植物赤霉素生物合成和信号传导的分子生物学

赤霉素 (GAs)在植物的种子萌发、茎的伸长和花的发育等许多方面起着非常重要的作用。最近几年 ,对GA生物合成及其信号传导途径相关基因的研究取得了惊人的进展。这些进展促进了对其生物合成及其信号传导途径的认识。GA生物合成相关基因的表达受到多种内源和外源因子的调控 ,其中研究较多的是发育阶段、激素水平和光信号等内源及环境因子的调控。GA信号传导通常处于抑制状态 ,GA信号通过去抑制作用激活该传导途径而促进GA刺激植物生长和发育。     

植物赤霉素生物合成和信号传导的分子生物学

赤霉素(GAs)在植物的种子萌发、茎的伸长和花的发育等许多方面起着非常重要的作用。最近几年,对GA生物合成及其信号传导途径相关基因的研究取得了惊人的进展。这些进展促进了对其生物合成及其信号传导途径的认识。GA生物合成相关基因的表达受到多种内源和外源因子的调控, 其中研究较多的是发育阶段、激素水平和光信号等内源及环境因子的调控。GA信号传导通常处于抑制状态, GA信号通过去抑制作用激活该传导途径而促进GA刺激植物生长和发育。     

赤霉素的矮化作用及在草坪草育种中应用展望

赤霉素(GA)在植物的种子萌发、茎的伸长和花的发育等许多方面起着非常重要的作用。GA矮化突变体可分为两类,合成型突变体和非应答型突变体。合成型突变体在于抑制、阻碍了激素的生物合成和代谢步骤,使得内源GA缺乏或痕量存在。在GA的非应答突变体中,其突变体表现出GA合成缺陷型矮化,但体内含有大量有生物活性的GAs。在草坪草育种中,利用GA的矮化作用,通过基因克隆和转基因技术育成矮化的草坪草品种,以降低修剪费用。     

雄性核不育水稻矮秆突变体突变分子机制的初步研究

以株-1S、SV1S、SV14S为研究材料,分析这3种材料的胚乳α-淀粉酶活性、第二叶鞘及节间长度对赤霉素(GA3)反应,结果表明来源于株-IS的SVIS、SV14S突变体的矮化变异与赤霉素信号传导途径无明显关系．此外,通过3种材料的基因组DNA和线粒体DNA的RAPD分析,发现矮秆突变体株系的基因组DNA和线粒体DNA都存在一定的变化,从而在DNA分子水平上进一步证实了SV1S和SV14S突变体的遗传突变．其突变的生理机制与赤霉素信号传导途径无明显关系,很可能与赤霉素生物合成途径有关．     

水稻矮化小穗突变d18新等位基因的发现及生理功能分析

株高和穗型是决定水稻产量密切相关的农艺性状.本研究从粳稻品种台北309经甲基磺酸乙酯诱变的群体中分离出一个能稳定遗传的矮化小穗突变体,主要表现矮化、粒长增加而宽度变小和穗型变小等特点.遗传分析表明,该突变体受单隐性核基因控制.定位于水稻第1号染色体的Indel标记P4和P5之间,物理距离约为20 kb.由于该区间只有一个已经克隆的矮化基因Dwarf18(d18),其功能编码赤霉素3β-羟化酶(GA3ox2).所以,表明突变基因与d18可能等位.测序比对发现,该突变基因的第2个外显子发生了1个碱基(G)的缺失,造成无义突变,实时荧光定量PCR结果显示,OsGA3ox2基因在突变体中表达量显著下降.因此,将该突变基因暂命名为d18-1.组织切片观察结果显示,与野生型相比,突变体的茎部倒三节间纵向细胞长度显著变短,但细胞数目增多.生理功能结果分析表明,突变体对外源激素GA更敏感,但对外源激素BR不如野生型敏感.检测与GA和BR生物合成与信号传导途径相关基因的表达结果发现,与野生型相比,在突变体中参与GA失活基因OsGA2ox3出现了下调表达,GA生物合成相关基因OsGA20ox2和OsGA3ox2也出现了下调表达,GA信号传导途径中的关键基因都没有明显的差异表达变化.另外,参与BR的合成或者信号传导途径的大部分相关基因在突变体中的表达都出现了下调.由此证明,突变体矮化是由于GA激素的不能正常合成所导致,并且对外源活性BR的响应通路受损而造成对BR激素的低敏感反应.另外,对孕穗期的野生型和突变体的幼穗进行转录组测序分析表明,与野生型相比,突变体检测到1497个差异表达基因,这些差异基因涉及苯丙素的生物合成、糖代谢和碳代谢等.因此,推测突变体中的OsGA3ox2基因发生了无义突变影响了GA和BR生物合成与信号传导途径以及穗型发育相关调控途径,这为更深入研究调控水稻矮化以及穗型的遗传网络提供了新的信息.     

赤霉素信号转导与植物的矮化

论述近年来在拟南芥、水稻等模式植物中赤霉素信号转导的研究进展。通过对赤霉素相关突变体的生理研究 ,鉴定出几个介入赤霉素信号转导过程的重要基因 ,并对这些基因的产物进行分析 ,根据相应的蛋白特征结构域 ,推导了它们可能具有的功能。利用双突变体 ,分析了这些基因的上下游关系 ,确定了在植物中 ,GA信号转导的几个途径。在此基础上提出了赤霉素信号转导的基本模式 :阻遏是GA信号转导过程中最基本的方式 ,GA信号通过去除阻遏作用来激活转导途径 ,从而调节GA相关的生长与发育。     

赤霉素和光对拟南芥种子萌发和幼苗生长的影响

以拟南芥的赤霉素 (GA)缺陷型突变体ga 1,ga 2 ,ga 3和GA不敏感型突变体ga i为材料 ,研究了光和 4种GA对拟南芥种子萌发和幼苗生长影响的相互关系。结果表明 :(1)烯效唑对ga i种子萌发的抑制在光下可明显被GA恢复 ,而在黑暗中GA的作用不明显。 (2 )在光下低浓度的外源GA3 可使ga 1,ga 2和ga 3的种子萌发 ,而在黑暗中同样浓度的GA3 则难以使种子萌发。 (3)光可以降低种子萌发所需求的GA的剂量。 (4 )ga i和ga 1的幼苗的呼吸代谢有明显差异。以上结果说明 :光对拟南芥种子萌发的促进主要是提高了种子对GA反应的敏感性而不是增加GA的生物合成     

OsGA3ox通过合成不同活性GA调控水稻育性及株高

赤霉素(gibberellin,GA)是一种重要的激素,参与调控植物多种生长发育过程。GA生物合成通路已基本阐明,其中赤霉素3β羟化酶(gibberellin 3β-hydroxylase,GA3ox)是多种活性GA合成的关键酶。水稻中有2个GA3ox基因(OsGA3ox1和OsGA3ox2),其生理功能虽有初步研究,但它们在合成活性GA调控水稻发育过程中是如何分工协作尚不清楚。本研究通过CRISPR/Cas9技术获得基因编辑突变体ga3ox1和ga3ox2,发现ga3ox1花粉育性显著下降,而ga3ox2株高显著变矮,表明OsGA3ox1是花粉正常发育必需的,而OsGA3ox2是茎叶伸长必需的。组织表达分析表明,OsGA3ox1主要在未开的花中表达,OsGA3ox2主要在未伸长的叶中表达。进一步对野生型(WT)和两个ga3ox突变体未开的花、未伸长的叶及根中的GA进行检测分析,发现OsGA3ox1在花中催化GA9形成GA7与花粉育性密切相关;OsGA3ox2在未伸长的叶中催化GA20形成GA1调控株高;OsGA3ox1在根中催化GA19形成GA20,调控GA3的生成。总之,OsGA3...     

赤霉素作用机理的分子基础与调控模式研究进展

赤霉素(gibberellins或gibberellic acid, GA)作为植物生长的必需激素之一, 调控植物生长发育的各个方面, 如: 种子萌发, 下胚轴的伸长, 叶片的生长和植物开花时间等。近年来随着植物功能基因组学的进一步发展, 有关赤霉素生物合成及其调控, 赤霉素信号转导途径, 以及赤霉素与其他激素和环境因子的互作等领域的研究取得了较大的进展。本文综述了赤霉素生物合成的生物学途径及其调控研究; GA信号转导通道的研究进展, 特别是DELLA蛋白阻遏植物生长发育的分子机理和GA解除阻遏作用(derepress)的分子模型; GA受体研究的新进展; 探讨GA与其它激素之间的相互作用, 以及植物在应答环境过程中的作用。     

毛竹赤霉素合成相关酶基因的全基因组鉴定和表达分析

赤霉素(GA)参与调节植物多种生长发育过程,其生物合成在体内受到严格的控制。研究毛竹(Phyllostachys edulis)赤霉素合成通路相关的酶基因,对于揭示其在毛竹生长发育中的作用具有重要价值。对毛竹全基因组进行分析发现,涉及赤霉素生物合成的酶基因有7类共50个,包括4个CPS、3个KS、5个KAO、1个KO、10个GA20ox、20个GA2ox、和7个GA3ox。不同酶基因的各个成员虽是比较保守的,但其基因结构、基本理化性质均存在着一定的差异。亚细胞定位预测表明,PeCPSs和PeKSs定位在叶绿体上,PeKAOs位于内质网上,PeGA20oxs、PeGA2oxs和PeGA3oxs定位于细胞质基质中。进化分析显示,毛竹GA生物合成通路相关酶与来自水稻的相应酶均具有较高的一致性,亲缘关系较近。利用转录组数据分析基因表达的组织特异性,结果表明不同类酶基因以及同一类酶基因的不同成员的表达均存在一定的差异。例如:PeCPS-1、PeCPS-4和PeKO为组成型表达,PeKAO-5主要在笋幼芽中表达,PeGA20ox-10仅在幼芽和根中表达;PeGA2oxs中有9个为组成型表达,7个为特异性表达,而PeGA3oxs中分别有5个和2个。本研究为深入了解毛竹内源GA生物合成奠定了基础,为利用GA生物合成酶基因人为调控植物生长发育提供了参考。     

Mutations at the SPINDLY locus of Arabidopsis alter gibberellin signal transduction.

Three independent recessive mutations at the SPINDLY (SPY) locus of Arabidopsis confer resistance to the gibberellin (GA) biosynthesis inhibitor paclobutrazol. Relative to wild type, spy mutants exhibit longer hypocotyls, leaves that are a lighter green color, increased stem elongation, early flowering, parthenocarpy, and partial male sterility. All of these phenotypes are also observed when wild-type Arabidopsis plants are repeatedly treated with gibberellin A3 (GA3). The spy-1 allele is partially epistatic to the ga1-2 mutation, which causes GA deficiency. In addition, the spy-1 mutation can simultaneously suppress the effects of the ga1-2 mutation and paclobutrazol treatment, which inhibit different steps in the GA biosynthesis pathway. This observation suggests that spy-1 activates a basal level of GA signal transduction that is independent of GA. Furthermore, results from GA3 dose-response experiments suggest that GA3 and spy-1 interact in an additive manner. These results are consistent with models in which the SPY gene product regulates a portion of the GA signal transduction pathway.     

小麦矮秆突变体jm22d响应赤霉素处理的转录组学分析

为拓宽小麦矮秆遗传资源,利用γ射线辐照济麦22获得了一个赤霉素不敏感型矮秆突变体jm22d。株高相关性状调查结果及茎秆细胞学试验显示,jm22d株高为53±1.8 cm,比野生型（WT）低约20 cm。jm22d整株茎秆共有4节,比WT少一节且各节间长度显著小于WT。与WT相比,jm22d茎秆细胞长度缩短。赤霉素含量测定发现,jm22d叶片中赤霉素含量高于WT,而茎秆中赤霉素含量低于WT（P<0.01）,因此,jm22d株高降低与赤霉素转运途径出现异常有关。为了深入研究jm22d对赤霉素的响应机理,对jm22d和WT幼苗进行赤霉素处理,分别收取处理0（D0）、1（D1）和3 d（D3）的样品进行转录组学分析。结果表明,与WT相比,在jm22d中共筛选到696个上调和1 067个下调的表达基因,其中62个和349个基因在3个时间点分别表现为上调和下调表达。叶绿素含量测定表明,jm22d中叶绿素含量随赤霉素处理时间的延长而降低,聚类分析结果表明,差异表达基因主要富集在光合作用-天线蛋白（photosynthesis-antenna proteins,ko00196）、卟啉和叶绿素代谢（porphyrin and chlorophyll metabolism,ko00860）、亚油酸新陈代谢（linoleic acid metabolism,ko00591）等通路,因此赤霉素处理对jm22d体内叶绿素含量的积累具有抑制作用。通过KEGG分析在植物激素信号转导途径中挖掘到5个差异表达基因（TraesCS2B01G582300、TraesCS2B01G600800、TraesCS2B01G556600、TraesCS2B01G630000和TraesCS6B01G439600）参与生长素、细胞分裂素等激素代谢途径,这些基因在jm22d中显著下调,这可能是jm22d矮化的重要原因。研究结果为矮秆突变体矮化机制的解析提供了重要参考。     

Jasmonate Signal Pathway in Arabidopsis

Jasmonates （JAs）, which include jasmonic acid and its cyclopentane derivatives are synthesized from the octadecanoid pathway and widely distributed throughout the plant kingdom. JAs modulate the expression of numerous genes and mediate responses to stress, wounding, insect attack, pathogen infection, and UV damage. They also affect a variety of processes in many plant developmental processes. The JA signal pathway involves two important events： the biosynthesis of JA and the transduction of JA signal. Several important Arabidopsis mutants in jasmonate signal pathway were described in this review.     

Cross talk between gibberellin and cytokinin: the Arabidopsis GA response inhibitor SPINDLY plays a positive role in cytokinin signaling

SPINDLY (SPY) is a negative regulator of gibberellin (GA) responses; however, spy mutants exhibit various phenotypic alterations not found in GA-treated plants. Assaying for additional roles for SPY revealed that spy mutants are resistant to exogenously applied cytokinin. GA also repressed the effects of cytokinin, suggesting that there is cross talk between the two hormone-response pathways, which may involve SPY function. Two spy alleles showing severe (spy-4) and mild (spy-3) GA-associated phenotypes exhibited similar resistance to cytokinin, suggesting that SPY enhances cytokinin responses and inhibits GA signaling through distinct mechanisms. GA and spy repressed numerous cytokinin responses, from seedling development to senescence, indicating that cross talk occurs early in the cytokinin-signaling pathway. Because GA3 and spy-4 inhibited induction of the cytokinin primary-response gene, type-A Arabidopsis response regulator 5, SPY may interact with and modify elements from the phosphorelay cascade of the cytokinin signal transduction pathway. Cytokinin, on the other hand, had no effect on GA biosynthesis or responses. Our results demonstrate that SPY acts as both a repressor of GA responses and a positive regulator of cytokinin signaling. Hence, SPY may play a central role in the regulation of GA/cytokinin cross talk during plant development.