植物响应盐胁迫的机制研究进展

盐胁迫影响植物生长发育,制约农作物安全生产。细胞内钠离子毒害是导致盐胁迫的主要因素之一,细胞内积累过多的钠离子会抑制光合作用及蛋白合成等一系列生理生化活动。因此,植物细胞内钠离子动态平衡对于维持植物正常生长发育至关重要。本文从盐胁迫对植物的危害、钠离子转运、信号传导等方面来阐述植物应答高盐胁迫的研究进展,以推动对植物盐胁迫响应机制的研究。     

质膜转运蛋白及其与植物耐盐性关系研究进展

植物细胞质膜有两种主要功能：⑴溶质运输（进出细胞）,溶质运输主要由转运蛋白完成;⑵信号传导,即接收信号并引发细胞生理生化响应。盐分过多对植物的伤害主要是离子毒害。质膜转运蛋白活性环境变化能做现迅速响应。本文简要叙述了植物细胞质膜转运蛋白类型、分子特性、生理功能及其活性调节。介绍了植物细胞质膜Ｈ＾＋－ＡＴＰａｓｅ、质膜氧化还原系统、质膜离子载体和离子通道对盐胁迫的响应及其这些响应与植物耐盐性之间的关     

质膜转运蛋白及其与植物耐盐性关系研究进展

植物细胞质膜有两种主要功能：(1)溶质运输(进出细胞),溶质运输主要由转运蛋白完成;(2)信号传导,即接收信号并引发细胞生理生化响应。盐分过多对植物的伤害主要是离子毒害。质膜转运蛋白活性对环境变化能做出迅速响应。本文简要叙述了植物细胞质膜转运蛋白类型、分子特性、生理功能及其活性调节。介绍了植物细胞质膜H+_ATPase、质膜氧化还原系统、质膜离子载体和离子通道对盐胁迫的响应及其这些响应与植物耐盐性之间的关系。     

植物盐胁迫应答蛋白质组学分析

土壤盐渍化是限制植物生长和分布的关键因素之一,揭示植物盐胁迫应答的分子机理是借助分子生物学手段提高植物耐盐性的基础.近年来,人们利用高通量蛋白质组学技术分析了拟南芥、水稻等19种植物的盐胁迫应答蛋白质表达图谱.从植物类群(盐生植物和甜土植物)、组织器官(根、地上部分/茎、胚根和胚轴、叶片、花序和配子体)、细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞生物)和亚细胞结构(叶绿体、质膜和质外体)几方面整合分析了植物盐胁迫应答蛋白质组表达模式特征,主要特征包括:(1)盐生植物通过全面调节细胞骨架重塑、离子转运和区隔化、渗透平衡、活性氧(ROS)清除、信号转导、光合作用和能量代谢等信号与代谢网络体系,获得相对较高的抗/耐盐能力;(2)植物地上部分(叶片、茎、配子体)或光合组织细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞盐藻)通过调节参与光合作用、碳和能量代谢、ROS清除过程蛋白质的表达模式应对盐胁迫环境;(3)植物地下部分(根、胚根)通过调控信号转导和离子转运相关蛋白质感知/传递盐胁迫信号并维持离子平衡;(4)花序中参与渗透调节、转录调控、蛋白质加工和ROS清除的蛋白质在盐胁迫条件下变化显著;(5)叶绿体通过调控参与光合作用、蛋白质加工和周转,以及氧化还原系统平衡等过程应对盐胁迫;(6)质外体中参与细胞壁代谢、胁迫防御和信号转导过程的蛋白质受盐胁迫影响明显;(7)细胞膜中参与维持膜结构稳定、物质/离子运输和信号转导过程的蛋白质对植物盐胁迫应答具有重要作用.这些分析为深入研究植物耐盐的分子机制提供了重要信息.     

碱蓬属植物耐盐机理研究进展

碱蓬属(Suaeda)植物是一类典型的真盐生植物,属于重要的盐生植物资源,全球广泛分布.人们已经对20种碱蓬属植物进行了观察和盐胁迫实验,研究了不同器官或组织的生理生化特征及其对盐胁迫的反应,并基于这些研究分析了盐胁迫的应答机制.叶片肉质化、细胞内离子区域化、渗透调节物质增加和抗氧化系统能力增强是碱蓬属植物响应和适应盐胁迫的重要方式和途径.但迄今为止的研究工作尚有一定的局限性,主要包括:研究工作主要集中在植物地上部分,而对植物地下部分的研究较少;多是少数生物学指标或生理学现象的单独观察,而缺乏对生理代谢过程的整体和综合分析;针对某种碱蓬的独立分析较多,而与近缘种的比较研究较少;植物对中性盐胁迫的反应研究较多,而对碱性盐的研究较少.为进一步系统阐明碱蓬属植物的耐盐机制,今后的工作应注重碱蓬属植物响应和适应盐胁迫的信号网络和调控机制研究,基于系统生物学研究思路,采用现代组学技术探索该属植物响应盐胁迫的由复杂信号网络调控的特殊生理特征和特异代谢途径.     

盐胁迫下植物细胞离子稳态重建机制

土壤盐渍化是困扰世界粮食产量的一大难题。在盐胁迫环境中,植物获得耐盐能力的一个重要策略是建立新的离子稳态(ionic homeostasis)。盐胁迫下植物细胞离子稳态依赖于膜转运蛋白(泵、载体和离子通道)。利用蛋白质的生化功能分析和突变体功能互补等方法,目前已克隆和鉴定了许多参与离子稳态重建的膜转运蛋白。综述了盐胁迫下植物细胞离子稳态重建的最新研究进展。     

不同类型盐生植物适应盐胁迫的生理生长机制及Na+逆向转运研究进展

盐生植物是指能在离子浓度至少200 mmol/L以上的生境中生长并完成生活史的植物。盐生植物可分为稀盐盐生植物、泌盐盐生植物、拒盐盐生植物三类。本文从生长形态、生理和分子3个方面总结三类盐生植物响应盐胁迫的不同策略及研究进展,发现盐生植物在分子水平上主要通过Na⁺转运蛋白和为其提供能量的两类基因应对体内过高Na⁺,这可能是引起盐生植物生理和生长形态异于非盐生植物的重要因素。其中稀盐盐生植物主要通过液泡离子区隔化应对盐胁迫,并表现出肉质化生长形态;泌盐盐生植物通过将体内盐分排出体外应对盐胁迫,并进化出特有的生理结构——盐腺或盐囊泡;拒盐盐生植物通过将盐离子积累在皮层细胞液泡和根部木质部薄壁细胞中减少向上运输Na⁺,同时根部多栓质化减少Na⁺吸收。本综述旨在为今后研究盐生植物及其耐盐机制提供相关依据,为植物耐盐分子育种奠定基础。     

植物感受盐胁迫及相关钙信号的研究进展

盐胁迫对植物的生长和发育造成严重影响,其危害包括渗透胁迫、离子毒害等,严重损害了农业生产和粮食安全。在盐胁迫下,植物相关感受器接受刺激,使得Ca²⁺通过细胞膜以及细胞内钙库膜上打开的Ca²⁺通道进入细胞质基质,导致细胞质内Ca²⁺浓度升高,产生钙信号。钙离子作为重要的第二信使,在植物细胞内和细胞间传递信号,信号往下游传递,在不同生长和发育阶段引起植物一系列的生理响应来应对盐胁迫影响。钙信号主要通过钙调蛋白（CaM）、钙调素样蛋白（CML）、钙依赖性蛋白激酶（CDPK）、钙调磷酸酶B样蛋白（CBL）和CBL互作蛋白激酶（CIPK）感知并将特异的钙信号信息传递到下游;从而激活植物盐胁迫生理响应。本文主要综述植物如何感知盐胁迫刺激,以及钙信号产生与传导机制,并对该研究领域需解决的问题进行了展望。     

盐胁迫下植物的细胞信号转导

近年来,植物对环境胁迫的响应在细胞和分子水平上得到了广泛研究。一般来说,胁迫信号首先被膜受体感知,然后传递至细胞中启动胁迫响应基因,调节植物对胁迫的耐受。了解植物感知与传递环境胁迫信号的途径并完成对环境胁迫的响应,是生物学重要的基础研究内容。简要介绍了在盐胁迫下植物细胞信号转导的一系列过程。     

Jasmonate mediates salt induced nicotine biosynthesis in tobacco (Nicotiana tabacum L.)

Jasmonate (JA), as an important signal, plays a key role in multiple processes of plant growth, deve lopment and stress response. Nicotine and related pyridine alkaloids in tobacco (Nicotiana tabacum L.) are essential secondary metabolites. Whether environmental factors control nicotine biosynthesis and the underlying mechanism remains previously unreported. Here, we applied physiological and biochemical approaches to investigate how salt stress affects nicotine biosynthesis in tobacco. We found that salt stress induced the biosynthesis of JA, which subsequently triggered the activation of JA responsive gene expression and, ultimately, nicotine synthesis. Bioinformatics analysis revealed the existence of many NtMYC2a recognized G box motifs in the promoter regions of NtLOX, NtAOS, NtAOC and NtOPR genes. Applying exogenous JA increased nicotine content, while suppressing JA biosynthesis reduced nicotine biosynthesis. Salt treatment could not efficiently induce nicotine biosynthesis in transgenic anti COI1 tobacco plants. These results demonstrate that JA acts as the essential signal which triggers nicotine biosynthesis in tobacco after salt stress.     

Jasmonate mediates salt-induced nicotine biosynthesis in tobacco(Nicotiana tabacum L.)

Jasmonate(JA),as an important signal,plays a key role in multiple processes of plant growth,development and stress response.Nicotine and related pyridine alkaloids in tobacco(Nicotiana tabacum L.) are essential secondary metabolites.Whether environmental factors control nicotine biosynthesis and the underlying mechanism remains previously unreported.Here,we applied physiological and biochemical approaches to investigate how salt stress affects nicotine biosynthesis in tobacco.We found that salt stress induced the biosynthesis of JA,which subsequently triggered the activation of JA-responsive gene expression and,ultimately,nicotine synthesis.Bioinformatics analysis revealed the existence of many Nt MYC2a-recognized G-box motifs in the promoter regions of Nt LOX,Nt AOS,Nt AOC and Nt OPR genes.Applying exogenous JA increased nicotine content,while suppressing JA biosynthesis reduced nicotine biosynthesis.Salt treatment could not efficiently induce nicotine biosynthesis in transgenic anti-COI1 tobacco plants.These results demonstrate that JA acts as the essential signal which triggers nicotine biosynthesis in tobacco after salt stress.     

盐生植物海滨锦葵幼苗盐胁迫下基因差异表达分析

利用cDNA-AFLP技术对海滨锦葵幼苗盐胁迫下叶片和根部的基因差异表达模式进行分析和比较, 并对部分盐胁迫应答的转录衍生片段进行了回收、测序和功能推测, 以从转录水平分析海滨锦葵的耐盐分子机制。结果显示：(1) 盐胁迫下海滨锦葵幼苗叶片和根部的基因差异表达多以量的变化为主, 包括盐胁迫下基因表达上调、下调或随盐处理浓度高低和胁迫时间长短而波动的差异表达模式; 只有少量基因的差异表达表现出质的变化, 如盐胁迫下基因沉默或诱导表达; (2) 仅在盐胁迫处理2 h的海滨锦葵幼苗根部, 基因的差异表达以质的变化为主的类型比例略高于量的变化类型比例; (3) 盐胁迫应答基因在不同组织中上调、下调、诱导或沉默的比例随胁迫处理时段而动态变化, 在刚胁迫时基因表达的差异加剧, 而后随胁迫处理时段的延长而渐趋稳定。结果预示, 从基因表达水平探讨植物的耐盐分子机理, 尽管有一定的规律可循, 但由于不同组织对盐胁迫的应答是动态变化的过程, 海滨锦葵不同组织在盐胁迫不同阶段的基因时、空、序表达特征并没有固定的程式。对部分盐胁迫下上调或诱导表达的转录衍生片段(Trivially distributed file system, TDFs)进行的序列分析和功能推测表明, 苗期海滨锦葵在盐胁迫下应答基因至少涉及3类：(1) 离子平衡重建或减少胁迫损伤相关基因(特别是运转蛋白类); (2) 恢复盐胁迫下植物生长和发育相关基因：如参与能量合成和激素调节途径相关基因等; (3)信号转导相关基因及功能未确定的新基因。文章并对盐胁迫应答基因的差异表达模式与海滨锦葵的耐盐性关系进行了讨论。     

水稻盐胁迫相关内含子microRNA的表达及其生物发生机制

内含子microRNA是一类位于编码基因内含子区域的非编码小RNA。目前,动物内含子microRNA研究报道较多,而关于植物体内含子microRNA的功能及其生物发生机制报道较少。本研究通过高通量测序技术,结合生物信息学方法,发现在盐胁迫条件下水稻幼苗中共85个内含子microRNAs表达,其中差异表达的有24个。预测到的51个靶基因的功能分析,主要涉及抗氧化途径、植物激素信号转导途径及功能基因表达调控途径。此外,根据宿主基因的表达情况推测,共30个内含子microRNAs具有独立表达的功能。通过分析内含子microRNA前体DNA片段上游1 kb序列中的启动子核心元件,初步验证其具有独立表达的能力。因此,推测水稻幼苗在盐胁迫条件下,部分内含子microRNA独立于宿主基因表达,并参与水稻盐胁迫下的自我防御机制。