木醋液的植物生长调节剂特性的分子机理研究北大核心CSCD

木醋液(wood vinegar,WV)是一种农业生产上广泛应用的植物生长调节剂类似物,但对其分子水平调节机制研究的缺乏严重限制了它的更进一步应用。试验以模式生物拟南芥为材料,通过半定量PCR(Semi-quantitative PCR,SQ-PCR)和条件控制培养,研究了不同浓度、不同时间的木醋液、生长素吲哚乙酸(IAA)处理对生长素诱导基因表达和形态学变化的影响。结果表明,木醋液可调节拟南芥生长素诱导基因Aux/IAA1、Aux/IAA5、Aux/IAA19、ARF19和SAUR-AC1的表达。通过Aux/IAA和ARF蛋白相互作用,木醋液调节途径中存在与生长素类似的负反馈。在形态学方面,木醋液、生长素IAA均可抑制叶片数量和叶片伸展,促进主根伸长和侧根形成。这表明木醋液不但以与生长素IAA相似的途径促进植物生长,且以自身的调节方式促进植物生长发育。     

拟南芥突变体在生长素信号传导中的研究进展

近年来,在植物激素的信号传导研究上已取得突破性进展.生长素的信号传导通路研究除了在生长素结合蛋白(ABP)上有所进展外,在生长素应答基因(Aux IAA),生长素调节因子(ARF)以及感应突变体的研究上也取得较大进展.对生长素运输通路及PIN1蛋白的功能和其抑制剂的研究也使对生长素信号传导的认识更清楚.生长素应答基因(Aux IAA)是生长素处理后快速诱导的基因.Aux IAA蛋白具有组织特异性(例如SAU蛋白)可以用来研究外源激素对植物生长发育的影响.生长素调节因子(ARF)与生长素应答基因的启动子序列具有特异性结合,Aux IAA蛋白与生长素调节因子(ARF)相互作用,并引发一系列蛋白质降解.使用转基因的拟南芥突变体,能有效地研究生长素在植物体内的特异性分布.借助运输载体抑制剂,可以对生长素的极性运输有更深入的了解.已经证明PIN蛋白参与生长素运输并与肌动蛋白有关.而且生长素参与了赤霉素介导的植物伸长反应.     

ARF和Aux/IAA调控果实发育成熟机制研究进展

生长素是调控果实发育成熟的重要植物激素之一。在生长素介导的信号转导机制中,ARF和Aux/IAA扮演重要的角色。ARF与生长素响应基因启动子区域内的生长素响应元件结合,促进或抑制基因的表达。Aux/IAA通过结构域Ⅲ和Ⅳ与ARF特异性结合,从而调节生长素早期应答基因的转录功能。研究表明,ARF因子参与调控果实形态发育、硬度和糖分积累等,Aux/IAA因子在授粉、果实形态发育等方面作用明显。此外ARF和Aux/IAA之间相互或与自身发生的互作以调控下游基因表达是植物体响应生长素信号的主要机制。介绍了ARF和Aux/IAA的结构特征、在不同植物中的分布状况以及与果实发育成熟的关系,同时讨论了ARF和Aux/IAA互作的研究现状,旨为进一步阐明生长素调控果实发育成熟的机制提供参考。     

泛素降解途径与生长素的调节

就近几年来泛素降解途径在生长素调节中的作用作了介绍,主要是3个蛋白家族突变体的一系列分子分析研究,即生长素应答因子(auxin responsefactors,ARFs)、生长素/吲哚乙酸(Aux/IAA)家族和泛素蛋白酶解组分.ARFs可以直接与DNA结合,介导生长素调节的基因表达;Aux/IAA通过与ARFs形成异源二聚体阻碍ARFs执行功能;泛素降解途径包括泛素激活酶El、泛素连接酶E2、泛素连接酶E3及26S蛋白酶体.生长素通过促进Aux/IAA与E3-SCFTIR1的相互作用降解Aux/IAA蛋白,释放出的ARFs与DNA结合,调节生长素相关基因表达.COP9(constitutive photomorphogenic locus 9)信号体也通过调节SCFTIl活性参与此过程.     

植物叶缘和叶脉发育调控的研究进展

通常可通过植物叶片的形态来区分不同植物的种类。叶片由茎顶端分生组织侧翼发育而成,为多种多样大小和形状的扁平结构。叶片的结构看似简单,但调控叶片形态和结构发育的分子机理错综复杂,叶片的发育受植物激素、转录因子、一系列蛋白因子及环境的共同调控。本文回顾了叶片边缘形态和叶脉发育研究的最新进展。在叶边缘形态方面,Aux/IAA生长素响应抑制家族蛋白通过调节生长素浓度最大点的离散分布影响小叶的起始和生长以及叶边缘结构;NAM/CUC转录因子促进叶边缘锯齿的分离以及复叶中小叶的分离和分化,NAM/CUC和Aux/IAA通过不同通路实现对生长素的调控;拟南芥RAX1基因/番茄Potato-leaf基因和拟南芥JAG基因/番茄LYR基因促进叶边缘锯齿发育;RCO调控复叶小叶的发育不通过改变生长素的分布来实现;在番茄中反式小干扰RNA途径中的因子参与叶边缘形态发育;另外,在拟南芥中,mir164A、CUC2、PIN1、DPA4、SVR9-1及SVR9L-1构成复杂的调控网络影响叶边缘锯齿的发育。在叶脉发育方面,PIN1能否正确的定位会影响叶脉发育;AS1和AS2共同参与叶片远近轴极性的分化;另外AXR6、MP、BDL、CVP因子功能的缺失影响叶脉发育;生长素、PIN1、Aux/IAA、MP、ATHB8构成反馈循环调控子叶叶脉的形成。     

植物Aux/IAA基因家族生物学功能研究进展

生长素是最重要的植物激素之一, 对植物生长发育起着关键调控作用。生长素作用于植物后, 早期生长素响应基因家族Aux/IAA、GH3和SAUR等被迅速诱导, 基因表达上调。其中Aux/IAA基因家族编码的蛋白一般由4个保守结构域组成, 结构域I具有抑制生长素信号下游基因表达的作用, 结构域II在生长素信号转导中主要被TIR1调控进而影响Aux/IAA的稳定性, 结构域III/IV通过与生长素响应因子ARF相互作用调控生长素信号。Aux/IAA基因家族在双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的器官发育、根形成、茎伸长和叶扩张等方面发挥重要作用; 在单子叶植物水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)中, 主要影响根系发育和株型, 但大多数Aux/IAA基因的功能尚不清楚。该文主要从Aux/IAA蛋白的结构、功能和生长素信号转导途径方面综述Aux/IAA家族在拟南芥、禾谷类作物及其它植物中的研究进展, 以期为全面揭示Aux/IAA家族基因的生物学功能提供线索。     

木醋液与6-苄基腺嘌呤对拟南芥生长的影响研究(英文)

木醋液(Wood vinegar,WV)作为植物生长调节类似物广泛应用于农业,但其促进植物生长的分子机制却鲜为人知。为了解木醋液(Wood vinegar,WV)促进植物生长的机理,以不同浓度木醋液/6-苄基腺嘌呤(6-BA)处理不同时间的模式生物拟南芥为材料,采用半定量PCR方法检测拟南芥调节应答因子(ARR4、ARR5、ARR6、ARR7、ARR9、ARR15)的表达量并以观察测量等方法比较木醋液和6-BA对拟南芥幼苗生长的宏观影响。研究结果显示,在调节拟南芥生长过程中,WV具有6-BA类似调节模式,但其总体效应弱于6-BA。在形态学方面,木醋液抑制叶片的展开,阻止子叶的发生,促进根的伸长并抑制侧根的形成。这些研究发现进一步完善了WV在分子水平调控植物生长的机制,对于WV在农业生产方面更加科学而广泛的应用具有重要的意义。     

大豆生长素响应因子GmARF16参与调节叶片衰老进程

生长素响应因子(auxin response factors,ARFs)通过调节下游靶基因广泛参与植物生长发育过程,但ARFs如何调控植物叶片衰老的分子机制还不清楚。该文首先利用实时荧光定量PCR(q PCR)技术,分析大豆生长素响应基因Gm ARF16在叶片自然衰老、人工黑暗诱导衰老、外源植物生长素IAA处理条件下的表达模式,结果表明,该基因与叶片衰老调控密切相关,并且属于生长素的原初响应基因。为了进一步验证Gm ARF16基因的功能,采用农杆菌转化方法分别获得基因敲减(Gm ARF16-RNAi)和抗降解表达(m Gm ARF16)的转基因大豆植株。与非转基因对照相比,Gm ARF16-RNAi转基因大豆植株的叶片叶绿素含量和最大光量子效率(Fv/Fm)显著提高,叶片衰老标记基因(Gm CYSP1)的表达受到抑制,而m Gm ARF16转基因大豆植株则呈现出与Gm ARF16-RNAi转基因大豆植株相反的叶片生理表型。结果表明大豆生长素响应因子Gm ARF16正调节叶片的衰老进程。该研究表明,Gm ARF16在植物生长发育进程中发挥着重要作用。     

生长素信号传导研究进展(综述)

近年来,植物激素的信号传导研究已取得突破性进展。本文就生长素的信号传导通路研究,包括生长素应答基因(Aux/IAA),生长素调节因子(ARF)以及感应突变体的研究进行综述。     

植物生长素反应因子研究进展

生长素反应因子（ARFs）是植物生长和发育的重要调节因子,在生长素早期反应蛋白（Aux／IAAs）的参与下,通过和生长素反应基因启动子区AuxRE元件的JTGTCTC序列结合,共同调控这些基因的表达。近年来关于生长素反应因子的分子结构和ARF与Aux／IAA的相互作用及其对植物生长和发育的影响、作用的靶基因以及分子机制受到人们的重视,并在这些方面做了大量的研究。     

生长素反应因子作用机制研究进展

概述ARF的结构和功能特点,其与Aux/IAA阻遏子之间的作用方式,以及它在生长素信号转导过程中的调控机制;对ARF基因在不同植物中的分布构成,表达特点,突变体的表型,以及转录后调控的研究现状进行了归纳分析。     

小麦ARF基因家族生物信息学分析及在干旱胁迫下的表达特性研究

植物生长素响应因子ARF(auxin response factor)参与调节了植物的向性运动、顶端优势、微观的分化、侧根和茎的形态发生等众多生理反应,在植物生长发育的整个过程都起到重要调控作用。本研究通过对小麦最新基因组数据进行分析,获得了61个ARF家族基因,命名为TaARFs,根据染色体编号排列为TaARF1~TaARF61,对61个TaARFs基因进行系统生物信息学分析后发现ARF家族基因结构较为复杂,外显子数量从1个到15个变化不等,除了4号染色体和5A和5B染色体之外,其余的染色体均有ARF家族基因分布。ARF家族基因大多包含B3 DNA结构域、ARF结构域(Auxin-resp)和Aux/IAA结构域;同源进化分析表明,小麦ARF家族基因的旁系同源基因数量明显多于大麦和二穗短柄草。通过拟南芥数据库比对获得14个高同源的根系发育相关的小麦ARF家族基因,利用二系杂交小麦京麦6号及父母本根系为试材进行干旱胁迫处理及实时荧光定量PCR(qPCR)筛选。结果表明,7个小麦ARF基因不同程度受到干旱胁迫诱导,其在旱胁迫下的表达量显著高于正常条件下的表达量,可能参与干旱胁迫应答;此外本研究还发现,ARF基因在F1杂交种中表达量显著高于双亲,表现出超亲表达模式,可能参与了根系抗旱杂种优势基因表达调控网络。     

早期生长素响应蛋白在生长素信号转导中的作用

3种早期生长素响应蛋白--生长素/吲哚乙酸蛋白(Aux/IAAs)、生长素响应因子(ARFs)和泛素介导的蛋白降解途径组分在生长素的信号转导中起着关键性的作用.目前的研究结果支持负调控模型的说法,即Aux/IAAs蛋白以生长素依赖的方式通过泛素相关的蛋白降解机制为26S蛋白酶降解.当Aux/IAAs-Aux/IAAs以及Aux/IAAs-ARFs二聚体含量降低时,ARFs-ARFs水平升高,ARFs-ARFs结合在生长素调控基因启动子的生长素响应元件(AuxREs)上调节一系列基因的表达,进而引导植物的正常生长和发育.     

生长素信号对植物侧根发育的调控

植物根系是汲取水分、营养的重要器官,而侧根是植物根系重要的组成部分。生长素是调控侧根生长发育的核心因子。该文综述了生长素信号在直根系模式植物拟南芥以及须根系模式作物水稻中侧根发育调控中的研究进展,对生长素信号调控侧根起始模型、Aux/IAA介导的生长素信号对植物侧根发育调控这两个方面进行了阐述,并对拟南芥与水稻的侧根发育进行比较,最后对该研究领域进行了展望。     

生长素信号转导途径与植物胁迫反应相互作用的证据(英)

生长素影响植物多种生理过程 ,有报道显示生长素可能影响植物对逆境胁迫的反应。我们利用cDNA阵列技术鉴定拟南芥 (Arabidopsisthaliana (L .)Heynh .)的生长素应答基因 ,发现多个胁迫应答基因受生长素抑制 ,包括ArabidopsishomologofMEKkinase1(ATMEKK1) ,RelA/SpoThomolog 3(At_RSH3) ,Catalase 1(Cat1)和Ferritin 1(Fer1) ,说明生长素可调节胁迫应答基因的表达。此外 ,我们还证明吲哚乙酸 (IAA)合成途径中的腈水解酶基因nitrilase 1(NIT1)和nitrilase 2 (NIT2 )受盐胁迫诱导 ,提示在逆境条件下IAA的合成可能随之增加。我们利用生长素不敏感突变体研究生长素与逆境反应相互作用的信号转导 ,发现胁迫应答基因在野生型和生长素不敏感突变体auxinresistant2 (axr2 )中可被盐胁迫诱导 ,而在auxinresistant1_3(axr1_3)中则不被诱导 ,说明生长素与逆境胁迫反应的相互作用可能发生在泛素途径。     

非TIR1受体依赖型激活生长素信号的新机制

依赖于受体TIR1以及下游Aux/IAAs-ARFs介导的信号通路是目前研究最为深入的生长素信号转导途径。徐通达课题组最新研究发现, 高浓度生长素能够诱导质膜定位的TMK1激酶发生剪切, 导致其羧基(C-)端部分转入细胞核并磷酸化修饰细胞核内的非经典IAA32/34, 后者通过与生长素响应转录因子ARFs互作, 调控下游基因表达, 从而解析了生长素通过TMK1-IAA32/34-ARFs通路调控植物顶端弯钩内外侧差异性生长的分子机制。该研究发现了一条新的生长素TMK1- IAA32/34-ARFs信号途径, 此信号通路独立于经典生长素受体TIR1介导的生长素信号转导通路。     

生长素信号转导途径与植物胁迫反应相互作用的证据

生长素影响植物多种生理过程,有报道显示生长素可能影响植物对逆境胁迫的反应.我们利用cDNA阵列技术鉴定拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)的生长素应答基因,发现多个胁迫应答基因受生长素抑制,包括Arabidopsis homolog of MEK kinase1 (ATMEKK1),RelA/SpoT homolog 3 (At-RSH3),Catalase 1 (Cat1) 和Ferritin 1 (Fer1),说明生长素可调节胁迫应答基因的表达.此外,我们还证明吲哚乙酸(IAA)合成途径中的腈水解酶基因nitrilase 1 (NIT1) 和nitrilase 2 (NIT2) 受盐胁迫诱导,提示在逆境条件下IAA的合成可能随之增加.我们利用生长素不敏感突变体研究生长素与逆境反应相互作用的信号转导,发现胁迫应答基因在野生型和生长素不敏感突变体auxin resistant 2 (axr2) 中可被盐胁迫诱导,而在auxin resistant 1-3 (axr1-3)中则不被诱导,说明生长素与逆境胁迫反应的相互作用可能发生在泛素途径.     

非TIR1受体依赖型激活生长素信号的新机制

依赖于受体TIR1以及下游Aux/IAAs-ARFs介导的信号通路是目前研究最为深入的生长素信号转导途径。徐通达课题组最新研究发现, 高浓度生长素能够诱导质膜定位的TMK1激酶发生剪切, 导致其羧基(C-)端部分转入细胞核并磷酸化修饰细胞核内的非经典IAA32/34, 后者通过与生长素响应转录因子ARFs互作, 调控下游基因表达, 从而解析了生长素通过TMK1-IAA32/34-ARFs通路调控植物顶端弯钩内外侧差异性生长的分子机制。该研究发现了一条新的生长素TMK1- IAA32/34-ARFs信号途径, 此信号通路独立于经典生长素受体TIR1介导的生长素信号转导通路。     

猕猴桃Aux/IAA基因家族的鉴定与表达

在猕猴桃全基因组范围内鉴定生长素/吲哚乙酸(Aux/IAA)基因家族,利用生物信息学方法分析其理化性质、结构特征及共线性关系等,并采用实时荧光定量PCR分析Aux/IAA家族基因在不同组织及部分家族成员在外源激素胁迫下的表达模式,为揭示该家族基因在猕猴桃发育过程中的功能奠定基础。结果表明:(1)猕猴桃基因组含有50个Aux/IAA家族基因,编码氨基酸序列介于125~391 aa,蛋白分子量介于14.06~42.48 kD,等电点介于4.33~9.51;Aux/IAA家族基因不均匀的分布于21条不同染色体上,且分布最多的23号染色体上含有11个基因;聚类分析将其分为9个亚族。(2)大部分Aux/IAA家族基因含有4个不同的保守结构域,多数成员均含有Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ结构域,部分基因缺失Ⅰ结构域;基因结构分析表明该家族基因包含1~5个内含子;基因组内序列分析发现该家族基因含有23对重复基因对,包括20对片段重复和3对串联重复;与拟南芥的组间共线性分析发现有36个基因与拟南芥基因存在共线性关系。(3)亚细胞预测显示该家族基因大部分定位于细胞核;启动子顺式作用元件分析发现该家族启动子包含光、激素以及响应生物与非生物胁迫等相关作用元件。(4)实时荧光定量PCR分析表明,Aux/IAA家族基因有组织表达特异性,各成员对外源激素响应的时间和强度不同,绝大多数基因在激素处理的早期下调表达,而AcIAA1a和AcIAA18a相对表达量呈现上调表达,响应模式的差异也说明了Aux/IAA家族各个基因在调控猕猴桃发育过程中功能上的差异性。研究认为,猕猴桃Aux/IAA家族基因具有功能多样性,且存在基因复制现象的基因部分表现出组织表达模式相似性,推测在功能上可能有冗余,在进化过程中该基因可能受到环境胁迫而导致序列的缺失或基因复制。     

植物生长素响应基因SAUR的研究进展

植物激素生长素在植物生长和发育过程中起重要的调节作用,它能够诱导一系列生长素早期响应基因的表达,包括Aux/IAA、GH3和SAUR。对拟南芥、水稻、高粱和茄科进行生物信息学分析后显示:大部分SAURs基因没有内含子,并且成簇坐落在染色体上;它们有特定的保守区,包含生长素响应元件AuxREs和促使mRNA降解的下游元件DST等。近年来,许多研究人员通过对SAUR蛋白功能的研究,发现它们主要参与调节生长素的合成和运输,从而影响细胞的膨大,但相关的机制并不明确,有待进一步的研究。从生物信息学和功能两方面综述了植物SAUR基因家族的研究进展,并对未来的研究方向做了展望。