独脚金内酯合成路径及抗逆性研究进展

独脚金内酯(strigolactone,SL)是一类萜内酯,来源于类胡萝卜素生物合成途径,是通过一系列的酶促反应合成的。但关于独脚金内酯的生物合成路径尚未研究透彻,目前已经了解到D27蛋白、CCD7蛋白、CCD8蛋白、P450蛋白在这一过程中发挥着不可忽视的作用。现已从豌豆、水稻、矮牵牛、拟南芥等多分枝突变体中克隆得到多个与SL合成、传导途径相关的基因。其中,D27、CCD7和CCD8是独脚金内酯合成途径的上游基因,经过双加氧和脱氢,最后在MAX1的作用下生成了5-脱氧独脚金醇。独脚金内酯是一类新型激素,能够诱导根寄生植物种子萌发并且加快丛枝真菌出现分枝,有着阻碍植物分枝生长的作用,从而抵御各种胁迫,对植物的生长具有重要意义。     

DWARF14响应独角金内酯信号的分子机制

独脚金内酯是一类由类胡萝卜素衍生而来的新型植物生长调节因子,能够从抑制根部分生、诱导侧根形成、促进根毛伸长、介导根部与共生真菌和寄生植物信号通讯等多个方面调控植物生长发育。独角金内酯受体DWARF14(D14)起源于α/β水解酶,其信号转导机制不同于传统植物生长调节因子受体,它遵循新型的"底物-酶-活性分子-受体"识别规律,具有生成和感知生长调节因子活性分子的双重功能。综述了独脚金内酯受体D14结构及信号转导机制最新研究进展。     

独脚金内酯抑制因子D53/SMXLs基因的研究进展

独脚金内酯(strigolactones, SLs)是一种新型的植物激素,参与调节植物分枝、生殖发育及叶片衰老等多种生物学过程。D53/SMXLs是独角金内酯信号转导通路中的抑制因子,在独脚金内酯信号转导中起重要作用。介绍了国内外最新关于独脚金内酯信号抑制因子D53/SMXLs的进展,综述了D53/SMXLs的发现、结构、信号转导机制、分子生物学功能及其他功能的研究成果。最后从三方面指出独脚金内酯信号途径有待完善与研究的内容。     

独脚金内酯的生物合成及其调控

为了解独脚金内酯生物合成最新研究进展，本研究以“独脚金内酯”为关键词，检索了2000—2020年NCBI数据库发表的相关文献资料，综述了近20年来独脚金内酯的生物合成通路和相关基因的功能研究进展，并对独脚金内酯在非生物胁迫作用中的功能以及与其他激素的相互作用进行概括。结果表明:1)独脚金内酯生物合成的通路是保存的，并可能与其他通路有交互作用；2)独脚金内酯的功能是多样的，在植物生长和发育的多个阶段发挥作用；3)独脚金内酯生物合成相关基因不仅是生物合成的关键基因，还可以与其他激素互作参与调控作用。在独脚金内酯生物合成及其调控作用的研究取得了重要突破的基础上，今后着重的研究方向可能是在产量形成机制、形态建成以及激素的调控作用机理等方面的研究。     

烟草NtD14基因的遗传转化及其功能

D14是独脚金内酯信号传导关键基因。为了研究烟草D14基因(Nt D14)的功能,笔者利用同源克隆的方法克隆Nt D14基因,然后构建p CAMBIA1302-Nt D14植物过表达载体,通过农杆菌介导的叶盘转化法将其转化烟草。结果表明,过表达Nt D14基因烟草的株高低于野生型,叶片变短变小,但叶片长宽比无显著差异,转化株分枝数减少。ELISA分析发现,所有过表达Nt D14转基因株系生长素含量低于野生型,说明Nt D14基因转化烟草株高和叶片变小可能与生长素含量减低有关。此外,转基因株系的丙二醛(MDA)含量和过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于野生型。转基因株系的过氧化物酶(POD)活性显著低于野生型,CAT和POD的含量成反比,但超氧化物歧化酶(SOD)的含量无显著性差异,说明过表达Nt D14基因影响烟草体内的氧化还原反应。     

甘蔗ScF-box基因cDNA全长克隆和生物信息学分析

【目的】独脚金内酯是近年来发现的一种新型激素,能够有效抑制植物分枝(蘖),在其信号转导途径中MAX2/RMS4/D3基因扮演着十分关键的作用。为了研究该基因在甘蔗分蘖性状表现中的功能作用具有重要意义。【方法】本研究利用RT-PCR和RACE技术克隆出其同源基因(ScF-box)的c DNA全长,并对其序列和编码蛋白开展生物信息学分析。【结果】ScF-box基因的c DNA全长为2642 bp(KR870233),具2103 bp的开放阅读框(ORF,113~2215 bp),编码700个氨基酸;蛋白质分析表明,ScF-box为不稳定的水溶性非分泌蛋白,主要在氨基酸生物合成和中央中介代谢中发挥作用。亚细胞定位于细胞质,存在22个磷酸化位点,4个NES信号和1个NLS信号位点,不存在信号肽,二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主,保守结构域和三级结构预测均表明该蛋白存在一个F-box结构,能特异识别与之作用的底物。【结论】推测ScF-box可能作为独脚金内酯调控甘蔗分蘖信号转导途径中一个具有特异性识别功能的组分而起作用。进化树分析表明该蛋白与高粱、玉米等单子叶植物进化关系较近。     

新型植物生长调节剂独脚金内酯生物学功能及应用

独脚金内酯(Strigolactones,SLs)是独脚金醇类化合物的总称,是近年来发现的一类能够调控植物内源性发育过程的信号分子,被称为新型植物生长调节剂。近几年来,对独脚金内酯的研究已经越来越多,新的独脚金内酯类化合物及其功能研究报道较多。综述了最近几年来独脚金内酯生物学功能及在农作物种植方面的应用,并对独脚金内酯的研究方向进行了展望。     

月季RhD14基因克隆、亚细胞定位及表达分析

【目的】克隆月季独脚金内酯（SLs）信号应答底物受体即α/β折叠水解蛋白基因Dwarf 14(D14),对其进行亚细胞定位及表达分析,为探究该基因的生物学功能及其在SLs调控月季侧枝发生中的转导机制提供理论支持。【方法】以月季品种滇红为材料,克隆RhD14基因并进行生物信息学分析,同时采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其在不同组织中的表达情况,利用烟草瞬时转化系统对RhD14基因编码蛋白进行亚细胞定位。【结果】克隆RhD14基因（GenBank登录号OP009358）cDNA序列1094 bp,包含完整的开放阅读框（ORF）,长度为1045 bp,编码347个氨基酸残基,蛋白分子式为C1738H2703N441O510S15,相对分子量为38.41 kD,理论等电点（pI）为5.71,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,且RhD14为无跨膜结构和信号肽的稳定蛋白,属于α/β水解酶家族,亚细胞定位于细胞质和细胞膜上。同源序列比对和系统发育进化树分析结果显示,RhD14蛋白的氨基酸序列与同属的古老月季品种月月粉RcD14(XP＿024283944.1)的相似性最高为98.05%,...     

独脚金内酯生物学结构特性、功能基因组学、表观遗传学及应用

[目的]为独脚金内酯相关研究提供参考。[方法]对独脚金内酯研究现状进行简要分析,主要从独脚金内酯的生物合成、功能基因组和表观遗传的角度上进行综述。[结果]发现独脚金内酯作为一类新型的植物激素,在植物与根际之间发挥着重要的作用。这类化合物可以诱导丛枝菌根菌丝分枝以及寄生植物种子的萌发。此外,它与生长素和细胞分裂素一样,参与植株的形态建成。目前,已从拟南芥、水稻和豌豆等植物突变体中鉴定出独脚金内酯代谢的相关酶类:胡萝卜素异构酶、类胡萝卜素裂解双加氧酶以及P450单加氧酶。功能基因组学和表观遗传学为独脚金内酯相关基因的表达调控研究提供了新的方向。[结论]独脚金内酯参与调控植物的生长发育以及植物与微生物的相互作用,已在农业生物领域开始广泛应用,因此,对其开展深入而透彻地研究是非常必要的。     

拟南芥独脚金内酯突变体叶绿素荧光特性分析

独脚金内酯是新发现的起源于类胡萝卜素生物合成途径的信号分子,调控着植物生长发育中的各种生理过程。为了解独脚金内酯及其信号途径对植物光合特性的影响,以拟南芥Arabidopsis thaliana独脚金内酯合成突变体max1和信号突变体max2为材料,测定叶片的光合色素质量分数及叶绿素荧光特性。结果发现:max1突变体与max2突变体在光合荧光特性存在明显的差异。max1叶绿素质量分数较野生型并没有显著降低,但叶绿素a/b发生了变化,max1突变体叶绿素初始荧光Fo和Y(NO)显著高于野生型,但F_v/F_m,Y(Ⅱ),qP等荧光参数较野生型并没有显著变化。快速光响应曲线发现max1突变体在强光下的ETR,Y(Ⅱ)和QNP等参数低于野生型。而max2突变体叶片的叶绿素a和叶绿素b质量分数显著低于野生型(P0.05),叶绿素荧光参数F_v/F_m,Y(Ⅱ),qP等光化学参数也显著降低,但Q_(NP),q_N等光保护参数显著升高(P0.05)。这些结果说明独脚金内酯可能参与了调控植物光合对环境的适应,而其信号传导蛋白MAX2则可能对植物光系统的建成具有基础作用。     

前沿

<正>我国在控制水稻分蘖的新激素信号转导研究中取得突破性进展近日,中国农业科学院作物科学研究所万建民教授课题组在控制植物分枝(蘖)的新激素信号转导研究中取得开创性进展,首次在遗传和生化层面证实了D53蛋白作为独脚金内酯信号途     

拟穴青蟹14-3-3ζ基因cDNA的克隆和表达分析

利用SMART RACE技术克隆得到拟穴青蟹ERK信号通路的酪氨酸3-加单氧酶/色氨酸5-加单氧酶激活蛋白ζ(14-3-3ζ蛋白)基因.其cDNA全长1 092 bp,编码248个氨基酸.实时定量PCR结果显示14-3-3ζ基因在各组织器官均有表达,但在卵巢中的表达量显著高于其他组织(P＜0.05),在卵黄发生中期14-3-3ζ的表达量显著高于增殖期(P＜0.05),推测其在青蟹卵巢中发挥重要作用.研究亮点:目前尚未有14-3-3蛋白参与甲壳动物卵巢发育的相关研究.本文首次在拟穴青蟹中获得14-3-3ζ基因eDNA全长,发现其在卵巢中的表达量最高,且在卵黄发生中期的表达量显著高于增殖期,推测14-3-3ζ蛋白可能参与青蟹卵巢发育过程信号途径的传导.     

转录组和代谢组揭示独脚金内酯缺失影响水稻根和叶中的脂质和黄酮代谢

对水稻的独脚金内酯合成突变体d17及野生型水稻ZH11进行转录组研究,结果表明,在d17的根和叶中的248和441个差异表达基因在脂质代谢路径上出现富集。代谢组检测结果表明,脂质和黄酮类物质的含量在d17突变体和ZH11中表现出显著差异。进一步研究发现,d17中的溶血磷脂和黄酮的含量显著降低,相关基因的表达水平下降,表明独脚金内酯参与调控水稻体内的黄酮和脂质代谢。研究结果可为研究独脚金内酯调控水稻体内次生代谢及生长发育提供参考。     

激素与光信号携手调控植物分枝

正中国农业科学院生物技术研究所与华南农业大学合作,揭示了植物通过耦合光敏色素信号途径与独脚金内酯信号途径协同调控植物分枝的分子机制。该研究首次从蛋白互作层面阐明了调控植物密植栽培条件下分枝发生的分子机制,完善了植物避荫反应的调控机理,可为耐密植作物新品种的培育提供理论指导。该成果在线发表在《自然·通讯》上。     

水稻矮秆基因克隆研究进展

矮秆是水稻育种中最重要的农艺性状之一,对增强水稻抗倒伏性、提高水稻产量有重要作用。综述了水稻矮秆基因的分类,并从参与油菜素内酯、赤霉素、独角金内酯、生长素等生物合成或信号传导途径方面阐述了水稻矮秆基因的克隆情况,为矮秆突变基因在水稻育种中的应用提供理论依据。     

独脚金内酯对干旱胁迫‘赤霞珠’葡萄幼苗生长的影响

【目的】探索独脚金内酯对干旱环境下‘赤霞珠'幼苗生长的影响。【方法】以酿酒葡萄‘赤霞珠'实生苗为材料,叶面喷施0.2 mg/L独脚金内酯的人工合成类似物GR24,以喷施蒸馏水为对照,3 d后进行自然干旱处理(停止浇水),采用烘干称重法每天检测土壤相对含水量,分别在自然干旱第4 (水分适宜期)、8 (轻度胁迫期)、12(中度胁迫期)和18(重度胁迫期)天采样,研究独脚金内酯处理后干旱胁迫对葡萄幼苗生长、根系、生物量、叶绿素含量和细胞超微结构的影响。【结果】干旱胁迫过程中,与对照相比,独脚金内酯处理组‘赤霞珠'幼苗叶片变黄、萎蔫的程度均有所减轻,幼苗生长状态更好,株高和茎粗升高,地上部和地下部干鲜质量、根冠比均极显著增加;独脚金内酯处理组‘赤霞珠'幼苗根长、根系平均直径、根系表面积和根体积均极显著提高,根尖数和根分枝数增多;独脚金内酯处理组‘赤霞珠'幼苗叶片相对含水量呈降低趋势,但变化曲线较对照平缓,叶片电导率和相对水分亏缺呈上升趋势,但变化过程也较对照组平缓;随干旱胁迫时间的延长,各处理‘赤霞珠'幼苗叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均呈降低趋势,但独脚金内酯处理组幼苗叶绿素含量的降幅较对照组小。细胞超微结构观察表明,与对照相比,独脚金内酯处理组‘赤霞珠'幼苗叶肉细胞和根尖细胞结构更完整。【结论】喷施独脚金内酯对干旱胁迫下‘赤霞珠'幼苗的生长发育有促进效应。     

干旱条件下喷施独脚金内酯对小麦光合特性、抗氧化能力和产量的影响

干旱条件下,在小麦开花初期叶面喷施独脚金内酯类似物(GR24),研究干旱条件下独脚金内酯对小麦叶片光合特性、抗氧化能力和产量的影响,为干旱条件下小麦的生产管理提供理论与技术支撑.结果表明,在干旱条件下,喷施独脚金内酯总体上可提高小麦旗叶的叶绿素含量、净光合速率、胞间CO2浓度、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、可溶性...     

浙江大学喻景权团队揭示油菜素内酯信号在番茄顶端优势调控中的核心作用

正2021年3月9日,浙江大学喻景权教授团队在PNAS在线表了题为Brassinosteroid signaling integrates multiple pathways to release apical dominance in tomato的研究论文,报道了番茄中油菜素内酯(BR)是解除顶端优势的关键信号,其通过整合激素(生长素、独脚金内酯、赤霉素和细胞分裂素)和糖信号,促进侧芽活化和侧枝发生。该研究发现,BR通过其信号途径的关键转录因子BRASSINAZOLE-RESISTANT1 (BZR1)直接转录抑制侧芽中特异性表达的BRANCHED1(BRC1)基因,解除其对侧芽活化的抑制作用。     

缺磷调控水稻根毛生长发育的机制

通过水培试验,研究了正常供磷(300μmol·L~(-1))和缺磷(0μmol·L~(-1))处理下水稻根毛生长、根系分泌物中独脚金内酯含量和根系中生长素水平的变化以及施加外源独脚金内酯和生长素及其抑制剂对水稻根毛生长发育的影响。结果表明,与正常供磷处理相比,缺磷胁迫下水稻的根毛和根系分泌物中的独脚金内酯含量显著增加,而根系中的生长素含量则显著降低。在缺磷条件下施加外源独脚金内酯合成抑制剂(Abamine)能够抑制根毛的生长;施加外源生长素(IAA)对根毛的生长发育没有影响;施加Abamine和IAA条件下水稻根毛的生长情况与单独施加Abamine条件下相似,在正常供磷条件下施加外源独脚金内脂(GR24)能够增加根毛数量,施加生长素运输抑制剂NPA根毛数量没有变化,施加GR24和NPA条件下水稻根毛的生长情况与单独施加GR24条件下相似。由此可以推断,缺磷胁迫下独脚金内酯可能作用于生长素的下游来调控水稻根毛的生长。     

拟南芥COI1基因在茉莉素信号传导中的作用

植物激素茉莉素调控植物的生长发育和防御反应等生物学过程.在茉莉素信号传导途径中,COI1基因起着非常重要的作用.该基因的突变影响所有茉莉素调控的反应.COI1基因编码一个F-box蛋白,COI1蛋白能与多种蛋白形成SCF<'COI1>泛素连接酶复合体.在茉莉素信号分子存在的情况下,SCF<'COI1>复合体可以识别茉莉素信号途径中的负调控蛋白(如JAZ蛋白),并使之通过泛素-26S蛋白酶体途径降解.拟南芥COI1-JAZ被证实是茉莉素的共受体.这一茉莉素信号传导途径中的突破性研究进展更为深入地揭示了COI1在茉莉素信号传导过程中的作用机制.综述了COI1在茉莉素信号传导中的作用机理.