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。     

陆地棉GhCDPK1基因响应干旱胁迫的功能初探

钙依赖性蛋白激酶(CDPKs)是一类重要的钙信号感受蛋白和响应蛋白,在植物干旱、低温、盐碱等非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。为探讨陆地棉GhCDPK1基因在干旱胁迫下所起的作用,该研究利用实时荧光定量PCR技术分析了PEG模拟干旱胁迫下该基因的表达量,发现GhCDPK1基因受干旱胁迫诱导。通过构建植物表达载体pCAMBIA2300-GhCDPK1,采用农杆菌介导的叶盘法转化模式植物烟草,发现干旱胁迫下转基因植株保水能力明显高于野生型植株,叶绿素、脯氨酸、可溶性蛋白含量及POD、SOD活性也高于野生型植株,而丙二醛含量低于野生型植株。研究结果表明,GhCDPK1基因作为正向调控因子响应干旱胁迫诱导,过表达GhCDPK1基因可以使植株积累更多的渗透调节物质、增强抗氧化系统酶的活性和维持细胞膜的稳定性来提高植物抵御外界干旱胁迫的能力。     

水稻含有B-box锌指结构域的OsBBX25蛋白参与植物对非生物胁迫的响应

锌指蛋白在调控植物生长发育和应对逆境过程中发挥着重要作用.为进一步研究锌指类蛋白参与植物非生物胁迫响应的分子机制,对水稻(Oryza sativa)中一个编码含有B-box锌指结构域蛋白的OsBBX25基因进行了功能分析.OsBBX25受盐、干旱和ABA诱导表达.异源表达OsBBX25的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)与野生型相比对盐和干旱的耐受性增强,且盐胁迫条件下转基因植物中KIN1、RD29A和COR15的表达上调,干旱胁迫下KIN1、RD29A和RD22的表达上调.外源施加ABA时,转基因植物的萌发率与野生型之间没有明显差异.OsBBX25可能作为转录调控的辅助因子调节胁迫应答相关基因的表达,进而参与植物对非生物胁迫的响应.     

水稻(Oryza satica L.)干旱胁迫响应转录因子研究进展

干旱胁迫是水稻生长发育和产量的重要限制因子。转录因子在水稻对干旱胁迫响应中起关键调控作用。水稻中参与干旱胁迫的转录因主要有DREB转录因子、NAC转录因子、b ZIP转录因子、锌指蛋白转录因子、MYB转录因子、WRKY转录因子和TIFY转录因子等。这些转录因子与特异的靶基因的顺式作用元件结合调控水稻抗旱相关基因的表达,增强水稻对干旱胁迫的适应能力,本综述对这些转录因子在干旱胁迫中的表达调控和功能进行简要概述。     

植物水通道蛋白的干旱应答机制研究进展

干旱胁迫是严重影响全球作物生产的非生物胁迫之一,研究植物耐旱机制已成为一个重要领域。水通道蛋白是一类特异、高效转运水及其它小分子底物的膜通道蛋白,在植物中具有丰富的亚型,参与调节植物的水分吸收和运输。近10年来,水通道蛋白在植物不同生理过程中的作用,一直受到研究人员的关注,特别是在非生物胁迫方面,而研究表明水通道蛋白在干旱胁迫下对植物的耐旱性起着至关重要的作用,能维持细胞水分稳态和调控环境胁迫快速响应。水通道蛋白在植物耐旱过程中的调控机制及功能较复杂,而关于其应答机制和不同亚型功能性研究的报道甚少。该文综述了植物水通道蛋白的分类、结构、表达调控和活性调节,分别从植物水通道蛋白响应干旱表达调控机制、水通道蛋白基因表达的时空特异性、水通道蛋白基因的表达与蛋白丰度,水通道蛋白基因的耐旱转化四个方面阐明干旱胁迫下植物水通道蛋白的表达,重点阐述其参与植物干旱胁迫应答的作用机制,并提出水通道蛋白研究的主要方向。     

干旱对水稻生物钟基因和干旱胁迫响应基因每日节律性变化的影响

内源生物钟的节律运动不仅调控植物的生长发育,而且在调控植物响应和适应环境过程中发挥重要的作用。为了解水稻(Oryza sativa L.)干旱胁迫响应基因和生物钟基因在干旱条件下每日表达变化情况,本文利用实时荧光定量PCR方法研究旱稻品种IRAT109在干旱胁迫下相关基因的表达变化。结果表明,干旱胁迫导致早晨生物钟基因OsPRRs、OsLHY和OsZTL1的表达量显著下降,振幅减弱;同时导致夜晚生物钟基因OsTOC1、OsGI和OsELF3整体表达量升高,振幅增强,但对OsFKF1基因影响不大。同样,大部分水稻干旱胁迫响应基因在干旱胁迫后整体表达量显著升高,但OsDST基因表达量下降;同时大部分抗逆基因周期性表达被扰乱,但OsCIPK12、OsCDPK7和OsDREB1A依然保持24 h内震荡。本研究结果表明干旱胁迫能影响生物钟元件的基因表达,这种互相影响改变了部分基因每日的震荡变化。     

马铃薯StSnRK2家族转录表达对渗透胁迫的响应及生理指标相关性分析

蔗糖非酵解相关蛋白激酶家族2(Sucrose Non-Fermenting Related protein Kinases 2,Sn RK2)是一类植物中高度保守的蛋白激酶,也是植物响应干旱、盐碱等导致渗透性胁迫的主要调控原件。本研究以马铃薯品种‘陇薯3号’为材料,观察试管苗在0、25、50、100、200 mmol/L Na Cl 2周、4周和6周盐胁迫下和0、2%、4%、6%、8%PEG 2周、4周和6周干旱胁迫下马铃薯地上部分组织中StSnRK2基因的表达模式。结果显示,盐和干旱胁迫下马铃薯StSnRK2基因表达模式不尽相同:在盐胁迫下StSnRK2.4和StSnRK2.6表达均上调;干旱胁迫下StSnRK2.3的表达量上升,而且随PEG浓度的增加StSnRK2.3表达量也随之增高;同一基因在不同胁迫处理下表达趋势也有差异,StSnRK2.5基因在盐胁迫下表达下调,在干旱胁迫下StSnRK2.5基因表达量高于对照;不同胁迫处理下基因的表达与生理指标的相关性也不同,盐胁迫下,StSnRK2.6基因与CAT和SOD活性呈极显著正相关,与气孔面积呈显著负相关,干旱胁迫下,StSnRK2.6基因的表达量与脯氨酸含量呈显著正相关。本文通过研究不同渗透胁迫条件下StSnRK2基因的表达模式,进一步解析了马铃薯对盐及干旱胁迫响应的机理,可为马铃薯抗逆品种的选育提供依据。     

抗旱相关基因在烟草中的应用研究进展

干旱是影响烟草正常生长、发育、产量和烟叶品质的一个重要逆境因子。在干旱胁迫下,植物体内会通过激发一些抗旱基因的表达来增强植物的抗旱能力。目前,很多抗旱相关的功能蛋白基因和调控蛋白基因已被克隆并在烟草中实现了遗传转化,外源抗旱基因的表达提高了转基因烟草的抗旱能力。抗旱基因的克隆为烟草抗旱新品种的培育奠定了良好的分子基础,系统深入地研究抗旱相关基因在干旱胁迫条件下的表达与调控,可为通过基因工程手段提高烟草的抗旱能力开辟新途径,同时也能为其他农作物的抗旱分子育种和品种改良提供基因资源。     

探讨干旱胁迫下植物的信号转导和基因表达

本文主要研究植物在外界胁迫信号的影响下经过第二信使及其下游蛋白激酶的传导反应,对基因表达进行的调控,以及在干旱胁迫信号下植物的感知、传递及其诱导基因的表达调控作用。     

植物维生素C过氧化物酶研究进展

维生素C过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)是植物体内的重要酶系,是植物AsA-GSH氧化还原途径的重要组分,是清除H2O2(特别是叶绿体中的H2O2)的关键酶.本文综述了维生素C过氧化物酶表达调控方面的研究进展,包括逆境(干旱胁迫、空气污染、微量元素缺乏、离子胁迫、过度光强、照射以及盐胁迫等)与APX的表达调控、植物细胞程序性死亡(PCD)与APX的表达调控、植物生长发育与APX的表达调控、植物进化与APX表达调控等.植物体内的APX基因包括基质和类囊体两类,不同的APX基因序列存在一定差异,本文还综述了这两类APX基因在植物方面的分离和克隆进展情况,同时对APX基因的遗传转化进行了简要回顾,最后指出了APX今后的研究方向.     

cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下柽柳基因的表达

运用cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下柽柳（Tamarix androssowii）基因的表达。分别将Cy5和Cy3两种荧光染料标记在干旱处理和对照的柽柳cDNA上,并与载有柽柳基因的微阵列进行杂交,通过计算机对芯片进行扫描和分析研究干旱胁迫下基因的表达。共获得了47个下调表达和62个上调表达的基因。Blastx分析表明这些基因按功能可以分为脱水保护、信号传导与调控、活性氧清除、光合作用、代谢、核糖体蛋白、蛋白质的分解与再生等几大类别。同时,发现了一些与干旱胁迫相关的功能未知基因和新基因。从而揭示了柽柳具有活性氧消除、代谢调节、脱水保护、蛋白质降解与再生等抗旱途径,并阐述了干旱胁迫前后柽柳基因的差异表达。     

Cytokinin receptor-dependent and receptor-independent pathways in the dehydration response of Arabidopsis thaliana

Cytokinin signaling in Arabidopsis thaliana utilizes a multi-step two-component signaling (TCS) system comprised of sensor histidine kinases (AHKs), histidine phosphotransfer proteins (AHPs), and response regulators (ARRs). Recent studies have suggested that the cytokinin TCS system is involved in a variety of other signaling and metabolic pathways. To further explore a potential function of the cytokinin TCS in the Arabidopsis dehydration stress response, we investigated the expression of all type-A ARR genes and a type-C ARR, ARR22, in both wild type and ahk single, double, and triple mutants in response to dehydration compared to cytokinin as well as dehydration tolerance of ahk mutants. We found that drought significantly induced the expression of a subset of ARR genes, ARR5, ARR7, ARR15, and ARR22. The results of expression analyses in ahk single, double, and triple mutants demonstrated that the cytokinin receptors AHK2 and AHK3 are redundantly involved in dehydration-inducible expression of ARR7, but not that of ARR5, ARR15, or ARR22. Dehydration tolerance assays showed that ahk2 and ahk3 single mutants exhibited enhanced dehydration tolerance compared with that of wild-type plants and ahk4 mutants, and that ahk2 ahk3 double mutants exhibited stronger drought tolerance than that of ahk3 ahk4, which exhibited more enhanced drought tolerance than that of wild-type plants and ahk single mutants. Taken together, these results demonstrate that while the cytokinin receptors AHK2 and AHK3 are critically involved in the dehydration tolerance response, both cytokinin receptor-dependent pathway and receptor-independent pathway occur in the dehydration response regulating ARR gene expression. In addition, preincubating ahk2, ahk3, ahk4, and the wild-type plants with cytokinin induced enhanced dehydration stress tolerance in these plants, demonstrating that cytokinins are involved in regulating plant response to dehydration stress.     

The jasmonic acid‐signalling and abscisic acid‐signalling pathways cross talk during one,but not repeated,dehydration stress: a non‐specific ‘panicky’ or a meaningful response?

Experiencing diverse and recurring biotic and abiotic stresses throughout life, plants have evolved mechanisms to respond, survive and, eventually, adapt to changing habitats. The initial response to drought involves a large number of genes that are involved also in response to other stresses. According to current models, this initial response is non‐specific, becoming stress‐specific only at later time points. The question, then, is whether non‐specific activation of various stress‐signalling systems leading to the expression of numerous stress‐regulated genes is a false‐alarm (panicky) response or whether it has biologically relevant consequences for the plant. Here, it is argued that the initial activation of genes associated other stresses reflects an important event during which stress‐specific mechanisms are generated to prevent subsequent activation of non‐drought signalling pathways. How plants discriminate between a first and a repeated dehydration stress and how repression of non‐drought specific genes is achieved will be discussed on the example of jasmonic acid‐associated Arabidopsis genes activated by a first, but not subsequent, dehydration stresses. Revealing how expression of various biotic/abiotic stress responding genes is prevented under recurring drought spells may be critical for our understanding of how plants respond to dynamically changing environments.     

cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下星星草基因的表达

运用cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下星星草基因的表达。制备了载有660条星星草单一基因的cDNA微阵列。分别对干旱胁迫和对照星星草的mRNA进行荧光标记,并与载有星星草基因的cDNA微阵列进行杂交,通过芯片的杂交信号强度分析,共获得22个下调表达和17个上调表达的基因。BLASTX分析表明这些基因按功能可以分为脱水保护、信号转导与调控、活性氧清除、代谢、核糖体蛋白等几大类。发现了一些与干旱胁迫相关的功能未知基因和新基因。