逆境胁迫诱导基因的结构,功能与表达调控

对有关逆境响应基因的最新进展作了一简要的综述,在逆境条件下,脱落酸（ＡＢＡ）浓度增加,诱导许多新的基因表达及蛋白质合成,已克隆到几百种逆境响应基因,其中大多数可受外源ＡＢＡ的诱导,对这些基因及蛋白质的功能已有所了解,认为它们可能与的抗逆能力有关,目前认为有多条信号传递途径参与胁迫信号的转导。     

钙依赖的蛋白激酶与植物抗逆性

植物钙依赖的蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinases,CDPKs)是细胞Ca2 信号的受体,同时具有Ca2 受体蛋白和Ser/Thr蛋白激酶的功能。许多植物CDPKs基因受环境胁迫刺激发生表达水平的改变,这些基因在植物逆境胁迫的Ca2 信号转导中起着十分重要的作用,为植物CDPKs抗逆功能的研究和植物的抗逆遗传改良提供了理论基础和基因资源。     

植物逆境胁迫相关蛋白激酶的研究进展

干旱、高盐、高温和低温等非生物胁迫及各种病虫害等生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量.蛋白激酶主要通过激活不同的磷酸化途径介导外界环境信号的感知和传递,调控下游抗逆基因的转录表达,启动相应的生理生化等适应性反应来降低或消除危害.该文对近年来国内外有关与非生物胁迫和生物胁迫信号传导相关的受体蛋白激酶、促分裂原活化蛋白激酶、钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激酶、蔗糖不发酵相关蛋白激酶和其它胁迫相关的植物蛋白激酶的研究进展进行综述,探索蛋白激酶介导的不同磷酸化途径应对逆境胁迫的信号传递网络,为进一步了解植物逆境分子应答机制提供依据.     

植物抗逆相关蛋白激酶的结构与功能

植物在遭受外界逆境胁迫时,体内的信号传导系统能够感知、传递逆境胁迫信号,并引起各种生理生化反应以适应环境。植物蛋白激酶在信号感知、传导以及基因的表达调控中起重要的作用。蛋白激酶在信号传导过程的功能是磷酸化修饰目的蛋白,而磷酸化的实现需要蛋白质之间相互作用。本文从植物蛋白激酶的结构、分类、与激素信号传导之间的关系等方面进行了系统的阐述,对蛋白激酶介导的植物抗性与发育的最新研究进展进行了系统的总结,为解析蛋白激酶在植物生长发育中的抗逆机理提供依据。     

受体蛋白激酶和植物发育

受体蛋白激酶是蛋白激酶家族中的重要一类。根据其胞外受体结构域的组成不同 ,植物受体蛋白激酶可划分为不同的类型。近些年的研究发现 ,蛋白激酶是植物发育和抗性反应中重要成分 ,是信号分子的重要受体 ,在信号传导过程中起着重要作用。随着对植物发育过程中信号传导机理认识的不断深入 ,人们有望通过操作植物发育过程向人们需要的方向发展 ,达到控制果实的大小和提高产量的目的。     

植物受体蛋白激酶的研究进展

在植物中存在一种由胞外结构域、跨膜区域和胞内的蛋白激酶区域三部分组成的跨膜受体蛋白激酶（receptor-lik protein kinases,RLKs)。该蛋白一方面作为胞外特异配基的受体,同时本身又是一种蛋白激酶。研究表明,植物细胞中的RLKs可能参与了植物细胞抗逆反应,植物形态发生、自交不亲和等生理生化反应,作者将从RLKs的结构、种类,基因表达方式及其植物生长和发育过程中的作用做简要介绍。     

植物逆境胁迫抗性的功能基因组研究策略

植物对逆境胁迫抗性的功能基因组研究主要是寻找胁迫抗性位点在相关物种基因组中的保守位置,发现胁迫反应中的高度保守序列,确定植物胁迫反应的调控机理,进而得到植物对逆境胁迫抗性的关键代谢途径和其中的关键调控因子,为进一步选择用于改良植物对逆境胁迫抗性的关键基因奠定基础。本文从主要模式植物(苔藓类植物、复苏植物、盐土植物和甜土植物)、主要技术策略(基因的差异表达分析、基因表达序列标签、cDNA芯片技术。基因表达序列分析和基因敲除和突变体筛选分析)和生物信息学方法(数据分析的生物信息学方法设计到序列比较、比较基因组学、电子克隆)等三个方面对国内外植物逆境胁迫抗性的功能基因组研究策略作了全面综述。     

植物钙感受器及其介导的逆境信号途径

钙信号是植物生长发育和逆境响应的重要调控因子, 是植物生理与逆境生物学研究领域中的热点之一。当植物细胞受到外界逆境刺激时, 其胞内会产生具有时空特异性的Ca2+信号变化, 这种变化首先被胞内钙感受器所感知并解码, 再由钙感受器互作蛋白将信号传递到下游, 从而激活下游早期响应基因的表达或相关离子通道的活性, 最终产生特异性逆境响应。植物细胞通过感知胞内钙信号的变化如何识别来自外界不同性质或不同强度的刺激, 是近几年植物生物学家所关注的科学问题。文章主要总结了近几年在植物钙感受器研究领域中的最新进展, 包括钙依赖蛋白激酶(CDPKs)、钙调素(CaMs)、类钙调素蛋白(CMLs)、类钙调磷酸酶B蛋白(CBLs)及其互作蛋白激酶(CIPKs)等的结构、功能及其介导的逆境信号途径, 并提供新的见解和展望。     

Protein Phosphatases and Signaling Cascades in Higher Plants

Protein kinases and phosphatases play a central role in cellular signaling. Although protein kinases have been widely studied in higher plants, protein phosphatases have been largely neglected until recently. The article focuses on the most recent studies that have placed protein phosphatases in the context of several signal cascades in higher plants. These pathways include stomatal regulation and abscisic acid signal transduction, pathogen and stress responses, and developmental control. Studies clearly have demonstrated that protein phosphatases function not only to counterbalance the protein kinases but also take a leading role in many signaling processes.     

环境胁迫下植物MAPK多叠级联响应

植物MAP(mitogen-activated protein)激酶涉及植物的生长发育、对内源和外界环境刺激的反应.MAP激酶能将胞外感受器引起的刺激传递到胞内引起细胞的反应.拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为模式植物,其全部的MAP激酶已经列出并进行了分类.根据已分类的拟南芥MAP激酶家族,已经分离出大量的MAP激酶基因,并将它们进行分类,发现它们大多能被包括病原、创伤、温度、干旱、盐、渗透、紫外线辐射、臭氧和活性氧等胁迫刺激激活.通过研究在不同环境胁迫下的功能和信号路径,发现植物MAP激酶信号传递系统是复杂且相互交错的.需要开发一些新的工具和策略去阐明MAPK信号传递路径,以及如何利用MAPK系统去改善农作物对生物和非生物胁迫的抗性.     

植物SnRKs家族在胁迫信号通路中的调节作用

蔗糖非发酵1(SNF1)相关蛋白激酶家族(SnRKs)是植物胁迫响应过程中的一类关键蛋白激酶。在响应生物胁迫时,SnRKs可通过参与活性氧和水杨酸介导的信号转导途径,增强植物对生物侵害的耐受性。在响应非生物胁迫时,SnRKs通过脱落酸(ABA)介导的信号通路,增强植株对干旱、盐碱和高温等的耐受性;且通过独立于ABA的信号通路,SnRKs可调控胞内能量状态,维持离子平衡。该文总结了SnRKs蛋白激酶作为胁迫信号通路中的主要调节因子的最新研究进展,并展望了未来的研究方向。     

植物胁迫信号转导过程中活性氧和促细胞分裂原活化蛋白激酶的调节作用

以H2O2为代表的活性氧(reactive oxygen species,ROS)和以促细胞分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)为代表的蛋白激酶广泛存在于植物细胞并参与各种生理反应过程.生物胁迫条件下,一些MAP激酶特异性地调节氧化猝发(oxidative burst,OXB)和过敏反应(hypersensitive response,HR),水杨酸(salicylic acid,SA)诱导的MAP激酶(SA-induced protein kinase,SIPK)和ROS共同参与系统获得性抗性(systemic acquired resistance,SAR)的建立;SIPK、P38 MAPK等分别与H2O2共同调节臭氧、受伤和渗透胁迫等多种非生物胁迫生理反应.ROS和MAP激酶共同调节植物胁迫信号转导,但其机制尚需进一步的研究.     

植物MPK信号通路与信号分子H2O2和NO之间的相互关系

促分裂原活化蛋白激酶(MPK)级联途径是真核细胞中普遍存在且保守的信号传导通路,广泛参与植物生长发育和植物抵抗生物和非生物胁迫的防御反应。过氧化氢(H2O2)和一氧化氮(NO)作为重要的信使分子也广泛参与植物生长发育和防御反应的信号传导。近年来,研究也表明MPK信号通路与信号分子H2O2和NO之间存在着多种复杂的关系。一方面,在一些刺激的信号传递过程中,MPK信号通路参与了信号分子H2O2和NO的产生、清除或其信号的向下传递等过程;另一方面,在有些刺激的信号传递过程中,它们位于不同的信号传递途经中,行使不同的功能。本文就目前植物MPK信号通路与H2O2和NO之间相互关系的研究现状进行了综述和分析,并指出了该研究领域存在的问题。     

Unusual Membrane-Associated Protein Kinases in Higher Plants

Plant genomes encode a variety of protein kinases, and while some are functional homologues of animal and fungal kinases, others have a novel structure. This review focuses on three groups of unusual membrane-associated plant protein kinases: receptor-like protein kinases (RLKs), calcium-dependent protein kinases (CDPKs), and histidine protein kinases. Animal RLKs have a putative extracellular domain, a single transmembrane domain, and a protein kinase domain. In plants, all of the RLKs identified thus far have serine/threonine signature sequences, rather than the tyrosine-specific signature sequences common to animals. Recent genetic experiments reveal that some of these plant kinases function in development and pathogen resistance. The CDPKs of plants and protozoans are composed of a single polypeptide with a protein kinase domain fused to a C-terminal calmodulin-like domain containing four calcium-binding EF hands. No functional plant homologues of protein kinase C or Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase have been identified, and no animal or fungal CDPK homologues have been identified. Recently, histidine kinases have been shown to participate in signaling pathways in plants and fungi. ETR1, an Arabidopsis histidine kinase homologue with three transmembrane domains, functions as a receptor for the plant hormone ethylene. G-protein-coupled receptors, which often serve as hormone receptors in animal systems, have not yet been identified in plants. Received: 18 August 1997/Revised: 23 December 1997