非生物胁迫下植物体内丙酮醛代谢的研究进展

由于植物固着生长,其无法通过移动来逃避逆境,故非生物胁迫（如极端温度、盐胁迫、干旱或光胁迫等）会伴随着植物的整个生长发育过程,严重胁迫植物的分布、生长、品质和产量,甚至生存。植物只能通过改变自身形态结构以及生理生化反应来适应环境,或者通过释放化学物质来影响周边其他植物的生长发育,以改变微环境,使环境向着更适合自己生长的方向发展。丙酮醛（methylglyoxal,MG）又称之为甲基乙二醛,作为植物体内正常的生理代谢产物可由多条途径产生,其最主要的来源是糖酵解途径,如糖酵解中间体二羟丙酮磷酸和甘油醛3-磷酸去除磷酸基。而植物体内MG的分解主要靠乙二醛酶系统,包括乙二醛酶I、乙二醛酶II以及还原型谷胱甘肽,MG经乙二醛酶降解后形成D-乳酸。在正常生长条件下,植物体内的MG含量维持在较低水平,而当植物遭受非生物胁迫时,其含量会迅速升高;植物体内的MG含量过高会破坏植物细胞的增殖和生存,控制细胞的氧化还原状态以及其他许多方面的新陈代谢过程,最终导致生物大分子蛋白质、DNA、RNA、脂质和生物膜的破坏。因此,MG现在被认为是植物非生物胁迫耐受性的潜在生化标志物,并受到科学界的广泛关注。该文结合最新的研究进展,对非生物胁迫下植物体内丙酮醛合成及降解机制予以综述。     

植物线粒体中活性氧的产生及其抗氧化系统

线粒体是活性氧（reactive oxygen species,ROS）产生的主要器官之一,而ROS在植物的生长发育和胁迫响应中具有重要作用。一方面ROS作为信号分子介导植物对各种外界刺激产生胁迫响应,另一方面作为强氧化剂攻击植物体内的细胞膜或大分子物质。为了维持线粒体内ROS的动态平衡,严格控制其产生是必要的。该文综述了植物线粒体中活性氧的产生机制和途径,以及线粒体对活性氧的防御系统,包括氧化前防御和氧化后防御机制,为今后该领域的研究奠定基础。      

活性氧在环境胁迫诱导的植物细胞程序性死亡中的作用

细胞程序性死亡（PCD）发生在许多植物生长发育过程中和非生物的逆境条件下,是由细胞自身基因编码的、主动的、有序的细胞死亡形式。活性氧（ROS）在植物的生长、发育和对外界生物和非生物环境刺激的反应及细胞程序性死亡等调控过程中是一个重要的信号分子。本文综述了ROS的产生、对植物在环境胁迫下防御反应的作用以及与其他一些信号分子在植物PCD中的相互作用。     

一氧化氮在植物抗逆境信号转导中的作用

概述了NO分子在植物体内的来源,在信号转导、生物和非生物胁迫响应等过程中作用,以及NO与植物中其他信号分子的关系。     

转录组学在植物响应干旱胁迫中的研究进展

干旱胁迫是植物生长周期中极易遭受的非生物胁迫之一,了解植物如何响应干旱逆境及其调控途径,成为了一个热点问题。随着转录组技术的广泛应用,人们可以从基因层面了解在干旱胁迫下,植物体内的信号转导及其相关的网络调控机制。本文主要查阅近年来RNA-Sep技术在植物干旱胁迫方面的研究进展,介绍了植物受到干旱胁迫后,从膜上信号感受器,到细胞内信号转导,以及主要的植物激素代谢调控途径等方面的调控机制,展望了未来转录组学在植物响应干旱胁迫中的发展方向。     

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。     

植物microRNA 响应非生物胁迫研究进展

非生物胁迫是影响植物生长和产量的主要因素之一,而microRNA(miRNA)在植物的非生物胁迫应答中具有重要的调控作用。miRNA可与靶基因mRNA互补配对结合,通过切割靶基因mRNA或抑制其翻译的方式,在转录后水平上实现对靶基因表达的调控,进而对植物的生长发育、形态建成以及逆境响应等多个方面产生重要影响。综述了植物miRNA的合成、降解及作用机制的研究进展,并对植物miRNA参与的干旱胁迫、盐胁迫、高温与低温胁迫、养分胁迫和金属离子胁迫等非生物胁迫的应答机制进行了详细阐述,并就当前植物miRNA研究中存在诸如miRNA代谢的亚细胞定位不明、功能研究手段单一以及逆境胁迫响应机制研究不深入等问题指出了未来该领域研究的发展趋势。     

非生物胁迫条件下植物H2O2的代谢及信号转导

H2O2是一种多效性分子,在植物应对非生物胁迫过程中起着重要作用。在一定的浓度范围内,H2O2作为信号分子通过参与多种信号转导途径调节相关的基因表达以及生理代谢过程,但是H2O2的过度积累会引起细胞组分的降解,导致细胞死亡。因此,维持植物体内H2O2的动态平衡十分必要。综述了非生物胁迫条件下H2O2在植物中的产生、降解及在信号传导中的作用。     

逆境条件下植物体内活性氧代谢研究进展

活性氧是一类具有很强的氧化能力的含氧物质.当植物遭受逆境胁迫时,其体内活性氧会过量积累,导致发生氧化性胁迫,因而必须依靠抗氧化酶系统对抗这种胁迫.该文主要介绍了活性氧代谢的产生和清除机制以及活性氧的影响因素,并综述了近年来在逆境条件下超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等活性氧清除酶系统的代谢作用机制,探讨了环境胁迫下活性氧代谢的应答规律与机制,为植物适应性机制和逆境生理学研究提供参考.     

环磷酸腺苷和环磷酸鸟苷在植物生长发育中的作用

环磷酸腺苷（cAMP）和环磷酸鸟苷（cGMP）是植物体内发挥重要作用的2种活性物质,作为第二信使或关键信号分子参与并调节了植物各种生理生化反应,具有很大的利用价值和应用前景。本文系统地对环磷酸腺苷和环磷酸鸟苷在种子萌发、植物生长发育、应答生物和非生物胁迫等方面的作用进行了综述,旨在为其进一步深入研究与开发利用提供参考。     

烟草高亲和钾转运蛋白基因NtHAK5克隆及表达模式分析

【目的】克隆烟草高亲和钾转运蛋白基因（NtHAK5）,并分析其在不同非生物胁迫下的表达模式,为深入探究该基因在烟草抵御低钾胁迫等非生物胁迫中的功能和作用机制提供理论参考。【方法】从普通烟草K326中扩增NtHAK5基因编码区（CDS）序列,利用生物信息学软件对其进行预测分析,并构建pBWA (V) HS-NtHAK5-GLosgfp融合表达载体,通过农杆菌介导转染烟草表皮细胞,观察荧光信号以确定蛋白的亚细胞定位情况。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测NtHAK5基因在不同组织和不同非生物胁迫条件下的表达特性,以无胁迫处理（正常供钾2 mmol/L K+）的植株为对照（CK）。【结果】烟草NtHAK5基因CDS序列全长2418 bp,共编码805个氨基酸残基,其编码蛋白的分子量为89874.00 Da,理论等电点（pI）为8.65,属于稳定性疏水蛋白,含有HAK家族蛋白典型的跨膜结构域。NtHAK5基因的二级结构中α-螺旋占40.12%,延伸链占24.97%,无规则卷曲占26.21%,β-折叠占8.70%。NtHAK5蛋白与烟草NtHAK1和黄花烟草NrHAK1蛋白的氨基酸相似性分别为40.69%和40.44%,与拟南芥AtHAK5相似性最高,为58.26%。NtHAK5基因启动子含有厌氧、低温、干旱、脱落酸（ABA）、茉莉酸甲酯（MeJA）响应的相关顺式作用元件。NtHAK5蛋白定位在细胞膜上。低钾胁迫处理下和正常供钾（CK）条件下,NtHAK5基因在根、茎、老叶和新叶中均有表达,且均以老叶中相对表达量最高。NtHAK5基因在干旱胁迫、冷害处理、盐胁迫和低钾胁迫下的相对表达量显著高于CK （P<0.05）,但在低氮和低磷条件下的相对表达量与CK无显著差异（P>0.05）。【结论】 NtHAK5基因属于HAK基因家族成员,具有明显组织表达特异性,参与烟草植株对干旱胁迫、冷害胁迫、盐胁迫和低钾胁迫等非生物胁迫响应,推测其编码的蛋白在烟草组织中作为K+转运体参与非生物胁迫下K+的吸收、转运和再利用。     

A novel aldo-keto reductase gene, IbAKR, from sweet potato confers higher tolerance to cadmium stress in tobacco

High concentrations of Cd can inhibit growth and reduce the activity of the photosynthetic apparatus in plants. In several plant species, aldo-keto reductases (AKRs) have been shown to enhance tolerance to various abiotic stresses by scavenging cytotoxic aldehydes; however, few AKRs have been reported to enhance Cd stress tolerance. In this study, the gene IbAKR was isolated from sweet potato. The relative expression levels of IbAKR increased significantly (approximately 3-fold) after exposure to 200 mmol·L⁻¹ CdCl₂ or 10 mmol·L⁻¹ H₂O₂. A subcellular localization assay showed that IbAKR is predominantly located in the nucleus and cytoplasm. IbAKR-overexpressing tobacco plants showed higher tolerance to Cd stress than wild-type (WT). Transgenic lines showed a significant ability to scavenge malondialdehyde (MDA) and methylglyoxal (MG). In addition, proline content and superoxide dismutase activity were significantly higher and H₂O₂ levels were significantly lower in the transgenic plants than in the WT. Quantitative real-time PCR analysis showed that the reactive oxygen species (ROS) scavenging genes encoding guaiacol peroxidase (GPX), ascorbate peroxidase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR) and peroxidase (POD) were significantly upregulated in transgenic plants compared to WT under Cd stress. These findings suggest that overexpressing IbAKR enhances tolerance to Cd stress via the scavenging of cytotoxic aldehydes and the activation of the ROS scavenging system.     

植物体内一氧化氮的合成及其对非生物胁迫响应的研究进展

一氧化氮在植物的生长发育和对胁迫的反应过程中参与了多种生理活动。植物通过NO合成酶、硝酸还原酶、非酶促途径3种途径合成NO;大多数非生物胁迫都能诱导NO的产生。植物细胞中的NO具有双重作用:低浓度的NO能够促进植物的生长与发育,提高植物的抗逆性;而高浓度的NO则对植物细胞有毒害作用。在对非生物胁迫的反应中,NO能够减轻活性氧对植物细胞的伤害,并和其他的信号分子结合,共同调节胁迫响应基因的表达。     

Priming: A promising strategy for crop production in response to future climate

Anticipated more frequent extreme events due to changes in global climatic variability requires adaptation of crop species to multi-occurrence abiotic stresses hereby sustaining the food security. Priming, by pre-exposure of plants to an eliciting factor, enables plants to be more tolerant to later biotic or abiotic stress events. Priming induced "stress memory" exists in both present generation and the offspring. Thus, priming is suggested to be a promising strategy for plants to cope with the abiotic stresses under global change scenarios. In this review, the underlying physiological and molecular mechanisms of priming induced enhancement of stress tolerance to the major abiotic stresses of drought and waterlogging, and high and low temperature in crop plants were discussed, and the potential to utilize the priming effect for sustaining crop productivity in future climates was also suggested.     

多胺参与植物逆境响应过程的作用机理研究进展

多胺是植物的一类生理活性物质,与植物生长发育和逆境胁迫抗性密切相关,强化多胺代谢活动可显著提高植物的综合逆境抗性。在简要介绍多胺组成成分及合成途径的基础上,概括了近年来多胺在植物逆境抗性响应机理中的研究进展。     

小豆根系对水分胁迫的生理响应及S3307的缓解效应

为探究幼苗期淹水胁迫及喷施烯效唑（ S3307）对小豆（ Vigna angularis）根系生理代谢和产量的影响，以龙小豆4号和天津红为材料，盆栽条件下，苗期预喷施S3307，然后进行连续淹水5 d处理，测定淹水后小豆根系活性氧物质的积累、膜脂过氧化程度、抗氧化酶活性及小豆产量。结果表明，幼苗期淹水胁迫引起小豆根系H₂O₂和丙二醛（malonaldehyde，MDA）、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量显著提高，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（peroxidase，POD）和过氧化氢酶（catalase，CAT）活性显著提高；淹水胁迫3~5 d导致龙小豆4号单盆产量显著降低4.77%~8.40%，天津红单盆产量显著降低5.59%~9.91%。喷施S3307具有抵御淹水胁迫的作用，能有效增加小豆根系脯氨酸和可溶性糖含量，显著降低H₂O₂和MDA含量，显著提高SOD、POD和CAT活性并降低SOD/CAT比值。喷施S3307使淹水4 d的龙小豆4号产量显著提高2.85%，使天津红产量显著提高5.29%。综上，淹水胁迫下，不同品种小豆根系在活性氧物质积累、膜质过氧化、抗氧化酶活性以及渗透调节等方面的生理响应存在显著差异；喷施S3307能够有效缓解淹水胁迫对小豆生理和产量的影响，为进一步研究小豆苗期抵御淹水胁迫的生理机制及提高淹水胁迫下小豆产量提供理论依据。     

MATE转运蛋白在水稻抗逆作用中的研究进展

水稻 Oryzasativa在生长发育过程中需要面对自然环境中多重不利因素的影响,包括非生物胁迫和生物胁迫。为了抵御这些不利因子,水稻在自然选择过程中形成了多种机制以保护植株的健康生长。多药物有毒化合物排出家族转运蛋白（Multidrug and toxic compound extrusion family ,MATE family）是植物体中一类新型大家族蛋白,它们在细胞的解毒机制中起重要作用。本文介绍了MATE蛋白的基本特征、分子机制和生物学功能以及目前在水稻抗逆作用中的研究概况,以期为水稻抗胁迫研究提供新的思路和理论参考。     

Overexpression of AmDUF1517 enhanced tolerance to salinity,drought, and cold stress in transgenic cotton

As abiotic stresses become more severe as a result of global climate changes, the growth and development of plants are restricted. In the development of agricultural crops with greater stress tolerance, AmDUF1517 had been isolated from the highly stress-tolerant shrub Ammopiptanthus mongolicus, and can significantly enhance stress tolerance when inserted in Arabidopsis thaliana. In this study, we inserted this gene into cotton to analyze its potential for conferring stress tolerance. Two independent transgenic cotton lines were used. Southern blot analyses indicated that AmDUF1517 was integrated into the cotton genome. Physiological analysis demonstrated that AmDUF1517-transgenic cotton had stronger resistance than the control when treated with salt, drought, and cold stresses. Further analysis showed that trans-AmDUF1517 cotton displayed significantly higher antioxidant enzyme (superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT), and glutathione S-transferase (GST)) activity and less reactive oxygen species (ROS) accumulation, which suggests that overexpression of AmDUF1517 can improve cotton resistance to stress by maintaining ROS homeostasis, as well as by alleviating cell membrane injury. These results imply that AmDUF1517 is a candidate gene in improving cotton resistance to abiotic stress.