植物SIZ1 SUMO E3连接酶的研究进展

SUMO化修饰是一种重要的翻译后修饰,对蛋白的翻译后调控起到重要作用。植物SIZ1是一种SUMOE3连接酶,在SUMO化的过程中起着关键作用。本文概述了SIZ1的基本结构和功能,阐述了其在植物响应非生物胁迫如高温、低温、干旱、盐和离子胁迫时所发挥的调节功能,并展望了植物SIZ1研究中有待解决的问题。     

蛋白质组学在研究植物响应逆境机理上的应用

逆境条件下植物可以通过改变其基因表达和相关代谢活动来适应,探讨植物基因和蛋白表达谱的变化就成为植物逆境响应机制研究中的重要内容,蛋白质表达谱反映了植物细胞和组织的实际状态,是植物基因表达和最终代谢的关键环节。随着蛋白质分离技术、质谱鉴定技术和植物生物信息学的迅速发展,蛋白质组学在植物响应逆境方面的研究中的应用已经比较成功,加深了人们对植物响应逆境机制的认识,并为人们提供了新的线索和思维。本文主要对蛋白质组学在植物响应非生物逆境(干旱、盐胁迫、低温胁迫、高温胁迫等)和生物逆境(病虫害)的机制研究的应用上进行了综述。     

植物蛋白激酶介导的非生物胁迫和激素信号转导途径的研究进展

干旱、盐渍、低温和高温等非生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物的产量。在长期的进化过程中,植物逐渐形成了对外部刺激快速感知和主动适应的能力,其中植物体内逆境信号的传递在植物快速感知外部刺激和主动适应非生物胁迫过程中起着非常重要的作用。蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的蛋白质磷酸化和去磷酸化是植物体内存在的最普遍且最重要的信号转导调节方式。其中,蛋白激酶的主要作用是将ATP或GTP上的γ磷酸基团转移到特定的底物蛋白上,使蛋白磷酸化,被磷酸化的蛋白发挥相应的生理功能。近年来,利用生物技术和基因工程等手段从细胞、分子水平上研究有关蛋白激酶的抗逆机理,通过基因沉默、基因过表达等策略提高植物的抗逆性成为国内外抗逆分子生物学与分子育种学研究的热点。本文主要对植物蛋白激酶在介导非生物胁迫和激素信号通路中的作用进行综述,为进一步研究植物蛋白激酶功能提供有价值的信息。     

水稻锌指蛋白基因OsBBX6的克隆、表达及生物信息学分析

锌指蛋白作为植物体内一类重要的转录因子,对植物生长发育、基因调控以及响应外界环境变化方面发挥重要作用。Os BBX6基因属于水稻锌指蛋白B-Box基因家族成员,启动子元件分析发现其含有高温应答元件(HSE)、干旱应答元件(MBS)及非生物胁迫响应元件(TC-rich repeats)等逆境相关元件。组织特异性定量表达分析表明,Os BBX6在叶片中表达最高,根其次,茎和幼穗中表达最低。胁迫处理后的荧光定量PCR发现其受低温诱导上调,受高温、干旱、盐胁迫等抑制表达,表明其正向响应低温胁迫,负向响应高温、干旱、盐胁迫等。另外,本研究还克隆了OsBBX6基因,并对其进行了系统进化、蛋白跨膜、蛋白亚细胞定位及OsBBX6基因共表达等分析,为进一步研究其生物学功能奠定基础。     

DREB2s转录因子基因的表达调控机制研究进展

DREB2s是植物特有的转录因子,隶属于AP2/EREBP转录因子家族,对干旱、高盐或低温、高温等非生物胁迫应答基因的表达有重要的调控作用。不同植物来源的DREB2在基因结构上有细微差异,对非生物胁迫的响应亦有不同表现。本文阐述了DREB2s的蛋白质结构特征及其对多种非生物胁迫的应答反应,并深入分析了DREB2s转录水平和转录后加工水平的表达调控分子机制的最新研究进展,为理解DREB2s基因功能、分子调控机制及作物抗逆基因工程提供理论依据。     

沙冬青属植物响应非生物胁迫的蛋白质组学研究进展

沙冬青属植物具有抗寒、抗旱、抗盐碱等特性,是研究植物逆境胁迫和筛选天然抗逆基因库的理想材料。非生物胁迫是限制沙冬青属植物生长发育及地理分布的重要因素,研究沙冬青属植物响应非生物胁迫的蛋白质组学为发掘其相关抗逆蛋白质及探索抗逆机理奠定基础。通过对近年来国内外利用蛋白质组学技术研究沙冬青属植物应答逆境胁迫的相关成果进行总结归纳,综述沙冬青属植物对低温、干旱、高盐等非生物胁迫响应的蛋白质组学最新研究进展,探讨在非生物胁迫下沙冬青属植物蛋白质水平的动态变化,揭示特定的蛋白质网络以及相关逆境应答机制,并对蛋白质组学技术应用前景进行展望,以期为沙冬青属植物抗逆分子机制更深入、全面的研究提供参考依据。     

逆境胁迫下植物表观遗传机制的研究进展

植物着地固定生长不能主动逃避外界危害,只能依靠自身的一些响应机制来防御外界胁迫,表观遗传调控在这个响应机制中起着重要的作用,主要表现在DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑及非编码RNA。植物在遭受低温、高温、干旱、盐、重金属、病毒及激素等因素胁迫后,通过调节抗逆相关基因的表达来响应外界危害。综述表观遗传修饰在各种胁迫下的调控机制,为作物的抗逆研究提供理论依据。     

植物氧化胁迫信号应答的研究进展

干旱、盐害以及极端温度等非生物胁迫是影响植物生长发育的重要因子。植物在遭受胁迫时，活性氧的快速积累导致胞内氧化还原稳态被打破，进一步诱导产生次级氧化胁迫损伤。除了初级非生物胁迫胁迫信号外,植物细胞也需要产生一系列的次级氧化胁迫信号。氧化还原信号的感知与传递在植物氧化胁迫应答过程中发挥重要的作用，其生物化学基础是功能蛋白质发生的氧化还原翻译后修饰，分别又由多种具有氧化还原活性的小分子介导。本文综述了近年来植物氧化还原信号的研究进展，展望了未来的研究方向，以期为研究植物氧化胁迫应答及氧化还原信号转导提供参考。     

氮代谢参与植物逆境抵抗的作用机理研究进展

近年来,植物所受到的诸如干旱、盐、高温、低氧、重金属胁迫和营养元素缺乏等环境胁迫越来越多,严重影响了植物的生长发育及作物的质量和产量。氮素是植物生长发育所需的必需营养元素,同时也是核酸、蛋白质和叶绿素的重要组成成分,其代谢过程与植物抵抗逆境的能力息息相关。氮代谢是指植物对氮素的吸收、同化和利用的全过程,是植物体内基础代谢途径之一。氮代谢主要从氮素吸收、同化及氨基酸代谢等方面参与植物的抗逆性,并通过调节离子吸收和转运、稳定细胞形态和蛋白质结构、维持激素平衡和细胞代谢水平、减少体内活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成以及促进叶绿素合成等生理机制来影响植物抵抗非生物胁迫的能力。因此,提高植物在逆境下的氮代谢水平是减轻外界胁迫对其损伤的一种潜在途径。该文从氮素同化的基本途径出发,分别阐述了氮代谢在干旱胁迫、盐胁迫和高温胁迫等多个方面的逆境抵抗过程中的作用机理,为氮代谢参与植物抗逆性研究提供了有利参考。     

植物抗旱基因工程研究进展

干旱、高温、低温、盐胁迫等是影响植物生存的主要逆境因子,它们均引起植物失水,导致细胞生理干旱,作者对植物抗旱的生物学原理及其基因工程研究进展进行了论述。     

拟南芥SRO蛋白家族的结构及功能分析

许多生物及非生物胁迫都会引起植物的氧化胁迫, 参与植物氧化胁迫反应组分的鉴定备受人们的关注。拟南芥SRO家族成员包括AtRCD1、AtSRO1、AtSRO5等, 调节植物对氧化胁迫的反应。AtSROs参与植物正常的生长发育, 同时在植物应对干旱、盐、重金属等胁迫反应中扮演重要角色。AtSROs存在保守的PARP、RST等特殊功能区, 推测其可能具备蛋白的转录、调节、修饰等功能。文章就拟南芥SRO家族成员的基本状况, 在植物生长发育及应对非生物胁迫反应中的作用进行概述, 为进一步研究AtSROs的生物学功能提供理论基础。     

水稻含有B-box锌指结构域的OsBBX25蛋白参与植物对非生物胁迫的响应

锌指蛋白在调控植物生长发育和应对逆境过程中发挥着重要作用.为进一步研究锌指类蛋白参与植物非生物胁迫响应的分子机制,对水稻(Oryza sativa)中一个编码含有B-box锌指结构域蛋白的OsBBX25基因进行了功能分析.OsBBX25受盐、干旱和ABA诱导表达.异源表达OsBBX25的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)与野生型相比对盐和干旱的耐受性增强,且盐胁迫条件下转基因植物中KIN1、RD29A和COR15的表达上调,干旱胁迫下KIN1、RD29A和RD22的表达上调.外源施加ABA时,转基因植物的萌发率与野生型之间没有明显差异.OsBBX25可能作为转录调控的辅助因子调节胁迫应答相关基因的表达,进而参与植物对非生物胁迫的响应.     

植物蛋白激酶与作物非生物胁迫抗性的研究

干旱、盐碱、高温等非生物逆境胁迫严重影响作物生长发育、产量和品质。在遭受非生物逆境的威胁时,植物通过信号受体,可感知、转导胁迫信号,启动一系列抗逆相关基因的表达,最终缓解或抵御非生物逆境胁迫对植物造成的危害。其中,蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶的磷酸化/去磷酸化作用在植物感受外界胁迫信号的分子传递过程中起到开关的作用。正常情况下,蛋白激酶磷酸化开启信号转导途径,启动相应的抗逆基因表达反应;当信号消失后,蛋白激酶去磷酸化将信号转导途径关闭,达到调控植物正常生长的目的。因此,蛋白激酶在调控感受胁迫信号、启动各种非生物逆境胁迫响应中起到了极其重要的作用。近年来,对植物蛋白激酶参与非生物胁迫响应的研究倍受关注。本文阐述了不同类型蛋白激酶在改良作物非生物胁迫抗性上的应用,为进一步研究提供资料。     

Role of nitric oxide in tolerance of plants to abiotic stress

Nitric oxide (NO) has now gained significant place in plant science, mainly due to its properties (free radical, small size, no charge, short-lived, and highly diffusible across biological membranes) and multifunctional roles in plant growth, development, and regulation of remarkable spectrum of plant cellular mechanisms. In the last few years, the role of NO in tolerance of plants to abiotic stress has established much consideration. As it is evident from the present review, recent progress on NO potentiality in tolerance of plants to environmental stresses has been impressive. These investigations suggest that NO, itself, possesses antioxidant properties and might act as a signal in activating ROS-scavenging enzyme activities under abiotic stress. NO plays an important role in resistance to salt, drought, temperature (high and low), UV-B, and heavy metal stress. Rapidly increasing evidences indicate that NO is essentially involve in several physiological processes; however, there has been much disagreement regarding the mechanism(s) by which NO reduces abiotic stress.     

非生物胁迫下植物脱水素的研究进展

脱水素是LEA蛋白中的一类,广泛存在于植物的各个组织器官及植物胚胎发育后期.脱水素是植物在受低温、干旱和高盐等非生物逆境胁迫时合成的一类高亲水性保护蛋白,具有保护核酸、胞内蛋白和膜结构免受损害的功能.许多研究已经证实在非生物胁迫下,植物脱水素的表达与积累和植物抗逆性之间存在着紧密的联系.对脱水素的结构、亚细胞定位、基因表达模式及非生物胁迫下脱水素作用的最新研究成果进行了综述.     

花烟草NaERF1基因的克隆及在非生物胁迫下的表达模式分析

AP2/ERF类转录因子,是植物所特有的最大的一类转录因子家族,在植物的生长发育过程中,扮演着重要的角色。探究花烟草ERF转录因子的生理功能,为花烟草抵御逆境的分子机制研究提供借鉴。采用同源克隆的方法进行基因克隆。通过对花烟草进行非生物胁迫,运用qPCR的方法进行基因表达模式分析。从花烟草(Nicotiana alata)中克隆了一个属于ERF家族的基因NaERF1。该基因的开放阅读框全长为819 bp,编码了272个氨基酸。生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白分子量为30.7 kD,等电点为6.07;具有AP2/ERF类转录因子家族典型的保守结构域;该基因主要定位于细胞质内,并含有多个磷酸化位点。同源性分析的结果显示,NaERF1基因与茄科植物的ERF同源性较高,并且与普通烟草的ERF亲缘关系最近。NaERF1基因的表达具有组织表达特异性,花中表达量最高,茎中次之,根和叶中表达量较低。同时,在高盐、干旱、低温、ABA、低钾及H2O2等非生物胁迫下,NaERF1的表达呈现5种模式。其中,对低钾及ABA胁迫的响应强烈。NaERF1基因属于AP2/ERF类转录因子,可能广泛参与了花烟草包括非生物胁迫响应在内的众多生理过程。     

Elucidation of Cross-Talk and Specificity of Early Response Mechanisms to Salt and PEG-Simulated Drought Stresses in Brassica napus Using Comparative Proteomic Analysis

To understand the cross-talk and specificity of the early responses of plants to salt and drought, we performed physiological and proteome analyses of Brassica napus seedlings pretreated with 245 mM NaCl or 25% polyethylene glycol (PEG) 6000 under identical osmotic pressure (-1.0 MPa). Significant decreases in water content and photosynthetic rate and excessive accumulation of compatible osmolytes and oxidative damage were observed in response to both stresses. Unexpectedly, the drought response was more severe than the salt response. We further identified 45 common differentially expressed proteins (DEPs), 143 salt-specific DEPs and 160 drought-specific DEPs by isobaric tags for relative and absolute quantitation (iTRAQ) analysis. The proteome quantitative data were then confirmed by multiple reaction monitoring (MRM). The differences in the proteomic profiles between drought-treated and salt-treated seedlings exceeded the similarities in the early stress responses. Signal perception and transduction, transport and membrane trafficking, and photosynthesis-related proteins were enriched as part of the molecular cross-talk and specificity mechanism in the early responses to the two abiotic stresses. The Ca²⁺ signaling, G protein-related signaling, 14-3-3 signaling pathway and phosphorylation cascades were the common signal transduction pathways shared by both salt and drought stress responses; however, the proteins with executive functions varied. These results indicate functional specialization of family proteins in response to different stresses, i.e., CDPK21, TPR, and CTR1 specific to phosphorylation cascades under early salt stress, whereas STN7 and BSL were specific to phosphorylation cascades under early drought stress. Only the calcium-binding EF-hand family protein and ZKT were clearly identified as signaling proteins that acted as cross-talk nodes for salt and drought signaling pathways. Our study provides new clues and insights for developing strategies to improve the tolerance of crops to complex, multiple environmental stresses.