光对种子萌发的影响机理研究进展

种子萌发是植物成功实现天然更新的关键环节, 需要适宜的温度、水分或光照条件。对于需光性种子, 光照是决定其萌发与否或萌发率高低的主要因素。光对植物种子萌发的影响不仅是一个复杂的生理过程, 也是受到调控的信号传递和基因表达过程。该文系统总结了影响种子萌发的光照属性、光与水/热耦合作用和种子的光属性(光敏色素)与种子萌发的关系, 明确了光调控种子萌发的生态意义; 重点综述了种子内光敏色素调控种子萌发的生理反应模式和光敏色素的光信号转导途径。试图为全面评估光对种子萌发的影响和将来开展更深入的研究提供参考。     

拟南芥突变体种子休眠与萌发的研究进展

种子的休眠和萌发是一个复杂的过程,至今尚未能清楚阐明其调控机制。目前已从拟南芥突变体中鉴定了一些与种子萌发和休眠相关的基因,有助于阐明种子休眠和萌发的分子机制。本文综述了拟南芥突变体种子休眠与萌发方面的研究进展。赤霉素是促进种子萌发的主要因素之一,RGL、SPY、GCR、SLY和GAR等基因的表达参与赤霉素对种子萌发的调控。脱落酸与种子休眠有关,ABI1、ABI2、ABI3、ABI4、ABI5、FUS3、LEC、MARD和CIPK等基因参与了脱落酸的调控过程。对3类乙烯反应的突变体（ein、etr和ctr）以及油菜素内酯突变体（det和bri）的研究表明乙烯和油菜素内酯是通过拮抗脱落酸而促进种子萌发的。光对种子萌发的调节,是通过具有Ser／Thr蛋白激酶活性的光敏色素PhyA、PhyB、PhyC、PhyD和PhyE,以磷酸化／去磷酸化方式调节其它与萌发相关基因的表达。含氮化合物对种子萌发的促进,可能是以一种依赖一氧化氮的方式解除种子休眠。     

拟南芥突变体种子休眠与萌发的研究进展

种子的休眠和萌发是一个复杂的过程, 至今尚未能清楚阐明其调控机制。目前已从拟南芥突变体中鉴定了一些与种子萌发和休眠相关的基因, 有助于阐明种子休眠和萌发的分子机制。本文综述了拟南芥突变体种子休眠与萌发方面的研究进展。赤霉素是促进种子萌发的主要因素之一, RGL、SPY、GCR、SLY和GAR等基因的表达参与赤霉素对种子萌发的调控。脱落酸与种子休眠有关, ABI1、ABI2、ABI3、ABI4、ABI5、FUS3、LEC、MARD和CIPK等基因参与了脱落酸的调控过程。对3类乙烯反应的突变体 (ein、etr和ctr) 以及油菜素内酯突变体 (det和bri) 的研究表明乙烯和油菜素内酯是通过拮抗脱落酸而促进种子萌发的。光对种子萌发的调节, 是通过具有Ser/Thr蛋白激酶活性的光敏色素PhyA、PhyB、 PhyC、PhyD和PhyE, 以磷酸化/去磷酸化方式调节其它与萌发相关基因的表达。含氮化合物对种子萌发的促进, 可能是以一种依赖一氧化氮的方式解除种子休眠。     

光敏色素与光调控

生物体的新陈代谢和生长发育主要受遗传信息及环境信息的调控,遗传信息规定了个体发育的潜在模式,但它的实现在很大程度上受控于环境信息。光作为主要的环境因子,不仅提供光合作用所需的能量,而且触发植物形态变化、质体分化、新陈代谢等重要反应(统称为光形态建成)。光形态建成至少与四个不同类型光受体相关:光敏色素、蓝光受体、UV-A受体、UV-B受体,其中研究最深入的当属光敏色素。自1983年Vierstra和Quail分离到完整的光敏色素蛋白质以来,科学家相继对光敏色素的分子种类、生物合成与调控及生理机制展开了广泛深入的研究,并且取得了令人瞩目的进展。时至今日,随着新方法、新技术的应用,从光敏色素感受光刺激到基因在细胞核中表达,再到光形态建成的整个信号传递途径已逐步为人们所认识,许多与光敏色素调节有关的顺式因子及相应的DNA结合蛋白也已被确定。功能研究发现,没有哪一个反式作用因子在光调节的表达中单独起作用,可见光敏色素调控的基因表达是相当复杂的。本文拟就光敏色素分子、光敏色素基因家族、光敏色素所激活的信号传递途径及光敏色素与基因表达的关系等方面做一综述。     

远红光受体伴侣蛋白FHY1在介导基因表达和植物生长发育过程中的独特作用

正光不仅为植物的生长发育提供了能量来源,并且作为信号分子影响植物的多个生长过程。植物中的一类光受体光敏色素可以感受阳光中的红光和远红光,进而调控种子萌发、幼苗去黄化、植物避荫反应和开花等重要发育过程。植物对红光的选择性吸收和对远红光的选择性透过使得位于遮荫下的植物处于一个远红光富集的光环境中。这种光环境在密集种植的农业生产中十分常见。因此,充分理解植物对远红光的响应将有助于促使农作物的关键发育过程的正常进行,从而对保障农作物的产量起到积极作     

光敏色素对植物抗逆反应的调控研究进展

光敏色素是红光和远红光受体,不但在植物光形态建成中扮演着重要的角色,还参与调控植物抗逆信号通路。阐述了光敏色素及其互作的转录因子通过诱导植物激素信号途径调控植物对病原菌、害虫等生物胁迫的反应及作用机制,以及光敏色素调控植物对临近植物的竞争胁迫、干旱、低温、高温等非生物胁迫反应的作用机制研究进展,并讨论与展望了光敏色素研究领域所面临的挑战与发展方向。     

隐花色素

光形态建成是光辐射影响下的植物生长发育过程,首先被人们观察到的是光对植物形态结构方面的影响。光照使黄化植物转绿而茁壮生长、影响种子萌发、并且调节植物的开花进程。这三类重要的现象推动这个领域的研究深入发展,通过红光和远红光可逆生理作用的认识导致了植物光敏色素的发现。使光敏色素活     

光敏色素A调控光响应基因表达及其翻译后修饰研究进展

光是调节植物生长发育最重要的环境信号因子之一。植物通过光受体感受自然环境中光的强度、方向以及光周期等信号的变化,从而调控其生长发育过程。光敏色素A (phytochrome A, PHYA)是植物中唯一的远红光受体蛋白,具有在黑暗下在细胞质中合成,而在照光后快速入核和降解的特性,并通过多种途径精确调节了植物光响应基因的转录网络。同时,蛋白质翻译后修饰在调节PHYA稳定性和活性的过程中发挥了重要的作用。该文论述了PHYA调节光响应基因表达以及PHYA翻译后修饰方向的研究进展,并展望了PHYA在农作物分子设计育种中的应用前景。     

光敏色素光转化生理学特性研究进展(英文)

植物主要光受体光敏色素调节植物的多种光调控,使其作出最适宜的光生长,如:光形态建成.光敏色素接受光信号的生物功能基于其红光吸收型(Pr)和具有生理活性的远红光吸收型(Pfr)之间的光可逆式光转化.依据光生物学的标准该转化过程与光合作用相比是一个低能光反应过程,而且其间产生的中间过渡态和光敏色素的亚库可能反过来影响光转化的过程而最终表现出生理功能.在此,主要综述了近年来运用时间分辨动力学特别是差分荧光和光化学,研究光敏色素及其中间过度态光生物物理和光生物化学特性的若干进展,讨论了光信号转导的原初光反应的机理.     

水稻光敏色素A和B的突变对气孔发育和OsAQP基因表达的影响

OsAQP是在水稻叶片保卫细胞中高表达的液泡膜型水通道基因,为研究该基因在水稻发育过程中的表达与光敏色素光信号通路的关系,观察统计了日本晴、光敏色素突变体phyA和phyB 3个水稻品种的生长发育特征,比较了开花时间、叶片气孔密度、气孔器长等指标,并采用半定量RT-PCR以及实时定量PCR技术检测OsAQP基因在3种材料不同时期叶片中的表达特性。结果显示,光敏色素突变体phyB叶片的气孔密度、气孔器长度均低于同时期的日本晴和光敏色素突变体phyA水稻,说明光敏色素B及其相关信号可能与气孔的发育关系密切;表达模式分析显示,OsAQP基因在3个水稻品种的叶片中具有不同的表达特性,并伴随发育时期呈现下降的趋势。本研究结果说明水稻光敏色素B以及相关信号不仅与气孔的发育有关,而且可能通过与光敏色素A及相关信号通路共同调节OsAQP基因的表达,参与气孔开闭的调节。     

Phytochrome regulation and differential expression of gibberellin 3beta-hydroxylase genes in germinating Arabidopsis seeds.

Despite extensive studies on the roles of phytochrome in photostimulated seed germination, the mechanisms downstream of the photoreceptor that promote germination are largely unknown. Previous studies have indicated that light-induced germination of Arabidopsis seeds is mediated by the hormone gibberellin (GA). Using RNA gel blot analyses, we studied the regulation of two Arabidopsis genes, GA4 and GA4H (for GA4 homolog), both of which encode GA 3beta-hydroxylases that catalyze the final biosynthetic step to produce bioactive GAs. The newly isolated GA4H gene was expressed predominantly during seed germination. We show that expression of both GA4 and GA4H genes in imbibed seeds was induced within 1 hr after a brief red (R) light treatment. In the phytochrome B-deficient phyB-1 mutant, GA4H expression was not induced by R light, but GA4 expression still was, indicating that R light-induced GA4 and GA4H expression is mediated by different phytochromes. In contrast to the GA4 gene, the GA4H gene was not regulated by the feedback inhibition mechanism in germinating seeds. Our data demonstrate that expression of GA 3beta-hydroxylase genes is elevated by R light, which may result in an increase in biosynthesis of active GAs to promote seed germination. Furthermore, our results suggest that each GA 3beta-hydroxylase gene plays a unique physiological role during light-induced seed germination.     

Light activates the degradation of PIL5 protein to promote seed germination through gibberellin in Arabidopsis

Angiosperm seeds integrate various environmental signals, such as water availability and light conditions, to make a proper decision to germinate. Once the optimal conditions are sensed, gibberellin (GA) is synthesized, triggering germination. Among environmental signals, light conditions are perceived by phytochromes. However, it is not well understood how phytochromes regulate GA biosynthesis. Here we investigated whether phytochromes regulate GA biosynthesis through PIL5, a phytochrome-interacting bHLH protein, in Arabidopsis. We found that pil5 seed germination was inhibited by paclobutrazol, the ga1 mutation was epistatic to the pil5 mutation, and the inhibitory effect of PIL5 overexpression on seed germination could be rescued by exogenous GA, collectively indicating that PIL5 regulates seed germination negatively through GA. Expression analysis revealed that PIL5 repressed the expression of GA biosynthetic genes (GA3ox1 and GA3ox2), and activated the expression of a GA catabolic gene (GA2ox) in both PHYA- and PHYB-dependent germination assays. Consistent with these gene-expression patterns, the amount of bioactive GA was higher in the pil5 mutant and lower in the PIL5 overexpression line. Lastly, we showed that red and far-red light signals trigger PIL5 protein degradation through the 26S proteasome, thus releasing the inhibition of bioactive GA biosynthesis by PIL5. Taken together, our data indicate that phytochromes promote seed germination by degrading PIL5, which leads to increased GA biosynthesis and decreased GA degradation.     

种子萌发的抑制调控机制

种子萌发是植物生命周期中一个重要的生理过程,激素作用、miRNA抑制、mRNA区域化、表观遗传调控等多个层次的分子抑制参与该过程的调控。赤霉素（解除抑制的激素）合成和失活的调控主要发生在转录水平,而脱落酸（引起抑制的激素）信号转导途径的调控则通过蛋白质抑制物的降解来实现。miRNA在转录后水平使其靶基因的mRNA降解,抑制种子的萌发;通过mRNA的区域化抑制与萌发相关基因的翻译属于另一层次的转录后抑制;小RNA介导的表观遗传机制也可能在种子萌发过程基因表达的协同调控中发挥重要作用。与分子水平的抑制类似,胚乳和种皮产生的机械抑制也很重要。