植物根系分泌物在污染及沙化土壤修复中的应用现状与前景

近年来重金属污染等生态环境问题日益受到重视,而物理、化学修复方法存在的诸如成本高、二次污染等问题,使得利用植物、微生物等进行联合治理成为环境修复的重要手段。植物根系分泌物作为植物与土壤进行营养和信息交流的重要媒介,不但对植物的生长具有重要作用,其在污染及沙化土壤修复中作用的研究也得以广泛开展。本文对根系分泌物的组成、分泌机制进行了阐述,并对其在植物吸收重金属、化感作用、植物根系与根际微生物互作、改变土壤理化性质等过程中的作用及机理进行了总结。此外,本文还对利用根系分泌物和根际微生物在生态环境治理中的应用现状、面临的难题及未来的发展等进行了讨论。希望本文可为基于植物与微生物进行的环境修复技术的实际应用提供理论支撑。     

环境变化对水稻osfh1突变体成蛋白家族表达的影响

水稻成蛋白基因成员OsFH1在水稻根毛的生长发育中起着关键作用,这一过程受到环境因素的调控,当前的研究对环境因素如何与OsFH1互作调控水稻根毛的机制尚未阐明。为探索水稻成蛋白成员是否在环境因素介导的osfh1突变体根毛表型恢复中发挥作用,该研究使用1/2 MS液体培养液与1/2 MS固体培养基处理osfh1突变体,通过qRT-PCR技术分析成蛋白家族成员表达量,并对成蛋白家族进行生物信息学分析。结果表明:(1)与野生型相比,在液培中osfh1突变体主根根毛缺失,地上部分较短,侧根数量增加,在固体培养中osfh1突变体根毛缺失表型得到恢复。(2)与野生型相比,当osfh1突变体从液培到固培环境时,OsFH16表达量下降,OsFH17表达量上升,并且差异显著。(3)OsFH1、OsFH16、OsFH17都是第一类成蛋白亚家族成员,都具有生长素、赤霉素以及厌氧等与环境胁迫相关顺式作用元件,并且预测到OsFH1、OsFH16和OsFH17定位于质膜行使功能。(4)OsFHs在不同组织的表达模式分析表明,OsFH1在根部表达水平较高,而OsFH16、OsFH17在根部表达量相对较低。综上认为,由于OsFH16、OsFH17、OsFH1之间亲缘关系较高,调控模式相近且三者都可能在细胞质膜上行使功能,因此OsFH16、OsFH17可能参与环境因素与osfh1共同改变根毛表型这一过程。该研究结果为解析环境与osfh1基因共同调控水稻根毛发育机制奠定了一定理论基础,为探索植物成蛋白基因功能提出了新方向。     

成蛋白 (Formin): 植物细胞形态与发育的重要调控者

成蛋白(Formin)广泛存在于真菌、植物和动物等真核生物中,它们在调控肌动蛋白的聚合、协调肌动蛋白与微管之间的协同作用、决定细胞生长和形态等过程中发挥着决定性作用。一般认为,与真菌、动物不同,植物成蛋白家族结构在进化中因基因进化事件形成了植物特有的两类成蛋白家族,其中Ⅱ类成蛋白主要负责细胞极性生长,而Ⅰ类成蛋白可能调控细胞的膨胀。近年来,随着相关领域研究的深入,植物两类成蛋白在细胞内行使的功能也逐渐被阐明,而最近的研究结果也表明简单地根据蛋白结构对成蛋白的功能进行分类是不恰当的。据此,文中重点归纳了成蛋白结构域的组成与其对应功能,总结了成蛋白在代表性植物中的作用机理和最近研究进展,并就目前植物成蛋白研究中尚未解决的问题和尚未探索的领域进行了分析,最后对未来的植物成蛋白的研究方向提出了相关建议。     

镉胁迫下水稻OsPT1的表达及功能分析

OsPT1编码的水稻磷酸盐（Pi）转运蛋白在水稻生长发育、非生物胁迫应答等方面发挥重要的调控作用。前期研究表明OsPT1为镉（Cd）响应基因,但其在Cd胁迫下的功能及作用机制仍然未知。阐明OsPT1在Cd胁迫下的作用,并为低Cd水稻品种的选育奠定基础。通过生物信息学方法对该基因的序列特征、结构和功能进行分析和预测,利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）方法检测Cd胁迫下水稻不同组织、不同时间点OsPT1的相对表达量。此外,利用PCR的方法克隆OsPT1的编码序列,构建pGADT7-OsPT1重组质粒载体,并将其转入Δycf1 BY4741酵母菌株（Cd敏感酵母菌株）用以验证OsPT1对酵母Cd耐受性的影响。结果表明,OsPT1编码序列全长为1 584 bp,编码分子量为57.46 kD,由527个氨基酸构成的蛋白。在水稻基因组中该基因上游启动子区含有与光、厌氧、茉莉酸甲酯等环境和激素响应相关的调控元件。系统进化分析表明,水稻OsPT1与高粱SbPT1亲缘关系最近。基因的镉响应表达分析结果表明,与对照相比,经100 μmol/L Cd处理的水稻在1、6和12 h后,地上部分OsPT1的转录水平分别上调1.31、1.34和2.46倍;水稻根部OsPT1在处理1和6 h后分别上调1.28和1.14倍,但在Cd处理12 h后,其表达水平下调至处理前的0.62倍。转基因酵母Cd耐受性结果表明,与对照（0 μmol/L Cd）相比,经25 μmol/L Cd处理后,转OsPT1的酵母对Cd的耐受性有一定的下降。OsPT1可能在水稻应对Cd胁迫过程中发挥一定的作用。     

水稻OsMBF1c基因的克隆及表达分析

多蛋白桥联因子1(multi protein bridging factor 1, MBF1)在植物应对逆境胁迫中起着重要的作用,而对于水稻中MBF1是否参与重金属胁迫响应机制目前尚未见相关报道。为了揭示水稻MBF1家族与重金属胁迫的相关性及其潜在作用机制,该研究利用PCR技术克隆水稻OsMBF1c基因的全长编码序列,通过生物信息学对基因功能进行分析和预测,并通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析其在镉(Cd)胁迫下的表达特征。结果表明:(1)OsMBF1c的全长编码序列为468 bp,共编码155个氨基酸,相对分子量为16.154 kDa。(2)OsMBF1c与大麦TdMBF1a.1亲缘关系最近,具有光、厌氧等环境因子诱导相关的顺式调节元件。(3)重金属Cd可诱导OsMBF1c表达且在时间上和组织中的表达水平具有特异性,100 μmol·L^-1 Cd 处理1 h 后,地上部分OsMBF1c表达量明显上调,为对照组的7倍; 100 μmol·L^-1 Cd 胁迫处理6 h后,根部OsMBF1c表达量上调为对照组的3倍。该研究结果进一步完善了非生物胁迫下MBF1家族的生物学功能研究。