植物抗脱水胁迫的分子机制

主要介绍植物在脱水胁迫下,逆激基因产物的功能和胁迫信号的转导过程.逆激基因产物的功能可分为两类：一类起“保护”作用,另一类起“调节”作用.在脱水胁迫起始信号和基因表达之间至少存在四条信号转导通路,两条依赖脱落酸(ABA),两条不依赖ABA,依赖ABA的途径中有1条必须有蛋白质合成.不依赖ABA的途径中有1条与低温胁迫应答有共同的信号转导通路.     

植物对干旱胁迫的分子反应

干旱胁迫是影响植物生长发育的主要因子,渗透保护剂的合成和积累,脱水伤害的修复,自由基清除酶和LEA蛋白基因表达的增量调节能增加植物的耐干旱性。植物在干旱条件下至少有4条信号转导途径,其中2条信号途径是依赖ABA的,另外2条途径是不依赖ABA的,在植物干旱胁迫的信号转导中,双组分的组氨酸激酶可能起渗透感受器的作用,Ca^2 和IP3可能是脱水信号的第2信使,转基因植物是一种评价编码蛋白功能的良好系统。     

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。     

逆境下拟南芥ABA信号途径负调控因子的研究进展

ABA信号途径的主要负调控因子蛋白磷酸酶2C(protein phosphatase 2C,PP2C)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(protein Ser/Thr phosphatases,PSP),为ABA信号传导途径下游的关键组分.拟南芥中PP2C主要包括ABI1、ABI2、HAB1、AHG3和PP2CA,它们通过改变ABA信号的强弱等调控植物的胁迫应答.该文主要对国内外有关PP2C家族的组成以及在逆境胁迫下负调控ABA信号途径中的调控机制和应答特征等方面的研究进展进行综述.     

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。     

提高作物耐旱性的DREB转录因子研究进展

当植物受到干旱胁迫时就会感受到水分的变化,表达产生各种耐旱蛋白包括耐旱功能蛋白、转录因子和激酶,从而抵御干旱胁迫。目前已经明确的耐旱信号途径主要有4条：其中2条是ABA依赖的信号途径,另外2条是不依赖于ABA的信号途径。DREB转录因子是不依赖于ABA的信号途径中的一个重要的转录因子。由于DREB转录因子以及这一信号途径在各种植物中具有很高的保守性,研究这一信号途径对于改良作物的耐旱性以及了解植物抵御干旱的信号交叉联系具有重要意义。综述了近几年来在DREB基因的克隆、表达调控以及遗传转化方面的研究进展,并对未来的发展进行了展望。     

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。     

脱落酸与植物细胞的抗氧化防护

水分胁迫是一种影响植物生长发育、限制植物产量的重要胁迫因子.植物能够通过感知刺激、产生和传导信号、启动各种防护机制来响应与适应水分胁迫.植物激素脱落酸(ABA)作为一种胁迫信号,在调节植物对水分胁迫的反应中起着重要的作用.ABA不仅能诱导气孔关闭,而且能诱导编码耐脱水蛋白的基因表达.正在增加的证据显示,ABA增强水分胁迫的耐性与其诱导抗氧化防护系统有关.本文综述了ABA在诱导活性氧(ROS)产生、调节抗氧化酶基因表达以及增强抗氧化防护系统方面的作用,着重讨论了在ABA诱导的抗氧化防护过程中Ca2 、NADPH氧化酶与ROS之间的交谈机制.     

Two-component signal-transduction systems in budding yeast MAP a different pathway?

Until recently, two-component signal-transduction pathways were thought to be exclusively found in bacteria. Some eukaryotic examples have now been characterized but, at least in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, it appears that this type of signal-transduction pathway is not utilized as extensively as in bacteria. Further, the few eukaryotic examples described suggest that two-component signal-transduction pathways might not be freestanding, as in prokaryotes, but might effect gene expression by regulating eukaryotic mitogen-activated protein (MAP) kinase pathways.     

Optimal phosphorylation step number of intracellular signal-transduction pathway

Eukaryotic cells use signal-transduction network to respond in specific ways to external signals from their environment. Several signal-transduction pathway are composed of multi-step chemical reactions. We here theoretically study what determines the number of kinase phosphorylation steps composing of the intracellular signal-transduction cascade. We examine a simple mathematical model for the association and phosphorylation process of kinases in the signal-transduction cascade. We focus on the speed of signal transduction as the criterion for determining the optimal response. The present model first reveals that the initial expression level of kinase in each step of the cascade must be the same in the optimal response under the constraint of the constant total kinase concentration. The second conclusion is that the optimal step number of kinase cascade is primarily determined by the ratio of the target concentration of the final phosphorylated kinase in the cascade to that of input signal molecule, C/S. A multi-step cascade is optimum if the amplification of the final product concentration C relative to the input signal S is sufficiently large; whereas, a single-step reaction is optimum if C/S is small. This suggests that multi-step phosphorylation would have evolved to accelerate the speed of transduction of weak signals.     

Members of the tomato LeEIL (EIN3-like) gene family are functionally redundant and regulate ethylene responses throughout plant development

The plant hormone ethylene regulates many aspects of growth, development and responses to the environment. The Arabidopsis ETHYLENE INSENSITIVE3 (EIN3) protein is a nuclear-localized component of the ethylene signal-transduction pathway with DNA-binding activity. Loss-of-function mutations in this protein result in ethylene insensitivity in Arabidopsis. To gain a better understanding of the ethylene signal-transduction pathway in tomato, we have identified three homologs of the Arabidopsis EIN3 gene (LeEILs). Each of these genes complemented the ein3-1 mutation in transgenic Arabidopsis, indicating that all are involved in ethylene signal transduction. Transgenic tomato plants with reduced expression of a single LeEIL gene did not exhibit significant changes in ethylene response; reduced expression of multiple tomato LeEIL genes was necessary to reduce ethylene sensitivity significantly. Reduced LeEIL expression affected all ethylene responses examined, including leaf epinasty, flower abscission, flower senescence and fruit ripening. Our results indicate that the LeEILs are functionally redundant and positive regulators of multiple ethylene responses throughout plant development.     

小鼠脑组织及培养神经元Neuro-2a 在内质网应激反应时的基因表达谱分析

内质网是真核细胞的重要细胞器。某些细胞内外因素如病原体感染等能引起从内质网到胞浆和胞核的信号传导途径活化,即内质网应激反应。但是,目前国内外尚无针对内质网应激反应的基因表达谱分析报道。本研究中,用3种已报道的内质网应激反应诱导剂,包括蛋白质糖基化抑制剂衣霉素(tunicamycin)、内质网Ca ²⁺-ATPases抑制剂毒胡萝卜素（thapsigargin）和乙脑病毒(Japanese encephalitis virus, JEV),分别处理小鼠颅腔和小鼠脑神经瘤细胞（Neuro-2a）,试剂处理组与未处理组的第二代RNA测序分析发现,衣霉素、毒胡萝卜素和乙脑病毒在体外和体内均引起分子伴侣基因Hsp70表达上调,诱导内质网应激反应。衣霉素、毒胡萝卜素和乙脑病毒体外处理诱导的内质网应激反应信号通路中,基因差异表达相似性高于体内处理组。乙脑病毒和糖基化抑制剂衣霉素体内外处理,主要诱导内质网应激反应的非折叠蛋白质反应信号通路,引起相关基因Atf4、Bip、Edem和Perk等表达上调。内质网Ca ²⁺-ATPases抑制剂毒胡萝卜素主要诱导内质网超负荷反应,激活NF-κB信号通路。乙脑病毒诱导的内质网应激反应相关差异表达基因数量最多,体外与体内合计有40种。乙脑病毒体内外处理上调的基因包括Bax、Casp12、Atf4、Bip、Edem和Perk等,下调的基因包括Sec23/24、Nef、Svip和Jnk等。糖基化抑制剂衣霉素体内外处理上调基因包括Gadd34、Atf4、Ermani和Bip等,下调基因包括Grp94、Atf6、Sec23/24和Nef等。内质网Ca ^-2+-ATPases抑制剂毒胡萝卜素体内外处理上调的基因包括Sec61、Trap和Ask1等。衣霉素、毒胡萝卜素和乙脑病毒体内外处理也通过内质网应激反应,调控与炎症或凋亡相关的MAPK信号通路和P53信号通路。本研究首次通过使用3种内质网应激反应诱导剂分别处理小鼠和细胞,揭示了体内外内质网应激反应引起的基因表达谱变化,为内质网应激反应相关疾病的治疗提供了新思路。     

酵母HOG-MAPK途径

酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae的高渗透性甘油促分裂原活化蛋白激酶(highos-molarity glycerol mitogen-activated protein kinase,HOG-MAPK)途径是高度保守的信号转导途径,很多方面和高等真核生物MAPK途径类似。该途径在高渗应激环境下控制信号转导和基因表达,是细胞生存所必需的。现对酵母HOG-MAPK途径的信号转导以及信号传递的专一性控制、HOG-MAPK途径各组分的亚细胞定位和基因表达调控机制进行综述。     

抑制p38MAPK信号通路对Bpiv3复制的影响

由牛副流感病毒3型(Bovine parainfluenza virus type 3,Bpiv3)感染引起的牛副流感病已成为各国牛场最重要的传染病之一,每年都会给世界养牛业造成巨大的经济损失,但关于该病致病的分子机制研究较少。本研究通过观察Bpiv3感染对MDBK细胞中丝裂原活化蛋白激酶(MKK3)及其下游分子p38丝裂酶原活化的蛋白激酶(p38MAPK)的表达的影响,探讨相关的信号转导机制,对p38 MAPK通路在Bpiv3感染过程中的作用进行了初步研究。Bpiv3感染细胞后,采用Western Blot检测MKK3,p38 MAPK在蛋白水平的表达变化,并采用ELISA法检测细胞上清中IL-6,IL-8,IL-13和TNF-α的水平变化,采用SPSS 12软件进行统计学分析。结果表明,Bpiv3在感染后能够诱导MKK3的激活以及p38的磷酸化,激活了p38 MAPK信号通路。而且p38 MAPK信号通路参与了Bpiv3的复制过程。ELISA检测Bpiv3感染后以及使用抑制剂SB202190处理后的细胞上清中IL-6、IL-8、IL-13和TNF-α的水平发现,p38 MAPK信号通路参与了Bpiv3诱导的炎症反应。研究证实Bpiv3感染能够激活p38 MAPK通路,显著上调MKK3的表达并诱导p38发生磷酸化,进一步激活下游分子发挥生物学活性,促进Bpiv3的复制及诱导促炎细胞因子的产生。p38 MAPK信号通路的激活可能是Bpiv3感染诱发炎症反应的机制之一。     

Angiotensin II regulation of neuromodulation: downstream signaling mechanism from activation of mitogen-activated protein kinase

Angiotensin II (Ang II) stimulates expression of tyrosine hydroxylase and norepinephrine transporter genes in brain neurons; however, the signal-transduction mechanism is not clearly defined. This study was conducted to determine the involvement of the mitogen-activated protein (MAP) kinase signaling pathway in Ang II stimulation of these genes. MAP kinase was localized in the perinuclear region of the neuronal soma. Ang II caused activation of MAP kinase and its subsequent translocation from the cytoplasmic to nuclear compartment, both effects being mediated by AT1 receptor subtype. Ang II also stimulated SRE- and AP1-binding activities and fos gene expression and its translocation in a MAP kinase-dependent process. These observations are the first demonstration of a downstream signaling pathway involving MAP kinase in Ang II-mediated neuromodulation in noradrenergic neurons.