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PP2C蛋白磷酸酶ABA信号转导及逆境胁迫调控机制研究进展

蛋白磷酸酶(protein phosphatase,PP)是蛋白质可逆磷酸化调节机制中的关键酶,而PP2C磷酸酶是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,是高等植物中最大的蛋白磷酸酶家族,包含76个家族成员,广泛存在于生物体中。迄今为止,在植物体内已经发现了4种PP2C蛋白磷酸酶。蛋白激酶和蛋白磷酸酶协同催化蛋白质可逆磷酸化,在植物体内信号转导和生理代谢中起着重要的调节作用,蛋白质的磷酸化几乎存在于所有的信号转导途径中。大量研究表明,PP2Cs参与多条信号转导途径,包括PP2C参与ABA调控,对干旱、低温、高盐等逆境胁迫的响应,参与植物创伤和种子休眠或萌发等信号途径,其调控机制不同,但酶催化活性都依赖于Mg2+或Mn2+的浓度。植物PP2C蛋白的C端催化结构域高度保守,而N端功能各异。文中还综述了高等植物PP2C的分类、结构、ABA受体与PP2Cs蛋白互作、PP2C基因参与ABA信号途径以及其他逆境信号转导途径的研究进展。     

逆境下拟南芥ABA信号途径负调控因子的研究进展

ABA信号途径的主要负调控因子蛋白磷酸酶2C(protein phosphatase 2C,PP2C)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(protein Ser/Thr phosphatases,PSP),为ABA信号传导途径下游的关键组分.拟南芥中PP2C主要包括ABI1、ABI2、HAB1、AHG3和PP2CA,它们通过改变ABA信号的强弱等调控植物的胁迫应答.该文主要对国内外有关PP2C家族的组成以及在逆境胁迫下负调控ABA信号途径中的调控机制和应答特征等方面的研究进展进行综述.     

植物凝集素类受体激酶参与非生物胁迫响应的研究进展

植物在生长发育过程中会受到各种胁迫因子的影响,非生物胁迫是其中极其重要的一类。类受体激酶(receptor-like kinases, RLKs)是植物中广泛存在的一类蛋白,能够快速有效地对胁迫因子作出响应,最终引起一系列生物效应。凝集素类受体激酶(lectin receptor-like kinases, LecRLKs)是RLKs的一个亚族,其具有细胞外凝集素结构域、跨膜结构域和细胞内激酶结构域三个结构域。根据细胞外凝集素结构域的不同可分为L、G和C三种不同类型。近年来,大量的研究表明植物凝集素类受体激酶在非生物胁迫响应中发挥重要作用。LecRLKs通过识别非生物胁迫相关的信号分子,激活下游的信号通路,如MAPK通路、ROS通路、钙信号通路等,调节基因表达和蛋白质翻译以增强植物的抗逆性。该文概述了植物凝集素类受体激酶的结构特征及其分类,并系统综述了LecRLKs在盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、机械损伤和植物激素等非生物胁迫响应中的功能和作用机制,同时也对LecRLKs的未来研究方向作出了展望。该文不仅为深入了解植物凝集素类受体激酶参与非生物胁迫响应的功能提供了参考,而且为利用LecRLKs进行作物抗逆育种改良提供了理论依据。     

异三聚体G蛋白在植物非生物胁迫应答中的作用

异三聚体G蛋白(Heterotrimeric GTP-binding proteins)是真核生物中一类重要的信号传导分子,由Gα、Gβ和Gγ3个亚基组成。异三聚体G蛋白不仅参与了植物的生长发育调控,而且还在多种非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。本文着重介绍异三聚体G蛋白在植物非生物胁迫应答中的作用及可能的调控机制,并结合当前研究现状对未来研究方向提出展望,以期为今后深入研究异三聚体G蛋白在植物非生物胁迫应答中的调控机制提供参考。     

类受体蛋白激酶与植物非生物胁迫应答

类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinase,RLK)是植物信号转导网络中的重要成员,参与介导生长、发育以及逆境胁迫应答等多种细胞代谢过程．在植物细胞中已发现和克隆了富含亮氨酸重复区型(LRR)、凝集素型(lectin-like)和细胞壁相联型(WAK)等不同的RLK亚家族．这些RLK能够感受多种发育和外界环境胁迫信号, 并在植物对非生物胁迫的响应过程中发挥重要的调控作用．本文结合当今国内外研究进展,简述植物RLK的典型结构域特征,详细介绍多种RLK在植物逆境信号识别与转导中发挥的作用,同时对RLK在非生物胁迫应答中的具体作用机制进行了探讨．     

植物bHLH转录因子参与非生物胁迫信号通路研究进展

干旱、高盐以及低温作为主要的非生物胁迫在全球范围内影响了许多粮食作物的生长和产量。植物对非生物胁迫的适应性应答主要是通过复杂的信号通路改变大量下游基因表达来实现。b HLH作为植物体内第二大类转录因子,能与E-box顺式作用元件特异性结合,调控胁迫-应答相关基因的表达。侧重对植物中b HLH转录因子参与非生物胁迫信号通路的最新研究进展进行综述,以期进一步了解植物b HLH转录因子在逆境胁迫方面发挥作用的分子机理,为基因工程调控植物应答胁迫的能力提出理论依据。     

植物凝集素类受体蛋白激酶研究进展

自然界中植物的生长发育受到各种环境变化的影响。为了响应外界各种环境条件,植物演化出一系列识别和传递环境信号的蛋白分子,其中比较典型的是植物细胞质膜上的类受体蛋白激酶(RLKs)。凝集素类受体蛋白激酶(LecRLKs)是类受体蛋白激酶家族中的一个亚族,它主要包含3个结构域:细胞外凝集素结构域、跨膜结构域和细胞内激酶结构域。根据细胞外凝集素结构域的不同,LecRLKs可分为3种不同类型:L、G和C型。近年来,研究表明LecRLKs在植物生物/非生物胁迫和发育调控中发挥非常重要的作用。该文综述了植物凝集素类受体蛋白激酶的研究历史、结构特点、分类以及生物学功能,并重点阐述凝集素类受体蛋白激酶在植物生物/非生物胁迫响应和调控发育方面的功能。对不同类型和不同功能的植物凝集素类受体蛋白激酶进行阐述将有利于对该类蛋白开展功能研究,并为作物改良提供有益借鉴。     

植物响应非生物胁迫的磷酸化修饰组学研究进展

植物具有固着生活的特点,高温、低温、干旱和盐等生境中常见的非生物胁迫会严重影响植物的生长发育。蛋白质磷酸化是植物应对非生物胁迫的重要机制,主要通过蛋白质的磷酸化和去磷酸化修饰来调控植物细胞对外界胁迫的应激反应,在植物细胞快速传递胁迫信号并激活对胁迫环境的形态、生理和分子水平适应机制的过程中起重要作用。该文主要介绍了植物磷酸化蛋白质的富集、检测和鉴定技术,并对近年来国内外有关植物响应高温、低温、干旱、淹水、盐、养分亏缺和元素毒害等非生物胁迫的磷酸化修饰蛋白组学研究进展进行综述。     

TFⅢA型锌指蛋白及在提高植物耐逆性中的作用

TFⅢA型锌指蛋白属于典型的C2H2型锌指蛋白,锌指区具有CX2-4CX3FX5LX2HX3-5H的保守结构。已有研究表明不同植物的TFⅢA型锌指蛋白在非生物胁迫应答反应中发挥了关键的作用。利用TFⅢA家族锌指蛋白基因进行植物耐逆性的遗传改良,可能是今后植物耐逆基因工程改良的又一个重要方向。     

水稻突触融合相关蛋白基因(OsKNOLLE)在酵母中的异源表达及在非生物胁迫中的作用初探

突触融合相关蛋白属于多功能蛋白家族SNARE(SolubleN-ethylmaleimide-sensitive factor attachment pro-tein receptor)的亚家族蛋白,这类家族在植物的许多生理过程中都起着非常重要的作用。为探明水稻突触融合相关蛋白OsKNOLLE(Syntaxin-related protein KNOLLE)的功能,文章从"中花11"水稻根中克隆OsKNOLLE基因的CDS序列并构建到酵母表达载体pYX212上,同时转化酿酒酵母菌株BY4741。通过比较不同酵母转化子在多种非生物因子胁迫下的表型,显示转OsKNOLLE酵母菌比对照菌适应逆境能力更强,表明OsKNOLLE与盐、Cu2+、H2O2、Cd2+、Hg2+胁迫相关,推测OsKNOLLE在植物对逆境的耐性中发挥重要作用。本研究为OsKNOLLE基因的研究提供方法支持,同时明确了其与不同非生物因子的相关性。     

植物根系耐盐机制的研究进展

植物根系能够摄取土壤环境中的养分与水分,在植物的生长发育中起重要的作用。植物根系由于直接与土壤环境相接触会受到非生物胁迫较大的影响。盐胁迫是主要的非生物胁迫之一,对植物根系会产生较大的伤害。综述根系在组织形态和细胞水平上对盐胁迫的应答,以及根系响应盐胁迫的信号传导途径、转录因子与基因,对植物根部耐盐机制的解析和植物耐盐基因工程工具基因的挖掘具有重要意义。     

植物抗坏血酸过氧化物酶的表达调控以及对非生物胁迫的耐受作用

抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase, APX)属于I型血红素过氧化物酶, 它催化H2O2依赖的L-抗坏血酸氧化作用, 对抗坏血酸表现出高度的专一性。植物APX基因家族由4个亚家族组成, 分别为细胞质、叶绿体、线粒体和过氧化物酶体基因亚家族, 每个亚家族中又含有不同的APX同工酶。作为植物抗坏血酸-谷胱甘肽循环中的一个关键组分, APX在细胞H₂O₂代谢过程中起着至关重要的作用。研究表明植物APX是氧化还原信号系统中调节细胞水平H₂O₂非常重要的一种酶, APX同工酶的表达机制非常复杂, 细胞质APX受多种信号调节表达, 两种叶绿体APX通过选择性剪接进行组织特异性调节。通过调控产生的APX可调节细胞中的氧化还原信号, 进而提高植物对非生物胁迫的耐受性。文章综述了植物APX的催化机制、表达调控机理以及响应植物非生物逆境胁迫的重要作用。     

植物非生物逆境胁迫相关RING finger蛋白

RING finger蛋白是锌指蛋白类中一个庞大的蛋白家族,已成为拟南芥第三大蛋白家族,在水稻中也发现了488个。最典型的结构特点是序列内包含环指结构域(RING finger domain)。RING finger蛋白主要通过泛素化途径参与到植物细胞的生理生化过程。介绍了植物RING finger蛋白的结构特点和分类,综述它们的亚细胞定位,重点阐述它们在响应干旱胁迫、温度胁迫和盐胁迫等非生物逆境胁迫的调控作用。     

巴西橡胶树6个PP2C家族基因成员分子信息学与抗旱功能分析

PP2C是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,在高等植物ABA信号途径中起着重要的作用。为阐明巴西橡胶树中PP2C基因的结构与功能,本研究通过生物信息学方法,从橡胶树转录组数据库中鉴定并获得6个PP2C家族基因,均含有PP2CD、F1和F2亚族。通过qRT-PCR技术对6个PP2C家族基因进行了干旱处理下的差异表达分析,发现6个基因都不同程度上响应橡胶树干旱胁迫。本研究为探究PP2C基因在橡胶树抗干旱反应机制提供了理论依据。     

非生物逆境胁迫下植物钙信号转导的分子机制

Ca2+作为植物细胞中最重要的第二信使, 参与植物对许多逆境信号的转导。在非生物逆境条件下, 植物细胞质内的钙离子在时间、空间及浓度上会出现特异性变化, 即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋白进行感受和转导, 进而在细胞内引起一系列的生物化学反应以适应或抵制各种逆境胁迫。目前在植物细胞中发现Ca2+/CDPK、Ca2+/CaM和Ca2+/CBL 3类钙信号系统, 研究表明它们与非生物逆境胁迫信号转导密切相关。本文通过从植物在非生物逆境条件下钙信号的感受、转导到产生适应性和抗性等方面, 介绍钙信号转导分子机制的一些研究进展。     

非生物逆境胁迫下植物钙信号转导的分子机制

Ca^2＋作为植物细胞中最重要的第二信使,参与植物对许多逆境信号的转导。在非生物逆境条件下,植物细胞质内的钙离子在时间、空间及浓度上会出现特异性变化,即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋白进行感受和转导,进而在细胞内引起一系列的生物化学反应以适应或抵制各种逆境胁迫。目前在植物细胞中发现Ca^2＋／CDPK、Ca^2＋／CaM和Ca^2＋／CBL3类钙信号系统,研究表明它们与非生物逆境胁迫信号转导密切相关。本文通过从植物在非生物逆境条件下钙信号的感受、转导到产生适应性和抗性等方面,介绍钙信号转导分子机制的一些研究进展。     

植物抗非生物胁迫microRNA研究进展

非生物胁迫是导致全球作物减产的重要因素,在植物应对非生物胁迫的生命反应中,编码蛋白的基因起到了非常重要的作用。随着研究的不断深入,发现microRNA(miRNA)在植物抗非生物胁迫中发挥着非常重要的作用。microRNA是一类非编码的RNA,长度约22~24 nt,通过作用于靶基因的mRNA进行调控。miRNA可以在植物应对多种非生物胁迫中发挥作用,如过氧化、营养缺乏、盐碱、干旱及其他机械胁迫等。我们基于目前的研究进展,着重介绍了miRNA的生物合成、作用机制,及其在多种非生物胁迫中的作用。     

植物bHLH转录因子在非生物胁迫中的功能研究进展

碱性/螺旋-环-螺旋(basic/Helix-Loop-Helix,bHLH)转录因子家族广泛存在于动物与植物。虽然目前大部分bHLH蛋白的功能已得到鉴定,但是植物bHLH转录因子的研究仍比较滞后。bHLH转录因子是植物体内的第二大类转录因子,在植物的生长发育、生理代谢及逆境应答过程中起着重要的作用。它主要通过参与复杂的信号通路,改变大量下游基因的表达来实现对非生物胁迫的适应性应答。现对植物bHLH转录因子的结构、分类及生物学功能进行介绍,并侧重对其在非生物胁迫中的最新研究进展进行综述,以期为进一步理解其在植物逆境胁迫方面的分子作用机制提供理论依据。     

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。