转录因子DREBlA和DREB2A调控机制的比较分析

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白质,它能特异结合启动子中含有DRE/CRT顺式元件,激活许多逆境诱导基因的表达,增强植物对逆境的忍耐力.从DREB1A和DREB2A转录因子结构、功能、调控表达的基因以及蛋白稳定性等方面进行比较分析,为植物抗逆转录因子研究及应用提供依据.     

转录因子DREB1A和DREB2A调控机制的比较分析

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白质,它能特异结合启动子中含有DRE／C1KT顺式元件,激活许多逆境诱导基因的表达,增强植物对逆境的忍耐力。从DREB1A和DREB2A转录因子结构、功能、调控表达的基因以及蛋白稳定性等方面进行比较分析,为植物抗逆转录因子研究及应用提供依据。     

复苏植物旋蒴苣苔C2结构域小蛋白BhC2DP1参与植物对ABA的反应

为揭示植物抗旱的调控机理, 对复苏植物旋蒴苣苔(Boea hygrometrica)的一个编码C2结构域小蛋白的基因BhC2DP1进行研究。Real-time PCR和Pro_BhC2DP1:GUS报告基因检测显示, 该基因只在干旱早期和外源Ca²⁺处理0.5小时时受诱导表达; 分别施加Ca²⁺螯合剂EGTA和逆境激素ABA均抑制该基因表达, 但二者同时处理则显著诱导其表达, 表明ABA对该基因转录水平的调控是Ca²⁺依赖型的。过表达BhC2DP1的拟南芥(Arabidopsis thaliana)对ABA的敏感性增强, EGTA处理可消除其与野生型的差异, 表明Ca²⁺是BhC2DP1蛋白参与ABA反应所必需的。综上所述, ABA和Ca²⁺信号途径的精细调控可能是决定干旱诱导旋蒴苣苔中BhC2DP1基因表达时间、丰度和功能的重要机制。     

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.     

禾本科植物单锌指家族基因对逆境应答的研究进展

转录调控是植物生长发育、逆境反应、信号转导、抗病性等一系列基因表达的最主要调控形式,转录因子是参与基因转录水平调控过程的重要反式因子。单锌指(DNA binding with one finger,DOF)转录因子是植物特有的一类转录因子,包含一个C_2-C_2锌指结构,其N-末端保守的DOF结构域是能与DNA和蛋白相互作用的双重功能域,在植物生长发育过程中参与多种生物学过程。尽管已有研究报道DOF家族基因参与植物抗逆响应,但其在禾谷类重要粮食作物中的作用机制还极不明确。本文通过对禾本科植物DOF家族基因系统进化分析及组织表达和诱导表达分析,综述了DOF家族基因参与植物胁迫应答方面的相关研究进展,为进一步深入了解禾本科植物抗逆机制提供重要参考。     

大豆转录因子GmC2H2基因转化拟南芥效果分析

GmC2H2转录因子基因是本实验室获得的一个编码172个氨基酸携带516bp核苷酸的转录因子,属于经典C2H2型锌指蛋白.通过构建植物表达载体GmC2H2-pCAMBIA1304,借助优化的Floral-dip法转化模式植物拟南芥,经潮霉素Hygromycine( 45-50 mg/L)抗性筛选获得转基因拟南芥植株.GUS组织染色分析表明,GmC2H2基因在生长12d的转基因拟南芥幼苗中,表达部位主要集中在根部.对转基因拟南芥进行了低温(1℃)和脱落酸(200 μmol/L)胁迫处理,测定其生理生化指标,通过real-time qPCR确定目的基因在转基因拟南芥中的表达情况.结果表明,携带GmC2H2目的基因的转基因拟南芥中脯氨酸和可溶性糖水平要高于野生型植株,而丙二醛水平要低于野生型,在抗逆性方面明显优于野生型拟南芥植株;并且胁迫处理下的转基因拟南芥中GmC2H2基因的表达量要高于未胁迫处理的转基因植株,说明GmC2H2基因的表达受低温和ABA的诱导,初步明确了该转录因子基因的功能.     

植物C_2H_2型锌指蛋白的研究进展

锌指蛋白是转录因子的一种,对真核生物的生长发育及逆境胁迫的耐受能力都有着重要关系,而植物C2H2型锌指蛋白是研究较多、较为明确的一种锌指蛋白,该蛋白大部分锌指结构具有一段高度保守的氨基酸序列QALGGH,这是植物中独有的特征,且据报道该C2H2型锌指蛋白与逆境胁迫是相关的。本文主要综述了植物C2H2型锌指蛋白的分类、结构和功能,植物C2H2型锌指蛋白与DNA、RNA和蛋白质的相互作用,以及概述了与盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、氧胁迫和光胁迫等逆境胁迫相关的植物C2H2型锌指蛋白,最后还对其进一步的深入研究进行了展望,这就为日后利用基因工程技术改良作物品质、提高作物的抗逆性提供了有利条件。     

逆境下拟南芥ABA信号途径负调控因子的研究进展

ABA信号途径的主要负调控因子蛋白磷酸酶2C(protein phosphatase 2C,PP2C)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(protein Ser/Thr phosphatases,PSP),为ABA信号传导途径下游的关键组分.拟南芥中PP2C主要包括ABI1、ABI2、HAB1、AHG3和PP2CA,它们通过改变ABA信号的强弱等调控植物的胁迫应答.该文主要对国内外有关PP2C家族的组成以及在逆境胁迫下负调控ABA信号途径中的调控机制和应答特征等方面的研究进展进行综述.     

木薯MeMYC2.2基因耐低温功能研究

MYC2（MYeloCytomatosis）转录因子是植物应对逆境胁迫过程中茉莉酸信号传导相关的核心转录因子。本研究旨在初步分析木薯MeMYC2.2基因在低温胁迫响应中的功能。利用生物信息学分析木薯MeMYC2.1和MeMYC2.2基因的结构及其编码蛋白的理化性质;通过定量PCR分析了上述2个基因在木薯组培苗叶片中对低温胁迫的响应;通过转基因拟南芥研究MeMYC2.2的抗冻功能。木薯组培苗叶片中2个MeMYC2基因的表达均在低温胁迫早期被诱导,其中,与MeMYC2.1相比,MeMYC2.2差异表达更显著。MeMYC2.2蛋白主要定位于细胞核中,且在酵母中具有明显转录自激活功能,表明该蛋白具有转录因子特性。与野生型相比,过表达MeMYC2.2的转基因拟南芥抗冻能力显著提高。在低温处理下,CBF3基因在转基因拟南芥中的表达量要明显高于其在野生型的表达量,但另外3个CBF基因在转基因拟南芥中的表达量明显下降。木薯MeMYC2.2的表达受低温和茉莉酸调控,可以提高植物的抗冻性,且可能影响CBF基因对低温的响应。本研究为进一步利用MeMYC2基因改良木薯的低温耐受性奠定了理论基础。     

十字花科植物ABI4序列演化与转录激活活性分析

转录因子ABI4参与植物激素ABA的绝大多数生物学功能, 它不仅是ABA和GA在植物体内含量平衡的核心调控因子, 同时还连接ABA与植物细胞内多个信号通路。利用拟南芥(Arabidopsis thaliana) ABI4序列在十字花科其它19种植物(除拟南芥外)中检索得到27个同源基因, 通过序列多态性分析、系统发生重建、染色体共线性分析和转录激活活性比较, 探讨了该基因在十字花科植物中的演化历史。结果表明, ABI4蛋白质序列和结构在十字花科植物中具有较高的保守性, 暗示了其功能的重要性; 单独的ABI4蛋白并不具备显著的转录激活活性, 说明其生物学功能的具体分子机制可能相对复杂, 需要进一步探讨。     

干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

小麦TaLCD基因的克隆及其对渗透胁迫的调节作用

半胱氨酸脱巯基酶(CDes)可催化降解半胱氨酸(Cys)生成硫化氢(H₂S)。通过克隆小麦(Triticum aestivum)中的L-半胱氨酸脱巯基酶基因TaLCD, 并将其在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达, 探讨TaLCD对渗透胁迫条件下种子萌发和根系生长的影响, 并分析其对干旱胁迫的调节作用。结果显示, 盐胁迫条件下, TaLCD过表达植株种子萌发率显著高于野生型; 甘露醇处理条件下, TaLCD过表达植株的根长也显著高于野生型, 且TaLCD过表达显著提高植株抗旱性。此外, TaLCD过表达植株对ABA更加敏感, ABA处理下TaLCD过表达植株的种子萌发率及根长均显著低于野生型。干旱胁迫下, TaLCD过表达植株胁迫响应基因(COR47、RD29A、RAB18和RD22)及ABA信号途径相关基因(NCED3、HAB1、HAB2、ABI1、ABI2和ABF2)的表达水平均显著高于野生型。因此推测, TaLCD增强植株抗旱和抗盐能力可能依赖于ABA信号途径。     

谷子MYB类转录因子SiMYB42提高转基因拟南芥低氮胁迫耐性

Myeloblastosis (MYB)类转录因子是高等植物中最大的转录因子家族之一,在植物发育及防御反应过程中发挥重要作用,还参与植物对干旱等非生物胁迫的响应。谷子(Setaria italica L.)起源于中国,具有抗旱、耐瘠薄的特性,是研究单子叶作物非生物胁迫抗性的理想材料。本研究对耐低氮胁迫谷子品种郑204经低氮处理后进行转录组分析,鉴定出一个在低氮胁迫条件下明显上调的MYB类转录因子SiMYB42。系统发育树结果表明,SiMYB42属于R2R3-MYB亚族,具有2个MYB保守域;表达模式分析显示,SiMYB42在低氮、高盐、干旱和ABA胁迫条件下表达量显著上调;亚细胞定位、quantitative real-time PCR及转录激活活性分析结果表明,SiMYB42蛋白定位于植物的细胞核和细胞膜中,主要在谷子的叶部或根部表达,具有转录激活活性;基因功能分析结果表明,在正常条件下,转SiMYB42基因拟南芥与野生型Columbia-0拟南芥(WT)无明显差异,但在低氮条件下,转SiMYB42基因拟南芥的主根长、根系表面积及鲜重均显著高于WT,结果证明SiMYB42基因可以提高转基因植物对低氮胁迫的耐性;下游基因表达分析结果显示,在转SiMYB42基因拟南芥中,参与植物氮素转运的硝酸盐转运基因NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5的表达水平均高于WT,启动子分析结果显示NRT2.1、NRT2.4和NRT2.5基因启动子序列中均具有MYB结合位点。以上结果证明,SiMYB42可以通过调控下游硝酸盐转运体基因的表达提高植物在低氮条件下的耐性。本研究揭示了SiMYB42基因在低氮胁迫反应途径中的作用,为进一步了解谷子低氮胁迫响应的调控网络奠定了基础。     

Abscisic acid-dependent PMT1 expression regulates salt tolerance by alleviating abscisic acid-mediated reactive oxygen species production in Arabidopsis

Phosphocholine (PCho) is an intermediate metabolite of nonplastid plant membranes that is essential for salt tolerance. However, how PCho metabolism modulates response to salt stress remains unknown. Here, we characterize the role of phosphoethanolamine N-methyltransferase 1 (PMT1) in salt stress tolerance in Arabidopsis thaliana using a T-DNA insertional mutant, gene-editing alleles, and complemented lines. The pmt1 mutants showed a severe inhibition of root elongation when exposed to salt stress, but exogenous ChoCl or lecithin rescued this defect. pmt1 also displayed altered glycerolipid metabolism under salt stress, suggesting that glycerolipids contribute to salt tolerance. Moreover, pmt1 mutants exhibited altered reactive oxygen species (ROS) accumulation and distribution, reduced cell division activity, and disturbed auxin distribution in the primary root compared with wild-type seedlings. We show that PMT1 expression is induced by salt stress and relies on the abscisic acid (ABA) signaling pathway, as this induction was abolished in the aba2-1 and pyl112458 mutants. However, ABA aggravated the salt sensitivity of the pmt1 mutants by perturbing ROS distribution in the root tip. Taken together, we propose that PMT1 is an important phosphoethanolamine N-methyltransferase participating in root development of primary root elongation under salt stress conditions by balancing ROS production and distribution through ABA signaling.     

Brassinosteroid signaling positively regulates abscisic acid biosynthesis in response to chilling stress in tomato

Brassinosteroids (BRs) and abscisic acid (ABA) are essential regulators of plant growth and stress tolerance. Although the antagonistic interaction of BRs and ABA is proposed to ensure the balance between growth and defense in model plants, the crosstalk between BRs and ABA in response to chilling in tomato (Solanum lycopersicum), a warm-climate horticultural crop, is unclear. Here, we determined that overexpression of the BR biosynthesis gene DWARF (DWF) or the key BR signaling gene BRASSINAZOLE-RESISTANT1 (BZR1) increases ABA levels in response to chilling stress via positively regulating the expression of the ABA biosynthesis gene 9-CIS-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE1 (NCED1). BR-induced chilling tolerance was mostly dependent on ABA biosynthesis. Chilling stress or high BR levels decreased the abundance of BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE2 (BIN2), a negative regulator of BR signaling. Moreover, we observed that chilling stress increases BR levels and results in the accumulation of BZR1. BIN2 negatively regulated both the accumulation of BZR1 protein and chilling tolerance by suppressing ABA biosynthesis. Our results demonstrate that BR signaling positively regulates chilling tolerance via ABA biosynthesis in tomato. The study has implications in production of warm-climate crops in horticulture.     

ZmOST1 mediates abscisic acid regulation of guard cell ion channels and drought stress responses

The phytohormone abscisic acid (ABA) is an important mediator in the drought response, participating in, among other processes, stomatal movements. In Arabidopsis thaliana, the serine/threonine protein kinase, OST1, regulates this response, but the function of its maize homolog has yet to be established. Here, we isolated ZmOST1 and show that its encoded protein indeed acts to regulate guard cell movement. ZmOST1 was ubiquitously expressed throughout the plant, being highly expressed in guard cells, and inducible both by exogenous ABA and water stress. Transient expression of a ZmOST1-GFP fusion protein, in maize mesophyll protoplasts, indicated its subcellular localization in the cytoplasm and nucleus. A Zmost1 loss-of-function mutant exhibited reduced sensitivity to ABA-activated slow anion channels in maize guard cells, and reduced drought tolerance. Constitutive expression of ZmOST1, in an A. thaliana ost1-1 mutant rescued the phenotype with respect both to the sensitivity of guard cell slow anion currents to ABA treatment and stomatal closure. Our findings indicate a positive regulatory role for ZmOST1 in guard cell ABA signaling and drought response in maize plants.