植物应答非生物胁迫的蛋白质组学研究进展

逆境对植物的生长发育产生不利影响,植物在长期适应环境中演化出了相应的机制。蛋白质是基因表达的最终产物,是细胞生命活动的基础,在逆境条件下,许多与逆境相关的蛋白质表达量发生变化。蛋白质组学技术的发展为鉴定和研究逆境响应相关蛋白提供了手段,为阐述逆境应答分子机理提供了重要的依据。本综述根据近年来采用蛋白质组学研究植物应答非生物胁迫(干旱,高盐和低温)的结果,总结并讨论了不同逆境下蛋白表达的组织特异性特点,旨在为理解植物的逆境胁迫响应机制提供更多信息。     

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。     

沙冬青逆境胁迫分子生物学研究进展

逆境胁迫是影响植物生长发育的重要因素,植物的抗逆机理是分子生物学研究的重要领域。随着分子生物学技术的发展,有关植物抗逆方面的研究已取得了很大的进展,初步揭示了植物应对逆境胁迫适应性的分子机理。沙冬青是我国温带荒漠地区惟一的常绿灌木,具有很强的抗逆性,是开展植物逆境胁迫研究和抗逆基因筛选的理想材料。本文综合论述了抗逆植物沙冬青的抗逆机理及逆境胁迫相关基因的分子生物学研究进展,为植物抗逆基因工程发掘更多的基因资源和抗旱植物的抗逆性研究提供思路。     

蛋白质组学在植物逆境胁迫研究中的进展

蛋白质组学是后基因组时代研究的热点领域之一,自从蛋白质组这个概念被提出以来,其研究一直受到广泛关注,其研究技术也有了极大地进步。植物时刻都面临各种非生物胁迫,包括干旱、冷、盐、金属等,在长期进化过程中,植物形成独特的机制来响应逆境,然而目前对于植物如何适应逆境的分子机制尚未完全阐明。因此蛋白质组学作为一种强有力的研究技术手段,将为研究植物响应胁迫的分子机制提供理论支撑。介绍了蛋白质组学的产生背景、研究技术手段及植物在各种胁迫条件下的蛋白质组学研究、植物亚细胞器的蛋白质组学研究状况,同时对植物蛋白质组学的发展前景进行了展望。     

植物质膜蛋白质组的逆境应答研究进展

质膜作为原生质体与外界环境的屏障, 除了维持正常的细胞内稳态和营养状况, 还参与感知和应答各种环境胁迫。近年来, 植物质膜蛋白质组学研究为深入分析植物应答不同生物和非生物胁迫的分子机制提供了重要信息, 已经报道了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)等10种植物质膜应对生物胁迫(白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)感染)与非生物胁迫(冷、盐、水淹、渗透、高pH值、Fe缺乏及过量、氮素、脱落酸、壳聚糖和壳寡糖)过程的蛋白质丰度模式变化。通过整合分析植物质膜响应逆境的蛋白质组学研究结果, 揭示了质膜在植物应答逆境胁迫过程中的重要作用。植物通过调节转运蛋白、通道蛋白及膜泡运输相关蛋白的丰度变化促进细胞内外的信号传递、物质交换与运输; 同时利用膜相关的G蛋白、Ca²⁺信号、磷酸肌醇信号途径及BR信号途径等多种信号通路, 通过蛋白质可逆磷酸化作用感知和传递胁迫信号, 调节植物抵御胁迫。研究结果为从蛋白质水平认识质膜逆境应答分子调控机制提供了新线索。     

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。     

植物应答逆境胁迫的蛋白质组学研究进展

逆境胁迫是制约植物生长发育、影响作物产量和质量的关键因子,揭示植物应答胁迫的分子机理一直是人们长期探索的重大课题.随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序的完成,植物基因组学的研究重点已经转变为功能基因组学研究,蛋白质组学是后基因组时代的新兴研究领域,它有助于人们从分子水平上了解植物耐受胁迫的机制.介绍了植物应答非生物胁迫,如盐胁迫、温度胁迫、干旱胁迫、营养胁迫和机械伤害等,以及生物胁迫,如病菌侵害的蛋白质组学最新研究进展,并探讨了利用蛋白质组学技术研究植物抗逆性方面的优势和前景.     

差异蛋白质组学技术在植物响应低温胁迫研究中的应用

低温是影响植物生长和地理分布最主要的非生物胁迫因子之一,研究植物响应低温胁迫的分子机制是当前植物生理与分子生态学研究领域的热点问题.利用蛋白质组学技术发现与植物低温应答相关的蛋白,为解析植物抗寒分子机制提供重要信息,对于全面揭示植物低温适应的遗传基础和抗寒机理具有重要意义.综述了近年来运用差异蛋白质组学技术和策略研究模式植物以及非模式植物响应低温胁迫的主要进展,同时指出了该研究领域目前仍存在的问题及今后的发展方向.     

非生物胁迫下植物组蛋白修饰参与基因表达调控的研究进展

植物生长过程中不可避免的要面对不利的环境因素,它们已经进化出了灵活的基因表达重编程机制应对干旱、高盐、冷、热或洪涝等非生物环境胁迫。近年来,随着表观遗传学研究的不断深入,发现组蛋白翻译后修饰特性会受环境胁迫的影响而改变,启动相关胁迫应答基因表达,或者充当胁迫应答转录因子的下游参与调控转录活动,组蛋白修饰已经被证实在植物逆境的响应过程中起着至关重要的作用。主要综述了非生物胁迫下植物组蛋白修饰参与基因转录应答的最新进展,以期为植物非生物胁迫耐受性的相关研究提供参考。     

植物对非生物逆境响应的转录调控和代谢谱分析的研究进展

非生物逆境严重影响植物的生长发育,植物响应非生物逆境是通过复杂的转录调控网络和代谢网络实现的。植物转录组学和代谢组学的技术方法有助于研究植物对非生物逆境的应答机制。本文对植物非生物逆境响应中的转录调控和代谢谱分析的研究进展进行了综述。     

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。     

植物应答非生物胁迫的代谢组学研究进展

代谢组学技术是研究植物代谢的理想平台, 通过现代检测分析技术对胁迫环境下植物中代谢产物进行定性和定量分析, 可以监测其随时间变化的规律。而各种组学平台包括基因组学、转录组学及代谢组学的整合, 更是一个强有力的工具箱, 将所获得的不同组学的信息联系起来, 有利于从整体研究生物系统对基因或环境变化的响应, 如可判断代谢物的变化是从哪一个层面开始发生的, 帮助人们揭开复杂的植物胁迫应答机制。该文对近期代谢组学技术及其与蛋白质组学、基因组学技术相结合探索植物应答非生物胁迫的研究进行了综述。代谢组学的应用, 拓展了对植物耐受非生物胁迫分子机制的认识, 开展更多这方面的研究, 再通过植物代谢组学、转录组学、蛋白质组学和基因组学整合, 有助于从整体水平上把握植物胁迫应答机制。     

表观遗传调控植物响应非生物胁迫的研究进展

植物的生长发育容易受到外界环境变化的影响。非生物胁迫发生时, 表观遗传机制对胁迫应答基因的表达调控发挥了十分重要的作用。近年来, 调控植物非生物胁迫应答的表观遗传机制研究取得了一系列重要进展, 为进一步深入解析植物响应非生物胁迫的分子机制奠定了基础。该文对DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA等主要表观遗传调控方式在植物响应非生物胁迫中的作用进行了简要综述。     

植物非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰的蛋白质组学研究进展

蛋白质赖氨酸乙酰化是植物中普遍存在的重要蛋白质翻译后修饰过程。过去的研究主要集中在染色体组蛋白的乙酰化修饰及其调控机制。目前,随着定量乙酰化蛋白质组学技术的发展,大量非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰被发现,其在植物中存在的普遍性及其生理功能的重要性也随之凸显。非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰在植物不同组织、器官和细胞器中大量存在,广泛参与植物生长发育的各种代谢过程的调控,并在植物应答和适应逆境胁迫中发挥作用。综述了近年来植物非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰的蛋白质组学研究进展,阐明乙酰化修饰在植物不同组织和亚细胞中的分布特征以及在植物生长发育和逆境胁迫响应中的作用,并阐述乙酰化修饰与其他蛋白质翻译后修饰的交互作用,最后对未来的研究进行展望和讨论。     

植物逆境胁迫相关蛋白激酶的研究进展

干旱、高盐、高温和低温等非生物胁迫及各种病虫害等生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量.蛋白激酶主要通过激活不同的磷酸化途径介导外界环境信号的感知和传递,调控下游抗逆基因的转录表达,启动相应的生理生化等适应性反应来降低或消除危害.该文对近年来国内外有关与非生物胁迫和生物胁迫信号传导相关的受体蛋白激酶、促分裂原活化蛋白激酶、钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激酶、蔗糖不发酵相关蛋白激酶和其它胁迫相关的植物蛋白激酶的研究进展进行综述,探索蛋白激酶介导的不同磷酸化途径应对逆境胁迫的信号传递网络,为进一步了解植物逆境分子应答机制提供依据.     

蛋白质组学研究揭示的甘蓝型油菜非生物胁迫应答机制

油菜(Brassica napus L.)是我国的主要油料作物之一,在生长发育过程中经常受到干旱、高温、高盐和营养缺乏等非生物胁迫。这些胁迫通常会阻碍油菜的生长发育,导致品质和产量下降。近年来,快速发展的高通量蛋白质组学技术为揭示油菜胁迫响应分子机制提供了新线索。本文综合分析了油菜不同组织/器官(如:叶片、根、下胚轴和种子)在响应盐、高温、干旱、草酸和缺素(磷、硫和硼)等逆境过程中675种蛋白质的丰度变化特征,揭示了其胁迫应答机制,主要包括:(1)通过G蛋白介导的信号通路感知与传递胁迫信号;(2)通过改变参与糖类与能量代谢相关酶的丰度调节代谢水平;(3)通过叶绿素合成的变化调节光合作用;(4)调节转录因子、蛋白质合成与命运相关蛋白质的丰度,从而在转录、翻译以及翻译后修饰等水平上应答逆境;(5)通过调节膜联蛋白、V型H+-ATP酶等质膜蛋白质,促进细胞内物质吸收与转运;(6)通过细胞骨架动态重塑保持正常细胞结构;(7)利用调节抗氧化酶系统清除活性氧,并通过合成多种防御物质减轻细胞受到的伤害。本综述为解析油菜逆境应答网络体系中的关键调控及代谢通路的变化提供了重要信息。     

利用蛋白质组学技术揭示的植物高温胁迫响应机制

高温是限制植物生长和产量的主要非生物胁迫因子.近年来,蛋白质组学研究为我们从系统生物学水平深入认识植物高温胁迫应答的复杂的分子机制提供了重要信息.目前,已经分析了模式植物拟南芥、主要粮食作物(大豆、水稻和小麦)、耐热植物(匍匐剪股颖、马齿苋、假虎刺),以及野生毛葡萄、胡杨、苜蓿、半夏等应答高温胁迫过程中的蛋白质组变化特征.这些研究共鉴定到838种响应高温胁迫的蛋白质,其中534种蛋白质表达受到高温诱导,304种蛋白质表达受到抑制.本文整合分析了上述植物在应对不同程度高温胁迫(30～45 ℃处理0～10 d)时蛋白质表达模式的变化特征,为解释高温胁迫应答网络体系中重要的信号与代谢通路(如：信号转导、胁迫防御、糖类与能量代谢、光合作用、转录、蛋白质合成与命运、膜与转运等)的变化提供了证据和线索,为深入认识植物应答高温胁迫的分子调控机制奠定了坚实的基础.     

基因芯片研究植物逆境基因表达新进展

逆境胁迫影响植物的正常生长, 导致作物减产, 甚至绝收。提高作物的抗逆性一直是作物遗传育种学家追求的目标, 大量研究也正试图揭示这一复杂的生物学机制。传统的从生理生化水平到单一基因的研究都难以揭示植物复杂的抗逆机制, 而基因芯片(Gene chip)的应用使得这一目标成为了可能, 基因芯片从整个转录水平入手, 能够揭示大量基因的表达和调控情况, 同时结合蛋白质组学和代谢组学的研究方法, 将基因定位于代谢途径的某个位置, 寻找逆境胁迫响应的关键基因, 完善植物逆境胁迫响应的分子网络, 为今后利用生物技术手段提高作物抗逆境胁迫能力提供依据。文章主要对近年来基因芯片在植物逆境胁迫基因表达研究中的进展进行了综述。     

非生物胁迫相关NAC转录因子的结构及功能

NAC是植物特有的一类转录因子,参与植物多个生长发育过程,还参与植物对逆境胁迫的响应。本文对非生物胁迫相关NAC转录因子的结构特征、功能预测、表达特性、在转基因植物中的作用及调控路径进行综述。非生物胁迫相关NAC转录因子具有典型的NAc胁迫亚家族结构特征,根据这些结构特征可以预测其功能;非生物胁迫相关NAc转录因子能响应多种非生物胁迫,其转基因过表达大多能使转基因植物提高一种或几种胁迫耐受性;非生物胁迫相关NAc转录因子有着复杂的调控路径。这些NAc转录因子可用于提高转基因植物的逆境耐受性。     

水稻抗非生物逆境功能基因的发掘

水稻遭受的非生物逆境包括干旱、淹涝、盐害、低温、高温等。非生物逆境抗性有着复杂的遗传和分子基础,解析水稻非生物逆境抗性的机制将有助于抗逆新品种的培育。抗逆性受到很多小效应遗传位点的控制,成百上千个与形态和生理响应以及发育相关的基因和抗逆性相关。尽管在水稻中已鉴定了很多抗逆相关基因,但直接利用抗逆基因进行水稻抗逆遗传改良的成功例子还非常少。最近的抗逆基因功能研究发现,很多基因在形态和生理水平响应或调控不同的逆境,这为理解水稻复杂的抗逆机制提供了新的线索。现简要概述了近年来水稻主要非生物逆境抗性相关基因分离和功能鉴定方面的研究进展。