植物激素研究中的化学生物学思路与应用

植物激素是植物生长发育过程中必不可少的重要调节物质,它们直接或间接参与调控从种子萌发到成熟的各个发育阶段以及对生物/非生物胁迫的响应。随着利用小分子化合物探究生物体生理代谢分子机制的不断发展,植物生物学与化学之间一个新的前沿交叉学科——化学生物学随之诞生,并在短时间内取得了重要进展。化学生物学的思路与方法在植物激素研究领域中起到了不可替代的作用,尤其是在激素合成及信号转导研究领域。该文概述了主要植物激素的小分子类似物及其在植物生长发育和生物/非生物胁迫响应等方面的作用机制,并讨论了激素类似物在实际生产中的应用潜力及未来的研究方向。     

赤霉素信号在非生物胁迫中的作用及其调控机制研究进展

赤霉素(GA)能促进种子萌发和植物生长发育。近年来的研究表明赤霉素这一激素在植物响应非生物胁迫中同样发挥着重要的作用。植物通过调节GA生物合成、信号转导及其生物活性提高胁迫耐受性。综述了赤霉素在应对常见的几类非生物胁迫中所起的作用,分析了其合成、信号转导通路调控机制以及赤霉素与其他激素在响应非生物胁迫的关系。     

植物CBL-CIPK信号系统的功能及其作用机理

由类钙调磷酸酶B蛋白CBLs及其互作蛋白激酶CIPKs组成的信号系统是植物逆境胁迫信号传导的关键调控节点,是近几年植物逆境胁迫生理与分子生物学研究领域中的重要热点之一。文章主要介绍了CBLs和CIPKs基本功能结构域、CBL-CIPK信号系统在各种生物和非生物逆境胁迫响应、营养物质吸收及植物激素应答中的生物学功能及其作用机理。     

茉莉酸调控植物生长发育和胁迫的研究进展

植物作为不可移动的生物，感知外界刺激通过改变自身信号转导对其做出反应。植物激素作为重要的信号分子，在植物应对不同生物和非生物胁迫反应中发挥作用，以调节植物生长发育并适应不断变化的环境。茉莉酸是植物体内的重要激素之一，目前它的合成途径、生理作用等已有大量研究，但对其感知环境变化并做出反应的信号转导途径以及与其他植物激素的相互作用方面的研究还有空白之处。本文主要阐述茉莉酸在调控植物生长发育、胁迫应答及其与其他植物激素的相互作用方面的研究进展。     

AP2/ERF转录因子调控植物非生物胁迫响应研究进展

低温、干旱、高盐和缺氧等多种不良环境影响植物的生长发育, 植物通过长期进化形成复杂的调节机制来适应这些不利条件。AP2/ERF是植物特有的转录因子, 在各种胁迫响应过程中发挥关键调控作用。近年来, 越来越多的研究表明, 植物激素介导的信号级联通路与逆境胁迫响应关系密切, AP2/ERF转录因子可与激素信号转导协同形成交叉调控网络。许多AP2/ERF转录因子通过响应植物激素脱落酸和乙烯, 激活依赖或不依赖于脱落酸和乙烯的胁迫响应基因的表达。此外, AP2/ERF转录因子参与赤霉素、细胞分裂素和油菜素内酯介导的生长发育和胁迫应答。该文简要综述了AP2/ERF转录因子的结构特征、转录调控、翻译后修饰、结合位点、协同互作蛋白及其参与调控依赖或不依赖激素信号转导途径的非生物胁迫响应研究进展, 为解析不同AP2/ERF转录因子在调控激素和胁迫响应网络中的作用提供理论依据。     

AP2/ERF转录因子调控植物非生物胁迫响应研究进展

低温、干旱、高盐和缺氧等多种不良环境影响植物的生长发育,植物通过长期进化形成复杂的调节机制来适应这些不利条件。AP2/ERF是植物特有的转录因子,在各种胁迫响应过程中发挥关键调控作用。近年来,越来越多的研究表明,植物激素介导的信号级联通路与逆境胁迫响应关系密切,AP2/ERF转录因子可与激素信号转导协同形成交叉调控网络。许多AP2/ERF转录因子通过响应植物激素脱落酸和乙烯,激活依赖或不依赖于脱落酸和乙烯的胁迫响应基因的表达。此外,AP2/ERF转录因子参与赤霉素、细胞分裂素和油菜素内酯介导的生长发育和胁迫应答。该文简要综述了AP2/ERF转录因子的结构特征、转录调控、翻译后修饰、结合位点、协同互作蛋白及其参与调控依赖或不依赖激素信号转导途径的非生物胁迫响应研究进展,为解析不同AP2/ERF转录因子在调控激素和胁迫响应网络中的作用提供理论依据。     

植物一氧化氮合成代谢与信号转导研究进展与展望

一氧化氮(nitric oxide, NO)是有机体内一种重要的气体信号小分子,通过介导S-亚硝基化修饰、酪氨酸硝基化修饰等翻译后修饰,影响蛋白的稳定性和活性.在植物中, NO调控生长发育和胁迫响应等多个生物学过程,并与植物激素、活性氧等信号分子之间形成复杂的交互调控网络,精细调控植物生长发育的各阶段,以维持植物的正常生命活动.本文概述了NO的合成与代谢、作用机制,以及NO在植物生长发育、胁迫响应中的重要生物学功能.     

miR398在植物逆境胁迫应答中的作用

MicroRNA (miRNA)是一类新型的调控基因表达的小分子RNA, 它作为基因表达的负调控因子, 在转录后水平调节靶基因的表达。miRNA参与调控植物的生长发育, 并在多种非生物与生物胁迫响应中发挥重要作用。miR398是第一个被报道的受氧化胁迫负调控的miRNA。它通过负调控其靶基因Cu/Zn过氧化物歧化酶(Cu/Zn-superoxide dismutase, CSD)的表达, 在多种逆境胁迫响应中扮演重要角色, 如调节铜代谢平衡, 应答重金属、蔗糖、臭氧等非生物胁迫, 以及参与应答生物胁迫等。文章综述了miR398在多种逆境胁迫响应中重要的调节作用及miR398自身的转录调控。     

表观遗传调控植物响应非生物胁迫的研究进展

植物的生长发育容易受到外界环境变化的影响。非生物胁迫发生时, 表观遗传机制对胁迫应答基因的表达调控发挥了十分重要的作用。近年来, 调控植物非生物胁迫应答的表观遗传机制研究取得了一系列重要进展, 为进一步深入解析植物响应非生物胁迫的分子机制奠定了基础。该文对DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA等主要表观遗传调控方式在植物响应非生物胁迫中的作用进行了简要综述。     

茉莉酸在植物抗逆性中的研究进展

茉莉酸(jasmonic acid, JA)是一种植物内源合成的脂类激素，在植物响应胁迫的调控中发挥着重要作用。本文概括了JA的生物合成与代谢途径及其调控机制；总结了JA信号的传导通路；系统归纳了JA在植物响应生物和非生物胁迫应答中的作用机制和调控网络，重点关注了最新的研究进展。此外，本文梳理了JA与其他植物激素在植物抗逆性调节过程中的信号交流。最后讨论了JA信号通路介导的植物抗逆性研究中亟待解决的问题，并展望了新的分子生物学技术在调控JA信号通路增强作物抗性中的应用前景，以期为植物的抗逆性研究和改良提供参考。     

Combinatorial Interactions of Biotic and Abiotic Stresses in Plants and Their Molecular Mechanisms: Systems Biology Approach

Plants are continually facing biotic and abiotic stresses, and hence, they need to respond and adapt to survive. Plant response during multiple and combined biotic and abiotic stresses is highly complex and varied than the individual stress. These stresses resulted alteration of plant behavior through regulating the levels of microRNA, heat shock proteins, epigenetic variations. These variations can cause many adverse effects on the growth and development of the plant. Further, in natural conditions, several abiotic stresses causing factors make the plant more susceptible to pathogens infections and vice-versa. A very intricate and multifaceted interactions of various biomolecules are involved in metabolic pathways that can direct towards a cross-tolerance and improvement of plant’s defence system. Systems biology approach plays a significant role in the investigation of these molecular interactions. The valuable information obtained by systems biology will help to develop stress-resistant plant varieties against multiple stresses. Thus, this review aims to decipher various multilevel interactions at the molecular level under combinatorial biotic and abiotic stresses and the role of systems biology to understand these molecular interactions.     

Modeling of the MAPK machinery activation in response to various abiotic and biotic stresses in plants by a system biology approach

Mitogen-Activated Protein Kinases (MAPKs) cascade plays an important role in regulating plant growth and development, generating cellular responses to the extracellular stimuli. MAPKs cascade mainly consist of three sub-families i.e. mitogen-activated protein kinase kinase kinase (MAPKKK), mitogen-activated protein kinase kinase (MAPKK) and mitogen activated protein kinase (MAPK), several cascades of which are activated by various abiotic and biotic stresses. In this work we have modeled the holistic molecular mechanisms essential to MAPKs activation in response to several abiotic and biotic stresses through a system biology approach and performed its simulation studies. As extent of abiotic and biotic stresses goes on increasing, the process of cell division, cell growth and cell differentiation slow down in time dependent manner. The models developed depict the combinatorial and multicomponent signaling triggered in response to several abiotic and biotic factors. These models can be used to predict behavior of cells in event of various stresses depending on their time and exposure through activation of complex signaling cascades.     

Molecular mechanism of salicylic acid-induced abiotic stress tolerance in higher plants

Salicylic acid (SA), a key signaling molecule in higher plants, has been found to play a role in the response to a diverse range of phytopathogens and is essential for the establishment of both local and systemic-acquired resistance. Recent studies have indicated that SA also plays an important role in abiotic stress-induced signaling, and studies on SA-modulated abiotic tolerance have mainly focused on the antioxidant capacity of plants by altering the activity of anti-oxidative enzymes. However, little information is available about the molecular mechanisms of SA-induced abiotic stress tolerance. Here, we review recent progress toward characterizing the SA-regulated genes and proteins, the SA signaling pathway, the connections and differences between SA-induced tolerances to biotic and abiotic stresses, and the interaction of SA with other plant hormones under conditions of abiotic stress. The future prospects related to molecular tolerance of SA in response to abiotic stresses are also further summarized.     

BRs在植物响应非生物胁迫中的作用

油菜素甾体(brassinosteroids,BRs)是植物界普遍存在的一类多羟基化的植物甾体激素,不仅调节植物的生长发育过程,还参与植物对生物和非生物胁迫的响应.概述了BRs的生物合成途径以及信号转导途径,重点阐述了BRs参与非生物胁迫应答的分子机制,展望了BRs未来的研究方向,为深入理解BRs介导的非生物胁迫调控网...     

植物细胞质外体pH感受机制的解析

质外体是植物感受和应答环境胁迫(包括生物和非生物胁迫)的前沿区域。质外体的pH值是被严格调控的重要生理参数。环境胁迫(如细菌病害)等会引起植物细胞质外体碱化现象。然而, 质外体pH如何协调根生长与免疫响应? 其分子调控机制尚不清楚。最近, 南方科技大学生命科学学院郭红卫团队与清华大学-德国马克斯普朗克研究所-科隆大学柴继杰团队以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究材料, 通过遗传学、细胞生物学、生物化学和结构生物学等综合手段, 发现细胞表面小肽-受体复合物可作为质外体pH感受器, 感受和应答分子模式触发的免疫(PTI)引发的拟南芥根尖分生组织细胞质外体碱化。该研究揭示了植物根尖分生组织细胞质外体pH感受的蛋白质复合物及响应机制, 以及免疫与生长之间的协调机制, 加深了人们对植物如何平衡生长与免疫应答生物学反应过程的理解。     

The Physiology and Molecular Biology of Plant 1,3-β-D-Glucanases and 1,3;1,4-β-D-Glucanases

This review covers the physiology and molecular biology of the plant β-glucanases possessing either endo-1,3-β-D-glucanase (EC 3.2.1.39) or endo-1,3;1,4-β-D-glucanase (EC 3.2.1.73) activity. These β-glucanases are structurally related enzymes that are believed to be involved in many important aspects of plant physiology and development, such as germination, growth, defense against pathogens, flowering, cellular and tissue development and differentiation, and probably other roles. They also are regulated by numerous plant hormones, biotic and abiotic elicitors and stresses, and they exhibit complex tissue- and developmental-specific gene expression.     

植物激素在苔藓生长发育与逆境响应过程中的作用机制研究进展

植物激素是由植物自身代谢产生的一类从产生部位移动到作用部位发挥调控功能的微量小分子有机物质,在植物生长发育、响应环境胁迫过程中起到关键作用.苔藓植物作为早期登陆的非维管植物,处于陆生植物进化早期的阶段,具有许多不同于维管植物的形态和生理特征.大部分苔藓中普遍存在8种主要的植物激素及其衍生物(包括ABA、JA、ET、SA...