植物ASR基因研究进展

ASR（abscisic acid,stress,ripening-induced）基因是近年来从植物中发现的一类受ABA、胁迫和成熟诱导表达的基因,具有保守的ABA/WDS结构域。ASR基因不仅参与植物对干旱、高盐、低温以及脱落酸的胁迫应答,而且参与植物生命活动的许多过程,如果实发育、成熟和糖代谢等。本文综述了近年来国内外ASR基因的研究进展,主要包括ASR基因和蛋白结构特点、ASR基因家族的进化、ASR基因的表达及可能具有的功能,为植物ASR基因研究提供参考。     

木薯MeASR基因克隆及表达分析

脱落酸-胁迫-成熟诱导蛋白(Abscisic acid-stress-ripening,ASR)在植物对非生物逆境胁迫的应答过程中发挥着重要作用。利用PCR技术从木薯中克隆了第一个ASR基因Me ASR,序列分析表明该基因开放阅读框(ORF)330 bp,编码109个氨基酸。多序列比对和进化树分析表明该基因所编码的蛋白具有ASR家族蛋白的保守结构域,与番茄ASR家族蛋白Sl ASR4具有较近的亲缘关系。亚细胞定位分析表明Me ASR定位在细胞核,实时荧光定量PCR分析表明该基因的表达显著受渗透胁迫和ABA诱导。结果表明,Me ASR可能作为转录因子参与木薯对干旱逆境胁迫应答及ABA信号调节。     

脱落酸、胁迫、成熟诱导基因研究进展

近年来从植物中发现了越来越多的受脱落酸、胁迫、成熟诱导表达的基因,这些 ASR(Abscisic acid, Stress and Ripening inducible)基因参与植物对冷、渗透压、脱落酸处理的胁迫应答已被证实,该类基因也参与植物生命活动的许多方面如果实发育、成熟等．对 ASR 基因的克隆鉴定,以及该基因在胁迫应答和果实成熟方面的作用进行了综述．     

香蕉MaASR1基因的抗干旱作用

ASR(ABA, stress, ripening induced protein)是一类响应植物干旱胁迫的关键转录因子, 在许多植物中已有报道, 然而尚未见香蕉(Musa acuminata)中ASR与抗旱作用的相关研究。该实验从香蕉果实cDNA文库中筛选出1个ASR基因, 即MaASR1(登录号为AY628102)。干旱胁迫下, 该基因在叶片中的表达量高于根部。将MaASR1转入拟南芥(Arabidopsis thaliana), Southern检测确定了两株独立表达的转基因株系(命名为L14和L38)。表型观察发现, 此两转基因株系的叶片变小且变厚; Northern和Western检测结果表明, MaASR1在L14和L38中表达。控水处理后, L14和L38的存活率及脯氨酸含量均高于野生型。经干旱胁迫和外源ABA处理后, 对MaASR1转基因株系中ABA/胁迫响应基因的表达分析, 发现MaASR1可增强转基因株系对ABA信号的敏感度, 但不能增强植株依赖于ABA途径的抗旱性。     

香蕉MaASRl基因的抗干旱作用

ASR（ABA,stress,ripening induced protein）是一类响应植物干旱胁迫的关键转录因子。在许多植物中已有报道,然而尚未见香蕉（Musa acuminata）VPASR与抗旱作用的相关研究。该实验从香蕉果实cDNA文库中筛选出1个AS尺基因,即MaASRl（登录号为AY628102）。干旱胁迫下,该基因在叶片中的表达量高于根部。将MaASRl转入拟南芥∽rabidopsisthaliana）,Southern检测确定了两株独立表达的转基因株系（命名为L14和L38）。表型观察发现,此两转基因株系的叶片变小且变厚Northern和Western检测结果表明,MaASR1在L14和L38中表达。控水处理后,L14和L38的存活率及脯氨酸含量均高于野生型。经干旱胁迫和外源ABA处理后,对MaASR1转基因株系中ABA／胁迫响应基因的表达分析,发现MaASR7可增强转基因株系对ABA信号的敏感度,但不能增强植株依赖于ABA途径的抗旱性。     

植物ASR蛋白的研究进展

ASR(abscisic acid,stress,ripening)蛋白是植物特有的一类蛋白质家族。ASR基因在成熟果实中表达,也受脱落酸和胁迫诱导在营养组织中表达。现对ASR基因家族的发现和进化、时空表达和ASR蛋白的特性及亚细胞定位等进行综述,特别对ASR蛋白抗非生物胁迫功能及其可能的分子机制进行了总结,旨在为ASR蛋白的农业应用提供新思路。     

植物体内干旱信号的传递与基因表达

干旱是严重影响植物生长发育的重要环境胁迫因子之一。干旱能影响植物的水分状态,使植物缺水遭受伤害。近年来,相继从拟南芥等植物中克隆出了一些受干旱诱导的基因,如蛋白激酶基因、光合基因、渗透调节基因、功能蛋白基因（如LEA基因）等。干旱等胁迫信号经历一系列的传递过程,最后诱导这些特定基因的表达。在植物体中,可能存在依赖ABA型和不依赖ABA型两条干旱信号的传递途径。近年来从高等植物中分离出一系列调控干旱相关基因表达的转录因子,通过转录因子之间以及与其它相关蛋白之间的相互作用,激活或抑制干旱等胁迫因子诱导的基因表达。     

厚藤ASR基因克隆及功能初步分析

通过对厚藤(Ipomoea pes-caprae(Linn.)Sweet.)cDNA文库的筛选,获得了一个编码厚藤ASR(ABA-stress-ripening)基因的全长cDNA,命名为IpASR。研究结果显示,IpASR编码区全长648 bp,共编码215个氨基酸;蛋白质等电点为5.42,分子量为24.57 k D。通过在酵母中表达,发现IpASR能够提高转基因酵母的耐盐性及抗氧化能力。进一步以厚藤成年植株及幼苗为材料进行实时荧光定量PCR分析,结果表明,IpASR基因在厚藤成年植株各组织中广泛表达;高盐、甘露醇胁迫和ABA处理可诱导该基因在厚藤幼苗中的表达。结合GFP融合蛋白的亚细胞定位和生物信息学分析,发现IpASR蛋白为核蛋白,推测IpASR基因参与了厚藤生长发育的调控,并可响应ABA和非生物胁迫的诱导。     

赤霉素调节植物对非生物逆境的耐性

赤霉素（GAs）是一类重要的植物激素,调控植物生长发育的诸多方面．最近的研究表明,GA也参与对生物与非生物胁迫的响应,然而GA参与非生物胁迫响应的遗传学证据及其机制有待于进一步研究．本实验室前期研究证明,水稻EullfELONGATEDUPPERMOSTINTERNODE）通过一个新的生化途径降解体内的活性赤霉素分子,并参与调控水稻对病原菌的基础抗病性．本研究发现,euil突变体对盐胁迫能力降低,而超表达EUll基因的水稻和拟南芥耐盐性显著提高．进一步研究发现,积累高含量赤霉素的水稻euil突变体对脱落酸（ABA）的敏感性下降,而赤霉素缺失的EUll超表达转基因水稻和拟南芥均改变了对于ABA的敏感性．EUll基因的转录受逆境诱导,其功能缺失与超表达调控了逆境标志基因的表达．综上推测,GA可能是通过影响ABA的信号途径从而改变了植物对非生物胁迫的响应．     

植物AREB／ABF转录因子及其参与的ABA信号转导

AREB（ABA responsive element binding protein）／ABF（ABRE binding factors）转录因子即ABA（脱落酸）应答元件结合蛋白,参与调控ABA相关基因的表达,提高植物对环境胁迫的适应能力。本文从AREBs的克隆与表达、在抗非生物胁迫中的作用以及参与的ABA信号转导等方面阐述现有的研究进展。     

植物内源ABA水平的动态调控机制

ABA具有调节植物生长发育和对环境胁迫做出快速反应的重要功能, 植物内源ABA水平受到ABA合成、代谢及转运等途径的复杂调控。该文综述了近年来植物ABA从头合成、羟基化代谢、可逆糖基化代谢及ABA转运等领域的最新研究进展, 重点讨论ABA合成与代谢基因的表达调控机制, 并展望了今后的研究方向。     

植物内源ABA水平的动态调控机制

ABA具有调节植物生长发育和对环境胁迫做出快速反应的重要功能, 植物内源ABA水平受到ABA合成、代谢及转运等途径的复杂调控。该文综述了近年来植物ABA从头合成、羟基化代谢、可逆糖基化代谢及ABA转运等领域的最新研究进展, 重点讨论ABA合成与代谢基因的表达调控机制, 并展望了今后的研究方向。     

受脱落酸调节的拟南芥F-box基因的差异表达分析

脱落酸(Abscisic acid,ABA)是一种重要的植物激素,在种子休眠的建立、种子萌发、根发育和非生物胁迫反应过程中发挥作用。F-box蛋白是E3泛素连接酶SCF复合体的组成部分,通过特异识别和调节底物蛋白水平而调控植物生长发育过程。通过分析GEO基因芯片,筛选到38个受ABA调节的拟南芥候选F-box基因。选择其中6个F-box基因,进行实时荧光定量PCR分析。研究结果与基因芯片结果基本一致。分析启动子,发现候选基因含有大量ABA、干旱和胁迫相关的顺式作用元件。分析基因表达谱,发现部分基因在保卫细胞、种皮、花粉和衰老叶片中呈现高表达;大部分基因在ABA处理、胁迫和种子吸胀过程中表达量改变显著。这些分析结果为深入研究ABA调节植物生长发育和抗逆的分子机制提供了线索。     

最短路径法在水稻ABA 和环境胁迫条件下基因应答网络研究中的应用

目前微阵列数据分析方法都基于具有相似表达模式的基因可能具有相近的生物学功能这一假设, 而实际上参与同一生物学功能的基因, 在表达时间和空间上是有关联的, 而并非表现为相似模式。利用水稻cDNA微阵列, 对水稻在ABA及干旱、寒冷和高盐胁迫条件下的基因表达进行了研究。选取环境胁迫和ABA应答的相关基因, 采用最短路径法(shortest path), 利用自行编制的计算软件, 在表达模式不直接相关的基因之间构建最短路径。研究表明, 通过分析这些基因的表达数据, 可以发现它们在功能上的关联性, 并对未知基因的功能预测进行了探索, 为构建水稻在ABA和环境胁迫条件下的分子应答网络奠定了基础。     

最短路径法在水稻ABA和环境胁迫条件下基因应答网络研究中的应用

目前微阵列数据分析方法都基于具有相似表达模式的基因可能具有相近的生物学功能这一假设,而实际上参与同一生物学功能的基因,在表达时间和空间上是有关联的,而并非表现为相似模式。利用水稻cDNA微阵列,对水稻在ABA及干旱、寒冷和高盐胁迫条件下的基因表达进行了研究。选取环境胁迫和ABA应答的相关基因,采用最短路径法(shortest path),利用自行编制的计算软件,在表达模式不直接相关的基因之间构建最短路径。研究表明,通过分析这些基因的表达数据,可以发现它们在功能上的关联性,并对未知基因的功能预测进行了探索,为构建水稻在ABA和环境胁迫条件下的分子应答网络奠定了基础。     

水稻含有B-box锌指结构域的OsBBX25蛋白参与植物对非生物胁迫的响应

锌指蛋白在调控植物生长发育和应对逆境过程中发挥着重要作用.为进一步研究锌指类蛋白参与植物非生物胁迫响应的分子机制,对水稻(Oryza sativa)中一个编码含有B-box锌指结构域蛋白的OsBBX25基因进行了功能分析.OsBBX25受盐、干旱和ABA诱导表达.异源表达OsBBX25的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)与野生型相比对盐和干旱的耐受性增强,且盐胁迫条件下转基因植物中KIN1、RD29A和COR15的表达上调,干旱胁迫下KIN1、RD29A和RD22的表达上调.外源施加ABA时,转基因植物的萌发率与野生型之间没有明显差异.OsBBX25可能作为转录调控的辅助因子调节胁迫应答相关基因的表达,进而参与植物对非生物胁迫的响应.     

番茄转录辅激活子基因LeMBF1在非生物胁迫中的抗性分析

为了研究番茄转录辅激活子基因LeMBF1在非生物胁迫中的作用,以LeMBF1超表达转基因番茄和野生型番茄组培苗为材料,对其进行高温、机械损伤、低温、H2O2、干旱和ABA等非生物胁迫处理.半定量RT-PCR分析表明,LeMBF1在根、幼叶、成熟叶片、花和果实的不同时期均有表达,但在幼叶中表达量最高,成熟叶片和果实中表达量较低.高温处理后,下游防卫反应基因HSP90、Apx2、Zat、PR1在超表达番茄植株中的表达量明显高于野生型番茄植株,并且LeMBF1超表达番茄植株存活率较高.机械损伤可以明显的诱导LeMBF1基因表达;H2O2、干旱、低温、和ABA处理后,对下游防卫基因的表达量有不同程度的影响.以上结果表明LeMBF1基因参与了多种植物非生物胁迫防御反应,并对提高番茄的抗性有一定的作用.     

欧美杨水分利用效率相关基因 PdEPF1的克隆及表达

提高植物水分利用效率(WUE)是未来解决我国甚至世界干旱缺水的最重要手段之一。在对植物WUE的众多研究方法中,大多集中在生理手段,但通过分子生物学手段研究其表达调控机制的较少。欧美杨(Populus deltoides×Populus nigra)是中纬度地区最适合种植的短轮伐期工业用材集约经营树种之一。近年来我国引进了许多优良的欧美杨无性系用于营造大面积的速生丰产林并取得很好的经济和社会效益。但高耗水量的缺点限制了其进一步的推广。通过基因芯片技术从欧美杨中找到一个可能调控WUE的基因-PdEPF1.荧光定量表达进一步验证了这一结果。荧光定量表达分析表明该基因受ABA、盐、冷、干旱等胁迫诱导表达。组织特异表达分析说明PdEPF1基因在顶端叶和根中有表达,成熟叶衰老叶中则无表达。克隆到启动子分析表明该启动子含有多种干旱响应元件(drought response elememt),赤霉素响应元件(GA response elememt),低温响应元件(coldresponse elememt),ABA响应元件(ABA response elememt)等逆境相关的作用元件。     

非生物逆境胁迫下ZmCIPK10基因表达分析

干旱、高盐、低温、高温等非生物逆境严重影响植物的生长发育,研究参与逆境胁迫应答基因具有重要的理论意义和应用价值。从玉米中克隆了一个CIPK蛋白激酶基因,暂时命名为ZmCIPK10。该基因全长2 730 bp,转录长度2 100 bp,编码438个氨基酸。顺式元件分析发现在基因启动子区域存在ABRE、HSE、TC-rich repeats等推测的逆境顺势元件。荧光实时定量PCR结果表明ZmCIPK10在干旱、低温、盐胁迫下表达量上调,在ABA、高温胁迫下表达量下调。研究结果初步证实ZmCIPK10基因响应非生物逆境胁迫,为ZmCIPK10参与植物逆境信号途径及其功能研究提供理论依据。     

玉米JAZ家族基因ZmJAZ4的克隆及功能分析

JAZ(Jasmonate ZIM-domain)蛋白是植物特有的一类转录因子,通过抑制茉莉素调控基因的表达,在植物的生长发育及非生物胁迫等方面发挥重要的功能。从玉米B73自交系中克隆到一个新的JAZ家族基因Zm JAZ4,该基因c DNA全长为651bp,编码蛋白含有216个氨基酸,分子量约为23.1 k D,p I为10.78,属于碱性蛋白。Real-time RT-PCR结果表明,Zm JAZ4主要在茎端分生组织、雄穗、发育早期的种子以及胚乳中表达。系统进化分析显示,Zm JAZ4与At JAZ10转录因子相似性较高。亚细胞定位试验表明,Zm JAZ4定位于细胞核内。Zm JAZ4在酵母细胞中不具有转录激活活性。激素及胁迫处理表明,Zm JAZ4在地上部的表达受PEG、Na Cl、SA、GA和ABA诱导,而在地下部的表达受到ABA和GA诱导。结果分析表明,Zm JAZ4可能是一个重要的转录调控因子,参与调控多种激素信号通路及非生物胁迫响应。