水分胁迫积累的ABA诱导抗氧化防护系统的信号级联

水分胁迫是限制植物生长发育的主要胁迫因子之一。植物通过感受刺激,产生和传递信号、启动多种防御机制对水分胁迫做出响应和适应。脱落酸(ABA)作为一种重要的植物体内胁迫激素,参与了许多这样的反应。研究表明,ABA增强植物水分胁迫的忍耐力与ABA诱导的抗氧化剂防护系统有关;且细胞溶质Ca2 ([Ca2 ]i)、活性氧(ROS)等许多第二信使参与了ABA诱导的信号转导过程。本文就这些信号分子在水分胁迫积累的内源ABA诱导的抗氧化剂防护系统中的作用作一综述。     

逆境胁迫下ABA与钙信号转导途径之间的相互调控机制

Ca2+信号是植物应答各种逆境胁迫响应的一个重要组分,它在植物抗病、抗虫及适应非生物胁迫反应中起着重要的作用.Caz+信号作为第二信使在激素信号转导尤其是ABA信号转导过程中发挥着重要作用.研究表明,当植物受到如干旱、低温、盐害等环境胁迫时,细胞迅速积累ABA,胞内钙离子浓度瞬间升高,然后钙离子浓度呈现忽高忽低的震荡现象.在植物细胞中发现Caz+/CDPK、Caz+/CaM和Caz+/CBL三类钙信号系统,它们与逆境胁迫信号转导密切相关.本文通过综述植物在逆境条件下,ABA与钙信号的产生、转导及产生适应性和抗性等方面,介绍了ABA与钙信号之间的相互调节机制.     

葡萄幼苗高温锻炼过程中与水杨酸相关的信号转导的初步研究

对无性繁殖的‘京秀’葡萄 (Vitisviniferacv.Jingxiu)幼苗高温锻炼 1 2h或外施水杨酸 (SA)后 1 2h发现 ,两种处理引起葡萄内源ABA含量的变化趋势相似 ,即在处理后 1h急剧升高 ,然后又迅速下降 ,并保持这种低水平到处理结束 ,而脂氧合酶 (LOX)活性并没有表现出和ABA相似的变化趋势。高温锻炼期间 ,葡萄叶片内自由态SA含量与ABA变化趋势相似 ,表现出一种典型的化学信号分子特征。而SA合成的限速酶苯丙氨酸解氨酶 (PAL)也表现出和前两者相似的变化趋势。推测SA单独或通过ABA诱导葡萄抗热性。     

SB202190 调节蚕豆保卫细胞中SA 诱导H2O2 产生

运用激光共聚焦扫描技术, 在p38 MAP激酶专一抑制剂SB202190处理下, 探索植物促分裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase, MAP激酶)介导蚕豆(Vicia faba)保卫细胞中H2O2为代表的活性氧(reactive oxygen species, ROS)信号机制, 发现: p38 MAP激酶专一抑制剂SB202190处理没有导致蚕豆保卫细胞中H2O2和Ca2+探针荧光强度增强, 与水杨酸 (salicylic acid, SA) 或脱落酸 (abscisic acid, ABA) 迅速加强2种探针荧光强度形成鲜明对比; 而该抑制剂分别与SA和ABA共同处理, 前者H2O2探针荧光强度没有增加, 而后者荧光强度仍然能够增加; 而进一步使用Ca2+螯合剂BAPTA和SB202190 ＋SA共同处理, H2O2探针荧光强度没有增加。这些结果初步表明: 无论胞质Ca2+浓度高低, SB202190调节蚕豆保卫细胞中SA诱导H2O2产生, 但是不调节植物逆境信使分子ABA 此类的反应。因此推测, 植物细胞中可能有类似动物和酵母细胞中的p38MAP激酶类, 并可能专一调节植物保卫细胞中H2O2信号通路。据我们所知, 这是首次报道SB202190和SA共同调节植物保卫细胞中ROS信号过程。     

NO通过水杨酸(SA)或者茉莉酸(JA)信号途径介导真菌诱导子对粉葛悬浮细胞中葛根素生物合成的促进作用

一氧化氮(NO)是近年来发现对植物细胞次生代谢产物合成具有调控作用的一种新型信号分子. 为了研究NO对植物细胞次生代谢调控的信号转导机理, 考查了在真菌诱导子作用下粉葛悬浮细胞中NO, 水杨酸(SA), 茉莉酸(JA)及葛根素含量的变化情况. 试验结果表明, 真菌诱导子可以诱发粉葛细胞的NO迸发、SA合成和葛根素含量增加, 但细胞中JA水平未发生明显变化. NO猝灭剂cPITO可以阻断真菌诱导子对粉葛细胞中SA和葛根素合成的促进作用, 说明NO是介导真菌诱导子诱发粉葛细胞中葛根素和SA生物合成所必需的上游信号分子. 在缺乏SA积累能力的NahG转基因粉葛细胞中, 真菌诱导子虽然不能促进SA积累, 但仍然可以诱发NO迸发和葛根素生物合成, 并且促进细胞中JA的合成积累. cPITO可以抑制真菌诱导子对NahG转基因粉葛细胞中JA合成的诱导作用, 说明JA是作用于NO下游的信号分子. JA合成抑制剂IBU和NDGA可以抑制外源NO对NahG转基因粉葛细胞中葛根素生物合成的促进作用, 说明NO依赖JA诱发NahG转基因粉葛细胞中葛根素的生物合成. 外源SA处理可以显著降低真菌诱导子对NahG转基因粉葛细胞中JA合成的促进作用, 并逆转IBU和NDGA对NO和真菌诱导子诱发葛根素合成的抑制作用, 说明SA可以抑制细胞中JA的生物合成; 而且当JA合成受到抑制时, SA可以替代JA介导NO和真菌诱导子对葛根素合成的促进作用. 由于真菌诱导子可以促进野生型粉葛细胞中SA的生物合成, 我们推测在野生型粉葛细胞中, 真菌诱导子可能通过诱发SA合成积累抑制了其对细胞中JA合成的促进作用, NO可能主要通过SA信号途径介导真菌诱导子对细胞中葛根素生物合成的促进作用. 而在SA积累受阻的NahG转基因粉葛细胞中, NO则通过激活JA的生物合成并依赖JA信号途径介导真菌诱导子促进粉葛细胞中葛根素的生物合成.     

豌豆热激蛋白Hpc60研究

研究了PEG、NaCl以及作为干旱和盐胁迫响应中信号物质的ABA对豌豆(PisumsativumL.)幼苗中一种热激诱导蛋白———Hpc60表达的影响。结果显示PEG可以提高蛋白的表达水平,其最强诱导能力与38℃热激相近。但NaCl在造成植物同等程度水势下降的情况下对此蛋白没有诱导作用,而且,短时间内还不同程度地降低Hpc60蛋白含量。除引起植株水势的变化外,NaCl处理还显著地改变了胞内Na 和Ca2 的含量。而PEG胁迫后K 、Na 和Ca2 均无明显变化。推测造成PEG和NaCl诱导能力差异的原因可能是NaCl和PEG胁迫伤害的机理不同。NaCl胁迫导致Na 的大量内流,破坏了胞内离子平衡。另外,外源施加ABA不影响此蛋白的含量,推测热激和PEG胁迫对此蛋白的诱导过程不需要ABA中介。     

高温胁迫及其信号转导

高温是影响当前农业生产重要的不得环境因素之一。本文综述了４种信号分子脱落酸（ＡＢＡ）,Ｃa^2 ,水杨酸（ＳＡ）,茉莉酸（ＪＡ）对高温胁迫的响应以及它们的相互关系,高温胁迫能够诱导ＡＢＡ,Ｃa^2 ,ＳＡ的含量升高,并且通过外施ＡＢＡ,Ｃa^2 ,ＳＡ,ＪＡ都能提高植物的抗热性。作为胞内第二信使,外源Ｃa^2 Ｃ能够提高植物超氧化物歧化mei（ＳＯＤ）,过氧化氢mei（ＣＡＴ）以及抗杯血酸氧化mei（ＡＰＸ）的活性,且能     

植物细胞Ca2+荧光蛋白指示剂研究进展

Ca2+作为第二信使参与了植物生长和发育过程的调控,不同生物和非生物胁迫信号均可诱导胞内Ca2+变化.对Ca2+在信号转导作用中的认识主要来自于细胞内Ca2+浓度测定.水母发光蛋白和基于荧光蛋白的Ca2+荧光指示剂作为检测细胞Ca2+信号的手段是近年发展起来的新方法.本文综述了水母发光蛋白和基于荧光蛋白的Ca2+荧光指示剂的发展、测量原理、优点与不足及其在细胞Ca2+信号转导中的应用研究进展.     

外源茉莉酸甲酯诱导抗性与敏感稗草对二氯喹啉酸抗性的差异及机理

以遗传背景一致的抗二氯喹啉酸型和敏感型稗草为供试材料,分析了经外源茉莉酸甲酯(MeJA)预处理后,稗草种群间应对二氯喹啉酸胁迫的抗性水平及4种内源激素含量的变化。结果表明: 外源MeJA处理可显著提高抗性稗草对二氯喹啉酸的抗性,而对敏感稗草的抗性影响不显著。供试稗草间植株体内生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)的含量及其变化幅度存在显著差异。二氯喹啉酸处理显著增加了稗草ABA、SA和JA的含量,且敏感稗草ABA和JA含量升高幅度明显高于抗性稗草;外源MeJA预处理能显著增强二氯喹啉酸对稗草ABA和JA含量的诱导,且敏感稗草变化幅度较大。表明敏感稗草较快的激素变化不利于其应对除草剂胁迫,抗性稗草相对平缓的激素变化赋予了其对除草剂的适应性,且MeJA处理增强了其对二氯喹啉酸的抗性。稗草植株体内ABA和JA激素信号在其抵抗二氯喹啉酸胁迫过程中可能发挥重要的生物学功能。     

朱砂叶螨刺吸胁迫对玉米防御信号分子的诱导作用

【目的】探明朱砂叶螨Tetranychus cinnabarinus持续为害对玉米Zea mays叶片内茉莉酸(jasmonic acid,JA)、水杨酸(salicylic acid,SA)、乙烯(ethylene,ET)、一氧化氮(nitricoxide,NO)、脱落酸(abscisic acid,ABA)和过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)6个防御信号分子的诱导作用。【方法】室内人工接螨(10,20和30头/叶),采用分光光度法(SP)、高效液相色谱法(HPLC)和酶联免疫法(ELISA),测定了朱砂叶螨持续为害0,24,48,72和96 h后,玉米幼苗叶片内6个信号分子的含量。【结果】朱砂叶螨持续刺吸为害玉米幼苗叶片后,JA,ABA和H2O23个信号分子含量在叶螨刺吸为害24 h内迅速上升,在24 h时达高峰值,叶螨密度为30头/叶时其含量分别为同期未接螨对照的4.13,3.84和3.20倍,24-48 h内迅速下降;此后,ABA和H2O2含量维持在较低水平,而JA含量在48-96 h内又上升至次高峰值。NO含量则在24-48 h内上升较快,48 h时达最高,叶螨密度为30头/叶时其含量为同期未接螨对照的5.09倍。SA和ET含量在96 h内均随刺吸时间的延长而增大,96 h时最高,叶螨密度为30头/叶时其含量分别为同期未接螨对照的5.17和2.99倍。叶螨密度为30头/叶时,6个信号分子含量均显著高于同期未接螨对照(P0.05)。【结论】朱砂叶螨为害对玉米叶片内JA,SA,ET,NO,ABA和H2O2均具有诱导作用,且6个信号分子在叶螨持续为害玉米叶片后循序被诱导。     

钙和水杨酸对亚高温胁迫下番茄叶片保护酶活性的调控作用

为了明确Ca²⁺和水杨酸对番茄耐亚高温特性的调控作用,在番茄第1花序第1花开花当天进行昼间亚高温（35 ℃）胁迫处理,并在亚高温处理区喷施10 mmol·L^-1CaCl₂和0.2 mmol·L^-1水杨酸（SA）水溶液,以25 ℃喷施清水为对照,研究叶片保护酶活性（SOD、POD和CAT）和可溶性蛋白质含量的变化.结果表明：亚高温处理使叶片中SOD、CAT、POD活性降低,在处理结束时,SOD、CAT、POD活性分别比对照降低了14.82%、31.84%和 26.34%.而亚高温条件下喷施CaCl₂和SA可以显著降低番茄叶片MDA含量,提高SOD、POD和CAT活性,并使这些指标达到或超过对照水平.说明Ca²⁺和水杨酸对亚高温条件下番茄植株叶片保护酶活性具有正调控作用,这种调控作用可能对亚高温条件下番茄的光合系统起到保护作用.     

Chemical signaling under abiotic stress environment in plants

Many chemicals are critical for plant growth and development and play an important role in integrating various stress signals and controlling downstream stress responses by modulating gene expression machinery and regulating various transporters/pumps and biochemical reactions. These chemicals include calcium (Ca²⁺), cyclic nucleotides, polyphosphoinositides, nitric oxide (NO), sugars, abscisic acid (ABA), jasmonates (JA), salicylic acid (SA) and polyamines. Ca²⁺ is one of the very important ubiquitous second messengers in signal transduction pathways and usually its concentration increases in response to the stimuli including stress signals. Many Ca²⁺ sensors detect the Ca²⁺ signals and direct them to downstream signaling pathways by binding and activating diverse targets. cAMP or cGMP protects the cell with ion toxicity. Phosphoinositides are known to be involved both in transmission of signal across the plasma membrane and in intracellular signaling. NO activates various defense genes and acts as a developmental regulator in plants. Sugars affect the expression of many genes involved in photosynthesis, glycolysis, nitrogen metabolism, sucrose and starch metabolism, defense mechanisms and cell cycle regulation. ABA, JA, SA and polyamines are also involved in many stress responses. Cross-talk between these chemical signaling pathways is very common in plant responses to abiotic and bitotic factors. In this article we have described the role of these chemicals in initiating signaling under stress conditions mainly the abiotic stress.Key words: ABA, abiotic stress, Ca²⁺ binding proteins, calcium signaling, cyclic nucleotides, nitric oxide, phosphoinositides signaling, signal transduction, sugar signaling     

High temperatures change the perspective: Integrating hormonal responses in citrus plants under co‐occurring abiotic stress conditions

Plants growing in the field are subjected to multiple stress factors acting simultaneously. Abnormally high temperatures are expected to affect wild plants and crops in the next years due to global warming. In this work, we have studied physiological, hormonal and molecular responses of the citrus rootstock, Carrizo citrange (Poncirus trifoliata L. Raf. × Citrus sinensis L. Osb.) subjected to wounding or high salinity occurring individually or in combination with heat stress. According to our results, combination of high salinity and heat stress aggravated the negative effects of salt intoxication in Carrizo. The high transpiration rate caused by high temperatures counteracted physiological responses of plants to salt stress and increased Cl^? intake in leaves. In addition, 12‐oxo‐phytodienoic acid accumulated specifically under combination of wounding and heat stress, whereas at low temperatures, wounded plants accumulated jasmonic acid (JA) and JA‐isoleucine (JA‐Ile). Moreover, an antagonism between salicylic acid (SA) and JA was observed, and wounded plants subjected to high temperatures did not accumulate JA nor JA‐Ile whereas SA levels increased (via isochorismate synthase biosynthetic pathway). Wounded plants did not accumulate abscisic acid (ABA) but its catabolite phaseic acid. This could act as a signal for the upregulation of (ABA)‐RESPONSIVE ELEMENT (ABRE)‐BINDING TRANSCRIPTION FACTOR 2 (CsAREB2) and RESPONSIVE TO DISSECATION 22 (CsRD22) in an ABA‐independent way. This work uncovers some mechanisms that explain Carrizo citrange tolerance to high temperatures together with different hormonal signals in response to specific stresses. It is suggested that co‐occurring abiotic stress conditions can modify (either enhance or reduce) the hormonal response to modulate specific responses.     

钙对烟草叶片热激忍耐和活性氧代谢的影响

热胁迫导致烟草叶片细胞膜系统显著受损,表现为SOD活性降低和MDA含量明显升高,叶片叶绿素含量下降,活性氧增加。10 mmol/L CaCl2溶液处理烟草幼苗后,能有效降低热胁迫下叶片细胞膜透性,维持较高的SOD和CAT等抗氧化酶活性,减缓 O-·2 形成和膜脂过氧化反应。研究结果表明,CaCl2处理提高了烟草叶片膜稳定性和膜保护酶活性,有利于保护细胞膜结构,降低高温对烟草幼苗的伤害。钙离子螯合剂EGTA能在一定程度上降低烟草叶片的抗热性。     

SB202190调节蚕豆保卫细胞中SA诱导H2O2产生

运用激光共聚焦扫描技术,在p38MAP激酶专一抑制剂SB202190处理下,探索植物促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAP激酶）介导蚕豆（Vicia faba）保卫细胞中H2O2为代表的活性氧（reactive oxygen species,ROS）信号机制,发现：p38MAP激酶专一抑制剂SB202190处理没有导致蚕豆保卫细胞中H2O2和Ca^2＋探针荧光强度增强,与水杨酸（salicylic acid,SA）或脱落酸（abscisic acid,ABA）迅速加强2种探针荧光强度形成鲜明对比;而该抑制剂分别与SA和ABA共同处理,前者H2O2探针荧光强度没有增加,而后者荧光强度仍然能够增加;而进一步使用Ca^2＋螯合剂BAPTA和SB202190＋SA共同处理,H2O2探针荧光强度没有增加。这些结果初步表明：无论胞质Ca^2＋浓度高低,SB202190调节蚕豆保卫细胞中SA诱导H2O2产生,但是不调节植物逆境信使分子ABA此类的反应。因此推测,植物细胞中可能有类似动物和酵母细胞中的p38MAP激酶类,并可能专一调节植物保卫细胞中H2O2信号通路。据我们所知,这是首次报道SB202190和SA共同调节植物保卫细胞中ROS信号过程。     

Ca^2＋参与茉莉酸诱导蚕豆气孔关闭的信号转导

以Fluo-3 AM为Ca^2＋荧光探针,结合激光共聚焦扫描显微技术,观察到在处理后数十秒内,气孔关闭之前,茉莉酸（JA）可引起[Ca^2＋]cyt的迅速上升;对照和JA的前体物亚麻酸（LA）几乎不能引起[Ca^2＋]cyt的明显变化;钙的螯合剂EGTA预处理可完全阻断JA诱导气孔关闭的效应,并且JA不再引起保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加;质膜Cah通道的抑制剂硝苯吡啶（nifedipine,NIF）可减弱JA诱导气孔关闭的效应,也使JA诱导保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加的幅度有所下降;胞内Ca^2＋释放的抑制剂钌红不能明显改变JA诱导气孔关闲的趋势,但使JA引起的保卫细胞[Ca^2＋]cyt增加有所降低。实验结果表明：Ca^2＋参与JA诱导气孔关闭的信号转导;推测JA引起的[Ca^2＋]cyt升高可能主要来源于胞外,但不能完全排除胞内Ca^2＋的释放。     

葡萄幼苗高温锻炼过程中与水杨酸相关的信号转导的初步研究

对无性繁殖的‘京秀’葡萄（Vitis vinifera cv.Jingxiu）幼苗高温锻炼12 h或外施水杨酸（SA）后12 h发现,两种处理引起葡萄内源ABA含量的变化趋势相似,即在处理后1 h急剧升高,然后又迅速下降,并保持这种低水平到处理结束, 而脂氧合酶（LOX）活性并没有表现出和ABA相似的变化趋势。高温锻炼期间,葡萄叶片内自由态SA含量与ABA变化趋势相似,表现出一种典型的化学信号分子特征。而SA合成的限速酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）也表现出和前两者相似的变化趋势。推测SA单独或通过ABA诱导葡萄抗热性。