氢气植物学效应的研究进展

氢气(hydrogen,H_2)是一种新的气体信号分子。藻类和微生物的氢酶可以产生并释放H_2,高等植物也可能存在类似于氢酶的蛋白催化H_2的合成。同时,各种非生物胁迫和激素也可诱导产生H_2。与动物中H_2通过选择性抗氧化预防和辅助治疗多种疾病所不同的是,植物中H_2的生理作用可能还与其通过迅速诱导活性氧信号,从而调动抗氧化防护系统有关。H_2具有多种植物学效应,包括调控生长发育和提高对生物胁迫和非生物胁迫的抗/耐性,其分子机制涉及对miRNA、基因表达、激素水平和蛋白质修饰的调控,并可能与一氧化氮(nitric oxide,NO)和一氧化碳(carbon monoxide,CO)等气体信号转导有关。H_2的研究掀起了新一轮健康革命,"氢农业"的发展也已初具规模。本文主要综述了H_2产生、生理功能以及与激素等信号分子互作的研究进展,并对H_2植物学效应和"氢农业"进行了展望。     

乙烯调控植物营养缺乏胁迫响应的分子机制

植物的生长发育需要氮、磷、钾、硫、铁等14种矿质营养元素，而这些元素在不同类型土壤中的生物有效性存在极大差异。为了适应养分缺乏的环境，植物必须感知外部和内部矿质养分浓度的变化，并通过一系列信号转导产生形态和生理反应来促进对矿质营养元素的吸收和利用。乙烯是一种重要的植物气体激素，在植物生命周期的许多方面发挥着关键作用。近年来的大量研究表明，乙烯在调节植物响应不同营养缺乏胁迫中也发挥着重要的调控作用。本文全面总结了乙烯直接或与其他激素/化学信号分子协同调控不同营养胁迫响应的分子机制，并对今后的研究方向进行了展望。     

植物干旱胁迫响应机制研究进展

干旱是限制植物生长的重要因素,会诱导植物产生渗透失衡、膜系统损伤、呼吸与光合速率降低等不良反应,不仅妨碍植物各阶段的生长代谢,还影响农作物的高质高产。在与外部环境的互作过程中,植物会产生干旱响应,如通过根系和叶片结构、代谢物质成分的改变以及抗旱基因的表达来抵御干旱胁迫。从表型水平、生理水平和分子水平阐述了植物干旱胁迫响应的研究进展。其中,植物表型水平的干旱胁迫响应主要体现在根系和叶片的结构改变,而植物生理水平的干旱胁迫响应主要体现在光合作用、渗透调节代谢、抗氧化代谢和激素物质等方面,详细阐述了植物干旱胁迫响应的分子机制及参与其中的调节基因和功能基因,对研究中存在的问题进行了讨论,展望了植物干旱胁迫响应的研究前景。     

新型气体信号分子H_2S在植物中的研究进展

硫化氢(hydrogen sulfide,H_2S)是新近发现的一种多功能气体信号分子,最初认为其对植物有害,但近期研究表明,低浓度的H_2S可对植物的生长发育及外界逆境胁迫响应产生多方面的积极影响。本文综述了H_2S在植物体内的产生途径及其生理功能,包括对离子、盐、干旱、逆温等非生物胁迫的响应及对气孔运动、生长发育、种子萌发等生理过程的调控,并对其研究前景进行了展望。     

水曲柳TCP4转录因子克隆及胁迫和激素下的表达分析

TCP转录因子家族是植物特异的一类调控生长发育和逆境胁迫的重要转录因子。本文揭示了水曲柳FmTCP4在非生物胁迫及激素信号诱导调控的表达特征,为该基因在水曲柳中调控生长发育以及逆境胁迫响应功能的研究奠定基础。通过前期研究克隆获得了水曲柳TCP4基因序列,并命名为FmTCP4,应用生物信息学软件对水曲柳FmTCP4基因的分子结构特征进行了分析,利用4 ℃低温、盐(NaCl)以及干旱(PEG6000)进行非生物胁迫处理,利用脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)进行激素信号诱导,分析FmTCP4基因的表达特征。生物信息学分析表明该基因全长1 251 bp,具有完整的开放阅读框,编码416个氨基酸。FmTCP4具有螺旋-环-螺旋结构,为亲水性的不稳定蛋白,不存在信号肽,具有跨膜能力,亚细胞定位预测存在于细胞核中,并在细胞质到细胞核的调控中起作用。同源序列比对结果表明,FmTCP4与芝麻、烟草等物种的同源蛋白序列相比具有很高的同源性。非生物胁迫处理后,FmTCP4的表达量随处理时间而改变,但其变化趋势不同,表明FmTCP4明显响应了这3种非生物胁迫。激素信号诱导结果表明,外源植物激素调控了FmTCP4基因的表达,基因表达量相对于对照组具有显著性差异。非生物胁迫和激素信号诱导下的基因表达分析表明,FmTCP4响应了寒冷、盐、干旱等非生物胁迫以及激素信号,说明其参与了植物的生长发育和逆境胁迫的平衡。      

一氧化氮在植物中的生理作用

一氧化氮(NO)不仅是一种易扩散的生物活性分子,而且是生物体内重要的信号分子。植物细胞通过NO合酶、硝酸还原酶,或非生化反应途径产生NO。NO参与植物生长发育调控和对生物、非生物胁迫的应答反应。通过讨论NO的产生,对植物生长发育的影响及在抗逆反应中的信号调节来阐述NO在植物中的生理作用。     

气体信号分子在植物干旱胁迫下的调控作用及机制的研究进展

气体信号分子是广泛存在于植物体内的一种重要的信号物质,在植物生长发育过程中承担着重要作用,并且对植物的抗逆性有较为明显的缓解作用。从一氧化碳、一氧化氮、硫化氢3种主要气体信号分子的来源出发,介绍了气体信号分子在植物抗旱性方面的研究成果,综述了气体信号分子诱导植物产生抗旱性的机理,分析了其在植物抵御干旱胁迫中的作用,并对气体信号分子在植物抗旱性的应用进行了展望。     

钙依赖型蛋白激酶（CDPKs）在植物中的生理功能

简要介绍了钙依赖型蛋白激酶(Calcium-dependentProteinKinases,CDPKs)的结构特点及家族成员,重点对CDPKs在植物环境胁迫、防御反应、生长发育、离子通道调节和激素信号等方面的生理功能研究进展进行了综述和讨论,并展望了该领域的研究前景。     

植物热胁迫反应的复杂性分析

介绍了植物在热胁迫反应下的复杂性,包括热微量蛋白的分子伴侣作用、热激转录因子、信号途径以及一些新基因均对热胁迫产生一定影响,以为植物的热胁迫反应研究提供依据。     

植物OST1基因功能研究进展

植物在生长过程中会遭受各种逆境胁迫,环境胁迫会引起植物体内一系列的信号反应,其中脱落酸(ABA)信号途径是一条重要的胁迫应答途径。作为ABA信号通路中的蛋白质激酶之一,气孔开放因子1(Stomatal opening factor 1,OST1)在植物逆境应答反应中扮演重要角色。因此,研究OST1基因在植物逆境应答中的功能有助于阐述植物耐逆分子机制。从OST1的相互作用因子及其在信号通路中的调控作用等方面进行阐述,对其介导的逆境应答机制进行了系统总结。