气体信号分子调控植物发育和响应逆境胁迫的生理与分子机制

NO、CO和H2S气体信号分子及其生物学作用已成为当前生命科学领域中激素和信号转导研究的热点。当前,人们正在深入探讨这3种气体信号分子在植物生命活动中的作用。总结了植物内源性气体信号分子的产生方式,参与调节种子萌发、根系发育、叶绿素合成、光合作用、气孔运动、物质代谢、衰老等植物生长发育的过程;以及其在植物应答盐、极端温度、渗透、干旱、重金属等逆境胁迫中的作用。同时,讨论了气体信号分子调控植物生长发育的特点,以及可能的交叉作用途径,并对该领域后续的研究工作进行了展望。     

植物表皮蜡质合成和运输途径研究进展

植物表皮蜡质是覆盖在所有陆生植物地上部分表面的一层疏水屏障,对植物的生长发育和适应外界环境起着重要的作用。综述了有关植物表皮蜡质合成、运输和调控途径的最新研究进展,并对这些途径中存在的问题及其研究前景进行了探讨。     

H_2S处理下对小麦根蛋白质组表达谱分析的研究

小麦是人类的主要粮食作物之一。硫化氢(H2S)被认为是细胞内第3种气体信号分子,关于H2S对植物的调控机理的研究越来越多,主要集中在参与植物形态建成,调节生理生化活动,应答非生物胁迫,应答生物胁迫4个方面,但外源H2S对小麦根系生理生化及蛋白质表达调控作用机制的研究鲜有少见,研究其具有重要意义。采用硫氢化钠作为硫化氢的外源性供体,研究不同浓度硫氢化钠(0,0.05,0.10,0.20,0.40,0.80,1.60,3.20 mmol/L)对小麦根蛋白质差异表达谱的影响,以探寻H2S对小麦幼苗生长发育的机制。通过对小麦根部的比较蛋白质组学分析发现,不同浓度的硫氢化钠处理引起了涉及光合作用、糖代谢和能量代谢、氧化还原平衡、蛋白质合成、加工与降解,以及信号转导等途径的蛋白质的差异表达。初步推测,硫化氢可能通过调节参与上述代谢途径的功能蛋白质的表达量,进而相应地影响到植株生理与生物量等指标,从而引起植株表型的变化。     

植物逆境相关C2H2型锌指蛋白的研究进展

锌指蛋白是转录因子的一种,因其具有指状结构特征且能结合Zn2+而得名。植物C2H2型锌指蛋白是研究较多、较为明确的一种,大多包含特有的QALGGH保守结构。该蛋白广泛参与到植物的生长发育和逆境胁迫信号转导过程中。本研究主要综述了植物C2H2型锌指蛋白的结构、功能、分类及逆境相关的作用机制,概括了C2H2型锌指蛋白在参与植物非生物和生物胁迫耐受性的研究成果,并对其进一步的深入研究进行了展望,为将来利用锌指蛋白基因提高作物抗逆性提供较为全面的资料。     

H~+焦磷酸酶促进植物磷利用的研究进展

植物的生长发育离不开磷这种大量营养元素,但其利用过程中仍旧存在几大主要问题:磷短缺、磷污染以及土壤有效磷含量低,而通过基因工程策略提高植物磷利用效率无疑是最有效的应对解决途径。其中,由植物质子焦磷酸酶(H+-PPase)介导的成效尤为突出,各种H+-PPase过表达转基因植株具有多方面且几乎一致的优异表型(包括耐低磷,耐盐,抗旱等),这可能与H+-PPase不同的细胞定位及其多功能性有关,并且涉及到质膜H+-ATPase的中间作用以及磷/糖的信号调控、代谢和转运。本文着重对H+-PPase与植物磷胁迫的内在关系、促进植物磷利用的研究成效及其可能的作用机理等方面进行综述,以期为H+-PPase在植物抗逆基因工程中发挥更大作用提供理论依据。     

miR172调控植物生长发育及逆境胁迫的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性非编码小RNA,在植物整个生长发育过程中都起着重要作用,是基因表达的重要调控因子,而microRNA172(miR172)是众多miRNA家族中的重要的一员。为了更直观的认识miR172在植物中所发挥的作用,笔者归纳和总结了miR172在调控植物生长发育过程和响应逆境的研究进展,具体分析了miR172在植物营养生长阶段转变、开花、花器官发育、节间长度、植物商品器官发育以及逆境胁迫响应等诸多过程中发挥的作用。笔者认为miR172在植物中仍有很多未知的功能尚未发掘,因此未来深入挖掘和研究miR172在植物生长过程中更多的作用是一个重要的研究方向,在此基础上深入解析miR172在此过程中的功能、分子调控机制,为人为利用miR172调控植物生长发育奠定理论基础。     

SUPERMAN类单锌指蛋白的研究进展

植物SUPERMAN类锌指蛋白属于C2H2型锌指蛋白中的单锌指蛋白,具有N端QALGGH和C端富含亮氨酸L(I)DLXLR(K)L的保守结构域,主要在植物花发育、胚发育、种子发育、侧根和分枝发育过程中起重要作用。本文阐述了SUPERMAN类单锌指蛋白在结构、作用机制、功能等方面的研究进展。随着不同作物中SUPERMAN家族的基因克隆,其生理功能和对植物生长发育的调控机制将更清晰,为进一步的基因遗传转化奠定了基础。     

新型能源植物——芒的研究进展

芒(Miscanthus.sinensis Andress)以其适应性强、产量高、纤维品质好等优点,被公认为是最佳能源植物之一,分析了全球的能源现状,介绍了国内外对芒草的研究概况和最新进展,认为芒草作为能源植物,在我国具有巨大的应用潜力。     

甘蓝锌指蛋白转录因子BoC2H2的克隆、定位与表达分析

C2H2型锌指蛋白是植物中最重要的转录调节子之一, 主要调控植物的生长发育和胁迫应答反应。本研究通过分析自交不亲和甘蓝未授粉, 自花授粉15、30和60 min, 异花授粉15、30和60 min柱头转录组数据, 筛选到一个自花授粉诱导上调表达的C2H2型锌指蛋白基因, 命名为BoC2H2。BoC2H2开放阅读框756 bp, 编码251个氨基酸残基, 蛋白分子量为26.7 kDa, 等电点为4.62, 是一种亲水性蛋白, 不含信号肽和跨膜域, 含有C2H2型锌指蛋白家族高度保守的ZnF_C2H2结构域。BoC2H2起始密码子上游2000 bp的核苷酸序列中含有光响应、昼夜节律、茉莉酸响应、防御和应激反应等多种顺式作用元件。通过原生质体亚细胞定位和瞬时浸染烟草, 发现BoC2H2蛋白在细胞核和细胞质中表达。BoC2H2在下胚轴、叶片和花中均有表达, 柱头中的表达量随发育时间而变化, 开花当天后表达量降低。荧光定量PCR结果显示, BoC2H2在自花授粉和异花授粉0~60 min的表达量变化趋势与转录组分析结果基本一致。综上所述, 甘蓝BoC2H2属于C2H2型锌指蛋白家族, 可能参与了柱头响应花粉刺激的分子过程, 这有利于揭示BoC2H2在甘蓝自交不亲和过程中的作用机制, 为研究C2H2型转录因子在甘蓝自交不亲和过程中的调控机制提供依据。     

硫化氢和乙烯交互作用对大豆种子萌发的影响

硫化氢(H2S)在动植物体内被证实是继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)后的又一种内源性气体信号分子,乙烯(ETH)是一种植物内源激素。H2S和乙烯都参与种子萌发过程,但目前尚未有研究表明,两者之间是否存在相互关系。本研究以硫氢化钠(NaHS)作为H2S的供体,以乙烯利作为ETH的供体,分别研究了不同浓度NaHS和ETH预处理对大豆种子萌发的影响,以及二者在植物种子萌发过程中的相互关系。结果发现:适宜浓度NaHS和乙烯利单独处理都可提高大豆种子的发芽率,且二者适宜浓度分别为300mol/L和100mol/L。更有意思的是,ETH抑制剂AOA处理削弱NaHS诱导大豆种子萌发,而H2S抑制剂AOA处理对大豆种子萌发没有显著影响,暗示H2S可能位于ETH上游调控种子的萌发。由此推测,在种子萌发过程中,H2S与ETH确实存在相互作用。     

H2S的信号分子作用及其对果蔬采后生理代谢的调控研究进展

硫化氢（H2S）作为气体信号分子,参与调控植物体的一系列生命活动,并在果蔬采后生理代谢过程中发挥着重要作用。本文综述了H2S的理化性质、发展应用历史及其在果蔬采后生理调控机制中的信号分子作用,讨论了H2S对果蔬生理代谢的调控作用,包括对果蔬采后抗逆性和品质的影响,以期为采后果蔬的贮藏保鲜提供理论参考。     

种子萌发及幼苗生长的调节效应研究进展

种子萌发是一个复杂的物质代谢过程,多种植物激素和植物生长调节剂参与和调节种子萌发及幼苗生长,使种子活力、幼苗形态、内部营养物质及酶类也发生相应的变化。本文在查阅国内外大量文献的基础上,对脱落酸、赤霉素、细胞分裂素、乙烯、生长素五类植物激素和主要植物生长调节剂以及水杨酸对种子萌发及幼苗生长的影响、调节机制及应用研究进行了综述,为植物生长调节剂在芽苗菜产业健康可持续发展中的科学合理利用提供参考。     

过量表达棉花GhACO2基因增强拟南芥抗逆性研究

乙烯在植物生长发育过程中起到非常重要的作用,ACO基因对于细胞内乙烯的合成起到关键的作用,然而乙烯在植物响应非生物胁迫方面的功能有很大的未知性。研究通过PCR方法从棉花基因组中克隆获得GhACO2基因,构建了植物过量表达载体p35S::GhACO2,通过花序侵染法转化拟南芥,用卡那霉素对转化植株进行初步筛选,进一步对阳性植株进行PCR和GUS组织化学分析检测,结果表明,在转基因拟南芥叶片中有很强的GUS活性,茎和根有微量表达;GhACO2基因已经整合到拟南芥基因组中,成功获得转基因拟南芥。经过纯合筛选后获得转基因T2代拟南芥植株,利用NaCl和PEG6000对T2代植株进行盐胁迫和干旱胁迫处理,结果显示,与野生型拟南芥相比,转GhACO2基因拟南芥对盐胁迫和干旱胁迫的耐受性显著性的增强。研究结果为进一步探讨GhACO2的生物学功能和利用基因工程技术进行转基因育种质奠定了基础。     

AMF促进植物吸收矿质元素的生理机制及对土壤硫素的影响

由于人口不断增长,人们要快速得到高产高质粮食的要求迫切,大量使用化肥,导致了有害物质残留,土壤或水污染,土壤板结或某些营养元素相对匮乏等一系列环境问题。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)是土壤内常见的共生结构,由AM真菌(AMF)与土壤根系形成。已有研究表明其可通过分泌代谢物,增大根系与土壤接触面积,调节某些土壤元素存在形式等多种途径,影响植物对土壤元素的吸收转运。硫是维持植物生长发育的必需元素之一,可由于植物对S的需要并不如N,P,K大量,现代农业在对土壤进行施肥过程中往往将其忽略,因此土壤缺S正逐渐成为中国农业发展的限制因素。为了解决以上问题,本文将主要对AMF影响植物吸收土壤元素的途径及生理机制进行总结分析。并根据其作用方式特点进一步分析AM共生对植物吸收转运硫素的影响,指出AMF作为生物化肥的可行性,以期为解决现代化肥的替代问题以及土壤缺硫问题提供新的思路。     

甜菜BvWRKY23基因的RNAi载体构建

WRKY转录因子家族成员在调控植物生长发育、应答生物与非生物胁迫等方面具有重要的生物学功能。以抗旱甜菜（Beta vulgaris L.）幼苗为材料,提取叶片总RNA并反转录为cDNA,通过RT-PCR方法扩增获得甜菜WRKY转录因子家族成员BvWRKY23基因的RNAi靶片段,以中间载体PBSK-RTM作为媒介,利用传统的“酶切-连接”法构建了含有CaMV 35S启动子、BvWRKY23基因片段反向重复序列的RNAi（RNA interference）植物表达载体pCambia2301ky-BvWRKY23-RNAi。     

植物内源激素研究进展

植物内源激素的作用在于调控植物生长发育以及提高作物产质量,其准确测定对于调控植物生长发育、作物遗传育种、栽培技术推广、激素残留鉴定等方面有重要意义。文章叙述了植物激素的生理作用、分子机制、产质量调控及内源激素测定方法,以期为植物激素研究提供参考指标。     

吲哚乙酸生物合成及其结合物水解的研究进展

吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)是自然界中最广泛存在的生长素之一,在植物的生长发育过程中具有极为重要的调节作用。本研究从IAA的生物合成和IAA结合物水解2个方面来阐述植物中控制IAA水平的多条途径,介绍了依赖色氨酸、不依赖色氨酸以及二者共存的IAA生物合成途径和IAA结合物的水解等方面的研究进展,指出进一步研究的关键点是控制多条途径转换的枢纽。     

哈克尼西棉细胞质雄性不育相关线粒体基因多态性分析

【目的】研究棉花细胞质雄性不育的相关线粒体基因。【方法】利用线粒体基因atp A、atp6、atp9、cob、coxⅠ、coxⅡ、coxⅢ、nad3、nad6、nad9探针,对哈克尼西棉细胞质雄性不育系S、保持系F、杂种一代H进行限制性片段长度多态性分析。【结果】atp A、coxⅢ、nad3、nad6在3个材料间具有多态性。atp A、nad6基因探针与所有酶的杂交结果均显示出多态性,且在不育系与杂种一代中表现一致,而在保持系中差异明显。atp A/Eco RⅠ在3个材料中的杂交结果均显示2条带,其中1条2.2 kb的杂交带在3个材料中相同,另一条在不育系和杂种一代中大小为3.2 kb,而在保持系中为4.8 kb;atp A/PstⅠ杂交结果中,在不育系和杂种一代中的条带大小为17.0kb,而在保持系中为10.2 kb。nad6探针与4个酶的杂交结果均为不育系和杂种一代比保持系多1~2条杂交带。coxⅢ/Eco RⅠ在3个材料中均有1条2.5 kb的杂交带,但在保持系与杂种一代中比不育系多1条1.7 kb的弱带。nad3/Bam HⅠ的杂交结果在不育系与保持系中表现一致,而在杂种一代中缺少1条9.5 kb的杂交带。【结论】推测atp A、nad6基因参与调控不育系的形成,而coxⅢ、nad3可能受到恢复系核基因的调控,在不育系育性恢复过程中发挥较为重要的作用。     

植物激素ABA调控侧根生长发育的研究进展

侧根构型直接影响植物根系形态建成,是植物整个根系的重要组成部分,在植物抗逆反应中起着重要作用。为了研究植物激素脱落酸(ABA)调控侧根生长发育的分子机制,本研究归纳了ABA在侧根发育中的信号传递,揭示了ABA在侧根起始中的双重作用和ABA对侧根分生组织活性的抑制作用。并分析了在侧根发育过程中ABA与其他调控因素包括活性氧(ROS)、生长素、细胞分裂素、碳和氮信号,以及盐胁迫间的交叉对话机制,指出ABA通过诱导根中ROS的产生,拮抗生长素和协同细胞分裂素的作用从而达到抑制侧根生长发育;ABA还参与了复杂的碳和氮信号调控的侧根发育过程;此外,ABA信号介导了盐胁迫对侧根发育起始的抑制。ABA调控侧根生长发育的分子机制的揭示可以为改善植物根系性状,提高作物抗逆性提供指导作用,然而,ABA对根生长调控的分子机制还不是很清楚,根系形成也十分复杂,因此需要更多的努力。