植物低温诱导转录因子CBF研究进展

植物在低温驯化过程中能诱导许多基因的表达。其中CBF转录因子是目前植物抗寒分子生物学领域研究的热点之一。它通过与低温诱导基因启动子区域中的CRT/DRE调控元件结合,调控一系列低温诱导基因的表达,从而提高植物的抗寒性。对植物低温诱导CBF转录因子的结构、功能及其表达调控等方面的研究进展进行了综述。     

植物ICE1-CBF冷反应通路的激活与调控研究进展

植物细胞可能是通过细胞膜流动性的改变引起胞质Ca2+浓度变化来感受低温信号的。胞质Ca2+浓度升高引起胞内多种钙调节蛋白的活性变化,再经过级联反应激活冷反应基因,增强植物的抗低温能力。目前,已基本清楚,冷反应基因激活的一条主要途径是ICE1-CBF调节通路。概括介绍了近年来植物低温信号感受、转导、冷反应基因的表达激活和调节方面的研究概况,旨在为植物冷驯化的进一步研究奠定理论基础。     

植物冷驯化的分子机理研究进展

植物冷驯化是一个非常复杂的过程,包括植物将感受到的低温信号转变成生化信号,以激活冷诱导基因的启动子,刺激特定的mRNA的转录,并在特定的组织中合成冷驯化蛋白.冷驯化蛋白通过增强膜脂流动性和阻止胞间冰晶形成等方式,以保护细胞免受低温伤害.冷驯化基因的表达以转录后调控为主,也有转录调控.某些冷诱导基因也可受ABA或其他环境胁迫(如高温、干旱、高盐、脱水等)诱导表达.     

提高植物抗寒性的机理研究进展

低温胁迫是世界范围内影响植物产量和品质的主要非生物胁迫.植物抗寒生理生态研究是比较活跃和发展很快的领域.文章综述了提高植物抗寒性机理的研究进展.大量科学研究和生产实践表明,气象因素与植物自身因素是影响植物抗寒性的关键因素,前者主要是温度、光周期和水分,后者主要是植物的遗传学基础、生长时期、发育水平以及低温胁迫下细胞的抗氧化能力.保证植物抗寒基因充分表达对提高植物抗寒性有重要意义.植物抗寒性的遗传机制与调控主要通过5条路径实现:丰富多样的植物低温诱导蛋白,低温转录因子DREB/CBF可同时调控多个植物低温诱导基因的表达,DREB/CBF与辅助因子相互作用调控下游基因表达,Ca2+、ABA及蛋白质磷酸化上游调控低温诱导基因表达,以及不饱和脂肪酸酶基因的表达.基因工程改良植物抗寒性已获重要进展,但距产业化尚有许多开创性的工作要做,目前主要通过导入抗寒调控基因和抗寒功能基因而实现,后者主要是导入抗渗透胁迫相关基因、抗冻蛋白基因、脂肪酸去饱和代谢关键酶基因、SOD等抗氧化系统的基因以及与植物激素调节有关的基因.农林技术对提高植物抗寒性有重大实用价值,其中的不少技术蕴涵着深刻的科学机理,重点评述了抗寒育种、抗砧嫁接、抗寒锻炼、水肥耦合及化学诱导五大技术提高植物抗寒性的作用机理.展望了提高植物抗寒性的研究.     

植物抗寒研究进展

随着拟南芥作为抗寒研究模型的发展 ,在抗寒中起作用的基因已经识别出来 ,并且已经了解这些基因的作用方式。植物在寒冷气候中作出反应的低温信号和调节途径开始研究 ,并且已经用于改良植物的耐胁迫能力。植物抗寒机制研究和在实际应用中如何提高农作物的耐寒性是今后研究的重点。1 .ＣＢＦ/ＤＲＥＢ1蛋白调节抗寒基因的表达Ｇｕｙ等[1] 认为 ,植物遇到冷胁迫时 ,基因表达会发生变化 ,通过研究这些基因的调节作用和功能 ,能进一步了解抗寒的过程。通过研究拟南芥中抗寒调节基因的表达 ,发现了转录活动因子家族 ,并且发现ＣＢＦ/ＤＲＥＢ1调…     

植物冷驯化相关信号机制

植物经过非致死温度的处理可以获得更强的抗冷能力叫做冷驯化,主要包括寒驯化和冻驯化 .在冷驯化过程中,质膜首先感受冷信号,调节胞质中IP3的含量,诱导胞质Ca2+浓度的升高,从而激活CBF基因的表达.至今已经克隆了大量的冷调控基因,组成了复杂的信号传导网络,其中ICE1-CBF-COR通路在植物的冷驯化过程中起到重要的作用.ICE1基因编码一个MYB类型的碱性螺旋 环-螺旋（bHLH）转录因子,在上游调节CBF和 其它转录因子的表达,提高抗冷性. HOS1蛋白通过泛素化介导的蛋白降解负调控ICE1,另外,CBF还通过转录的自我调控保持恰当的表达水平.基因的分析研究证明,RNA修饰和核质转运在植物的抗冷过程中也具有重要作用.在不依赖于CBF的途径中,转录因子HOS9和HOS10在调节抗冷有关基因的表达和提高抗冷能力方面具有至关重要的作用.     

植物冷信号传导机制研究进展

低温胁迫能限制植物地理分布并影响作物产量,但是在适宜的低温条件下处理一段时间后植物就可以获得更强的抗冷和抗冻能力,这个过程称为冷驯化。在冷驯化的过程中,植物感知环境低温,通过一系列信号传导事件调节耐冷相关基因的表达,提高植物的耐冷性。介绍了目前冷信号传导机制研究的一些新进展:包括新发现的冷信号传导途径的上游组分CHILLINGTOLERANCE DIVERGENCE 1(COLD1)和OPEN STOMATA1(OST1);对冷信号途径中关键转录因子C-REPEAT BINDING FACTORS(CBFs)进行CRISPR/Cas9敲除后的转录组测序结果以及短时间冷胁迫处理的蛋白质组学研究结果等。并且根据这些研究进展,总结了一个冷信号传导途径的模式图。     

植物抗冻基因

介绍植物抗寒冻基因研究中一些已分离和鉴定出的低温诱导表达基因及其抗寒功能、低温信号转导以及调控方式的研究进展.     

第七届国际植物抗寒会议在日本札幌召开

国际植物抗寒会议(International Plant Cold Hardiness Seminar)第七届会议于2004年7月10~15日在日本札幌北海道大学召开。来自美国、英国、德国、法国、加拿大、芬兰、挪威、瑞典、波兰、西班牙、中国、日本等12个国家的99名代表参加了本届学术会议。从本届会议的大会报告和提交的论文来看,植物抗寒领域的研究主要集中在以下6个方面:(1)信号转导和基因调节;(2)基因组学和代谢组学;(3)低温抗性的遗传学和遗传应用;(4)低温驯化的生理生化;(5)木本植物低温适应的机理;(6)冰冻伤害和低温驯化的膜生物学。信号转导和基因调节、基因组学和代谢…     

利用抑制性扣除杂交技术克隆水稻磷饥饿诱导基因

磷素是植物生长所必需的重要元素.在缺磷环境中,植物能够调节自身的形态、生理生化和基因表达水平来适应环境的变化.为研究水稻(Oryza sativa L.)耐低磷胁迫的分子机理,采用抑制性扣除杂交技术(SSH)构建磷饥饿诱导的水稻根系扣除cDNA文库.通过文库筛选和测序获得18个已知基因和47个功能未知基因.这些基因参与了不同的代谢过程,包括磷吸收和转运、信号传导、蛋白质合成和降解、碳水化合物代谢和胁迫反应.Northern杂交结果表明,在磷饥饿胁迫下这些基因呈现不同的表达模式,并且不同代谢过程中的基因对磷饥饿有着不同的反应.     

植物冷驯化相关基因研究进展

冷驯化是与提高植物抗冷性有关的生物化学及生理学过程,主要包括寒驯化（cool acclimation）和冻驯化（freezing acdimation）。在冷驯化过程中,植物体内许多基因在转录水平上的表达受到影响,已经克隆了大量的相关基因,它们组成复杂的分子调控网络。目前研究表明不依赖ABA的低温信号转导途径是植物冷驯化机制的重要组成部分,其中CBF/DREB1是该调控过程的关键转录因子,与植物通过冷驯化而提高冰冻耐受能力密切相关。进一步利用转基因技术,可以有效地改善作物的耐冷性状。     

植物冷驯化相关基因研究进展

摘要 冷驯化是与提高植物抗冷性有关的生物化学及生理学过程, 主要包括寒驯化(cool acclimation)和冻驯化(freezing acdimation)。在冷驯化过程中, 植物体内许多基因在转录水平上的表达受到影响, 已经克隆了大量的相关基因,它们组成复杂的分子调控网络。目前研究表明不依赖ABA的低温信号转导途径是植物冷驯化机制的重要组成部分, 其中CBF/DREB1是该调控过程的关键转录因子, 与植物通过冷驯化而提高冰冻耐受能力密切相关。进一步利用转基因技术, 可有效地改善作物的耐冷性状。     

HOS1, a genetic locus involved in cold-responsive gene expression in arabidopsis.

Low-temperature stress induces the expression of a variety of genes in plants. However, the signal transduction pathway(s) that activates gene expression under cold stress is poorly understood. Mutants defective in cold signaling should facilitate molecular analysis of plant responses to low temperature and eventually lead to the identification and cloning of a cold stress receptor(s) and intracellular signaling components. In this study, we characterize a plant mutant affected in its response to low temperatures. The Arabidopsis hos1-1 mutation identified by luciferase imaging causes superinduction of cold-responsive genes, such as RD29A, COR47, COR15A, KIN1, and ADH. Although these genes are also induced by abscisic acid, high salt, or polyethylene glycol in addition to cold, the hos1-1 mutation only enhances their expression under cold stress. Genetic analysis revealed that hos1-1 is a single recessive mutation in a nuclear gene. Our studies using the firefly luciferase reporter gene under the control of the cold-responsive RD29A promoter have indicated that cold-responsive genes can be induced by temperatures as high as 19 degrees C in hos1-1 plants. In contrast, wild-type plants do not express the luciferase reporter at 10 degrees C or higher. Compared with the wild type, hos1-1 plants are l ess cold hardy. Nonetheless, after 2 days of cold acclimation, hos1-1 plants acquired the same degree of freezing tolerance as did the wild type. The hos1-1 plants flowered earlier than did the wild-type plants and appeared constitutively vernalized. Taken together, our findings show that the HOS1 locus is an important negative regulator of cold signal transduction in plant cells and that it plays critical roles in controlling gene expression under cold stress, freezing tolerance, and flowering time.     

Interaction of Temperature and Light in the Development of Freezing Tolerance in Plants

Freezing tolerance is the result of a wide range of physical and biochemical processes, such as the induction of antifreeze proteins, changes in membrane composition, the accumulation of osmoprotectants, and changes in the redox status, which allow plants to function at low temperatures. Even in frost-tolerant species, a certain period of growth at low but nonfreezing temperatures, known as frost or cold hardening, is required for the development of a high level of frost hardiness. It has long been known that frost hardening at low temperature under low light intensity is much less effective than under normal light conditions; it has also been shown that elevated light intensity at normal temperatures may partly replace the cold-hardening period. Earlier results indicated that cold acclimation reflects a response to a chloroplastic redox signal while the effects of excitation pressure extend beyond photosynthetic acclimation, influencing plant morphology and the expression of certain nuclear genes involved in cold acclimation. Recent results have shown that not only are parameters closely linked to the photosynthetic electron transport processes affected by light during hardening at low temperature, but light may also have an influence on the expression level of several other cold-related genes; several cold-acclimation processes can function efficiently only in the presence of light. The present review provides an overview of mechanisms that may explain how light improves the freezing tolerance of plants during the cold-hardening period.     

The molecular biology of the low-temperature response in plants

Plants growing in temperate regions are able to survive freezing temperatures from -5 degrees to -30 degrees C, depending on the species, through a process known as cold acclimation. In the last decade much work has been done on the molecular mechanisms of low temperature (LT) signal transduction and cold acclimation. Mutant studies and microarray analyses have revealed C-Repeat binding factor (CBF) -dependent and -independent signaling pathways in plants. Experimental evidence suggests the existence of 'potential LT sensors' but as yet there is no direct proof. A number of signal transducers such as various kinases/phosphatases have been demonstrated but the signal transduction pathways have not been elucidated. An understanding of the molecular basis of the signaling process, however, is of potential practical application. Designing new strategies to improve cold tolerance in crop varieties could increase the plant productivity and also expand the area under cultivation.