拟南芥AMP1负调控植物对高盐胁迫的反应

高盐胁迫严重影响植物的生长发育及农作物产量,因此鉴定盐胁迫响应相关基因至关重要。拟南芥的AMP1编码一个推测的谷氨酸羧肽酶,参与植物的生长发育、光形态建成与种子休眠。研究证明了AMP1的一个新功能,它的缺失提高了缺失突变体amp1的抗高盐胁迫的能力,研究证明amp1突变体的强抗高盐胁迫表型一方面是由于在高盐胁迫下amp1突变体比野生型中积累了更多的甜菜碱和脯氨酸降低了突变体细胞的水势,另一方面高盐胁迫条件下amp1突变体中高盐胁迫响应的下游基因RD29A,以及AHA3的表达量也高于野生型,后者可促进Na+的外排;高盐条件能够对植物造成氧化胁迫,研究发现AMP1的缺失还上调了抗氧化相关基因ZAT10/12的表达量,进而降低了在高盐胁迫条件下amp1突变体内过氧化物的积累水平,减轻对细胞的损伤和生长的抑制,这些都提高了amp1突变体的抗高盐胁迫的能力。以上结果证明在拟南芥中AMP1负调控植物对高盐胁迫的反应过程。     

多环芳烃荧蒽诱导拟南芥氧化胁迫

选用模式植物拟南芥为材料,以四环的多环芳烃（PAHs）荧蒽为研究对象,从植物对非生物胁迫响应紧密相关的抗氧化酶及膜保护系统的变化入手,研究了植物对多环芳烃胁迫的生理响应.结果表明：荧蒽胁迫下拟南芥经历了氧化胁迫和膜脂过氧化过程.0.75 mmol·L^-1的荧蒽使拟南芥光合作用过程受到抑制;1.00 mmol·L^-1的荧蒽使拟南芥丙二醛(MDA)含量极显著增加, 抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性极显著下降, 膜脂过氧化作用加剧,1.25 mmol·L^-1的荧蒽使拟南芥过氧化物酶(POD)活性极显著下降,H₂O₂在细胞内累积,拟南芥明显受害.     

拟南芥MT-II过量表达提高抗旱性(英文)

富含巯基的植物II型金属硫蛋白(MT)对植物抵抗重金属胁迫具有重要作用,其中一个可能机制是金属硫蛋白可能猝灭重金属引起的氧化胁迫。利用转MT-II基因和野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株来对比研究MT在胁迫过程中通过清除氧自由基,特别是H2O2而对植物抗旱性的影响。研究表明,转基因型拟南芥能有效维持体内氧化—还原势,减少MDA的产生,从而缓解干旱胁迫引起的伤害,提高抗旱性。     

过量表达NtRopl基因增加了植物对盐胁迫的敏感和过氧化氢的含量

Rop／Rbo类的小G蛋白是一类重要的信号分子,它在植物的生长发育过程中起着重要的调控作用．根据已知的序列信息,我们从烟草中克隆得到了编码NtRopl基因的基因组序列,并研究了该基因在不同胁迫处理下的表达情况及转基因植物在盐胁迫下的反应,该基因的基因组中含有7个外显子和6个内含子,半定量RT-PCR表明,该基因的表达受到NaCl,甲基紫精（MV）和1．氨基环丙烷－1－羧酸（ACC）的诱导,而脱落酸（ABA）抑制该基因的表达,与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥增加了对盐胁迫的敏感性,具体表现为,在盐胁迫下,转基因植株根的长度明显比对照短,并且相对电导率也明显比对照高,通过对过氧化氢含量的测定发现,转基因拟南芥的过氧化氢的含量比对照高,这表明NtRopl基因可能是通过增加植物体内过氧化氢含量从而导致植物对盐胁迫的敏感性。     

拟南芥MT-Ⅱ过量表达提高抗旱性

富含巯基的植物Ⅱ型金属硫蛋白(MT)对植物抵抗重金属胁迫具有重要作用,其中一个可能机制是金属硫蛋白可能猝灭重金属引起的氧化胁迫.利用转MT-Ⅱ基因和野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株来对比研究MT在胁迫过程中通过清除氧自由基,特别是H2O2而对植物抗旱性的影响.研究表明,转基因型拟南芥能有效维持体内氧化-还原势,减少MDA的产生,从而缓解干旱胁迫引起的伤害,提高抗旱性.     

低温条件下中国野生拟南芥种群中CBF3与ROS浓度的相关性

活性氧(ROS)是植物光合作用和呼吸作用的副产物, 环境胁迫可加速植物体内ROS的产生, 造成植物细胞膜的过氧化, 同时给光反应中心II带来光伤害。RFOs是植物体内的1类寡聚糖家族, 其对环境胁迫的响应很可能与清除过剩的ROS相关。前期的研究显示, 由于中国长江流域野生拟南芥(Arabidopsis thaliana)种群中CBF3基因的变异, 种群的冰冻耐受性和体内RFOs含量的积累普遍低于Col生态型。研究表明, 长江流域种群中ROS代谢通路在低温处理后的表达与Col生态型相比发生了明显的分化, 并且植物体内ROS的浓度增高; 而将Col生态型中能正常响应环境冷信号的CBF3基因转入长江流域种群后, 转基因植株的冰冻耐受性得到显著提高, 体内RFOs积累亦增加, 而ROS浓度显著降低。这些结果说明, 低温条件下CBF3很可能通过直接调控植物体内RFOs的生物积累来参与调控下游过剩ROS的清除过程。中国长江流域野生拟南芥种群低温条件下体内ROS浓度的升高, 很可能是由于种群中CBF3基因发生了自然变异从而丧失了冷响应能力造成的。     

高钙逆境对拟南芥根部基因表达的影响

土壤钙含量过高会对植物正常生长发育形成严重的威胁.这是中国西南喀斯特区域农业生产和环境保护的重要限制因素.了解植物对高钙胁迫的响应机制,可以促进喀斯特地区可持续农业发展和生态环境保护.为揭示植物对高钙胁迫相应的分子机理,本研究充分利用拟南芥(Arabidpsis thaliana)丰富的生物信息资源,系统比较和分析了对照和高钙胁迫处理情况下拟南芥根部的基因表达情况.40 mmol/L CaCl2处理明显抑制了拟南芥根部生长.转录组分析表明,高钙处理下,拟南芥根部乙烯、脱落酸和茉莉酸途径表达上调,其中,茉莉酸合成、响应和代谢途径相关基因表达均上调,说明这3个激素相关途径,对植物应对高钙胁迫具有重要的作用,尤其是茉莉酸相关途径.     

NADPH氧化酶参与AtTOR调控盐胁迫诱导自噬机制的研究

盐胁迫严重限制着植物的生长发育,造成农业产量下降。植物遭受盐胁迫时,细胞代谢受到抑制,体内会积累较多活性氧(ROS)进而对植物造成氧化胁迫,诱导自噬现象的产生。本文主要研究了植物对于盐胁迫诱导的自噬及其反应的调控机制。研究中发现,在高盐浓度处理的拟南芥幼苗中自噬现象迅速产生,伴随着NADPH氧化酶活性的明显上升。此外,通过用荧光探针Lyso Tracker Red(LTR)定位自噬小体,激光共聚焦观察发现At TOR不仅可以在正常生理环境下抑制自噬小体的生成,而且可以在高盐浓度胁迫环境下抑制自噬。进而我们发现在高盐浓度处理的同时添加NADPH氧化酶抑制剂DPI后,处理过后的WT株系拟南芥根细胞自噬现象受到明显抑制,而At TOR突变体中并未有明显的变化。因此NADPH氧化酶很有可能参与At TOR对盐胁迫诱导自噬的信号通路的调控。该研究结果为进一步分析植物耐受性机理和自噬的信号通路提供理论依据。     

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.     

生长素及其运输蛋白对植物铝胁迫的响应

铝对植物的毒害作用主要表现为抑制根尖生长,而根尖生长与生长素及其运输密切相关,铝可能影响了生长素及其代谢过程,但目前尚不清楚生长素及其运输蛋白如何参与植物应对铝胁迫响应。本文通过分析、总结前人研究,并结合自己的前期研究结果,初步阐述生长素或其运输蛋白对植物铝胁迫的响应,即铝影响生长素代谢的相关基因,干扰根尖生长素运输蛋白在细胞内分布及其囊泡运输,调控生长素的极性运榆,进而抑制根尖生长。另一方面,生长素或其运输蛋白又参与了植物应对铝胁迫过程,这主要体现在参与了植物铝毒信号传递、根系铝内置化过程和减缓铝诱导的氧化胁迫。最后,本文提出了生长素及其运输蛋白对植物铝胁迫响应的可能模型。     

胡杨PeECT8基因的克隆及功能分析

ECT基因家族已在拟南芥中被发现并报道,然而它们是否参与植物在逆境胁迫下的响应过程却鲜有报道。为研究胡杨PeECT8基因的功能,从胡杨叶片cDNA中克隆出PeECT8基因,构建CaMV 35S::Pe ECT8植物表达载体,利用花序浸染法转化拟南芥,经GUS组织化学染色和PCR检测,获得转基因植株,进而测定不同浓度盐(Na Cl)和甘露醇胁迫下转基因拟南芥种子的萌发率、生长势和根长。测序结果表明,该基因编码区长度为1821 bp,可编码606个氨基酸。蛋白序列比对发现,PeECT8基因与毛果杨PtrECT8同源基因所编码的氨基酸一致性达93.42%,PeECT8蛋白包含一个YT521-B-like保守结构域。相比于野生型,过量表达PeECT8的拟南芥在不同浓度NaCl胁迫下萌发率降低,在D-甘露醇胁迫下萌发率没有明显变化。在NaCl和D-甘露醇胁迫下,转基因拟南芥根的伸长长度小于野生型。这表明PeECT8基因在盐胁迫和渗透胁迫下发挥负调控的作用。     

植物非生物逆境胁迫相关RING finger蛋白

RING finger蛋白是锌指蛋白类中一个庞大的蛋白家族,已成为拟南芥第三大蛋白家族,在水稻中也发现了488个。最典型的结构特点是序列内包含环指结构域(RING finger domain)。RING finger蛋白主要通过泛素化途径参与到植物细胞的生理生化过程。介绍了植物RING finger蛋白的结构特点和分类,综述它们的亚细胞定位,重点阐述它们在响应干旱胁迫、温度胁迫和盐胁迫等非生物逆境胁迫的调控作用。     

GRAS转录因子AtSCL4负调控拟南芥应答渗透胁迫

探讨拟南芥GRAS转录因子AtSCL4(Arabidopsis thaliana SCL4)在渗透胁迫中发挥的生物学功能,为GRAS蛋白在非生物胁迫中的功能研究奠定基础。以野生型和AtSCL4突变体拟南芥为试验材料,通过生理指标测定和qRT-PCR方法研究渗透胁迫下AtSCL4调控植物抗逆的生物学机制。研究发现AtSCL4受渗透胁迫诱导后显著上调表达,且AtSCL4突变体的抗渗能力强于野生型。在渗透胁迫下,AtSCL4可以负调节ATMYB6的表达,减小气孔开放度,降低叶片水分流失;AtSCL4通过负调控P5SC1和BADH的转录来提高植物体内脯氨酸和甜菜碱的含量;AtSCL4通过负调节AtSOD1和PER4的表达来增加抗氧化酶活性而降低活性氧含量。AtSCL4可负向调控抗逆基因表达和生理变化应答渗透胁迫。     

植物蛋白磷酸酶2C在非生物胁迫信号通路中的调控作用

植物在非生物胁迫下会产生一系列的形态、生理生化和分子水平上的适应性变化,尤其是非生物胁迫会引起植物体内的蛋白磷酸酶2C(PP2C)基因表达的改变,从而诱导植物合成相关的蛋白以适应胁迫。植物中有不同类型的PP2C亚群,各种PP2C亚群能够通过不同的信号途径参与胁迫应答,因此在植物响应非生物胁迫的过程中发挥重要作用。综述了植物PP2C在非生物胁迫信号通路中的作用机制。     

低温胁迫下结球甘蓝BoNR8 lncRNA过表达对拟南芥种子萌发的影响

长非编码RNA(long no-coding RNA,lncRNA)不含有开放阅读框,且长度大于200 bp,一般不具有编码蛋白质功能。它们在生物体内普遍存在,并发挥着多种生物学作用。植物种子萌发期的特异表达的lncRNA研究较少。BoNR8 lncRNA是结球甘蓝中RNA聚合酶Ⅲ转录的长非编码RNA(约272 bp)。前期研究发现,它在种子萌发期的特异表达;拟南芥中BoNR8 lncRNA过表达抑制了正常条件下种子萌发并降低了萌发种子对ABA的敏感性。本研究对BoNR8 lncRNA序列分析发现,其转录区域内存在冷胁迫基序(ATATAAATAAAT),并且这个基序存在BoNR8 lncRNA二级结构的最大茎环中。生化实验进一步表明,BoNR8 lncRNA响应低温环境,其过表达抑制了低温胁迫下拟南芥种子萌发。BoNR8 lncRNA低温相关功能的发现为植物耐低温研究提供了新材料,丰富了植物耐低温作用机制的研究。     

小麦E3泛素连接酶基因TaAIRP2-1B克隆及功能分析

干旱等非生物胁迫严重影响农作物生产。本研究克隆了小麦(Triticum aestivum L.)TaAIRP2-1B基因,探讨其对非生物胁迫的响应机制,为促进小麦抗旱性的遗传改良提供基因资源。组织特异性表达模式分析显示,TaAIRP2-1B基因在小麦抽穗期的各个组织中均有表达,在茎组织中的表达水平较高,而根系中的表达水平较低。非生物胁迫表达模式分析显示,Ta AIRP2-1B受ABA、PEG及冷胁迫诱导表达。过表达TaAIRP2-1B拟南芥在0.4μmol/L的ABA处理条件下,种子发芽率显著低于野生型,表明TaAIRP2-1B提高了拟南芥种子萌发期对ABA的敏感性。ABA处理抑制转基因和野生型拟南芥幼苗的根系生长,但转基因拟南芥受抑制程度显著高于野生型,表明TaAIRP2-1B提高了拟南芥幼苗对ABA的敏感性。转基因结果表明超表达TaAIRP2-1B增强了拟南芥的抗旱性,并且转基因株系的保水率显著高于野生型。总之,本研究发现小麦基因Ta AIRP2-1B参与了植物对非生物胁迫的应答,可能是通过ABA途径正向调控植物的抗旱性。     

异源表达N-端融合eYFP标签的GAAPs增强拟南芥对ER胁迫敏感性

高尔基体抗凋亡蛋白GAAPs(Golgi anti-apoptotic proteins)在真核生物中高度保守,是动物细胞中抑制胁迫诱导凋亡的BAX inhibitor-1类因子。反向遗传学研究表明,拟南芥GAAPs也能够抑制ER胁迫诱导的细胞死亡。为进一步在蛋白质水平研究GAAPs的功能和作用机制,通常使用基因融合标签的表达转化植株,但要考虑所使用的标签是否影响蛋白的功能。为此,我们分别构建了GAAP1和GAAP4的N末端融合e YFP、无e YFP标签的拟南芥过量表达转化子。通过检测e YFP-GAAP1/GAAP4以及gaap1突变体对ER胁迫敏感性,发现e YFPGAAP1/GAAP4过量表达与gaap1突变体类似,ER胁迫下的存活率降低,细胞死亡增强。定量PCR分析表明e YFPGAAP1过量表达抑制急性或长期ER胁迫下未折叠蛋白响应(unfolded protein response,UPR)通路相关基因的表达。这些结果表明GAAPs的N-端融合e YFP标签影响其在ER胁迫抗性以及抗细胞死亡中的功能。     

植物对盐胁迫响应的信号转导途径

植物通过调控复杂的信号网络来应对盐胁迫。近年来,随着植物基因工程技术的发展,对植物在盐胁迫下信号转导系统的研究取得了一定进展。本文以拟南芥为代表,对盐胁迫下参与调控植物耐盐生理响应的两大类主要信号转导途径——Ca2＋依赖型信号转导通路和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应途径的研究进展进行综述,主要介绍参与各信号转导通路的组件及诱发的耐盐生理响应等方面,并对该研究领域存在的问题及今后可能的研究方向进行展望。     

赤霉素调节植物对非生物逆境的耐性

赤霉素（GAs）是一类重要的植物激素,调控植物生长发育的诸多方面．最近的研究表明,GA也参与对生物与非生物胁迫的响应,然而GA参与非生物胁迫响应的遗传学证据及其机制有待于进一步研究．本实验室前期研究证明,水稻EullfELONGATEDUPPERMOSTINTERNODE）通过一个新的生化途径降解体内的活性赤霉素分子,并参与调控水稻对病原菌的基础抗病性．本研究发现,euil突变体对盐胁迫能力降低,而超表达EUll基因的水稻和拟南芥耐盐性显著提高．进一步研究发现,积累高含量赤霉素的水稻euil突变体对脱落酸（ABA）的敏感性下降,而赤霉素缺失的EUll超表达转基因水稻和拟南芥均改变了对于ABA的敏感性．EUll基因的转录受逆境诱导,其功能缺失与超表达调控了逆境标志基因的表达．综上推测,GA可能是通过影响ABA的信号途径从而改变了植物对非生物胁迫的响应．