白桦BpPIN3基因启动子序列及应答特性分析

PIN蛋白家族作为植物中重要的生长素外排载体家族,在植物生长和发育过程中表现出广泛的生理效应。为了进一步了解BpPIN3的功能,探究其在白桦（Betula platyphylla）发育过程中及其对不同激素信号和非生物胁迫的响应,采用生物信息学方法分析白桦BpPIN3启动子序列。以1年生和2年生白桦无性系苗木的根、茎、叶和顶芽为材料进行组织部位表达模式分析。以白桦幼苗为材料,用100 μmol·L^-1生长素（IAA）、100 μmol·L^-1赤霉素（GA₃）、200 μmol·L^-1脱落酸（ABA）和长光照条件下分别进行激素诱导和光胁迫处理,并取激素处理后0、2、4、8、16、24、48 h以及光胁迫后0、1、3、6,12、24、48、72 h时的白桦叶片和根提取RNA,利用qRT-PCR技术分析BpPIN3基因的表达情况。结果显示：BpPIN3启动子序列包含赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯等不同类型的生长素响应元件,以及多个与逆境相关的顺式调控元件。BpPIN3在不同生长年份白桦的多个组织部位都有表达,尤其在叶片中表达量较高,并且所有组织部位中BpPIN3第二年的表达量均高于第一年。BpPIN3基因在不同处理条件下,不同部位间的相对表达量的变化存在一定差异,IAA及GA能够诱导白桦叶片组织细胞中的BpPIN3上调表达;而在ABA处理下除16、48 h外,BpPIN3基因表现出与IAA处理下相反的表达模式。在根组织中,IAA、GA₃及ABA均能诱导BpPIN3的表达。在叶片组织中,遮光胁迫诱导了BpPIN3基因的表达;在根组织中,随着处理时间的推移,12 h开始BpPIN3基因的相对表达量均显著高于对照（0 h）。根据试验结果,推测BpPIN3基因在白桦生长发育过程,以及IAA、GA₃和ABA信号转导途径和植物光响应过程中发挥重要调控作用。     

植物Aux/IAA基因家族生物学功能研究进展

生长素是最重要的植物激素之一, 对植物生长发育起着关键调控作用。生长素作用于植物后, 早期生长素响应基因家族Aux/IAA、GH3和SAUR等被迅速诱导, 基因表达上调。其中Aux/IAA基因家族编码的蛋白一般由4个保守结构域组成, 结构域I具有抑制生长素信号下游基因表达的作用, 结构域II在生长素信号转导中主要被TIR1调控进而影响Aux/IAA的稳定性, 结构域III/IV通过与生长素响应因子ARF相互作用调控生长素信号。Aux/IAA基因家族在双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的器官发育、根形成、茎伸长和叶扩张等方面发挥重要作用; 在单子叶植物水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)中, 主要影响根系发育和株型, 但大多数Aux/IAA基因的功能尚不清楚。该文主要从Aux/IAA蛋白的结构、功能和生长素信号转导途径方面综述Aux/IAA家族在拟南芥、禾谷类作物及其它植物中的研究进展, 以期为全面揭示Aux/IAA家族基因的生物学功能提供线索。     

甘蔗节间伸长过程赤霉素生物合成关键基因的表达及相关植物激素动态变化

以甘蔗(Saccharum officinarum)优良品种桂糖42号(GT42)为研究材料, 分别于未伸长期(9-10叶龄以前) (Ls1)、伸长初期(12-13叶龄) (Ls2)和伸长盛期(15-16叶龄) (Ls3)取甘蔗第2片真叶(自顶部起)对应的节间组织, 测定其赤霉素(GA)、生长素(IAA)、油菜素甾醇(BR)、细胞分裂素(CTK)、乙烯(ETH)和脱落酸(ABA)的含量, 并通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析赤霉素合成途径关键基因GA₂₀氧化酶基因(GA20-Oxidase1)、赤霉素受体基因(GID1)和DELLA蛋白编码基因(GAI)的差异表达。结果表明, 在甘蔗伸长期间, GA和IAA含量呈现上升趋势, CTK和ABA含量呈下降趋势, ETH含量先上升后下降, BR含量则变化不明显; GA20-Oxidase1和GID1的表达呈上升趋势, 而GAI的表达则呈下降趋势, 这与相关植物激素的变化基本一致。综上, 甘蔗节间伸长过程主要与GA和IAA相关, 其次为CTK和ABA, 而ETH受到IAA的调控影响节间伸长; 植物激素间通过相互作用调控GA20-Oxidase1、GID1和GAI的表达, 影响GA含量和GA的信号转导过程, 进而影响甘蔗节间的伸长。该研究揭示了甘蔗节间伸长过程中赤霉素生物合成途径和信号转导关键基因的差异表达及植物激素含量的动态变化规律。     

甘蔗节间伸长过程赤霉素生物合成关键基因的表达及相关植物激素动态变化

以甘蔗(Saccharum officinarum)优良品种桂糖42号(GT42)为研究材料, 分别于未伸长期(9-10叶龄以前) (Ls1)、伸长初期(12-13叶龄) (Ls2)和伸长盛期(15-16叶龄) (Ls3)取甘蔗第2片真叶(自顶部起)对应的节间组织, 测定其赤霉素(GA)、生长素(IAA)、油菜素甾醇(BR)、细胞分裂素(CTK)、乙烯(ETH)和脱落酸(ABA)的含量, 并通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析赤霉素合成途径关键基因GA₂₀氧化酶基因(GA20-Oxidase1)、赤霉素受体基因(GID1)和DELLA蛋白编码基因(GAI)的差异表达。结果表明, 在甘蔗伸长期间, GA和IAA含量呈现上升趋势, CTK和ABA含量呈下降趋势, ETH含量先上升后下降, BR含量则变化不明显; GA20-Oxidase1和GID1的表达呈上升趋势, 而GAI的表达则呈下降趋势, 这与相关植物激素的变化基本一致。综上, 甘蔗节间伸长过程主要与GA和IAA相关, 其次为CTK和ABA, 而ETH受到IAA的调控影响节间伸长; 植物激素间通过相互作用调控GA20-Oxidase1、GID1和GAI的表达, 影响GA含量和GA的信号转导过程, 进而影响甘蔗节间的伸长。该研究揭示了甘蔗节间伸长过程中赤霉素生物合成途径和信号转导关键基因的差异表达及植物激素含量的动态变化规律。     

吲哚乙酸对铝胁迫下栝楼生理响应及DNA损伤的缓解作用

为探究IAA(吲哚乙酸)对铝胁迫下栝楼生理响应及DNA损伤的缓解,本研究以河北安国栝楼(耐铝品种)和浙江浦阳栝楼(铝敏感品种)为材料进行水培试验,研究300、800 μmol·L^-1(分别用Al₃₀₀和Al₈₀₀表示)铝环境下不同浓度IAA(0、10、25、50、75 μmol·L^-1,分别以I₀、I₁₀、I₂₅、I₅₀和I₇₅表示)对2个栝楼品种的抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)、光合特性、根系活力、叶绿素含量和DNA损伤的影响。结果表明: 与对照相比,铝胁迫条件下,安国和浦阳品种栝楼的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性、光合作用能力、根系活力等生理指标受到不同程度的抑制,MDA含量明显升高,DNA损伤加重。铝胁迫条件下,与无IAA喷施相比,10～50 μmol·L^-1IAA作用下安国和浦阳栝楼的SOD、CAT和POD酶活性最大增幅分别为15.0%、31.2%、72.3%和13.8%、26.9%、26.4%,叶绿素含量显著增加49.9%和17.9%,MDA积累量减少39.2%和22.4%,荧光参数得到明显改善。25 μmol·L^-1IAA使安国和浦阳栝楼根系活力显著增加159.1%和90.9%,50 μmol·L^-1IAA可有效减缓2个品种栝楼根系DNA拖尾现象,尾部 DNA 百分含量与尾部距离的乘积(OTM)值最大降幅可达27.6%。10～50 μmol·L^-1 IAA能有效提升铝胁迫下栝楼的生理活性,减缓DNA损伤程度,且安国品种的耐铝胁迫能力大于浦阳品种。     

Primary root and root hair development regulation by OsAUX4 and its participation in the phosphate starvation response

Among the five members of AUX1/LAX genes coding for auxin carriers in rice, only OsAUX1 and OsAUX3 have been reported. To understand the function of the other AUX1/LAX genes, two independent alleles of osaux4 mutants, osaux4-1 and osaux4-2, were constructed using the CRISPR/Cas9 editing system. Homozygous osaux4-1 or osaux4-2 exhibited shorter primary root (PR) and longer root hair (RH) compared to the wild-type Dongjin (WT/DJ), and lost response to indoleacetic acid (IAA) treatment. OsAUX4 is intensively expressed in roots and localized on the plasma membrane, suggesting that OsAUX4 might function in the regulation of root development. The decreased meristem cell division activity and the downregulated expression of cell cycle genes in root apices of osaux4 mutants supported the hypothesis that OsAUX4 positively regulates PR elongation. OsAUX4 is expressed in RH, and osaux4 mutants showing longer RH compared to WT/DJ implies that OsAUX4 negatively regulates RH development. Furthermore, osaux4 mutants are insensitive to Pi starvation (-Pi) and OsAUX4 effects on the -Pi response is associated with altered expression levels of Pi starvation-regulated genes, and auxin distribution/contents. This study revealed that OsAUX4 not only regulates PR and RH development but also plays a regulatory role in crosstalk between auxin and -Pi signaling.     

Cloning and characterisation of a basic IAA oxidase associated with root induction in Vitis vinifera.

Changes in apoplastic peroxidases during auxin-induced in vitro rooting of cultured grapevine (Vitis vinifera L. cv. Touriga) stems have been studied. The largest increase in peroxidase activity (EC 1.11.1.7) was associated with the early stages of root initiation and could be attributed to an increase in activity of an apoplastic 36 kDa cationic peroxidase (PxB2). Relative to other peroxidases, PxB2 demonstrated high indole-3-acetic acid (IAA) oxidase activity and apparently contributed the majority of potential IAA oxidase activity in rooting tissues. The distribution of this peroxidase in developing roots additionally associates it with early phases of growth restriction. PxB2 was purified from cell wall extracts prepared from the basal 1 cm of rooting stems. Microsequencing and subsequent cloning of its corresponding 3' truncated cDNA (encoding 255 amino acids of the mature protein) revealed it to have a typical class III peroxidase structure. The results suggest that this class III peroxidase with IAA oxidase activity is important for the control of IAA levels during root initiation and development.     

拟南芥IAA酰胺合成酶GH3-6负调控干旱和盐胁迫的反应

生长素是一种重要的植物激素, 几乎参与了植物所有的生命活动过程。GH3-6具有IAA酰胺合成酶活性, 催化氨基酸与IAA形成IAA的氨基轭合物, 发挥暂时或永久灭活IAA的作用。该文探讨了GH3-6基因在拟南芥(Arabidopsis thaliana)逆境适应过程中的功能。结果显示GH3-6基因受干旱、ABA和高盐的诱导表达。与野生型相比, GH3-6基因过表达突变体dfl1-D对干旱的抗性明显减弱, 叶片失水速率更快。在抗盐方面, dfl1-D也显著弱于野生型。在3种逆境(干旱、ABA和高盐)胁迫下, GH3-6基因的高表达抑制了逆境响应基因RD22、KIN1、RD29A和DREB1A的表达。而且在干旱胁迫下, dfl1-D中ABA的含量明显低于野生型。研究结果证明, 高表达GH3-6基因负调控拟南芥对逆境的抗性。     

多氯联苯促进毛白杨不定根分化的效应

多氯联苯是一种典型的持久性有机污染物。研究表明多氯联苯具有毒物兴奋效应, 但其影响植物生长发育的机制尚不清楚。以毛白杨(Populous tomentosa)组培苗为材料, 探讨3 mg·L^-1 Aroclor1254对不定根分化、植物激素水平、与生长素相关的P009g125900、P006g142600和P002g222700基因表达、与细胞分裂素相关的P005g2489和P005g2376基因表达的影响。结果显示, Aroclor1254可促进毛白杨组培苗不定根分化, 缩短不定根初根时间与分化率达100%的时间, 提高不定根数目; 在不定根诱导期, 用Aroclor1254单独诱导, IAA/(ZR+dhZR)比值与阳性对照无显著差异, P006g142600、P002g222700、P009g125900、P005g2489和P005g2376基因表达变化趋势与IBA单独诱导下各基因表达变化趋势一致。为验证Aroclor1254是否具有生长素效应, 以玉米(Zea mays)和转生长素报告基因DR5::GUS的拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料, 观察Aroclor1254对胚芽鞘生长及DR5::GUS基因表达的影响。结果显示, 一定浓度的Aroclor1254对胚芽鞘的生长无显著影响, 但可诱导生长素报告基因表达。以上结果表明, 多氯联苯类化合物Aroclor1254虽不属于植物生长调节剂, 但具有毒物兴奋效应, 在一定浓度下具有类似生长素的生物学活性。     

AM真菌摩西管柄囊霉对干旱胁迫下枳抗氧化酶基因表达的影响

测定分析了接种丛枝菌根（AM）真菌摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae对正常供水与干旱处理的盆栽枳Poncirus trifoliata实生苗生长、活性氧代谢及抗氧化酶基因表达量的影响。结果表明,7周干旱处理显著降低了根系菌根侵染率。接种摩西管柄囊霉显著促进了干旱处理的枳植株生长,增加了根系体积和叶片相对含水量,显著降低了叶片脯氨酸含量,同时也上调了干旱处理的枳叶片精氨酸脱羧酶基因（PtADC1和PtADC2）和超氧化物歧化酶基因（PtFe-SOD和PtMn-SOD）、过氧化物酶基因（PtPOD）和过氧化氢酶基因（PtCAT1）的表达,因而维持了一个相对更低的活性氧水平（如过氧化氢）,有利于增强植株的抗旱性。     

BAK1 plays contrasting roles in regulating abscisic acid-induced stomatal closure and abscisic acid-inhibited primary root growth in Arabidopsis

The mechanisms that balance plant growth and stress responses are poorly understood, but they appear to involve abscisic acid (ABA) signaling mediated by protein kinases. Here, to explore these mechanisms, we examined the responses of Arabidopsis thaliana protein kinase mutants to ABA treatment. We found that mutants of BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE 1 (BAK1) were hypersensitive to the effects of ABA on both seed germination and primary root growth. The kinase OPEN STOMATA 1 (OST1) was more highly activated by ABA in bak1 mutant than the wild type. BAK1 was not activated by ABA treatment in the dominant negative mutant abi1-1 or the pyr1 pyl4 pyl5 pyl8 quadruple mutant, but it was more highly activated by this treatment in the abi1-2 abi2-2 hab1-1 loss-of-function triple mutant than the wild type. BAK1 phosphorylates OST1 T146 and inhibits its activity. Genetic analyses suggested that BAK1 acts at or upstream of core components in the ABA signaling pathway, including PYLs, PP2Cs, and SnRK2s, during seed germination and primary root growth. Although the upstream brassinosteroid (BR) signaling components BAK1 and BR INSENSITIVE 1 (BRI1) positively regulate ABA-induced stomatal closure, mutations affecting downstream components of BR signaling, including BRASSINOSTEROID-SIGNALING KINASEs (BSKs) and BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 2 (BIN2), did not affect ABA-mediated stomatal movement. Thus, our study uncovered an important role of BAK1 in negatively regulating ABA signaling during seed germination and primary root growth, but positively modulating ABA-induced stomatal closure, thus optimizing the plant growth under drought stress.     

香菇锰过氧化物酶基因（LeMnP1）生物信息学分析及高温胁迫下的表达

本研究对香菇锰过氧化物酶基因（manganese peroxidase 1,MnP1）进行了生物信息学分析,选用香菇出发菌株18和诱变菌株18N44作为实验材料,经测定高温胁迫后菌丝恢复生长速度,分析了高温胁迫过程中香菇锰过氧化物酶基因（LeMnP1）的表达水平及酶活性。结果表明：LeMnP1定位于细胞外,该蛋白属于过氧化物酶超家族,与其他担子菌具有较高的同源性。18N44在高温胁迫后其恢复能力明显强于18;在高温胁迫过程中,18N44中LeMnP1的基因表达水平均高于18,呈现先上升后下降的趋势;在未处理时,18N44的MnP活性显著高于18,随着高温胁迫时间延长,其酶活性显著下降,18的LeMnP1基因表达量及酶活性在整个高温胁迫过程中基本维持稳定。据此推测锰过氧化物酶基因的相对高表达,可能是18N44高温胁迫后恢复生长快的原因之一。     

橡胶树DELLA基因HbRGL1的克隆与表达分析

DELLA蛋白属于植物特异性GRAS家族,是植物生长的负调控因子。为揭示橡胶树DELLA基因在橡胶树生长发育中的分子调控机制,本研究从橡胶树热研7-33-97中克隆HbRGL1的cDNA全长序列,含1 851 bp的ORF,编码616个氨基酸。生物信息学分析表明HbRGL1属于不稳定的亲水蛋白,定位在细胞核上,含有DELLA和GRAS保守结构域。系统进化关系分析表明HbRGL1与橡胶树HbGAIL、木薯MeGAIL、蓖麻RcGAI、麻风树JcGAI聚为一类。qRT-PCR分析表明HbRGL1在橡胶树不同组织中的表达量差异显著,在花中的表达量最高。在生长素（IAA）、乙烯利（ET）和脱落酸（ABA）等不同激素处理叶片中HbRGL1表达量均呈现显著上调趋势,尤其对赤霉素（GA₃）的应答具有反应快速且上调表达倍数最高。本研究为进一步阐明HbRGL1在橡胶树生长发育中的功能奠定理论基础。     

表面活性剂、酸雨和Cd2+复合污染对蚕豆胚根细胞核的毒性

用蚕豆根尖微核技术研究了Cd²⁺单因子以及与表面活性剂、模拟酸雨复合污染时对植物细胞的毒性作用.结果表明,Cd²⁺浓度在0～10.0mg·L^-1范围内,对蚕豆胚根细胞微核的形成有强烈的诱导作用,Cd²⁺浓度6.0mg·L^-1时的细胞微核率为13.85‰,对照组的微核率为4.53‰,此时污染影响指数(PI)为3.06;当环境中存在表面活性剂LAS1.0mg·L^-1或pH值降到4.5和3.5时,同一Cd²⁺浓度下,蚕豆根尖细胞微核率、PI降低,同时伴有核变形,细胞中颗粒物增多,胚根组织不容易分散等症状,根的生长受到抑制,说明表面活性剂、酸雨对Cd²⁺的毒性有协同作用.pH3.5的酸雨环境中Cd²⁺对蚕豆细胞的损伤程度比pH4.5酸雨环境高.在检测高浓度、强毒性污染物的致突变效应时,应作至少3个稀释倍数,找出蚕豆根尖细胞最高微核率及PI.     

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.     

油菜对3种作物种子萌发和幼苗生长的化感作用

油菜是我国重要的绿肥作物,除增加土壤肥力外,对后茬作物也有一定的化感作用。本文研究了不同浓度油菜浸提液(0.025、0.05和0.1 g·mL^-1)对3种作物(燕麦、玉米和向日葵)种子萌发、幼苗生长及生理生化的影响。结果表明: 油菜浸提液对3种作物种子发芽率的影响不显著,但对燕麦有“低促高抑”的趋势,对向日葵有抑制的趋势。油菜浸提液高浓度处理对燕麦幼苗根和茎长、玉米幼苗茎长以及向日葵幼苗根长起抑制作用,低浓度处理对玉米幼苗根茎长起促进作用。燕麦和向日葵幼苗在浸提液浓度为0.05 g·mL^-1时蛋白质含量最大,玉米在0.025 g·mL^-1时蛋白质含量最大,显著高于对照。3个浓度下,向日葵脯氨酸含量均显著降低,玉米脯氨酸含量在浓度为0.05 g·mL^-1时显著高于对照。玉米过氧化物酶(POD)活性在浸提液浓度为0.05 g·mL^-1时最大,向日葵POD活性在浓度为0.025 g·mL^-1时最大,与对照有显著差异,其余浓度处理与对照无显著差异。油菜浸提液浓度为0.025 g·mL^-1时显著降低了燕麦超氧化物歧化酶(SOD)活性,3种作物幼苗过氧化氢酶(CAT)活性与对照均无显著差异。加入油菜浸提液后,向日葵幼苗丙二醛(MDA)含量在浓度为0.1 g·mL^-1时显著增加,玉米幼苗MDA含量在不同浓度处理下均显著低于对照。综合分析,油菜浸提液对向日葵的化感抑制作用最强,其次为玉米、燕麦。