植物硫营养代谢、调控与生物学功能

植物作为无机硫的主要还原者, 在全球的硫循环中起着关键作用。植物对土壤中硫酸盐的吸收运输和同化代谢, 以及一系列具有重要生物学功能的含硫代谢产物的合成, 不但与植物生长发育、耐逆和抗病虫害等密切相关, 而且影响农作物产量与品质。硫营养的代谢和调控非常复杂, 且生物学功能众多。本文综述了近年来植物硫营养代谢及调控及其在逆境胁迫中的生物学功能等方面的新进展, 同时讨论了该领域悬而未决的重要生物学问题和研究动向, 进而提出硫营养在农业生产上的重要性和所面临的新问题。     

植物中硫代葡萄糖苷生物代谢的分子机制

硫代葡萄糖苷是十字花科植物中重要的次生代谢物。它在内源芥子酶作用下水解为具有不同生理功能的活性物质。现从分子水平综述硫代葡萄糖苷生物合成、降解反应及其代谢调控的研究进展,为提高植物抗病性和改善营养品质等方面研究提供一定的理论依据。     

植物TOR激酶响应上游信号的研究进展

雷帕霉素靶蛋白(TOR)是真核生物中高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶, 能整合营养、能量、生长因子及环境信号, 协调细胞增殖、生长和代谢等过程, 是真核生物生长发育的核心调控因子。近年来, 随着相关研究系统的建立, 植物TOR的功能和机制研究取得了众多突破, 发现其进化上保守的生物学功能及植物中特有的信号通路。该文概述了TOR蛋白复合体的构成, 以及植物TOR响应糖、营养元素(氮、磷和硫)、激素及逆境胁迫信号来调控下游基因转录、蛋白翻译、代谢、细胞自噬和胁迫应答等生物学过程的分子机制, 并提出了植物TOR领域一些亟待解决的科学问题, 以期为全面揭示植物TOR的生物学功能提供参考。     

MicroRNA在植物营养胁迫中的作用

microRNA是具有重要功能的一类非编码小RNA,不仅在植物生长发育过程中具有重要的调控作用,而且在植物营养胁迫中发挥作用。本文综述了microRNA在3种大量元素——氮、磷、硫胁迫中的作用。     

植物硫转运蛋白研究进展

硫转运蛋白在植物对硫酸盐的吸收和转运中起着重要的作用。已经在拟南芥、大麦和小麦等植物中分离到了40多种硫转运蛋白基因。这些基因序列与其他种类生物的硫转运蛋白基因序列有着高度的保守性。利用CLUSTAL程序建立的系统进化树将植物硫转运蛋白划分为5个亚群。使用多种拓扑预测程序推测出不同植物硫转运蛋白的共同结构特点是均含有12个跨膜域。在柱花草和大麦中,硫转运蛋白基因表达调控包括植物体内硫水平的负调控和O—乙酰丝氨酸的正调控两种方式。对硫转运蛋白的组织定位和功能研究表明,高亲和硫转运蛋白主要定位于根部,在根系硫酸盐吸收中起重要作用。     

微生物硫代谢及其驱动下建立的生物生态关系

硫在环境中广泛存在,是生物细胞的主要构成元素,微生物、动物和植物的硫基础代谢途径之间存在着广泛联系。本文以微生物硫代谢为主线,全面总结了硫在3类生物中的4条主要代谢途径,并重点阐明了其共性、区别及联系。微生物参与了所有硫的主要代谢,是驱动硫生物循环的主要动力。微生物异化硫还原降低了环境中甲烷的挥发,微生物、植物实施的同化性硫还原为动物提供了大量有机硫源,而植物、动物则选择性地缺少了异化或同化硫还原;硫氧化在3种生物中普遍存在且路线相似,其中,硫转移酶对氧化产物的多样化起到了重要的调节功能;发生在植物中的硫矿化尚不太清楚,而微生物、动物的硫矿化为植物硫同化提供了新的无机硫底物。自然界中,肠道微生物和宿主动物、根际微生物与植物根、动植物腐败后微生物的矿化、环境中微生物的氧化和还原等依托硫的代谢建立的生态关系,极大程度促进了硫元素的生物地球化学循环。     

微生物硫代谢与抗逆性

硫代谢是微生物重要的生命代谢活动。微生物对外源硫酸盐的转运、同化、代谢调控以及重要含硫化合物的生物合成，不但与微生物生长代谢相关，而且影响微生物在胁迫环境下的抗逆性和鲁棒性。目前，大部分研究都聚焦在微生物硫酸盐同化过程和H₂S产生，对于微生物硫代谢与抗逆性相关的研究较少。本文总结了近年来微生物硫代谢过程中的硫酸盐转运、同化路径以及调控方式；并结合微生物在不同胁迫条件下的氧化应激反应，探讨了含硫化合物如硫化氢、谷胱甘肽和半胱氨酸等提高微生物抗逆性的机制。硫代谢与微生物抗逆性相关机制的解析不仅为理解微生物硫代谢与抗逆性提供理论基础，也为设计与构建抗逆性强的高产稳产工业菌株提供分子靶点。     

植物硫氧还蛋白系统

硫氧还蛋白是一类催化二硫键氧化还原的小蛋白,它通过调控细胞中氧化还原状态发挥重要的作用。在植物中,硫氧还蛋白系统尤为复杂,参与了植物的新陈代谢、转录翻译调控、信号传导以及植物的抗逆反应等。本文主要通过对植物硫氧还蛋白分类、活性位点、结构以及3种硫氧还蛋白系统研究现状进行概述,并对植物的硫氧还蛋白及系统进行了展望,从而较为全面地综述了植物的硫氧还蛋白系统,为进一步了解硫氧还蛋白在植物体内的作用机制奠定基础,也为今后的相关研究提供参考。     

植物甾醇生理功能的线粒体调控机制

植物甾醇是一类在植物中广泛存在的生物活性物质,在食品、医药、化妆品等领域具有广阔应用前景.植物甾醇作为胆固醇类似物可抑制胆固醇肠道吸收进而降低血液中胆固醇水平、降低心血管疾病风险;此外,植物甾醇还具有抑癌、抗炎退热、抗氧化和类激素等多种功能.从亚细胞及分子水平深入探究植物甾醇的生物作用机制有助于充分开发植物甾醇的应用价值.线粒体是细胞能量物质代谢最重要的场所,胆固醇代谢、癌细胞增殖与凋亡、氧化应激和炎症反应等都与线粒体功能密切相关.近年来研究提示植物甾醇可在多种模型中调控线粒体功能,这可能是植物甾醇发挥各种生物学功能的重要潜在机制.本文将首先整理归纳植物甾醇生物学功能,并在此基础上详细讨论其线粒体相关调控机制,以期为领域内基础研究者提供前沿思路和进展报告,并为植物甾醇的应用提供参考依据.     

植物microRNA及其抗胁迫作用机制研究进展

植物中广泛存在的microRNA是一类长度约20~24 nt的非编码RNA,它作为负调控因子,通过降解目的基因或抑制目的基因的翻译作用,在转录后水平调控基因的表达.植物microRNA参与生长发育等功能的调控,并在抗生物或非生物胁迫中发挥着重要的作用,如调控植物体内磷、硫的代谢平衡及应对氧化胁迫等生理过程.本文对植物microRNA的特点、形成、作用机制、功能及研究技术方法进行了综述.     

Sulfur-enhanced defence: effects of sulfur metabolism, nitrogen supply, and pathogen lifestyle

Evidence from field experiments indicates differential roles of sulfur and nitrogen supply for plant resistance against pathogens. Dissection of these observations in defined pathosystems and controlled nutritional conditions indicates an activation of plant sulfur metabolism in several incompatible and compatible interactions. Contents of cysteine and glutathione as markers of primary sulfate assimilation and stress response show increases in ARABIDOPSIS THALIANA upon infection, coinciding with the synthesis of sulfur-containing defence compounds. Similar increases of thiols were observed with necrotrophic, biotrophic, and hemibiotrophic pathogens. Sulfate supply was found to be neutral or beneficial for tolerance against fungal but neutral for bacterial pathogens under IN VITRO conditions. According to various reports and own observations the effects of nitrogen supply appeared to be neutral or harmful, depending on the pathogen. The activation of sulfur metabolism was a consequence of activation of gene expression as revealed by macroarray analysis of an A. THALIANA/ALTERNARIA BRASSICICOLA pathosystem. This activation appeared to be largely independent from sufficient or optimal sulfate supply and from the established sulfate deficiency response. The data suggest that plant-pathogen interactions and sulfur metabolism are linked by jasmonic acid as signal.     

转二色补血草LbDREB基因烟草耐盐胁迫能力分析

用盐胁迫处理转二色补血草DREB基因（LbDREB）的T_2代烟草和野生型烟草,测定各转基因及野生型烟草的多项与植物抗逆相关的生理指标以及抗逆相关基因的表达水平,结果显示过表达二色补血草LbDREB基因能提高盐胁迫下SOD活性和K~＋/Na~＋,减少MDA含量,并且还能调节抗逆相关的过氧化物酶基因（PODs）和脂质转移蛋白基因（LTD）的表达。表明LbDREB基因能增强植物的抗逆能力。     

ABA 与植物胁迫抗性

ABA是一种重要的植物激素, 受到生物胁迫和非生物胁迫的调控, 在植物对胁迫耐受性和抗性中发挥着重要作用。本文着重阐述了植物胁迫对ABA的生物合成和代谢的调控、ABA在调控气孔关闭和调控基因表达从而调控植物耐逆性方面的作用, 以及植物胁迫信号转导途径间的联系和交叉。     

ABA与植物胁迫抗性

ABA是一种重要的植物激素,受到生物胁迫和非生物胁迫的调控,在植物对胁迫耐受性和抗性中发挥着重要作用。本文着重阐述了植物胁迫对ABA的生物合成和代谢的调控、ABA在调控气孔关闭和调控基因表达从而调控植物耐逆性方面的作用,以及植物胁迫信号转导途径间的联系和交叉。     

植物对重金属镉的耐受机制

镉离子（Cd^2＋）具有强植物毒性,抑制植物生长,甚至使植物死亡。由于长期的环境选择和适应进化,植物发展出耐受机制,可减轻或避免Cd^2＋的毒害。硫转运蛋白、硫还原相关酶类以及半胱氨酸、谷胱甘肽和植物螯合肽合成基因的表达受Cd^2＋调控。同时这些基因的过表达也能提高植物对Cd^2＋的耐性。植物抗氧化系统对Cd^2＋胁迫诱发的活性氧的清除作用,具转运Cd^2＋活性的质膜转运蛋白促进Cd^2＋经共质体途径向木质部运输、装载,而后随蒸腾流向地上部迁移,具转运Cd^2＋活性的液泡膜转运蛋白促进Cd^2＋进入液泡的隔离作用,都在植物对Cd^2＋的耐性中起作用。     

Silencing of tomato mitochondrial uncoupling protein disrupts redox poise and antioxidant enzymes activities balance under oxidative stress

Plant mitochondrial uncoupling proteins (pUCPs) play important roles in generation of metabolic thermogenesis, response to stress situation, and regulation of energy metabolism. Although the signaling pathways for the pUCPs-regulated plant energy metabolism and thermogenesis are well studied, the role of pUCPs in the regulation of plant stress tolerance has not been fully substantiated. Here we showed that mitochondrial uncoupling protein was required for effective antioxidant enzymes activities, chlorophyll fluorescence and redox poise in tomato under oxidative stress using virusinduced gene silencing approach. Silencing of LeUCP gene reduced maximal quantum yield of PSII (Fv/Fm) and photochemical quenching coefficient (qP), as well as mitigated activation of antioxidant enzymes and related genes expression. The content of reduced ascorbate and reduced glutathione, redox ratio of ascorbate and L-galactono-1,4-lactone dehydrogenase (GalLDH; EC 1.3.2.3) activity were all decreased in the leaves of LeUCP gene-silenced plant. However, malondialdehyde content was increased under methylviologen (MV) stress. ROS accumulation was increased significantly following MV and heat stress treatments. Meanwhile, LeUCP gene silencing aggravated accumulation of H₂O₂ and O ₂ ^·? in leaves. Taken together, these results strongly suggest that LeUCP gene plays critical role in maintaining the redox homeostasis and balance in antioxidant enzyme system under oxidative stress.     

一个具有S位点的水稻类受体激酶OsSRL参与干旱胁迫反应

植物在进化过程中针对干旱、高盐和高低温等逆境胁迫形成了多种适应机制, 植物类受体激酶作为重要的细胞信号传递分子在植物生长和抗逆境胁迫中发挥着重要功能。该文发现一个具有S位点的类受体激酶基因OsSRL可能参与水稻(Oryza sativa)的干旱胁迫反应。利用RNAi技术降低OsSRL的表达水平后, 转基因植株抗旱性增强, 并表现出幼苗存活率、叶绿素含量及鲜重增加等表型。进一步的研究表明30%PEG和100 μmol·L^–1ABA可诱导OsSRL基因表达, 利用RNAi降低其表达导致干旱诱导基因RAB16A及LEA3表达水平明显增加。表达模式分析发现OsSRL在胚芽、胚根、根、茎节以及花中表达。以上结果表明, OsSRL表达水平的降低增强植物的干旱耐受性, 其作为一个S-位点样类受体激酶可能参与了水稻对干旱胁迫的反应。