脱落酸调控种子休眠和萌发的分子机制

脱落酸(ABA)是调控种子休眠和萌发过程的主要植物激素。种子内源ABA含量和种胚对ABA敏感性共同调控种子休眠和萌发过程, 确保植物种子以休眠状态在逆境中保持其自身繁衍能力, 并在适宜的环境下启动萌发程序。种子ABA合成代谢和ABA信号转导途径涉及许多重要基因家族, 它们通过复杂的调控网络精确地控制着种胚发生、种子成熟、休眠及萌发进程。该文对ABA调控种子休眠和萌发的分子机制最新研究进展进行综述, 并展望了今后的研究方向。     

脱落酸调控种子萌发和休眠的研究进展

脱落酸(abscisic acid,ABA)是重要的植物激素之一。在促进种子休眠、抑制种子萌发的过程中,ABA发挥着举足轻重的调节作用。种子的萌发始于种子的吸水膨胀,止于胚轴的伸长,是高等植物生命周期中最为关键的阶段。在新生个体萌动的阶段,ABA与其他激素协同互作调控着这一重要的发育过程。现围绕ABA在种子休眠、萌发以及萌发后幼苗生长过程中的信号转导机制,着重从ABA与细胞分裂素和赤霉素等相互作用调控种子萌发的角度,概述相关的最新研究进展,并对今后的研究方向作出展望。     

油菜素内酯与脱落酸互作调控植物生长与抗逆的分子机制研究进展

植物需要同时协调多种不同信号来调节整个生长发育过程。植物激素油菜素内酯(BR)和脱落酸(ABA)是其中发挥重要作用的两类主要内源信号,并且在种子萌发、植物抗逆等过程中存在着密切的交叉互作。随着BR和ABA信号通路中关键元件的不断解析,两者互作调控气孔运动、逆境响应、种子休眠与萌发、植物发育等过程的分子机制研究取得显著进展。本文综述了近年来有关BR和ABA的功能、信号转导通路以及两者互作分子机制的最新进展。     

GA3和变温层积对天女木兰种子萌发及内源激素的影响

用不同质量浓度GA3浸泡天女木兰种子并结合变温层积处理,应用高效液相色谱法对不同时期种子中4种激素GA3、IAA、ABA、ZR含量进行测定,并测量种胚长和萌发率,以探讨天女木兰种胚发育,内源激素含量变化与种子休眠萌发之间的调控关系,为进一步研究种子休眠机理提供理论基础。结果表明:(1)天女木兰成熟种子胚发育不完全,胚乳内高浓度ABA和低浓度GA3是其休眠的主要原因。(2)GA3处理能促使天女木兰种子提前30d完成形态后熟,并以1 500mg·L-1 GA3处理效果最佳。(3)在变温层积过程,天女木兰种胚发育可分三个阶段:阶段Ⅰ(0~70d)完成种胚进一步分化;阶段Ⅱ(70~120d)种胚快速生长时期;阶段Ⅲ(120~150d)休眠完全解除,种子具备发芽能力。种子能否打破休眠主要取决于阶段Ⅰ和Ⅱ的状况。(4)GA3/ABA、IAA/ABA和ZR/ABA在种子后熟期间的变化同胚生长发育存在一致性,认为内源激素的相对水平对种子休眠具有重要的调控作用。     

生长素代谢、运输及信号转导调控水稻粒型研究进展

水稻(Oryza sativa)是世界主要粮食作物。随着我国经济飞速发展, 耕地面积逐年减少, 提高水稻总产量唯有依靠单产的增加。粒重是决定水稻产量的重要因素之一, 其遗传稳定, 受外界环境因素影响较小。粒重由粒型和灌浆程度决定, 而粒型性状包括粒长、粒宽、粒厚和长宽比。水稻种子颖壳和胚乳发育决定了粒型和粒重, 颖壳细胞的增殖和扩张限制籽粒发育, 胚乳占据成熟种子的大部分体积。而生长素调控受精后颖壳和胚乳的发育, 是调控种子发育和影响水稻产量的重要植物激素。生长素的时空分布受生长素代谢、运输和信号转导的动态调节, 以维持生长素在种子发育中的最适水平。该文综述了生长素代谢、运输和信号转导调控水稻粒型的研究进展, 以期为深入探究生长素调控水稻粒型发育机制和提高水稻产量提供线索。     

细胞分裂素调控种子发育、休眠与萌发的研究进展

种子萌发是子代植株建立、生长和繁育的重要阶段, 在种子植物生命周期中起重要作用。种子休眠是在发育过程中形成的, 在生理成熟期达到峰值。种子休眠与萌发的植物激素调控可能是种子植物中一种高度保守的机制。细胞分裂素(CK)是植物体内的一种重要信号分子, 调控植物生长发育的许多方面。生物活性CK的水平由其生物合成、活化、失活、再活化和降解之间的平衡所调控, 种子的发育、休眠与萌发受生物活性CK的水平和信号转导途径调控。该文综述了CK的生物合成与代谢、信号转导以及对种子发育、休眠与萌发的调控作用, 提出了在本领域需要进一步研究的科学问题, 旨在为理解CK调控种子发育、休眠与萌发的分子机理提供参考。     

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。     

种子胎萌机制研究进展

种子胎萌是内在的遗传基础和外部环境共同作用的结果,受许多基因的调控和植物激素的影响。近些年来,随着分子生物学的快速发展,种子胎萌研究已经深入到分子水平。分子生物学技术的运用,特别是基因的克隆与表达、植物激素的生物合成与信号转导和分子遗传学等手段已成为研究种子胎萌的新工具和新方向。现从种皮色泽基因R、矮杆基因Rht3以及Viviparous(Vp)基因家族等方面就种子胎萌相关基因与胎萌关系进行了综述;并对植物激素脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)的生物合成或信号转导在种子胎萌的调控中的作用等方面进行综述。     

植物MAPK级联途径参与调控ABA信号转导

促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联途径信号通路在真核生物细胞信号的转换和放大过程中起重要作用。MAPK级联途径由三个成员组成,分别是MAPK、MAPKK及MAPKKK,此三个信号组分按照MAPKKK-MAPKK-MAPK的方式依次磷酸化将外源信号级联放大向下传递。大量研究表明,植物MAPK级联途径参与调控脱落酸(ABA)信号转导。因此,该文就ABA和MAPK的生物学功能、ABA信号转导中的磷酸化与去磷酸化以及MAPK级联途径与ABA信号转导之间的关系等方面的研究进展进行综述,以便进一步认识MAPK和ABA信号转导的分子机制。     

赤霉素调控玉米种子活力的研究进展

玉米是我国总产与平均单产最高的主要农作物,对于保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。种子活力是衡量种子质量和应用价值的关键指标,高活力种子是确保作物高产、稳产的基础。赤霉素是重要的植物生长调节物质,具有解除种子休眠、促进萌发的作用,外源赤霉素的喷施已被广泛应用于农业生产以提高作物产量。目前赤霉素对玉米种子活力的影响研究多侧重于施加外源GA影响种子活力的相关生理指标上,而赤霉素调控玉米种子活力的作用机理尚需深入研究。本文综述了赤霉素的生物合成、信号转导、作用机制以及对玉米和其他作物种子活力影响的研究进展,旨为深入探究GA对于玉米种子活力的调控机制乃至玉米育种实践中高活力玉米新种质的创制提供参考。     

始于质体/叶绿体的ABA信号通路

该文全面评述了植物激素脱落酸（ABA）受体的研究进展概况,重点介绍细胞内ABA受体ABAR/镁螯合酶H亚基CHLH对ABA信号感知和向下游转导的研究进展,总结了ABAR介导的、起始于质体/叶绿体的ABA信号通路。ABAR是一个跨越叶绿体被膜的蛋白质,其N-端和C-端暴露在细胞质中;ABAR在细胞质一侧的C-端部分与一组WRKY转录因子（WRKY18、WRKY40、WRKY60）相互作用。WRKY18、WRKY40和WRKY60是一组转录抑制因子。它们互相协作,抑制下游重要的ABA信号调节子基因（如ABI4、ABI5、ABF4和MYB2等）的表达,从而负调节ABA信号通路。WRKY40是其中的核心调节子,WRKY18协助加强WRKY40对ABA信号的负调节。ABAR与ABA信号分子结合后,可以刺激WRKY40从细胞核转移至细胞质,促进ABAR与WRKY40的相互作用;进而激发一种未知因子（或信号系统）,阻遏WRKY40的表达,从而解除WRKY40对ABA响应基因转录的抑制,最终实现ABA的生理效应。这些发现描述了一个从信号原初识别到下游基因表达的新的ABA信号通路。论文最后对未来该领域的研究方向进行了讨论。     

Recent advances in ABA signaling

Abscisic acid (ABA) is a major plant hormone that controls germination, seedling growth, and seed development. During the vegetative phase, ABA plays a key regulatory role in adaptive responses to common abiotic stresses, such as drought, high salinity, and cold. In seeds, ABA modulates the synthesis of storage components and prevents the precocious germination of embryos. ABA-regulated processes are critical for plant growth and survival, especially under unfavorable environmental conditions. Numerous genetic and biochemical studies to delineate signal transduction pathways have led to the identification of a large number of ABA signaling components. However, our knowledge about specific response pathways is still fragmentary. Over the past several years, significant progress has been made in identifying key regulators of early events in the ABA response. In this short review, new advances in ABA signaling research, especially those focused on ABA receptors, will be summarized.     

Maize VP1 complements Arabidopsisabi3 and confers a novel ABA/auxin interaction in roots

The maize Vp1 gene and abi3 gene of Arabidopsis are believed to be orthologs based on similarities of the mutant phenotypes and amino acid sequence conservation. Here we show that expression of VP1 driven by the 35S promoter can partially complement abi3-6, a deletion mutant allele of abi3. The visible phenotype of seed produced from VP1 expression in the abi3 mutant background is nearly indistinguishable from wild type. VP1 fully restores abscisic acid (ABA) sensitivity of abi3 during seed germination and suppresses the early flowering phenotype of abi3. The temporal regulation of C1-beta-glucuronidase (GUS) and chlorophyll a/b binding protein (cab3)-GUS reporter genes in developing seeds of 35S-VP1 lines were similar to wild type. On the other hand, two qualitative differences are observed between the 35S-VP1 line and wild type. The levels of CRC and C1-GUS expression are markedly lower in the seeds of 35S-VP1 lines than in wild type suggesting incomplete complementation of gene activation functions. Similar to ectopic expression of ABI3 (Parcy et al., 1994), ectopic expression of VP1 in vegetative tissue enhances ABA inhibition of root growth. In addition, 35S-VP1 confers strong ABA inducible expression of the normally seed-specific cruciferin C (CRC) gene in leaves. In contrast, ectopic ABA induction of C1-GUS is restricted to a localized region of the root elongation zone. The ABA-dependent C1-GUS expression expanded to a broader area in the root tissues treated with exogenous application of auxin. Interestingly, auxin-induced lateral root formation is completely suppressed by ABA in 35S-VP1 plants but not in wild type. These results indicate VP1 mediates a novel interaction between ABA and auxin signaling that results in developmental arrest and altered patterns of gene expression.     

Epigenetic chromatin modifiers in barley: III. Isolation and characterization of the barley GNAT-MYST family of histone acetyltransferases and responses to exogenous ABA

Histone acetylation is a vital mechanism for the activation of chromatin and the corresponding expression of genes competing the action of histone deacetylation and leading to chromatin inactivation. Histone acetyltransferases (HATs) comprise a superfamily including the GNAT/MYST, CBP and TF_II250 families. Histone acetyltransferases have been well studied in Arabidopsis but information from agronomically important crops is limited. In the present work three full-length sequences encoding members of the GNAT/MYST family, namely HvMYST, HvELP3 and HvGCN5, respectively, were isolated and characterized from barley (Hordeum vulgare L.), a crop of high economic value. Expression analysis of the barley GNAT/MYST genes revealed significant quantitative differences in different seed developmental stages and between cultivars with varying seed size and weight, suggesting an association of these genes with barley seed development. Furthermore, all three HvGNAT/MYST genes were inducible by the stress-related phytohormone abscisic acid (ABA) involved in seed maturation, dormancy and germination, implying a possible regulation of these genes by ABA, during barley seed development, germination and stress response.