从水分胁迫的识别到ABA积累的细胞信号转导

由于植物在生长和发育过程中不可避免地要遭受各种环境胁迫的影响,植物只有通过对环境胁迫的快速感知和主动反应才得以生存和发展.植物这种对环境胁迫的快速感知和主动反应体现在环境胁迫下植物可以通过一系列基因的表达调控来实现各种抗逆的生理生化反应.虽然得以鉴定的水分胁迫应答基因越来越多,但其中只有极少的基因在抗逆中的基本功能已得到初步认识.从细胞对水分胁迫原初信号的感知到基因表达调控包括了一系列复杂的细胞逆境信息传递过程.脱落酸(abscisic acid, ABA)作为重要的细胞逆境信号物质介导了一系列基因表达,因此从细胞对水分胁迫原初信号的感知到编码ABA生物合成关键酶基因的表达是一条最为关键的细胞逆境信息传递途径.逆境应答基因功能的鉴定以及对整个细胞信号传递过程中详尽的分子机制的了解无疑是今后最有趣的也是最为重要的研究课题.     

水分胁迫的基因表达和信号转导(综述)

植物在水分胁迫条件下的依赖ABA和不依赖ABA的基因表达途径来调节对逆境的适应。植物通过渗透感受器感知胁迫信号,以MAPK和CDPK等途径传递信号,最终引起基因表达。     

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。     

内源ABA信号水平动态调控的分子机制

从逆境信号感知、ABA合成的触发到ABA水平的动态调控,是细胞内重要的逆境信号传导途径,相对于应答ABA的下游信号事件,该领域研究滞后。研究显示,根系中ZEP、限速酶NCED、AtRGS1等合成酶基因及ABA2基因响应胁迫反应上调ABA信号水平。而7′-,8′-,9′-hydroxylase和糖基转移酶基因受逆境诱导激活,负调节ABA的积累。同时,提高的内源ABA信号水平能激活合成酶基因和代谢酶基因的表达。此外,基因表达和源库动力学分析显示,叶片ABA动态库的维持依赖根源ABA的持续供应。值得一提的是,miRNA与ABA信号起源及动态水平维持有关。进一步的代谢动力学分析揭示,ABA信号水平受合成酶基因和代谢酶基因表达的协同控制,多因素共同参与内源ABA信号水平的动态调控。     

内源ABA信号水平动态调控的分子机制

从逆境信号感知、ABA合成的触发到ABA水平的动态调控, 是细胞内重要的逆境信号传导途径, 相对于应答ABA的下游信号事件, 该领域研究滞后。研究显示, 根系中ZEP、限速酶NCED、AtRGS1等合成酶基因及ABA2基因响应胁迫反应上调ABA信号水平。而7′-, 8′-, 9′-hydroxylase和糖基转移酶基因受逆境诱导激活, 负调节ABA的积累。同时, 提高的内源ABA信号水平能激活合成酶基因和代谢酶基因的表达。此外, 基因表达和源库动力学分析显示, 叶片ABA动态库的维持依赖根源ABA的持续供应。值得一提的是, miRNA与ABA信号起源及动态水平维持有关。进一步的代谢动力学分析揭示, ABA信号水平受合成酶基因和代谢酶基因表达的协同控制, 多因素共同参与内源ABA信号水平的动态调控。     

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.     

植物抗旱、耐盐基因概述

干旱和盐渍化是影响植物生长发育的重要逆境因子。逆境会诱导植物特定基因表达,以保护细胞免受逆境的危害。目前所报道的与植物抗旱、耐盐性相关的基因可分为四类：渗透保护物质生物合成的基因、编码与水分胁迫相关的功能蛋白基因、与信号传递和基因表达相关的调控基因、与细胞排毒抗氧化防御能力相关的酶基因。     

植物体内干旱信号的传递与基因表达

干旱是严重影响植物生长发育的重要环境胁迫因子之一。干旱能影响植物的水分状态,使植物缺水遭受伤害。近年来,相继从拟南芥等植物中克隆出了一些受干旱诱导的基因,如蛋白激酶基因、光合基因、渗透调节基因、功能蛋白基因（如LEA基因）等。干旱等胁迫信号经历一系列的传递过程,最后诱导这些特定基因的表达。在植物体中,可能存在依赖ABA型和不依赖ABA型两条干旱信号的传递途径。近年来从高等植物中分离出一系列调控干旱相关基因表达的转录因子,通过转录因子之间以及与其它相关蛋白之间的相互作用,激活或抑制干旱等胁迫因子诱导的基因表达。     

逆境胁迫诱导基因的结构、功能与表达调控

对有关逆境响应基因的最新进展作了一简要的综述.在逆境条件下,脱落酸(ABA)浓度增加,诱导许多新的基因表达及蛋白质合成.已克隆到几百种逆境响应基因,其中大多数可受外源ABA的诱导.对这些基因及蛋白质的功能已有所了解,认为它们可能与植物的抗逆能力有关.目前认为有多条信号传递途径参与胁迫信号的转导.     

植物抗逆相关蛋白激酶的结构与功能

植物在遭受外界逆境胁迫时,体内的信号传导系统能够感知、传递逆境胁迫信号,并引起各种生理生化反应以适应环境。植物蛋白激酶在信号感知、传导以及基因的表达调控中起重要的作用。蛋白激酶在信号传导过程的功能是磷酸化修饰目的蛋白,而磷酸化的实现需要蛋白质之间相互作用。本文从植物蛋白激酶的结构、分类、与激素信号传导之间的关系等方面进行了系统的阐述,对蛋白激酶介导的植物抗性与发育的最新研究进展进行了系统的总结,为解析蛋白激酶在植物生长发育中的抗逆机理提供依据。     

Drought signal transduction in plants

Water deficit is one of the most common environmental limitations of crop productivity by affecting growth through alterations in metabolism and gene expression. The mechanisms involved in drought perception and signal transduction pathways are poorly understood. The participation of the plant hormone abscisic acid (ABA) has been well established. ABA levels increase when there are changes in the environment that result in cellular dehydration. Different approaches have been taken to understanding the molecular responses to desiccation and how ABA regulates gene expression. Recent efforts have identified particular topics of importance in the dissection of the signal transduction pathway which are summarized as follows: physiological approaches: identification of signalling molecules. Genetic approaches: the use of mutants, and Molecular approaches: promoter analysis.     

Complex regulation of ABA biosynthesis in plants.

Abscisic acid (ABA) is a plant hormone that plays important roles during many phases of the plant life cycle, including seed development and dormancy, and in plant responses to various environmental stresses. Because many of these physiological processes are correlated with endogenous ABA levels, the regulation of ABA biosynthesis is a key element facilitating the elucidation of these physiological characteristics. Recent studies on the identification of genes encoding enzymes involved in ABA biosynthesis have revealed details of the main ABA biosynthetic pathway. At the same time, the presence of gene families and their respective organ-specific expression are indicative of the complex mechanisms governing the regulation of ABA biosynthesis in response to plant organ and/or environmental conditions. There have been recent advances in the study of ABA biosynthesis and new insights into the regulation of ABA biosynthesis in relation to physiological phenomena.