蓝光和环境温度调控拟南芥生长发育的机制研究

随着地球的周期性自转,地球上绝大部分生物都处在昼夜交替的环境之中。光照和环境温度作为两种重要的环境信号对生物体的生长发育具有至关重要的作用。光照不仅仅是植物进行光合作用的能量来源,同时也是调控植物生长发育的重要环境信号。光照和环境温度可以共同调控模式生物拟南芥的下胚轴伸长、开花启始等一系列生理过程,但是这两种环境因子如何协同调控拟南芥的生长发育却有待深入研究。中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所刘宏涛课题组的研究发现,拟南芥蓝光受体CRY1可以以蓝光依赖的方式和转录因子PIF4直接相互作用,通过抑制PIF4的转录活性,从而调控下游基因表达和植物在高温下的下胚轴伸长。通过表达谱的分析发现,蓝光和环境温度可以共同调控两个功能未知的新基因COR27、COR28的转录,COR27、COR28通过影响生物节律从而调控拟南芥的开花启始以及对冷冻胁迫的抗性。     

拟南芥NPH3/RPT2-Like (NRL)家族蛋白在向光素信号转导通路中的作用研究进展

向光素PHOT1和PHOT2感受蓝光刺激后发生自磷酸化激活, 调节植物气孔开放、叶绿体运动、叶片伸展和定位以及向光性(包括根的负向光性和下胚轴的向光性)等多种适应性反应。拟南芥(Arabidopsis thaliana) NRL (NPH3/RPT2-Like)家族成员在向光素介导的信号途径中发挥重要作用, 其中NPH3特异调控下胚轴的向光性以及叶片的伸展与定位, RPT2参与调节植物向光性、叶片的伸展与定位以及叶绿体聚光反应等。NCH1是新发现的NRL家族成员, 与RPT2以功能冗余的方式调节叶绿体的聚光反应, 但不调节避光反应。该文主要综述了NRL蛋白家族成员在向光素介导蓝光信号通路中的作用, 并展望了未来的研究方向, 旨在为全面揭示NRL家族成员的功能提供线索。     

拟南芥QUA1基因在光信号途径中的表达与功能分析

光信号在植物生长发育过程中具有非常重要的作用。不同的光信号通过调节植物下游基因的表达,进而影响细胞分化、结构和功能的改变,以及组织和器官的形成,参与植物光形态建成。QUA1 (QUASIMODO1)是拟南芥糖基转移酶家族中的一个成员,参与植物细胞壁中果胶的合成。本文以拟南芥qua1-1/cry1以及qua1-1/phyB双突变体为材料,对QUA1基因在光信号途径中的功能进行了分析。结果显示,qua1-1突变体在暗、蓝光、红光以及远红外光培养条件下下胚轴的伸长均受到抑制,QUA1基因的表达同样受到光信号的调节,而且突变体中多种光信号调节基因的表达也受到了影响。通过对qua1-1突变体下胚轴的观察发现,突变体下胚轴表皮细胞长度明显变短。与cry1以及phyB突变体相比,qua1-1/cry1和qua1-1/phyB双突变体下胚轴长度明显变短,而且双突变体中光信号调节基因的表达也有明显变化,表明QUA1可能参与了CRY1以及PHYB介导的蓝光及红光信号传导。以上结果表明QUA1影响了下胚轴细胞的伸长以及光信号调节基因的表达,并参与调控多种光信号传导途径。     

拟南芥NPH3/RPT2-Like(NRL)家族蛋白在向光素信号转导通路中的作用研究进展

向光素PHOT1和PHOT2感受蓝光刺激后发生自磷酸化激活,调节植物气孔开放、叶绿体运动、叶片伸展和定位以及向光性(包括根的负向光性和下胚轴的向光性)等多种适应性反应。拟南芥(Arabidopsis thaliana) NRL (NPH3/RPT2-Like)家族成员在向光素介导的信号途径中发挥重要作用,其中NPH3特异调控下胚轴的向光性以及叶片的伸展与定位,RPT2参与调节植物向光性、叶片的伸展与定位以及叶绿体聚光反应等。NCH1是新发现的NRL家族成员,与RPT2以功能冗余的方式调节叶绿体的聚光反应,但不调节避光反应。该文主要综述了NRL蛋白家族成员在向光素介导蓝光信号通路中的作用,并展望了未来的研究方向,旨在为全面揭示NRL家族成员的功能提供线索。     

向光素调节植物向光性及其与光敏色素/隐花色素的相互关系

蓝光受体向光素(PHOT1/PHOT2)调节蓝光诱导的植物运动反应, 包括植物向光性、叶绿体运动、气孔运动和叶片伸展等。其中, 向光素介导的植物向光性能够促使植物弯向光源, 确保其以最佳取向捕获光源, 优化光合作用。光敏色素和隐花色素作为光受体也参与植物的向光性调节。该文综述了向光素介导的拟南芥(Arabidopsis thaliana)下胚轴向光弯曲信号转导及其与光敏色素、隐花色素协同作用的分子机制, 以期为改造植物光捕获能力及提高光利用效率提供理论基础。     

隐花素在生长素调控拟南芥下胚轴伸长中的作用分析

以拟南芥野生型(Col-4)和隐花素双突变体cry1cry2为材料,研究不同光照条件下不同浓度吲哚乙酸(IAA)和IAA极性运输抑制剂氨基酞氨酸(NPA)对幼苗下胚轴伸长的影响。结果显示,低浓度IAA(10-7mol/L)可促进连续白光和红光下cry1cry2幼苗下胚轴伸长,而连续蓝光下cry1cry2下胚轴的伸长则受到抑制。蓝光下相同浓度的NPA对cry1cry2幼苗下胚轴伸长的抑制程度比野生型要小。RT-PCR分析结果显示,瞬时蓝光处理时IAA合成关键酶基因IGPS以及生长素应答基因IAA1和IAA5在cry1cry2突变体中的转录水平比野生型中要高。这表明隐花素可能部分通过调节IAA合成和/或IAA极性运输,介导蓝光调控拟南芥下胚轴的伸长。     

拟南芥光形态突变体的筛选与基因鉴定

以哥伦比亚(Columbia)野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,用含有激活标记双元质粒pCB260的农杆菌浸花进行转化,构建拟南芥T-DNA插入突变体库.通过突变体的筛选和表型分析,获得了两株光形态突变体,子叶下胚轴伸长的光抑制效应减弱.通过TAIL-PCR(thermal asymmetric interlaced-PCR)技术,成功扩增出突变植株T-DNA插入位点侧翼序列,经NCBI序列比对,T-DNA分别插在CRY1第一和第三外显子部位.突变体的表型分析及PCR鉴定结果表明,T-DNA插入CRY1并影响到突变植株的光形态建成.     

被子植物下胚轴细胞伸长的分子机理

作为一种正常的生命现象, 植物下胚轴伸长是长期自然选择的结果, 也是植物进行光合作用、实现自养的必要前提。但下胚轴过度伸长容易造成幼苗徒长, 使植株长势弱, 抗逆能力差, 不利于产量提高和品质改良。该文综述了被子植物下胚轴的发育过程、下胚轴伸长的细胞学机制、植物激素及环境信号调控下胚轴细胞伸长分子机制的最新研究进展, 并展望了未来的研究方向。     

LaHY5基因对独行菜下胚轴低温伸长的影响

独行菜种子下胚轴伸长存在低温停滞现象,是研究温度对植物下胚轴伸长影响的良好材料。为了揭示下胚轴伸长相关转录因子HY5在独行菜下胚轴低温伸长中的作用,该研究从独行菜种子转录组中获得LaHY5序列,并进行了克隆、序列分析,通过实时定量PCR技术研究了该基因表达与低温诱导及萌发阶段的关系,并通过转化拟南芥分析该基因表达对下胚轴低温伸长的影响。结果表明:(1)LaHY5基因的cDNA序列包含447 bp的完整阅读框序列,其编码产物为富含丝氨酸的149个氨基酸组成的肽链,包含典型的BRLZ结构域,相对分子质量为16.830 kD,分子式为C_(692)H_(1156)N_(228)O_(246)S_7,理论等电点为8.73,与十字花科植物同源序列高度一致。(2)LaHY5基因在独行菜萌发过程中的种子或幼苗中受低温诱导快速上调表达。(3)转LaHY5基因拟南芥种子在常温或低温条件下,下胚轴伸长均比野生型植株快。研究表明,LaHY5转录因子在种子低温萌发及幼苗耐受低温胁迫中起重要作用,但LaHY5基因并不是造成独行菜下胚轴伸长低温停滞的限制性因素。     

拟南芥GH3.9基因的过表达及其表型分析

为研究GH3.9基因在植物生长发育过程中的作用,利用RT-PCR成功克隆到GH3.9基因,该基因全长为1 750bp。通过构建pEGAD-GH3.9过表达载体转化拟南芥,获得过表达GH3.9基因纯系转基因株系GH3.9ox-3和GH3.9ox-7。对拟南芥野生型(WT)和转基因株系(GH3.9ox-3和GH3.9ox-7)幼苗用不同光强和光质进行处理,结果显示:在蓝光、红光、远红光等不同光照强度下培养,过表达株系幼苗下胚轴的生长均明显受到抑制,且较野生型明显;采用不同光周期处理拟南芥幼苗,过表达幼苗下胚轴的伸长明显低于野生型;对成年植株表型进行观察,发现过表达株系植株矮小、雄蕊变短、果荚短小。研究表明:GH3.9基因参与了拟南芥生长发育调控,过表达GH3.9基因对拟南芥生长有抑制作用。