PYR/PYL/RCAR蛋白介导植物ABA的信号转导

脱落酸(ABA)在各个植物生长发育阶段以及植物对生物与非生物胁迫的响应过程中都发挥着重要的作用。最近研究表明, 在ABA信号转导途径中有3种核心组份：ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白、负调控因子2C类蛋白磷酸酶(PP2C)和正调控因子SNF1相关的蛋白激酶2(SnRK2), 它们共同组成了一个双重负调控系统-- PYR/PYL/RCAR-| PP2C-| SnRK2来调控ABA信号转导及其下游反应, 且3种核心组份在植物体内的结合方式受时空和生化等因素的影响, 通过特定组合形成的ABA信号转导复合体介导特定的ABA信号反应。文章就PYR/PYL/RCAR蛋白介导的植物ABA信号识别与转导途径的分子基础及其调控机制, 以及PYR/PYL/RCAR-PP2C-SnRK2参与的ABA信号调控网络等研究进展做一概述, 并对该领域今后的研究进行了展望。     

PYR/PYL/RCAR蛋白介导植物ABA的信号转导

脱落酸(ABA)在各个植物生长发育阶段以及植物对生物与非生物胁迫的响应过程中都发挥着重要的作用。最近研究表明,在ABA信号转导途径中有3种核心组份:ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白、负调控因子2C类蛋白磷酸酶(PP2C)和正调控因子SNF1相关的蛋白激酶2(SnRK2),它们共同组成了一个双重负调控系统——PYR/PYL/RCAR—|PP2C—|SnRK2来调控ABA信号转导及其下游反应,且3种核心组份在植物体内的结合方式受时空和生化等因素的影响,通过特定组合形成的ABA信号转导复合体介导特定的ABA信号反应。文章就PYR/PYL/RCAR蛋白介导的植物ABA信号识别与转导途径的分子基础及其调控机制,以及PYR/PYL/RCAR—PP2C—SnRK2参与的ABA信号调控网络等研究进展做一概述,并对该领域今后的研究进行了展望。     

植物ABA受体及其介导的信号转导通路

ABA是调控植物体生长发育和响应外界应激的重要植物激素之一。近年来, ABA受体的筛选和鉴定取得了突破性进展, 为植物中ABA信号转导通路的阐明奠定了重要基础。该文主要综述了ABA-binding protein/H subunit of Mgchelatase (ABAR/CHLH)、G protein-coupled receptor 2 (GCR2)、GPCR-type G protein 1/2 (GTG1/2)和pyrabactin resistant/PYR-like/regulatory component of ABA (PYR/PYL/RCAR)被报道为ABA受体的研究历程, 重点介绍了以ABAR/CHLH PYR/PYL/RCAR为受体的ABA信号转导通路模型的构建, 旨在为ABA受体及其信号转导通路的相关研究提供参考。     

植物脱落酸PYR/PYL/RCAR受体

脱落酸(abscisic acid,ABA)对植物生长发育、生物与非生物胁迫的应答具有重要作用。近年研究发现ABA在植物体中引起的信号通路源于其受体的参与,以ABA受体及ABA信号通路为基础的研究成为新的研究热点。本文简略介绍了ABA受体的研究进展概况,重点介绍细胞内ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白对ABA信号感知和下游转导的研究进展,最后总结了PYR/PYL/RCAR介导的ABA信号通路。     

陆地棉GhPYR1基因的克隆和功能分析

植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)在植物应对干旱、盐碱等逆境胁迫以及植物种子萌发、根伸长、芽休眠等阶段发挥重要作用。PYR/PYL/RCAR蛋白家族是ABA受体,与ABA结合后能够启动ABA信号传导通路,诱导ABA应答基因的表达。利用电子克隆和RT-PCR技术从陆地棉中克隆了Gh PYR1基因,其编码的Gh PYR1蛋白与拟南芥中At PYR1蛋白相似度为73%。将Gh PYR1蛋白序列与拟南芥14个PYR/PYL/RCAR家族成员蛋白序列进行比对并构建进化树,发现它与拟南芥PYR/PYL/RCAR蛋白亚家族III亲缘关系最近。过表达Gh PYR1基因的T3代拟南芥在外源ABA处理下,其种子萌发和初期根生长均滞后于野生型,表现出对ABA更加敏感;高盐和干旱胁迫对转基因种子的萌发抑制更强烈,但苗期胁迫处理下转基因拟南芥的长势却明显优于野生型;同时在外源ABA诱导条件下ABA应答基因RD29A、RAB18的表达量较野生型有明显提高。以上结果说明Gh PYR1基因编码的蛋白是ABA的受体,过表达该基因能够提高植物对ABA的敏感性和增强应对逆境胁迫的能力。     

探索不同培养条件对大肠杆菌表达蛋白的影响

应用基因工程技术,在获得表达脱落酸受体蛋白PYL10的重组大肠杆菌菌株后,研究了表达时长、表达温度和诱导剂浓度对蛋白PYL10表达的影响。在22℃时加入200μmol/L IPTG时,设置变量诱导时间分别为0h、1h、2h、4h、8h、16h,结果发现诱导时长为16h时PYL10的表达量最高;其他条件相同时,探索诱导温度为4℃、15℃、22℃、37℃后发现在22℃下PYL10的表达量最高;同样,保持其他条件相同,改变IPTG浓度(0μmol/L、50μmol/L、100μmol/L、200μmol/L和400μmol/L)发现,在加入200μmol/L IPTG时PYL10的表达量是最高的。     

ABA信号通路的起源与进化

植物激素脱落酸（abscisic acid,ABA）在植物的生长、发育和胁迫反应方面起重要的调控作用,其信号转导通路由4个核心组分共同组成一个双重负调控系统（PYR/PYL/RCAR—| PP2C—| SnRK2—ABF/AREB）,调控ABA应答反应。本文在综述和分析ABA信号通路4个核心组分的起源与进化的基础上,初步提出ABA信号通路的起源与进化路径：A类PP2C、第Ⅲ亚类SnRK2以及转录因子AREB/ABF在水生植物轮藻中已经进化产生,当陆生植物进化产生ABA受体PYR/PYL/RCAR后,即与其它3个组分形成完整的ABA信号通路。在植物进化过程中,ABA信号通路4个核心组分各家族成员的数量（亚类）呈递增趋势。     

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。     

PLC/PLD抑制剂对盐胁迫下玉米幼苗根系新的69.5kD热稳定蛋白表达调控的影响

逆境蛋白在植物抵抗逆境胁迫中具有重要作用。广泛存在于植物中的磷脂酶 (PhospholipaseC/D, PLC/PLD) 是一种逆境信号传递物质, 在逆境蛋白的诱导表达中具有重要意义。该文探讨了不同胁迫及PLC/PLD抑制剂处理后一种新发现的 6 9.5kD热稳定蛋白的表达情况, 为进一步研究PLC/PLD在逆境蛋白表达中的作用机理提供依据。以玉米 (Zeamays) ‘鲁单 90 0 2’幼苗为材料, 用 2 70mmol·L-1NaCl胁迫处理, 然后进行SDS _PAGE (Sodiumdo decylsulfate_Polyacrylamidegelelectrophoresis) 电泳, 从受胁迫的玉米幼苗根系中分离出一种新的 6 9.5kD热稳定蛋白, 其表达量随胁迫时间的延长逐渐增加。该蛋白在恢复正常条件后仍然表达, 表明其可能是一种胁迫适应性蛋白 ;2 0 μmol·L-1ABA处理也能引起该蛋白的表达, 但表达量远低于同期的 2 70mmol·L-1NaCl胁迫处理。NaCl+ABA处理后该蛋白表达量低于NaCl处理, 但高于ABA处理。PLC/PLD抑制剂硫酸新霉素 (Neomycinsulfate, NS) 和正丁醇 (n _Butylalcohol, BA) 对NaCl、ABA和NaCl+ABA诱导的 6 9.5kD热稳定蛋白表达均有明显的抑制作用, 且对ABA和NaCl+ABA两个处理蛋白表达的抑制作用均随抑制剂浓度升高或处理时间延长而逐渐增强, 但对NaCl处理蛋白表达的抑制作用则表现出复杂性。结果表明, 不同处理诱导 6 9.5kD热稳定蛋白表达的敏感程度不同, 而磷脂酶在不同处理诱导的信号传递途径中的作用机理有一定的差别。     

玉米ZmCLCa基因克隆及其对氮素吸收的功能验证

提高玉米的氮素吸收效率具有重要的意义。鉴于CLC蛋白家族具有运输NO-3的特性,本研究通过同源克隆的方法,克隆了玉米CLC家族基因Zm CLCa。该基因所编码的蛋白含有一个电压门控的氯离子通道(chloride channel)结构域,亚细胞定位结果显示该蛋白位于细胞膜上。在200 mmol/L的KNO3处理条件下,拟南芥转基因过表达株系中NO-3的含量明显高于野生型对照。因此,Zm CLCa基因很可能在玉米的氮素吸收利用过程中具有重要作用。     

绒毛白蜡体胚诱导和植株再生

该文探讨了基本培养基、外植体、培养条件以及植物生长调节剂配比对绒毛白蜡(Fraxinus velutina)体胚诱导的影响。结果表明,胚根是诱导体胚发生的最佳外植体;体胚诱导的最适培养基为改良MS+2 mg·L~(–1) 6-BA+0.1 mg·L~(–1) NAA、30g·L~(–1)蔗糖、5.0 g·L~(–1)琼脂;暗培养20天后进行光照培养(14小时光照/10小时黑暗),光密度为100~(–1)20μmol·m~(–2)·s~(–1),昼温度(25±2)°C,夜温度(18±2)°C;成功诱导出体细胞胚并获得再生植株,体胚诱导率可达59.8%,体胚萌发率达81.2%。壮苗最适培养基为改良WPM+0.5 mg·L~(–1) 6-BA+0.2 mg·L~(–1) ZT+0.01 mg·L~(–1) NAA。生根最适培养基为改良1/2MS+1.0 mg·L~(–1)IBA+0.05 mg·L~(–1) NAA+20 g·L~(–1)蔗糖,生根率高达97.3%,试管苗移栽成活率达97.8%。     

外源多胺对盆栽花生盐胁迫的缓解作用

为探讨外源多胺对花生(Arachis hypogaea)抗盐性的影响, 以盆栽花生‘花育22’为试验材料, 通过叶面喷施1 mmol·L^-1腐胺(Put)、1 mmol·L^-1亚精胺(Spd)、1 mmol·L^-1精胺(Spm)的方法, 研究多胺对150 mmol·L^-1 NaCl胁迫下盆栽花生的缓解作用。结果表明, 与对照(CK)相比, 盐胁迫显著抑制了花生植株的生长与荚果产量, 降低了叶绿素含量和抗氧化酶活性, 丙二醛(MDA)含量、叶片相对电导率增加; 在盐胁迫下, 叶面喷施Put、Spd、Spm处理均可有效促进花生植株的生长, 提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性, 增强植株抗氧化能力, 显著降低了花生叶片相对电导率和MDA的积累量, 从而缓解盐胁迫对质膜的过氧化伤害; 提高了叶绿素含量, 促进了植株高度的生长与分支数增多, 增加了干物质积累量, 从而提高了花生荚果产量; 其中, Spm处理引起的变化幅度大于Spd和Put处理。研究结果说明, 多胺有利于花生幼苗在盐胁迫下活性氧代谢和光合色素含量的提高, 促进花生植株的生长, 降低盐胁迫对花生植株的抑制作用, 且Spm处理的效果最好。     

Exogenous polyamines alleviating salt stress on peanuts (Arachis hypogaea) grown in pots

Aims Soil salinity is a major limiting factor for plant establishment, development and productivity. In recent years, the contradiction between oil crops and food crops for land is increasingly prominent. In order not to take up the land for food, peanut planting on saline-alkali land could be a promising option. However, peanuts have been rarely grown in saline-alkali land, which may be due to the reduction of peanut yield caused by salt stress. Therefore, research of peanut salt resistance has important practical significance.Methods In order to investigate the effects of exogenous polyamines on peanut (Arachis hypogaea) grown in pots under salt stress, ‘Huayu 22’, one of the peanut cultivars, was used as materials by being foliar-sprayed with 1 mmol·L^-1 putrescine (Put), 1 mmol·L^-1 spermidine (Spd) and 1 mmol·L^-1 spermine (Spm) to elucidate the role of exogenous polyamines on peanuts under 150 mmol·L^-1NaCl. Important findingsResults showed that growth, yield, chlorophyll contents and antioxidant enzyme activities of peanut seedling decreased, however, malondialdehyde (MDA) content and relative electrolytic leakage increased under salt stress. Meanwhile, exogenous polyamines significantly improved the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT), and reduced the relative electrolytic leakage and MDA content in peanut leaves under salt stress and thus alleviating the oxidative damage of salt stress on plasma membrane. It is obvious that exogenous polyamines could improve chlorophyll contents, plant height, number of branch and the amount of dry matter accumulation, even pod yield under salt stress. Among these three polyamines, the effects of exogenous Spm on alleviating salt stress were most effective These results showed that exogenous polyamines, especially Spm, were favorable for the seedlings to increase reactive oxygen metabolism and photosynthesis, which improved peanut growth and reduced the inhibitory effects of salt stress on peanuts.     

怀山药类原球茎的诱导形成与植株再生

为提高山药离体繁殖的速度, 缩短繁殖周期, 以铁棍山药(Dioscorea opposita cv. ‘Tiegun’)带腋芽茎段为材料, 对类原球茎的诱导、增殖、分化与植株再生进行了研究。结果表明, 铁棍山药类原球茎诱导的最适培养基为MS+1.0 mg·L^-1 TDZ+30 g·L^-1蔗糖, 增殖的最适培养基为MS+9 mg·L^-1 6-BA+30 g·L^-1蔗糖, 分化的最适培养基为MS+2 mg·L^-1 KT+0.02 mg·L^-1 NAA+30 g·L^-1蔗糖, 最适生根培养基为1/4MS+0.05 mg·L^-1 NAA+1.0 mg·L^-1 PP333+15 g·L^-1蔗糖, 生根率达80%, 移栽成活率可达85%。类原球茎的诱导形成及植株再生体系的建立为怀山药种苗的快速繁殖提供了一条新途径。     

海三棱藨草的组织培养与快繁体系

以海三棱藨草(Scirpus × mariqueter)成熟种子为外植体, 通过无菌萌发、丛生芽诱导、增殖、壮苗、生根和移栽等过程, 建立了海三棱藨草的无菌快繁体系。结果表明: 丛生芽诱导和增殖的最适培养基为MS+2.0 mg·L^-1 6-BA+0.002 mg·L^-1 TDZ+0.2 mg·L^-1 IBA; 壮苗最适培养基为1/2MS+0.05 mg·L^-1 6-BA+0.01 mg·L^-1 IBA; 生根最适培养基为1/2 MS+0.2 mg·L^-1 IBA; 最适培养温度为30°C; 再生苗移入珍珠岩:草炭:蛭石=1:1:1 (体积比)的混合基质中, 移栽成活率可达85%以上。生根培养阶段选用容积较大的塑料容器育苗, 可以降低生产成本和提高生产效率。     

粉美人萱草的快繁技术和大田种植

以粉美人萱草(Hemerocallis fulva cv. ‘Fenmeiren’)的花茎为外植体进行离体培养, 该研究成功建立了粉美人萱草组培快繁技术。结果表明, 6月获得的外植体用浓度为15% (v/v)的次氯酸钠溶液消毒8分钟, 外植体存活率达95%; 最佳增殖培养基为MS+1.0 mg·L^-1 6-BA+0.004 mg·L^-1 TDZ+0.1 mg·L^-1 NAA, 培养30天后, 月增殖系数达2.9; 壮苗培养基为MS+0.1 mg·L^-1 6-BA+0.1 mg·L^-1 IBA, 在该培养基中, 组培苗不再分化, 长势健壮; 最佳生根培养基为1/2MS+0.4 mg·L^-1 IBA+20 g·L^-1蔗糖, 生根率达95%; 移栽基质采用珍珠岩:草炭=1:2 (v/v), 通过精细化管理, 成活率可达85%, 出圃合格率为75%。目前已实现规模化繁殖, 并生产组培苗2.0×10⁵株, 大田种植表现良好。     

郁金樱愈伤组织诱导及植株再生

为建立郁金樱(Cerasus serrulata var. lannesiana cv. ‘Grandiflora’)再生体系, 以多年生母株小叶、一年生嫁接苗小叶、腋芽诱导小叶和增殖一代小叶为外植体, 探讨不同外植体和植物激素组合对郁金樱愈伤组织诱导、不定芽分化、增殖和生根的影响。结果表明, 4种外植体均可诱导出愈伤组织, 除多年生母株小叶外皆分化出不定芽, 外植体幼化程度越高, 后期培养潜力越大。以增殖一代小叶为外植体效果最佳, 其最适愈伤组织诱导培养基为MS+0.5 mg·L^-16-BA+1.0 mg·L^-12,4-D, 诱导率达96.22%; 最佳分化培养基为MS+1.0 mg·L^-16-BA+0.1 mg·L^-12,4-D+0.1 mg·L^-1TDZ, 分化率达78.14%; 最佳增殖培养基为MS+1.0 mg·L^-16-BA, 增殖系数可达7.85; 最佳生根培养基为不含任何激素的1/2MS培养基, 生根率达100%。不同外植体获得的再生植株移栽成活后生长差异显著, 以增殖一代小叶诱导的再生植株长势最佳。     

Characteristics and partitioning of ozone dry deposition measured by eddy-covariance technology in a winter wheat field

Aims Anthropogenic pollutants cause an increase in ground-level ozone concentration, which is a known threat to plant growth and yield and has been extensively observed worldwide. Since ozone is only slightly soluble in water, it is deposited mainly through dry deposition in terrestrial ecosystem. The object of this study was to analyze the characteristics of ozone dry deposition and to estimate the contribution of stomatal and non-stomatal ozone deposition pathways to total ozone deposition in a winter wheat field.Methods The research site was a winter wheat (Triticum aestivum) field located in Yongfeng experimental station of Nanjing University of Information Science & Technology. The data used in this study were collected from March 16, 2016 to May 30, 2016. We observed ozone dry deposition with an eddy-covariance system. This system mainly included a 3D sonic anemometer, an open-path infrared absorption spectrometer, a fast-response ozone chemiluminescent analyzer and a slow-response ozone monitor. We simultaneously measured meteorological data including solar radiation (SR), air temperature (T), air relativity humidity (RH), wind speed, net radiation, and rainfall. All raw data were recorded with data-logger and averaged every 30 min.Important findings Half hourly means of ozone concentrations (C_O3), ozone flux (F_O3) and ozone dry deposition velocity (V_d) in the winter wheat field were 32.9 nL·L^-1, -5.09 nmol·m^-2·s^-1, 0.39 cm·s^-1, and the ranges of them were 16-58 nL·L^-1, -2.9- -11.7 nmol·m^-2·s^-1, 0.17-0.63 cm·s^-1, respectively. F_O3 and C_O3/V_d were found to be mismatched with phase peaks occurring at different time intervals. The ecosystem was more effective on ozone dry deposition, under conditions of moderate to high SR (SR ≥ 400 W·m^-2), moderate T and humility (T = 18 °C and RH > 40%). The relationship between V_dmax and SR was this function (y = 1.06 -exp (-0.0094 - x)). V_dmax increased with SR When SR < 400 W·m^-2, and V_dmax reached its maximum when SR =400 W·m^-2. V_dmax maintained its maximum when SR ≥ 400 W·m^-2. The relationship between V_dmax and T was “bell” curve (y = 1.06 - (x - 18)²/169). V_dmax reached its maximum when T = 18 °C. V_dmax decreased with RH when RH < 40 % (y = 0.030x - 0.106). The variation of V_d might uncertainty when RH was high. There was a liner positive relationship between friction velocity (u*) and V_d, but this relationship was not significant. The mean day-to-day and daytime contributions of stomatal and non-stomatal ozone deposition pathway to total ozone deposition were 32%, 68% and 42%, 58%, respectively, during the whole experimental period.     

氮处理对大豆根瘤固氮能力及GmLbs基因表达的影响

共生根瘤的固氮效率受外界氮素的严格调控。除固氮酶活性外, 豆血红蛋白(Lb)浓度亦是反应固氮能力的重要指标。为明确氮水平对生物固氮作用的影响, 以大豆(Glycine max)为材料, 在低氮(0.53 mmol·L^-1)条件下接种根瘤菌, 30天后再进行高氮(5.3、10、20、30和40 mmol·L^-1)处理7天, 分析Lb浓度、固氮酶活性及类菌体发育状态。结果表明, 随着外界氮浓度的增加, 根瘤由红变绿, 且红色Lb明显减少而绿色Lb急剧增加; 固氮酶活性显著被抑制, 类菌体中侵染细胞数目和面积显著下降, 表明高氮引起Lb形态的改变与固氮能力关系密切。利用生物信息学及公开表达谱等数据进行分析, 发现大豆根瘤中主要含有4个共生Lb基因, 即GmLb1、GmLb2、GmLb3和GmLb4。4个GmLbs亲缘关系很近且位于进化树的同一分支。进一步分析GmLb1-4转录水平对氮的响应, 结果表明, GmLb1-4的表达显著受高氮抑制。研究结果可为揭示氮介导根瘤衰老机制及生物固氮的应用提供依据。     

芍药花药愈伤组织诱导及体细胞胚发生

以芍药(Paeonia lactiflora)品种粉玉奴花药为外植体, 研究不同浓度2,4-D对愈伤组织诱导、体胚发生及植株再生的影响, 采用组织细胞学方法观察愈伤组织以及体细胞胚发育过程, 采用根尖染色体法鉴定再生植株倍性。结果表明, 芍药花药愈伤组织诱导的最适培养基为MS+1 mg·L^-12,4-D+1 mg·L^-1 NAA+0.1 mg·L^-1 KT+30 g·L^-1蔗糖+6.5 g·L^-1琼脂, 愈伤组织诱导率为14.7%。转入体细胞胚诱导培养基上, 历经球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚阶段, 体胚诱导率为52.1%; 在成苗培养基中能够长出真叶并得到完整植株, 成苗率为47.1%。经根尖染色体法鉴定出单倍体和二倍体植株。该研究初步建立了通过体细胞胚间接发生途径实现植株再生的培养体系, 可为芍药属其它品种的花药培养提供借鉴, 获得的再生植株是芍药遗传学研究和育种工作的重要材料。