植物响应低磷胁迫的功能基因组研究进展

磷对植物的生长发育起着重要的作用,但土壤有效磷含量不足已成为世界范围内制约作物产量和品质提高的重要因素。植物在遭受低磷胁迫时,体内会形成适应性机制,因此解析调控植物对低磷胁迫适应性的分子机制也成为科学领域的一大热点。从功能基因组的角度,包括磷胁迫诱导的差异基因表达谱、差异基因的功能类别、基因调控网络、非编码RNA以及植物激素参与的植物耐低磷调控机制等方面综述了近年来植物响应低磷胁迫的分子机制。     

植物响应低磷胁迫的功能基因组研究进展

磷对植物的生长发育起着重要的作用,但土壤有效磷含量不足已成为世界范围内制约作物产量和品质提高的重要因素。植物在遭受低磷胁迫时,体内会形成适应性机制,因此解析调控植物对低磷胁迫适应性的分子机制也成为科学领域的一大热点。从功能基因组的角度,包括磷胁迫诱导的差异基因表达谱、差异基因的功能类别、基因调控网络、非编码RNA以及植物激素参与的植物耐低磷调控机制等方面综述了近年来植物响应低磷胁迫的分子机制。     

植物miRNA在调节低磷胁迫响应中的作用

植物MicroRNA(miRNA)是一类内源性非编码小分子RNA,它们参与调节植物的生长、发育和代谢过程中多种基因的表达。近期的研究发现miRNA参与调节磷的吸收和利用,对植物适应低磷胁迫具有重要作用。本文概述了植物磷吸收和转运的机制,介绍了低磷胁迫下miRNA的表达水平变化,重点对miRNA在植物响应低磷胁迫中的作用,如改变根系结构、提高磷的转运和再利用效率、参与花青素和抗氧化物生物合成等进行了综述,以期为揭示植物低磷胁迫响应分子机制,提高植物对磷的吸收效率提供借鉴。     

拟南芥低磷胁迫反应分子机理研究的最新进展

本文综述了拟南芥低磷(Pi)胁迫反应分子机理的最新研究进展,重点介绍了低磷胁迫反应中的SUMOylation途径、转录因子在低磷反应中的功能、Pi平衡调节机制以及磷脂酶在Pi的循环利用过程中的作用,总结了已经鉴定的参与低磷胁迫反应的基因及其可能存在的相互关系。     

拟南芥低磷胁迫反应分子机理研究的最新进展

本文综述了拟南芥低磷(Pi)胁迫反应分子机理的最新研究进展, 重点介绍了低磷胁迫反应中的SUMOylation途径、转录因子在低磷反应中的功能、Pi平衡调节机制以及磷脂酶在Pi的循环利用过程中的作用, 总结了已经鉴定的参与低磷胁迫反应的基因及其可能存在的相互关系。     

大豆耐低磷相关基因的定位与克隆

大豆是食用油和植物蛋白的主要来源,土壤有效磷含量低是限制当前大豆生产的重要因素之一。鉴定优异耐低磷种质资源、快速发掘利用优异耐低磷基因、通过分子育种培育磷高效品种、改善大豆应对低磷胁迫的能力,是解决土壤有效磷含量低这一问题的有效途径。近年来,国内外开展了一些大豆磷效率相关基因的定位与克隆研究,但由于QTL连锁作图的精度较低,难以准确地分离候选基因,而大豆基因组的复杂性及相关功能基因分子机制的不明确阻碍了人们对大豆耐低磷特性本质的认识。文章综述了大豆耐低磷相关基因的定位、克隆及功能验证等方面的研究进展,分析了大豆耐低磷相关基因研究中存在的问题,以期为快速有效地分离目的基因、验证基因功能、解析大豆磷高效分子机制提供参考。     

玉米耐低磷种质资源的筛选与鉴定

大田种植条件下,在四川两个生态地区鉴定了76份玉米自交系的耐低磷能力。通过对主要农艺、经济性状耐低磷系数的变异系数、变异范围、平均值及其性状间的相关分析,结果表明子粒产量、株高、茎粗可作为玉米耐低磷基因型筛选和评价的指标。根据上述指标,发现178、RP125、99S2052．1、99S2052—2、2396等8个自交系在两试验点都表现出较好的耐低磷特性;978—2、郑58、9508B等21个自交系在两试验点都表现出低磷敏感特性;4783411—1、LC995、01$43、0922—3、S28等17个自交系对低磷胁迫的反应不稳定。研究发现玉米对低磷胁迫的反应易受温度、光照等环境因素的影响,并提出综合运用大田初筛与盆栽复筛、多年多点筛选以及分子水平上的鉴定是获得耐低磷基因型的必要途径。     

拟南芥SPL1基因参与调节低磷条件下的根际酸化反应

根际酸化是植物适应低磷胁迫的重要策略, 但植物是如何感知和转导低磷信号, 进而促进根际酸化的分子机制至今还不十分清楚。利用pH指示剂(溴甲酚紫)显色法从拟南芥(Arabidopsis thaliana) T-DNA插入突变体库中分离得到了1株低磷诱导根际酸化缺失突变体spl1。在含溴甲酚紫的低磷培养基上培养8小时, 野生型拟南芥根际培养基的颜色变为黄色, 而突变体spl1根际培养基的颜色没有明显变化, 表明spl1的低磷根际酸化反应能力降低。当低磷胁迫处理延长20天, spl1叶片的花青素积累明显高于野生型。同时也出现, 即使在磷营养正常条件下, spl1突变体也表现出根毛数量与长度增加的特征。进一步的研究表明, 在低磷条件下, spl1突变体根部的磷含量略高于野生型, 与磷转运相关基因的表达量明显高于野生型。分子遗传学分析结果表明, SPL1基因受低磷胁迫诱导, 主要在拟南芥的叶片和花等组织中表达, 其编码的蛋白广泛分布在细胞的各个部位。以上结果表明, SPL1参与介导低磷诱导的拟南芥根际酸化反应, 调节多种低磷胁迫反应及低磷条件下磷饥饿诱导基因的表达。     

鱼类低温耐受机制与功能基因研究进展

不同鱼类适应环境温度的能力不同,这是经过长期适应和进化的结果,是遗传信息特异性表达的具化表现,也是鱼类自身生理生化性能差异的反映。当前,对低温下鱼类的生理反应已经有深入研究,同时,对鱼类适应低温环境和耐受低温胁迫的分子生物学机制的研究方兴未艾,引起研究人员的广泛兴趣。高通量测序技术成本的降低和生物信息学技术的应用,允许研究者利用组学方法研究低温胁迫下鱼类的代谢途径和分子信号通路,在生物整体水平上分析鱼类响应低温胁迫的分子机制,挖掘低温耐受功能基因。研究发现,极地鱼类在长期适应环境的过程中,基因组不断进化,通过功能基因的获得、缺失和大规模扩增,适应长期低温环境;在转录调控水平上,低温胁迫下鱼类转录表达谱既表现出多细胞动物的保守性,同时又具有明显的物种特异性和组织特异性。抗冻(糖)蛋白、分子伴侣、代谢酶类和膜通道蛋白等都参与鱼类响应低温胁迫的过程。但是,不同种类蛋白质的编码基因结构与表达、功能与应用研究不尽相同。从进化、遗传表达和表观遗传学角度分别综述鱼类低温耐受的分子机制,总结鱼类低温耐受相关功能基因,预测鱼类低温耐受机制和应用研究热点,旨在为本领域研究人员提供思路。     

植物响应联合胁迫机制的研究进展

自然界中, 植物通常面对多重联合胁迫。在全球气候变化日益加剧的背景下, 多重联合胁迫对植物生长发育及作物产量形成的不利影响日益显著。阐明植物响应和适应联合胁迫的生理与分子机制, 对人们理解植物对自然环境的适应机理, 及培育耐受联合胁迫的新品种有重要意义。研究表明, 植物响应联合胁迫的机制是特异的, 不能简单地从单一胁迫响应叠加来推断。植物遭受联合胁迫时, 各种生理、代谢和信号途径相互作用, 使得植物响应联合胁迫非常复杂。该文综述了植物响应联合胁迫的生理与分子机理的最新进展, 并阐述了植物响应联合胁迫的研究方法。     

低磷胁迫下不同种源马尾松的根构型与磷效率

以浙江淳安、福建武平、广西岑溪和广东信宜4个代表性的马尾松种源为试材,设置异质低磷胁迫、同质低磷胁迫等不同磷素处理,研究马尾松种源感知不同类型低磷胁迫的根构型及磷效率变异规律.结果表明:无论在异质低磷还是同质低磷胁迫下,参试种源马尾松的主要生长性状和磷效率指标均存在极显著的种源间变异.异质低磷胁迫下,广东信宜、福建武平种源马尾松表现出较高的磷效率和干物质积累量,根构型发生适应性变化,富磷表层介质中的根系参数显著高于低磷效率的广西岑溪和浙江淳安种源.这是磷高效种源具有较高的磷素吸收效率和磷效率的重要机制.不同种源的表层富磷介质根系参数与其整株干物质积累量相关系数在0.95以上.同质低磷胁迫下,高磷效率种源马尾松的磷吸收率显著高于低磷效率种源,但表层介质中的根系参数和整株根系参数与整株干物质积累量的相关性较低.不同种源马尾松适应同质低磷胁迫和异质低磷胁迫的生物学机制有所差异,应有针对性地选择不同土壤磷素的森林立地并推广磷营养高效的马尾松种源.     

植物响应联合胁迫机制的研究进展

自然界中, 植物通常面对多重联合胁迫。在全球气候变化日益加剧的背景下, 多重联合胁迫对植物生长发育及作物产量形成的不利影响日益显著。阐明植物响应和适应联合胁迫的生理与分子机制, 对人们理解植物对自然环境的适应机理, 及培育耐受联合胁迫的新品种有重要意义。研究表明, 植物响应联合胁迫的机制是特异的, 不能简单地从单一胁迫响应叠加来推断。植物遭受联合胁迫时, 各种生理、代谢和信号途径相互作用, 使得植物响应联合胁迫非常复杂。该文综述了植物响应联合胁迫的生理与分子机理的最新进展, 并阐述了植物响应联合胁迫的研究方法。     

丛枝菌根通过调节碳磷代谢相关基因的表达增强植物对低磷胁迫的适应性

丛枝菌根(AM)共生体系对于植物适应低磷胁迫具有重要作用。AM不仅直接调节宿主植物对低磷胁迫的响应,还可能通过分泌物影响相邻的非菌根植物。该研究采用分室培养系统,以玉米(Zea mays)和AM真菌Rhizophagus irregularis为试验材料,考察低磷(10 mg·kg~(–1))和高磷(100 mg·kg~(–1))条件下,菌根共生体系对植物生长、磷营养以及碳磷代谢相关基因表达的影响,以揭示AM调节植物低磷胁迫响应的生理机制。分室培养系统由0.45μm微孔滤膜分隔成供体室、缓冲室和受体室3个分室,以供体室菌根化植物为AM分泌物来源,通过微孔膜阻止菌根真菌对未接种受体植物的直接影响,但允许AM分泌物在分室间的扩散。采用实时荧光定量PCR技术分析玉米以及AM真菌自身碳磷代谢相关基因的表达情况。试验结果表明,低磷条件下接种AM真菌显著提高了供体植物干质量和磷浓度,上调了玉米碳磷代谢相关基因的表达。AM真菌磷转运蛋白基因和碳代谢相关基因在低磷条件下的表达水平显著高于高磷水平;对于受体植物而言,仅高磷处理显著提高了玉米植株干质量和磷含量,而接种处理显著上调了受体植物磷转运蛋白基因和碳代谢相关基因的表达水平。该研究表明,低磷胁迫下AM可能通过分泌物调控植物碳磷代谢相关基因的表达,进而调节植物对低磷胁迫的生理响应。     

植物应答非生物胁迫的代谢组学研究进展

代谢组学技术是研究植物代谢的理想平台, 通过现代检测分析技术对胁迫环境下植物中代谢产物进行定性和定量分析, 可以监测其随时间变化的规律。而各种组学平台包括基因组学、转录组学及代谢组学的整合, 更是一个强有力的工具箱, 将所获得的不同组学的信息联系起来, 有利于从整体研究生物系统对基因或环境变化的响应, 如可判断代谢物的变化是从哪一个层面开始发生的, 帮助人们揭开复杂的植物胁迫应答机制。该文对近期代谢组学技术及其与蛋白质组学、基因组学技术相结合探索植物应答非生物胁迫的研究进行了综述。代谢组学的应用, 拓展了对植物耐受非生物胁迫分子机制的认识, 开展更多这方面的研究, 再通过植物代谢组学、转录组学、蛋白质组学和基因组学整合, 有助于从整体水平上把握植物胁迫应答机制。     

植物重金属胁迫耐受机制

重金属是一类会对植物产生毒害作用的污染物,植物在长期进化过程中演变出耐受重金属胁迫的相关机制。以植物重金属耐受性为基础,对近几年来国内外植物响应重金属胁迫的耐受机制研究作一简要综述。主要概述了重金属对植物的胁迫影响及植物抗氧化系统,脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质和不同类型基因家族等方面对植物耐受重金属胁迫机制的研究进展。以期为提高植物耐重金属胁迫能力及研究植物修复重金属污染土壤的应用奠定一定的基础。     

小麦亲缘种属添加系耐低磷胁迫性状鉴定与基因染色体定位

采用苗期缺磷和全营养对照处理,以70个中国春—野生亲缘种属二体添加系及中国春为材料,根据苗期表观遗传性状、磷吸收率和利用率相对生物量对其进行耐低磷胁迫能力筛选鉴定和基因染色体定位。结果表明:大麦4H和长穗偃麦草7E染色体上携带有耐低磷胁迫的优异基因;长穗偃麦草6E、黑麦1R和6R、卵穗山羊草4Ug和6Mg、易变山羊草4Sv染色体携带促进小麦根系生长发育的基因;拟斯比尔托山羊草5S和簇毛麦4V染色体分别携带高磷吸收率和磷利用率的基因。通过染色体工程技术,可以将携带耐低磷胁迫基因的外源染色体片段导入普通小麦,为小麦耐低磷胁迫育种和了解植物耐低磷胁迫的分子机理奠定基础。     

转基因ABP9玉米株系的耐盐性分析

旨为分析转基因ABP9玉米的耐盐性,并进一步研究玉米耐盐的分子调控机制。通过对转基因ABP9玉米植株进行PCR、Southern blot和qRT-PCR分析鉴定;采用Hoagland营养液水培法,对转ABP9基因玉米及非转基因对照进行NaCl胁迫处理,分析二者在幼苗期的生理指标和基因表达差异。结果表明,转入的ABP9以单拷贝整合到基因组中,且能较高表达。与非转基因对照相比,转基因玉米幼苗NaCl胁迫下的叶绿素含量、Fv/Fm、渗透调节物质和抗氧化酶活性,以及盐胁迫后恢复过程中的叶片相对含水量均显著提高;而其丙二醛含量、相对电导率均显著降低。转录组测序和qRT-PCR分析显示,一系列盐胁迫应答基因在转基因玉米植株中上调表达。转入ABP9的增强表达提高了转基因玉米的耐盐能力。     

植物应答逆境胁迫的蛋白质组学研究进展

逆境胁迫是制约植物生长发育、影响作物产量和质量的关键因子,揭示植物应答胁迫的分子机理一直是人们长期探索的重大课题.随着拟南芥、水稻等模式植物基因组测序的完成,植物基因组学的研究重点已经转变为功能基因组学研究,蛋白质组学是后基因组时代的新兴研究领域,它有助于人们从分子水平上了解植物耐受胁迫的机制.介绍了植物应答非生物胁迫,如盐胁迫、温度胁迫、干旱胁迫、营养胁迫和机械伤害等,以及生物胁迫,如病菌侵害的蛋白质组学最新研究进展,并探讨了利用蛋白质组学技术研究植物抗逆性方面的优势和前景.     

粘盖乳牛肝菌在低磷、酸铝胁迫下的生长和代谢响应

低磷和酸铝胁迫是酸性土壤限制植物生长的主要因素。有研究指出外生菌根(ectomycorrhiza,ECM)可提高宿主植物对铝毒害和低磷胁迫的适应性。然而,目前有关ECM真菌自身对低磷和酸铝环境的适应机理还不清楚。基于此,本研究以我国南方酸性土壤广泛分布的ECM真菌——粘盖乳牛肝菌Suillus bovinus为研究对象,在纯培养条件下研究了低磷、酸铝胁迫对其生长、营养吸收及菌丝分泌物的影响。结果表明,粘盖乳牛肝菌是一种耐铝型真菌,酸铝胁迫(1 mmol/L)不影响其菌丝生长,而低磷胁迫(20 μmol/L)则显著限制其菌丝生长(P<0.05)。值得注意的是,低磷胁迫的抑制效应可被酸铝胁迫逆转。低磷胁迫显著降低了粘盖乳牛肝菌对磷的吸收(P<0.05),而酸铝胁迫则对菌丝钾的吸收有促进作用。低磷、酸铝胁迫同样改变了菌丝分泌物组成。在低磷胁迫下,大量酚酸类、有机酸及脂质代谢物的积累量下调;而酸铝胁迫下则有大量酚酸类物质上调,有机酸和脂质中上调代谢物数量也高于下调数量;低磷酸铝复合胁迫下酚酸和有机酸类代谢物积累量均显著上调。另外,吲哚-3-乙酸(IAA)在各胁迫下均显著上调。以上结果可在一定程度上解释粘盖乳牛菌对低磷、酸铝环境的适应机理,并对后续进一步阐明ECM的共生适应机理有一定指导意义。     

盾叶薯蓣响应低磷胁迫的生理代谢及基因表达特征分析

为探讨盾叶薯蓣在低磷胁迫下的生理变化、甾体皂苷类成分代谢及基因表达的响应特征，本研究选取河南南阳产盾叶薯蓣进行模拟低磷胁迫实验，在不同时期对根际基质中的磷含量(全磷、速效磷、磷酸铝盐、磷酸铁盐、磷酸钙盐)和土壤酸性磷酸酶(soil acid phosphatase, S-ACP)活性、植株根系发育特征(总根长、总投影面积、总表面积),各部位过氧化物酶(peroxidase, POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性及甾体皂苷类成分含量等指标进行分析，确定盾叶薯蓣响应低磷胁迫的关键时期，并利用RNA-Seq测序对关键时期盾叶薯蓣根茎、叶片、地上茎3个部位中的基因表达特征进行分析。研究发现低磷胁迫处理后盾叶薯蓣根际基质中易吸收态磷含量显著降低，其抗氧化酶(POD、SOD)与酸性磷酸酶活性均显著升高，根系发育受阻；低磷胁迫可明显影响盾叶薯蓣中甾体皂苷的合成与积累，且不同部位响应特征不同；胁迫初期为盾叶薯蓣响应低磷胁迫的关键时期；响应低磷胁迫关键时期的盾叶薯蓣基因表达存在明显的组织特异性，对三个处理组不同部位基因表达量与代谢通路进行分析，分别从盾叶薯蓣...