋势;ABA、POD、CAT含量呈下降趋势,IAA总体保持较稳定状态.GA含量、GA/ABA总体呈上升趋势,IAA/ABA变化不明显,说明短果茴芹种子内源ABA、GA含量的变化与种子休眠和萌发具有相关性,ABA可能是种子休眠的抑制物质.     

基于ARF10转录因子功能验证及其对拟南芥种子休眠和萌发的影响

生长素是一种新的调控种子休眠的激素,ARF10作为生长素信号途径下游的一个转录因子也参与其中,然而其调控的分子机制并不清楚。以拟南芥茎生叶为供试材料,克隆获得编码ARF10转录因子的基因片段,利用DNA重组技术构建ARF10过量表达载体35S::ARF10-pCAMBIA1301,并通过浸花法转化野生型拟南芥,获得ARF10过量表达的转基因植株(ARF10-OE),通过检测种子休眠性和对ABA敏感性,探究其对种子休眠与萌发的影响。结果显示,ARF10种子休眠性显著高于野生型,其ABA敏感性也较对照更高。基因表达分析结果显示,ARF10基因过量表达能够明显增强调控种子休眠和萌发的关键基因ABI3、ABI4、ABI5以及NCED9的表达,生长素信号途径下游末端转录因子ARF10可能通过上调ABI3、ABI4、ABI5基因的表达,提高了种子对ABA的敏感性;通过上调NCED9的表达,增强了种子的休眠性。     

活性氧在种子萌发过程中的作用研究进展

种子是农业生产中最基本的生产资料。种子成功整齐发芽是作物生长发育、高产稳产的第1步。活性氧(ROS)是一类多功能化合物,在种子萌发过程中发挥着关键作用。本研究介绍了ROS的种类、产生部位以及对种子萌发的“氧化窗口”效应,总结了ROS调控种子萌发的机制并对未来研究提出展望。目前ROS调控种子萌发的研究集中于：(1)当条件合适时,ROS维持在一个适当的水平,启动赤霉素(GA)等信号转导途径、抑制脱落酸(ABA)途径,调控细胞膨大,促进种子萌发;(2)当面临不利环境时,ROS的过量积累会对生物大分子造成氧化损伤,诱导ABA途径,抑制种子萌发。ROS通过生物分子氧化、种皮弱化和胚乳衰退解除种子休眠。今后,需进一步探索对种子萌发起到积极作用的“氧化窗口”范围,同时结合转录组学和代谢组学技术筛选种子萌发中调控ROS含量相关基因,更好地了解ROS促进种子萌发的机制。图3表1参94     

6种松树种子休眠原因研究

以种子生活力、种子萌发率和离体胚萌发率为测定指标,通过外种皮、内种皮和胚乳内含物的生物测定,及种皮和胚乳内源激素的测定,对松属6个树种种子休眠原因进行研究．结果表明：6个树种种子胚均不休眠;外种皮所含的萌发抑制物对种子休眠起主要作用,胚乳所含的萌发抑制物或内种皮起次要作用;种皮和胚乳所含ABA类物质是引起种子休眠的主要抑制剂,高ABA含量和低GA,含量是导致6个树种种子休眠的主要原因,且ABA／GA3比值的大小与种子休眠程度的深浅存在着正相关关系．     

ABA在种子发育·休眠和萌发过程中的生理调控

摘要综述了ABA在调控种子发育、休眠和萌发过程中的变化及调节机制。ABA含量在种子的发育、休眠和萌发过程中发生变化,而且受多因素的影响,如调节基因、光、温度和赤霉素等环境因素以及糖类、硝酸盐等舍氮化合物,并与之交互作用影响种子的发育、休眠和萌发。在分子水平上深入探讨ABA对种子的发育、休眠和萌发的生理作用,对完善种子生长发育研究具有重要意义。     

激素调控种子休眠与萌发分子机制研究进展

种子休眠和萌发过程受到内源激素分子和外界环境因子的精确调控，脱落酸、赤霉素、生长素等激素在这一过程发挥重要调控作用，其中脱落酸和赤霉素是核心激素，脱落酸负责诱导和维持种子休眠，赤霉素促进种子萌发。通过总结激素调控种子休眠和萌发的最新研究进展，阐述内源激素含量变化、其合成与代谢途径关键基因与信号转导组分在种子休眠和萌发中的重要作用和分子机制，为进一步利用调控机制为农作物的产量提高和品质改良提供参考。     

伏毛铁棒锤种子休眠和萌发过程内源激素含量变化研究

[目的]研究伏毛铁棒锤种子休眠和萌发过程内源激素含量的变化。[方法]采用高效液相色谱法测定分析伏毛铁棒锤新老种子和种子层积过程内源激素赤霉素（GA3）、吲哚乙酸（IAA）、脱落酸（ABA）和玉米素（Z）含量,并测定新老种子的萌发率。[结果]在层积过程中,ABA含量总的趋势下降,GA3总的趋势是升高;不同的层积处理随着时间的延长对种子萌发都有一定的作用。[结论]GA3对打破休眠和促进萌发起重要作用;ABA则是抑制萌发的重要因素;IAA对伏毛铁棒锤种子萌发起促进作用;Z含量与伏毛铁棒锤种子发芽率之间相关性不明显。     

树木种子休眠性状的研究综述

树木种子的休眠性状是普遍存在的,它的类型多样而复杂。本文收集了50科150多种植物休眠性种子的研究材料,分析了各类种子的休眠性状和破除方法,进而从代谢水平上阐述了种子休眠解除的作用机理,其中包括内源激素的相互作用,以及光敏素与需光萌发和磷酸戊糖途径在解休眠中的作用。     

杂草种子休眠与萌发调控的研究进展

杂草种子是除草剂筛选的重要靶标,但其休眠性对靶标的周年培育和批量供应带来了困难。通过综述国内外关于杂草种子休眠与萌发调控方面的研究进展,主要包括杂草种子休眠原因及其解除技术、植物激素对杂草种子休眠和萌发的影响、贮藏方法对杂草种子休眠与萌发的调控作用等,旨在找到简易有效的解除杂草种子休眠的途径。     

外源激素对蒺藜状苜蓿种子萌发、休眠的调控

用不同浓度的ABA和乙烯利对蒺藜状苜蓿种子处理进行发芽试验.结果表明:乙烯利可以促进种子萌发,其中20 uM处理促进效应显著,发芽势和发芽指数分别比对照提高3倍和2.7倍,而ABA促进种子休眠.     

高等植物脱落酸的代谢及调节机制

脱落酸(ABA)在种子的发育、休眠、萌发以及植物的营养生长、环境胁迫响应等过程中具有重要作用,植物体具有控制ABA的合成、降解、信号感知及其信号转导的调节机制。目前对高等植物ABA的合成途径及其调节机制的研究已比较深入,合成途径中的所有关键酶基因都已鉴定出,但对ABA分解代谢的研究则相对滞后。概述了ABA的生物合成、分解代谢途径及其调节机制。     

前沿动态

<正>植物激素ABA和GA拮抗新机制脱落酸(ABA)是一种应激反应植物激素,它通过抑制种子萌芽及幼苗生长来适应不利的环境条件。前人研究发现,GA和ABA对立地调控植物的许多发育过程及植物对生物或非生物胁迫的响应。ABA通过拮抗GA依赖的DELLA蛋白的降解过程来抑制GA信号途径,但GA如