植物抗旱的分子机制研究

干旱是影响植物生长发育最主要的逆境因子。植物在水分胁迫下会引起一系列分子反应和信号传递，干旱胁迫诱导基因表达一些重要的功能蛋白和调节蛋白以保护细胞不受水分胁迫的伤害，目前已研究证实相关蛋白有跨膜运输蛋白（水通道蛋白、ATP酶等）、水分胁迫调节剂（K^ 、Na^ 、蔗糖、脯氨酸、甜菜碱等）、运输或合成相关的酶、Lea蛋白、抗氧化作用相关的酶（SOD、CAT等）、水分胁迫蛋白、调控蛋白（蛋白激酶、转录因子）等。干旱胁迫诱导基因的活化至少涉及4条途径：植物细胞可能通过膨压变化或膜受体的构象变化感知水分胁迫，将胞外信号转为胞内信号，从而触发相应的信号途径，并可导致第二信使（Ca^2 、IP3等）生成，在这原始信号被逐级传递放大的过程中，其中2条传递途径是依赖ABA的，另外2条传递途径是不依赖ABA的。通过基因表达调控已分析鉴定出一些水分胁迫有关的顺式作用元件（ABRE、DRE、Myc等）和转录因子（bzip、DREBP、MYC／MYB等）。     

Ca^2＋、ABA预处理蝴蝶兰类原球茎的脱水保护系统比较及信号传导关系

CaCl2和ABA溶液及两者联合分别预处理蝴蝶兰类原球茎（PLB）后脱水,对比PLB脱水前后的成活率、脱水保护系统指标变化及Ca^2＋与ABA信号传导关系。结果表明,CaCl2和ABA溶液及两者联合预处理均能明显提高PLB脱水后的成活率。CaCl2和ABA溶液对可溶性糖、蔗糖、还原糖、SOD和总抗氧化能力有相同的效应趋势,对可溶性蛋白、热稳定蛋白含量及POD、CAT活性的作用趋势有所差异。ABA溶液提高PLB耐脱水性的能力被胞质Ca^2＋螯合剂BAPT～AM和钙调蛋白拮抗剂氯丙嗪所削弱,Ca^2＋预处理提高PLB耐脱水能力被ABA合成抑制剂环丙嘧啶醇削弱。在蝴蝶兰PLB的耐脱水性诱导中,Ca^2＋和ABA具有基本相同的生理生化基础,在信号传递中两者互相关联,CaCl2取代ABA用于提高PLB耐脱水性是可行的。     

ABA在生物胁迫应答中的调控作用

植物激素ABA不仅调控非生物胁迫应答,而且在应对各种生物胁迫中发挥重要的调控作用。ABA负调控植物对生物胁迫的抗性主要是通过与水杨酸、茉莉素和乙烯信号传导途径的互作以及影响这些信号途径中的信号组分来实现的。文章综述了ABA信号转导途径及其在生物胁迫应答过程中的调控作用。     

植物脱落酸信号转导途径的上游信使

脱落酸(ABA)是一种重要的植物激素,调节多种植物生理过程,并在植物应答逆境胁迫的信号转导中起重要作用。结构分子生物学分析发现,PYL蛋白具有结合ABA的活性中心。在非胁迫条件下,ABA水平较低,2C型蛋白磷酸酶(PP2C)与蔗糖非酵解型蛋白激酶2(SnRK2)结合,催化其去磷酸化而抑制其活性;在胁迫条件下,ABA水平升高,促进PYL与PP2C结合而抑制其磷酸酶活性,SnRK2靠自身磷酸化激活,又催化碱性亮氨酸拉链(b ZIP)、碱性螺旋-环-螺旋(b HLH)等类型转录因子,调控下游抗性相关基因的表达,也可由SnRK2直接催化下游抗性相关蛋白磷酸化。本文概述了在ABA胁迫下,PYL,PP2C和Sn PK2作用机制的相关研究进展,并建议将PYL、PP2C和SnRK2分别称做ABA信号转导途径的直接受体、第二信使和第三信使,建立玉米中复杂的脱落酸信号上淳传递网络。     

高pH对植物生长发育的影响及其分子生物学研究进展

盐碱是影响作物产量的主要非生物胁迫之一。pH恒稳态是植物正常生长和发育的必要条件,也是植物细胞生命过程中的重要信号,在许多信号转导中起重要的调控作用。但植物对高pH逆境响应和信号转导的分子机理研究尚未得到充分重视。本文对盐碱地高pH因素对植物生长发育的影响及相关分子生物学研究进展进行了综述,并提出了今后植物在盐碱复杂胁迫条件下遗传机理的研究策略。     

植物逆境microRNA的研究进展

MicroRNA（miRNA）在生物中广泛存在,在调控植物生长和发育方面起重要作用。多种非生物逆境会影响植物生长,不同逆境胁迫还会使植物相应的miRNA诱导或下调表达,有时一种miRNA会同时受几种逆境胁迫影响。本文综述了植物中参与温度、水分、盐、养分、氧化、ABA、重金属及其它非生物逆境胁迫的miRNA及其作用机制的研究进展。     

ABA、H_2O_2和NO在植物细胞凋亡中的作用

在特定时间和区域内细胞自主地发生凋亡或死亡现象,这是植物抵御生物和非生物胁迫的基本机制。环境信号因子,如日照、强光、UV、重度污染等环境信号分子,通过刺激胞内效应物的形成会引起果实细胞发生凋亡或死亡现象。一些信号分子,如Ca2+、H2O2、NO和ABA可能是诱导植物细胞发生凋亡的重要内在因子。但到目前为止,我们对这些诱导植物细胞凋亡因子的作用机制知之甚少。本文综述了ABA、H2O2和NO的产生、在环境胁迫下的作用以及在植物细胞凋亡中的相互作用。     

镉对玉米苗中钙调蛋白含量和Ca2+-ATPase 活性的影响

试验采用营养液培养的方法,以玉米为试材,研究了不同供镉浓度（0、5、20和100μmol／L）和处理时间（12、2,4、48、96、168h）对植株体内钙调蛋白（CaM）含量及生物膜上的Ca^2＋＋ATPase活性的影响。结果表明,植株可溶性Ca^2＋含量在镉胁迫后较不加镉处理增加,镉处理在叶和根中分别在48和24h后达最高,然后随镉处理浓度和处理时间的增加逐步下降;同时镉诱导了植株CaM的合成,其含量随镉处理浓度和处理时间增加逐步增加,但20μmol／L和100μmol／L镉处理在168h后有所下降;与不加镉处理相比,镉胁迫导致植株生物膜上的Ca^2＋-ATPase活性迅速升高,但随镉处理浓度提高和时间延长,镉胁迫植株的Ca^2＋-ATPase活性在48h（质膜、液泡膜和内质网膜）和24h（线粒体膜）后逐步降低。各膜上的Ca^2＋-ATPase活性依次为质膜〉液泡膜〉内质网膜〉线粒体膜,且同一微囊膜,根中的活性大于叶中。     

植物CBL基因家族的研究进展

细胞中游离的Ca2+是植物细胞中普遍存在的第二信使,类钙调神经素B亚基蛋白CBL作为一种特殊的钙感受器在植物生长发育和逆境胁迫响应过程中发挥重要作用.本文主要对植物CBL家族的起源与进化、蛋白结构、亚细胞定位以及CBL的功能进行综述,并对今后钙感受器CBL家族的研究重点和发展方向进行了展望.     

UV-B辐射对植物水分代谢的影响

为系统了解UV-B辐射对植物水分代谢的影响, 本文从生理、生化两个角度概述了近30年国内外相关方面的研究成果, 内容涉及UV-B辐射对植物根系活力、蒸腾速率、水分利用效率及植物不同发育期叶片脯氨酸、可溶性糖含量的影响;总结了UV-B辐射对植物气孔行为的影响及相关机理, 包括植物体内ABA、H2O2、NO等信号分子含量的变化以及这些信号分子在调节气孔行为方面发挥的作用。认为UV-B辐射对植物水分 代谢产生伤害, 且此伤害作用与植物种类、发育阶段有关, 与UV-B辐照时间及剂量正相关。研究UV-B辐射对植物水分代谢的影响, 对自然及农业生产环境下规避UV-B辐射对植物产生逆境胁迫效应具有积极的环境生态学价值。     

异源表达EgrNAC1提高拟南芥抗寒性和对干旱、高盐的敏感性

桉树是我国南方重要用材树种,但其栽培种对低温、干旱和高盐等非生物逆境抗性弱,限制了其栽培范围的扩大和栽培效益的提高。EgrNAC1(Eucgr.I00058)是巨桉中受低温、干旱和高盐诱导表达的NAC类转录因子。为进一步研究EgrNAC1的功能,通过异源转化拟南芥,获得了超表达EgrNAC1的转基因纯合株系,并对其进行低温(-6℃)、干旱、高盐(NaCl 300 mmol·L^-1 )和脱落酸(0.5 μmol·L^-1)处理,分析转基因株系对非生物逆境的响应。结果表明,超表达EgrNAC1能提高拟南芥植株对低温的抗性。-6℃处理12 h,恢复5 d后,转基因株系EgrNAC1-OE1和EgrNAC1-OE8的存活率分别达到88.9%和81.5%,而野生型仅有29.6%。低温处理下,转基因株系中3个低温信号传导(CBF)途径相关的基因,AtCBF1、AtCBF2和AtRD29A的表达量相对于野生型显著上调;超表达EgrNAC1提高了转基因植株对干旱和高盐的敏感程度。同时,转基因植株相对于野生型表现出对ABA敏感性的下降。综上,EgrNAC1在巨桉低温响应中可能作为一个正向调控因子,通过参与调控CBF途径中低温响应相关基因的表达,提高植物在低温逆境下的适应性。但在干旱和高盐逆境下,EgrNAC1可能发挥负调控作用,且这种作用可能与ABA的影响有关。本研究结果为深入了解桉树EgrNAC1的功能以及开展桉树抗逆分子辅助育种提供了一定的理论参考。     

铝胁迫下大豆根系脱落酸累积与柠檬酸分泌的关系研究

为探讨铝(Al)胁迫条件下脱落酸(ABA)调控植物根系有机酸分泌的机制,进行了ABA与Al诱导大豆根系柠檬酸分泌的关系试验。结果表明:1)外源ABA和ABA合成抑制剂fluridone分别提高和降低了Al诱导的大豆根尖ABA含量的增加,但对根系柠檬酸分泌量均无影响,ABA对根系内源柠檬酸含量和柠檬酸合成酶的活性也没有影响;2)分根试验表明,与Al直接接触的根部(Part A)内源ABA含量发生变化,且有柠檬酸的分泌,而不与Al直接接触的根部(Part B)内源ABA含量也发生变化,但没有柠檬酸分泌;3)Al胁迫下,大豆耐Al基因型柠檬酸分泌量远高于敏感基因型,但二者的内源ABA含量却没有差异;4)30μmol AlCl3处理,在0~12 h柠檬酸分泌速率和内源ABA含量随Al处理时间增加而增加,去除Al胁迫时(12~18 h),柠檬酸分泌速率继续增加,但内源ABA含量则迅速下降。综合以上结果,推测ABA不是通过提高Al诱导柠檬酸分泌来调控大豆耐Al性。     

钙信号抑制剂加剧低钾胁迫对烟草幼苗光合特性及钾吸收的影响

  【目的】  研究低钾胁迫抑制钙信号传导对植株幼苗叶片光合特性及钾吸收的影响,为缓解作物的低钾胁迫提供理论依据。  【方法】  以烟草品种K326为试验材料进行了室内水培试验。烟草幼苗先在营养液正常钾(K+ 5 mmol/L)和缺钾(K+ 0.15 mmol/L)营养液中生长8 天,然后在营养液中分别施加钙通道有机阻断剂Vp、钙通道无机阻断剂LaCl₃和钙离子螯合剂(EGTA)钙信号抑制剂,继续生长4天后取样,测定植株干鲜重、电导率、活性氧含量、叶片抗氧化酶活性、叶片光合特性等指标和植株地上、地下部钾素浓度及钾离子吸收相关基因表达量。  【结果】  1)不添加钙通道抑制剂或螯合剂条件下,低钾胁迫的烟株地上部和根系干重较常钾水平显著降低了59.29%、39.82%,鲜重显著降低了51.58%、48.19%,除水汽压饱和亏外的其余5项光合特性指标显著降低,植株地上部和根系钾含量分别显著降低了39.31%和77.05%,而叶中可溶性蛋白、相对电导率、过氧化氢含量则显著增加,NKT2、NtKC1、NtHAK1、NtHAK5基因的相对表达量分别增加了2.09、3.32、3.23、12.34 倍。2)常钾水平下,3个钙抑制剂处理未明显影响地上部和根系干鲜重,而低钾水平下,钙抑制处理的地上部鲜重和干重显著高于无钙抑制剂对照。两个钾水平下,与各自对照相比,3个钙抑制剂处理的叶片相对电导率、活性氧积累量均显著增加,抗氧化酶SOD和POD活性、叶绿素含量显著减少,光合特性指标(除水汽压饱和亏外)明显降低。3)两个钾水平下,3个钙信号抑制剂处理的烟株地上部和根系钾含量均显著低于其对照,低钾胁迫下平均降低幅度分别达到25.54%和53.36%。低钾胁迫下,钾离子通道基因NKT2、NtKC1和转运蛋白基因NtHAK1、NtHAK5在根系中的相对表达量分别平均降低了60.60%、50.62%、38.61%、69.79%,钙通道相关基因NtCNGC1和NtCNGC11在根中的相对表达量分别平均降低了95.36%和87.04%。  【结论】  低钾胁迫明显影响烟株幼苗生长、光合作用及对钾素的吸收和积累。低钾水平下,外施钙通道抑制剂或螯合剂可进一步降低烟草叶片抗氧化酶活性,减弱烟株叶片光合作用,并抑制根中钾吸收相关基因的表达和烟株对钾素的吸收。     

丛枝菌根真菌对NaCl胁迫下番茄内源激素的影响

采用盆栽试验研究了不同浓度NaCl（03%、06%和10%）胁迫下,接种丛枝菌根真菌Glomus mosseae-2 对番茄内源激素的影响。结果表明：（1）盐胁迫下,植株生长受抑,生长促进物质IAA、GA3和Zeatin含量下降,生长抑制物质ABA含量增加,接种Glomus mosseae-2增加了植株干物质量和这些激素的含量;（2）菌根形成过程中,Glomus mosseae-2参与调节内源激素平衡, 降低了叶片ABA/IAA、ABA/GA3、ABA/Zeatin及ABA/ (IAA+GA3+Zeatin)的比值; （3）气孔导度（gs））和ABA/Zeatin值呈极显著负相关,同一盐浓度胁迫下,接菌株有较高gs和较低的ABA/Zeatin值。 ABA和Zeatin共同调节气孔对盐胁迫的响应,维持接菌株较高的气孔导度,增强了番茄的耐盐性。     

脱落酸通过影响生长素合成及分布抑制拟南芥主根伸长

脱落酸(ABA)在介导植物生长发育及逆境响应中发挥重要功能,但ABA抑制根伸长的机制尚不清楚。本文以拟南芥为材料,通过研究ABA对拟南芥根伸长的影响以及ABA受体突变体根发育表型的鉴定,探讨ABA抑制植物主根的机制。研究发现:ABA能够抑制主根生长及伸长,并且经典受体PYR1/PRL介导了ABA抑制根伸长的过程;ABA能够改变细胞周期蛋白CycB1;1::GUS表达模式,并影响根中生长素分布和响应。结果表明,ABA可能通过影响生长素在根部的分布和剂量,进而影响根尖分生区细胞分裂,从而抑制根伸长。     

茶树CsDREB-A2转录因子基因的克隆与非生物胁迫响应分析

干旱应答元件结合蛋白(DREB)类转录因子在植物逆境信号转导途径中具有重要的调控作用。为了解AP2/ERF转录因子在茶树逆境胁迫的分子调控机理,本研究从茶树龙井43叶片的cDNA中克隆得到一个编码CsDREB-A2转录因子的基因;对CsDREB-A2基因及其编码蛋白序列特征进行分析,并利用实时荧光定量PCR法检测该基因在茶树不同非生物胁迫处理下的表达水平。结果表明,CsDREB-A2基因开放阅读框为1 056 bp,编码351个氨基酸,其编码氨基酸序列具有AP2保守结构域,包含典型的YRG元件和WLG基序。AP2结构域第14、第19位氨基酸分别为缬氨酸和谷氨酸。拟南芥AP2/ERF家族转录因子的进化分析表明,该转录因子属于DREB亚族的A2组。CsDREB-A2相对分子质量为39 080 Da,理论等电点为5.32,属于亲水性蛋白,主要由α-螺旋和随机卷曲组成,无序化特征明显且存在一个LM无序区域;可能定位于细胞核,不存在信号肽和跨膜结构,属于非分泌蛋白。CsDREB-A2基因在高温(38℃)和干旱(200 g·L^-1 PEG)胁迫下均能快速诱导表达,并显著高于对照,分别在处理4、2 h达到最大值,为对照的20.70和42.90倍,植物在渗透胁迫下,可能通过ABA信号途径调节该基因对干旱的耐受性。高盐(200 mmol·L^-1 NaCl)胁迫下CsDREB-A2基因的表达受抑制,推测其可能存在负调控结构域降低该基因在盐胁迫下的表达量。本试验结果为研究DREB类转录因子在茶树抗逆胁迫的分子调控机制提供了一定的理论参考。     

2-fluoroabscisic acid analogues: their synthesis and biological activities

Fluorine was introduced into the 2-position of the side chain of abscisic acid (ABA) analogues by Wittig reaction of alpha-ionone derivatives with ethyl triethylphosphono-2-fluoroacetate. The effects of the fluorinated analogues were evaluated on inhibition of cress seed germination and inhibition of gibberellin-inducible alpha-amylase induction in embryoless barley half-seeds. (2E, 4E)-2-Fluoro-5-(1'-hydroxy-2',6', 6'-trimethyl-2'-cyclohexen-1'-yl)-3-methyl-2,4-pentadienoic acid (5b) showed potent inhibitory activity at the same level as ABA in the cress seed germination test, and 5b also inhibited gibberellin-inducible alpha-amylase induction at 4 x 10(-)(6), 3 times the concentration of ABA (1 x 10(-)(6)) for 50% inhibition of alpha-amylase production. 5b also showed dehydrin induction activity. These results indicate that fluorinated ABA analogues mimic ABA action and can be a lead for a plant growth regulator which regulates plant growth or protects plants from environmental stresses.