植物MAPK级联途径应答的非生物胁迫研究进展

促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）是一种高度保守的蛋白激酶,广泛存在于真核生物中。MAPK级联途径是一种重要的高度保守的细胞信号转导途径,主要包括MAPKKK、MAPKK和MAPK三种蛋白激酶,通过磷酸化顺序被激活。MAPK级联途径参与了植物生长发育、激素调节、生物胁迫以及非生物胁迫的应答响应。从植物MAPK级联途径成员的分类、结构特征及对非生物胁迫的响应等方面进行了综述,将为系统的理解植物MAPK级联途径及其在非生物逆境胁迫下的表达调控等提供参考。     

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。     

玉米大斑病菌MAPK超家族的全基因组鉴定及途径模型建立

【目的】从全基因组水平鉴定玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）的MAPK超家族基因,并对其进行系统进化、基因结构、多重序列比对及保守位点分析,构建玉米大斑病菌中的MAPK级联途径模型,为深入研究该植物病原菌中MAPK级联途径的功能奠定基础。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过基于隐马尔科夫模型的HMMER 3.0软件搜索基因组,鉴定并获得MAPK超家族成员序列、基因组定位信息;采用MEGA 5.0软件进行系统进化分析;通过GSDS工具进行基因结构分析;利用ClustalX、MEME工具分析MAPK蛋白激酶区的保守性及保守位点。【结果】在玉米大斑病菌基因组中发现了4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。系统进化分析将MAPK分为Kss1/Fus3、Slt2、Hog1及Ime2 4类;MAPKK分为Pbs2、Ste7及Mkk1 3类;MAPKKK分为Ste11、Bck1及Ssk2 3类。基因组定位及基因结构分析表明,MAPK超家族散布在基因组中,且MAPK基因的结构最为复杂多样,MAPKK次之,MAPKKK结构最简单。多重序列比对与保守位点分析表明,玉米大斑病菌MAPK超家族的激酶结构域均高度保守,其中MAPK具有保守的“-TxY-”磷酸化位点,MAPKK含有保守的“-SD[V/I]WS-”磷酸化位点,MAPKKK含有“-G[S/T][V/P][F/M][W/Y]M[A/S]PEV-”特异性保守位点。【结论】全基因组分析表明,玉米大斑病菌中包括4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。通过系统进化、基因结构及多重序列比对和保守位点分析,在玉米大斑病菌中构建了Fus3/Kss1-homolog、Slt2-homolog、Hog1-homolog和Ime2-homolog 4条MAPK级联途径,其中Ime2 homolog为一条新发现的MAPK级联途径。该信息为深入解析植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。     

葡萄MAPKK基因家族的识别与分析

丝裂原活化蛋白激酶(MAPKK)是编码丝氨酸/苏氨酸特异的蛋白激酶,MAPKK基因家族对植物生长发育细胞周期调控和生物与非生物胁迫响应重要作用。已在一些物种中对这个基因家族进行了识别与分析,并对其如何参与胁迫条件下信号传导进行了探讨。在这项研究中,共识别出了葡萄基因组中5条MAPKK基因,并将其基因分别定位在第9、11、11、14和17条染色体上。对5条MAPKK基因序列内含子、外显子等结构信息进行了初步的比较分析。结果表明,它们可能存在功能上的分化。系统发生分析表明,葡萄和拟南芥的MAPKK基因亲缘关系近于其和水稻之间的亲缘关系;结合拟南芥MAPKK基因分组信息,将XP_002273313.1、XP_002280877.1、XP_002283491.1归为A组,而将XP_002274862.1和XP_002283080.1分别归位B组和D组。本研究结果为进行后续葡萄MAPKK基因和葡萄果实膨大相关方面的研究提供了有价值的参考。     

水稻纹枯病菌MAPK级联信号途径分析及信号通路模型预测

MAPK级联信号途径在植物病原真菌的生长、发育、繁殖及致病性等方面起着重要作用。根据已公布的5个水稻纹枯病菌(Rhizoctonia solani)全基因组数据利用生物信息学方法对该病原菌的MAPK(mitogenactivated protein kinase)级联信号途径基因进行了鉴定,并预测水稻纹枯病菌MAPK级联途径图。蛋白结构域和motif分析结果表明,水稻纹枯病菌的MAPK信号途径基因均含有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构域,并且基因序列具有较高保守性。多重序列比对结果表明,水稻纹枯病菌基因组中存在11个MAPKKK基因,分属于Ste11、Bck1和Ssk2类;10个MAPKK基因,分别为Ste7、Pbs2及Mkk1类;12个MAPK基因,被分类为Kss1/Fus3、Hog1、Slt2和Ime2。在5个水稻纹枯病菌基因组中,水稻纹枯病菌(taxid:456999)和AG-3 Rhs 1 AP(taxid:1086054)基因组中存在Kss1/Fus3-MAPK、Hog1-MAPK、Slt2-MAPK和Ime2-MAPK信号通路,AG-1 IB(taxid:1108050)基因组中存在Kss1/Fus3-MAPK、Hog1-MAPK和Slt2-MAPK通路,AG-8 WAC10335(taxid:1287689)基因组中仅存在Hog1-MAPK通路,而AG-1 IA(taxid:983506)基因组中只有2个MAPKKK基因未找到完整的信号通路。依据上述研究结果预测了水稻纹枯病菌的Kss1/Fus3、Hog1、Slt2和Ime2级联途径模型,此结果为深入研究水稻纹枯病菌的MAPK家族功能奠定了重要的理论基础。     

植物MAPK基因及其在逆境胁迫下的作用

植物促分裂原活化蛋白激酶级联途径中的MAPK基因在植物抵御逆境的过程中具有至关重要的作用。为使MAPK基因在植物抗逆基因工程中得到有效利用,通过对植物MAPK的结构与类别归纳分析,概述了植物MAPK基因对逆境胁迫的响应及其在多种生物胁迫和非生物胁迫应答中的作用。     

WRKY转录因子在植物耐盐基因工程中的应用进展

土壤盐渍化是抑制植物生长发育、降低作物产量的主要环境胁迫之一。利用基因工程技术培育耐盐植物以提高植物耐盐性是促进植物生长、提高作物产量的有效途径。植物特异转录因子WRKY可以调控植物生长发育、响应多种胁迫(如盐、干旱、病原菌等),在抵御盐胁迫过程中具有重要作用。本文阐述了WRKY转录因子的基本结构,综述了来自各种植物(粮食、经济、园艺作物及其他植物)的WRKY转录因子在模式植物(拟南芥、烟草)、粮食作物(水稻、玉米)、经济作物(大豆、棉花)、园艺作物(番茄、茄子、菊花、苹果)及其他植物(柳树、杨树)耐盐基因工程中的应用进展,分析了该领域目前存在的问题(转单个WRKY基因对植物耐盐性的提高程度有限,大部分转WRKY基因植株仅仅提高了营养生长期耐盐性鉴定,组成型超表达WRKY基因会引起转基因植株生长缓慢、花期推迟甚至产量降低等不良后果等),并提出建议,以期为WRKY转录因子在植物耐盐遗传改良及育种中的应用提供参考依据。     

藜CaMAPKK2的表达分析及盐胁迫信号通路互作组分的筛选

【目的】通过对抗逆植物藜的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联途径中MAPKK的胁迫表达模式分析及信号转导途径互作组分的筛选,探索植物藜响应外界胁迫信号诱发逆境耐受的机制。【方法】以藜叶片总RNA为模板,利用定量PCR方法对NaCl、H2O2和ABA胁迫下藜MAPKK表达规律进行了分析。利用RT-PCR结合RACE技术获得了藜MAPKK的全长cDNA序列。利用酵母双杂交技术对MAPKK盐胁迫信号通路互作组分进行了分析。【结果】获得一个藜MAPKK的全长cDNA序列,命名为CaMAPKK2,其开放阅读框为1 089 bp,编码一个由362个氨基酸组成的丝裂原活化蛋白激酶。定量PCR显示CaMAPKK2受盐胁迫诱导明显上调表达,同时受外源H2O2和ABA调控。H2O2合成抑制剂DPI与ABA合成抑制剂Na2WO4显著抑制了300 mmol•L-1 NaCl处理下CaMAPKK2的表达。以全长CaMAPKK2为诱饵蛋白,利用酵母双杂交技术筛选到5个可能与CaMAPKK2相互作用的蛋白。测序结果显示,其中1个序列可通读,该cDNA序列长794 bp,与欧洲赤杨（Alnus glutinosa）和拟南芥的噻唑合成酶（thiazole biosynthetic enzyme）基因AgTHI1和AtTHI1核酸序列相似度达79%和78%,其它4个序列没有连续的读码框。【结论】CaMAPKK2受NaCl和H2O2诱导上调表达,暗示盐胁迫可能通过诱导H2O2和ABA的积累从而导致CaMAPKK2表达增加。要进一步筛选CaMAPKK2互作组分需获得更多阳性克隆并开展相关功能验证试验。     

橡胶树白粉菌MAPK级联信号途径全基因组鉴定及途径模型建立

从全基因组水平鉴定橡胶树白粉菌(Oidium heveae)的MAPK级联信号途径基因,并对其进行Blast比对、蛋白质结构域及聚类分析,构建橡胶树白粉菌中的MAPK级联途径简图,为深入研究其MAPK级联途径的功能奠定基础。利用橡胶树白粉菌基因组数据库和小麦白粉菌(Blumeria graminis)的同源序列进行比对,获得25个MAPK信号途径相关基因。在橡胶树白粉菌基因组中发现了2个MAPK基因、2个MAPKK基因和5个MAPKKK基因。多重序列比对与保守位点分析表明,橡胶树白粉菌MAPK信号途径的激酶结构域均高度保守。在橡胶树白粉菌中构建Fus3/Kss1MAPK、Hog1 MAPK、Slt2(Mpk1)MAPK 3条MAPK级联途径,为深入探究植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。     

玉米应答低磷胁迫机制研究进展

玉米是我国重要的粮食、饲料及生物能源作物,低磷胁迫严重影响其品质和产量。氮对拟南芥的缺磷反应具有积极的调控作用,并且在水稻和小麦中得到验证,但在玉米中,氮与低磷胁迫响应机制的相互作用尚未见系统报道。本研究综述内容主要有国内外有关低磷胁迫对玉米生长发育的影响、玉米应答低磷胁迫的生理基础和分子机制,以及氮参与调控玉米应答低磷胁迫的相关机制等,以期为后续研究玉米应答低磷胁迫的分子机制提供参考。     

植物应答非生物胁迫的信号转导途径研究进展

环境是影响植物生长发育的重要因素,干旱、低温、高盐等非生物胁迫严重影响植物的生长发育,近年来对植物非生物胁迫应答机理的相关研究逐步深入。本文概述了应答非生物胁迫的信号转导途径,重点介绍脱落酸（ABA）信号转导途径、钙离子（Ca²⁺）信号转导途径、促分裂素原活化蛋白激酶（MAPK）级联信号途径及其相互关系,并推测出一条调节气孔关闭的Ca²⁺和MAPK介导的ABA信号转导途径,以期理清其复杂的信号交叉关系,为植物抗逆性研究提供一定的参考。     

低温胁迫下牛皮杜鹃MAPK级联参与ABA 信号转导的基因表达分析

为了探究牛皮杜鹃在低温胁迫下MAPK级联途径参与ABA信号转导的分子机制,通过转录组测序的方法对4℃低温处理组和25℃正常对照组牛皮杜鹃进行研究。结果表明,转录组测序共得到6.40 Gb clean data,低温组筛选出12 261个差异表达基因,其中上调基因和下调基因的数量分别为6 811个和5 450个。对关键基因进行KEGG注释发现,共有228个差异表达基因富集到MAPK信号通路-植物通路,其中ABA信号转导通路中大部分差异表达基因发生上调,说明该信号通路在低温胁迫下被激活。推测牛皮杜鹃在低温胁迫下可激活MAPK级联途径中相关基因的表达来参与ABA信号转导过程,进而应对低温环境所带来的不利影响。     

红肉苹果MdMKK9互作蛋白的筛选与鉴定

MKK9是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族重要成员之一，是在植物细胞响应外界胁迫信号转导中发挥重要作用的酶。为深入研究苹果MKK9的相关功能，以红肉苹果‘黛红’为材料，克隆到MdMKK9基因CDS序列，利用酵母双杂交试验筛选苹果cDNA文库，并通过酵母双杂交筛选、体内双分子荧光互补(BiFC)和体外Pull-down试验进行MdMKK9互作蛋白验证。结果表明，通过对苹果cDNA文库的筛选，共获得11个参与调控植物生长发育及应答逆境胁迫的候选互作蛋白；选取花青苷合成相关蛋白MdCHS及氮胁迫调控相关蛋白MdSPX3进行酵母双杂交、体内BiFC及体外Pull-down试验，结果证明MdMKK9可与MdSPX3互作。     

MAPK在水分胁迫下玉米叶片细胞抗氧化损伤中的作用

以玉米为材料,运用促分裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase ,MAPKK)抑制剂,研究了MAPK(mitogen-activated protein kinase)在水分胁迫下玉米叶片细胞抗氧化损伤中的作用.结果显示,水分胁迫引起玉米叶片膜脂过氧化和蛋白质氧化程度加重,质膜相对透性增加,并且其诱导的羰基化蛋白质主要分布在相对分子质量为37×103～94×103之间.利用MAPKK抑制剂 PD98059(100、200 μmol·L-1)和U0126(10、25 μmol·L-1)预处理加重了上述水分胁迫下玉米叶片细胞的氧化损伤.上述结果表明,水分胁迫导致玉米叶片细胞产生氧化损伤,MAPK对其抗氧化损伤起一定的正调控作用.     

植物特有的TDY类丝裂原活化蛋白激酶研究综述

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK),是一组可以被多种细胞外信号激活的蛋白丝/苏氨酸激酶,含有TDY基序的一类MAPK,在植物中存在,为植物所特有。它们有60～80个氨基酸的N端KD区,有些具有C端CD区作为MAPKK、磷酸酶和底物蛋白的停泊位点。TDY类MAPK功能主要与各种环境胁迫相关,如机械性伤害、紫外线胁迫、H2O2胁迫及重金属胁迫等。TDY类相对于其他MAPK在进化上是相对独立的,并且具有多个起源。     

水稻富亮氨酸类受体蛋白激酶参与外界胁迫应答的研究进展

水稻是我国重要的粮食作物,随着外界环境条件的恶化和降水的减少,水稻生产遭到严重威胁。植物类受体蛋白激酶作为一种对植物生长发育激素信号转导以及生物与非生物胁迫反应中具有重要调控功能的膜蛋白,目前已成为研究的热点之一。该文对富亮氨酸类受体蛋白激酶的结构和功能以及水稻富亮氨酸类受体蛋白激酶家族与外界环境胁迫的关系进行了综述,以期为探究水稻LRK基因家族与外界环境关系提供参考。     

葡萄钾离子通道基因VviSKOR的克隆、表达及电生理功能

【目的】从葡萄中克隆并鉴定钾离子通道基因VviSKOR,在转录水平分析其组织特异性表达特征及对缺钾、氯化钠(NaCl)与脱落酸(ABA)等胁迫的响应情况,通过膜片钳电生理技术研究其生理学功能。【方法】通过同源克隆法,在葡萄基因组中筛选并鉴定钾离子通道基因VviSKOR;借助多种生物信息学软件分析葡萄SKOR及其编码蛋白的特征;利用MEGA 7.0软件建立葡萄、拟南芥、水稻、玉米、高粱、短柄草、大豆、番茄、黄瓜、白杨、桃、梨、草莓、苹果、木瓜、柑橘、香蕉、凤梨等18种不同科属植物SKOR同源蛋白成员的系统进化树;利用实时荧光定量PCR分析VviSKOR在葡萄不同组织部位的表达模式及对缺钾、NaCl、ABA与sorbitol等胁迫的响应情况;利用膜片钳电生理系统分析葡萄VviSKOR的生理学功能。【结果】在葡萄基因组中克隆获得一个钾离子通道基因VviSKOR,其编码蛋白含有环核苷酸结合域、离子通道跨膜域、Ankyrin repeats和KHA功能结构域,属于典型的Shaker类钾离子通道;18种不同科属植物SKOR蛋白在氨基酸水平具有58.92%的一致性,系统进化树表明葡萄VviSKOR与...     

木薯MKK家族基因的鉴定及表达分析

MAPK级联传导通路是广泛存在于真核生物体内的信号传导途径。根据木薯全基因组数据,借鉴拟南芥中MAPKK (MKK)家族的基因序列,通过生物信息学方法对木薯中MKK家族成员进行全面的鉴定以及系统进化树分析。通过激素处理及病原菌接种来分析MKK家族各基因的表达模式。结果表明,木薯总共编码11个MKK基因,这些基因集中分布于木薯第3,4,6,10,12,16,17条染色体上。MKK家族各基因在木薯受到激素处理及病原菌处理后的表达分析结果表明,MKKs能够响应ABA,JA及病原菌信号,对ACC信号则不敏感。MKK4,MKK5,MKK8,MKK9,MKK11可能参与木薯相关防御病原菌及激素信号传导通路。     

氯化钠胁迫对园艺作物种子萌发及幼苗生长发育的影响

以番茄、黄瓜、苜蓿、白蜡等园艺作物和小麦、玉米、棉花等大田作物的幼苗在氯化钠胁迫下其发芽率,发芽势,成苗率,下胚轴长、粗、重,子叶重,叶片含水量及矿质元素含量,MDA,POD,SOD的变化为基础,详细地阐述了园艺作物种子萌发,幼苗的形态及生理变化,与此同时,对由于土壤次生盐渍化所带来的问题进行了简单介绍,最后指出在作物抗盐性研究上可能的发展方向.     

拟南芥MAPK磷酸酶在胁迫反应中的新功能

可逆磷酸化是控制蛋白质活性的关键机制,在促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号级联途径中,MAPK的磷酸化与去磷酸化之间的平衡决定了其活性,从而决定了胞内反应的进行,MAPK的磷酸酶MKPs是其重要的负调控因子,主要介绍了拟南芥MAPK磷酸酶MKP2、PP2C、IBR5在臭氧胁迫、脱落酸和生长素信号途径中的作用。