拟南芥黏连蛋白RAD21对增强UV-B辐射后细胞分裂的响应

UV-B辐射对植物的影响体现在多个水平, 其会引起植物DNA损伤, 造成有丝分裂异常, 最终影响植物的生长发育及生理生化过程。RAD21.3是黏连蛋白复合物的一个亚基, 参与有丝分裂中染色体的分离。该研究以哥伦比亚生态型拟南芥(Arabidopsis thaliana)和atrad21.3突变体为材料, 设置对照(CK)及UV-B处理组, 对野生型(WT)、atrad21.3及过表达株系的根长、株高、抽薹时间和生理生化指标进行统计分析。利用碱性品红染色观察拟南芥根尖的有丝分裂现象, 并统计畸变率。SPSS分析结果表明, UV-B处理后, WT UV-B和atrad21.3 CK的抽薹时间、株高及各项生理生化指标与WT CK相比无显著差异, 但atrad21.3 UV-B与之相比差异显著。通过烟草(Nicotiana benthamiana)的瞬时表达和亚细胞定位观察, 发现RAD21.3集中在细胞核; 进一步观察分裂期细胞发现落后染色体、染色体桥和游离染色体等异常现象。统计结果表明, 与WT CK相比, WT UV-B和atrad21.3 CK的畸变率较高, 但atrad21.3 UV-B的畸变率更高, 表明RAD21.3可能响应UV-B辐射诱导的异常有丝分裂。     

增强UV—B辐射对小麦细胞有丝分裂影响机制的探讨

采用10.08 kJ/m2.d辐射剂量的UV-B辐照处理＂晋麦8号＂冬小麦种子,待根尖生长至1 cm～2cm长时,对小麦根尖细胞的有丝分裂率以及各类异常分裂现象进行了研究,并进一步探讨了产生异常分裂的细胞生物学机理.结果表明：增强的UV-B辐照能抑制小麦细胞有丝分裂的发生频率,并可诱导小麦根尖细胞产生游离染色体、落后染色体、染色体桥（包括单桥、双桥和三桥染色体）、不均等分裂以及微核染色体等畸变现象.另外,在增强UV-B辐射处理后的细胞中还深入研究了新型的异常分裂现象-分束分裂,表现为染色体在细胞有丝分裂后期产生三束、四束、六束和七束等染色体束,且均具有一定的发生频率,分别为0.073%、0.153%、0.053%和0.060%.而在对照组小麦细胞中没有发现分束分裂现象的发生.同时,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳检测和激光共聚焦扫描显微镜观察发现,与CK组相比,分束分裂细胞中.微管蛋白的组成和微管骨架的形态结构均发生了变化.因此,推测分束分裂现象的发生可能与增强UV-B辐射导致细胞骨架微管系统损伤有关.     

克隆整合提高异质性UV-B辐射下活血丹抗氧化酶活力

增强UV-B辐射会对植物生长和生理生化过程产生有害效应。克隆植物中,相连的克隆分株对经常共享资源和激素,然而鲜有关于异质性UV-B辐射下抗氧化酶活力变化的报道。本研究模拟同质(克隆分株片段均处于自然背景辐射)和异质(克隆分株一端处于自然背景辐射,另一端处于补加的UV-B辐射)UV-B辐射,以克隆植物活血丹为材料,进行连接和隔断处理,研究异质性UV-B辐射下,克隆整合对活血丹抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT))活力的影响。结果表明:与处于同质UV-B辐射环境相比,异质UV-B辐射下连接处理中的活血丹UV-B辐射端抗氧化酶活力显著增加,说明克隆植物生理整合存在,且克隆整合提高了活血丹抗氧化酶活力。表明异质UV-B辐射环境中,UV-B辐射胁迫端克隆分株通过生理整合从非胁迫端获益,最大化地利用资源。     

异质性UV-B辐射下NO在活血丹光合特性中的作用研究

我们前期研究发现异质性UV-B辐射下NO参与克隆植物紫外吸收物和抗氧化酶活力的整合过程。光合作用在植物生长过程中十分重要,但异质性UV-B辐射下NO在克隆植物光合特性中是否发挥作用仍不清楚。本研究模拟同质(克隆分株片段均处于自然背景辐射)和异质(克隆分株一端处于自然背景辐射,另一端处于补加的UV-B辐射)UV-B辐射,以克隆植物活血丹为材料,研究异质性UV-B辐射下,NO清除剂在克隆整合提高活血丹气体交换参数和叶绿素含量中的作用。结果表明:与处于同质UV-B辐射环境相比,异质UV-B辐射下连接处理中的活血丹UV-B辐射端气体交换参数和叶绿素含量显著增加,但NO清除剂改变了这一趋势,说明NO作为信号分子在克隆植物生理整合提高了活血丹光合生理特性中发挥重要作用,有助于全面认识UV-B辐射在克隆植物生长调控中的作用,为了解异质性UV-B环境下克隆植物生理整合的机理提供理论依据。     

UV-B辐射方向对白三叶克隆整合的影响

增强UV-B辐射会对植物生长和生理生化过程产生有害效应。克隆植物中,相连的克隆分株对经常共享资源和激素,然而鲜有关于异质性UV-B辐射下UV-B辐射方向对克隆整合的影响及克隆植物形态结构变化的报道。模拟同质(克隆分株片段均处于自然背景辐射)和异质(克隆分株一端处于自然背景辐射,另一端处于补加的UV-B辐射)UV-B辐射,以克隆植物白三叶为材料,进行连接和隔断处理,研究UV-B辐射方向对克隆整合强度变化、叶片形态结构特化及生理可塑性的影响。结果表明:异质性UV-B辐射下,15N同位素标记端保留的15N百分比高于同质UV-B辐射处理,转移到无标记相连端的15N含量则降低,紫外辐射处理和同位素标记是否处于同一分株端对结果无显著性影响,说明克隆植物白三叶生理整合存在但整合强度降低,辐射方向与克隆整合强度无关;隔断处理组气孔长度增加,栅栏组织增厚,但连接处理组却无此变化,表明生理整合在白三叶叶片形态结构特化中发挥作用。UV-B辐射下,最小荧光、电子传递速率及光化学淬灭系数降低但非光化学淬灭系数升高,而生理整合却使结果相反;叶绿素和紫外吸收物可在异质性UV-B辐射相连的两端运输分享。以上均表明异质UV-B辐射环境中,UV-B辐射胁迫端克隆分株通过生理整合从非胁迫端获益,并以此提高胁迫环境中克隆植物对资源的利用效率。     

UV-B辐射对拟南芥细胞周期G1/S期转变的影响

以同步化的拟南芥(Arabidopsis thaliana)根尖细胞为材料, 研究了UV-B辐射对拟南芥细胞周期G1/S期转变的影响。细胞周期荧光显微图像分析表明, UV-B辐射延缓了拟南芥根尖细胞G1/S期的转变。基因表达的RT-PCR检测表明, 在UV-B辐射下G1/S期转变的标志基因Histone H4和E2Fa的表达受抑制, 而G1/S期转变的抑制因子KRP2基因表达则受诱导上调。单细胞凝胶电泳检测结果表明, UV-B辐射引起拟南芥根尖细胞内积累大量的环丁烷嘧啶二聚体。以上结果表明, UV-B辐射抑制植物的生长可能受细胞周期和DNA损伤调控。     

^60Co—r射线辐射番茄种子对根尖细胞遗传学效应的影响

用６０Ｃｏ－ｒ射线辐射番茄干种子,水培法生根后,观察根尖细胞有丝分裂中出现的桥、断片（含落后）、粘连、微核等染色体畸变类型,辐射剂量在５—１０ｋｒａｄ范围内畸变率较低;在１０—２０ｋｒａｄ范围内畸变率最高,畸变类型最丰富,在此范围内随剂量增加,断片数量增多,桥的类型除单桥外还出现多桥且数量增多,在２０ｋｒａｄ以上范围的高辐射剂量对染色体破坏力力较大,不利于番茄育种和生长。经对照实验和统计分析可知,辐射剂量的增加对有丝分裂有抑制作用。     

UV-B预处理诱导拟南芥耐旱性的提高

为了解UV-B提高拟南芥(Arabidopsis thaliana)耐旱性的生理机制,将2周龄的野生型拟南芥(WT)和sto突变体幼苗用不同剂量UV-B预处理1周,再用30%PEG模拟干旱处理24 h,对植株的表型进行统计,并测定类黄酮、脯氨酸和MDA含量。结果表明,低剂量UV-B预处理能够提高拟南芥的耐旱性,植株的类黄酮与脯氨酸含量分别提高了20%～40%和50%～65%,细胞膜受损程度降低,从而提高了保水性。低剂量UV-B提高拟南芥耐旱性的效应在sto突变体中消失,证明这种效应在分子机制上可能与STO蛋白相关。     

植物对UV-B辐射的响应与调控机制

UV-B(ultraviolet-B)辐射会在多个方面对植物产生影响,随着研究的不断深入,人们发现UV-B除了作为一个胁迫因子外,还会作为信号调节因子来调节植物的生长发育.本文把UV-B辐射对植物形态建成和生理代谢的影响、植物响应UV-B辐射的信号通路以及UV-B与其他因子复合作用对植物的影响等进行了论述,并对植物响应UV-B辐射的研究做了展望.     

稀土元素钬对蚕豆的细胞毒性和遗传毒性研究

运用氧化钬与稀硝酸反应制备结晶,以去离子水溶解并且稀释成梯度溶液,对蚕豆根尖染毒6 h,分别修复培养22h和24h,观察根尖变化,统计微核率、染色体畸变率及有丝分裂指数。结果表明,4mg/L（以氧化钬质量体积浓度计）以下剂量对根尖生长具有促进作用;随着浓度的递增,微核率、染色体畸变率逐步上升,有丝分裂指数逐步下降,表现出明显的剂量-效应关系,说明稀土元素钬具有一定的细胞毒性和遗传毒性。同时,不同修复组在微核率、染色体畸变率及有丝分裂指数上也存在一定差异,表现为微核率22h修复组低于24 h 修复组,而染色体畸变率和分裂指数均高于24h修复组。微核检测应在染色体畸变检测之后进行。      

增强UV-B辐射对小麦体细胞分裂的影响

采用增强紫外线B(UV B)辐射处理 ,对冬小麦细胞染色体畸变及分裂的影响进行了研究。结果表明 :10 0 8kJ·m-2 ·d-1增强的UV B能抑制小麦细胞的有丝分裂频率 ,产生落后染色体、染色体桥、游离染色体、核变形等畸变。其中落后染色体和游离染色体较普遍 ,分别占总畸变率的 32 8%和 2 6 6 %。并在UV B诱导的小麦根尖细胞中发现染色体在有丝分裂的后期到末期分成 3束、4束和 6束等异常分裂现象 ,将之称为体细胞染色体的“多束分裂”(Multi bundledivision)或“分束分裂”(Partition bundledivision)。它们大体分布在两极 ,但两极上染色体“束”数有可能不同 ,同一“束”上染色体的数量也不完全相等。“束”之间未见有细胞壁的形成 ,因而导致产生“多束体”。     

田间增加UV-B辐射对玉米光合生理的影响

自然条件下,分别增加0(CK组)、0.01(R1组)和0.015 J.m-2.s-1(R2组)3种强度的UV-B辐射处理玉米(Zea maysL.),对重庆地区C4植物玉米整个生长期内光合作用的影响进行研究。结果表明,增强UV-B辐射导致玉米幼苗叶片光合色素含量(包括叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素)、Hill反应活力、气孔导度、光合速率下降,且随UV-B辐射强度的增加,玉米幼苗光合作用所受抑制增强,而玉米成株所受影响不大。     

入侵植物香丝草水浸提液对蚕豆和玉米根尖染色体行为的影响

以采自农田中自然生长的植物群落中的香丝草为供体,以典型的双子叶植物蚕豆和典型的单子叶植物玉米的幼苗为受体,运用根尖微核试验和染色体畸变试验,研究了香丝草的根、茎、叶和幼果4种器官水浸提液对受体的遗传毒性。结果表明:(1)在香丝草不同器官水浸提液作用下,蚕豆和玉米根尖细胞的有丝分裂各时期均受到明显影响,细胞中出现了微核、染色体桥、染色体断片、染色体环、染色体粘连及染色体滞后等多种染色体畸变。(2)香丝草各器官水浸提液对蚕豆幼苗根尖细胞分裂的抑制作用明显大于玉米。(3)香丝草各器官水浸提液对蚕豆和玉米幼苗根尖的染色体畸变诱导存在显著的浓度效应,即水浸提液浓度越高,受体的微核率和畸变率越高,相应的有丝分裂指数越低,水浸提液的诱导作用与浓度呈正相关关系,但不是简单的加和作用。(4)香丝草各器官水浸提液均具有较强的遗传毒性,但整体化感效应表现为叶＞幼果＞茎＞根,即叶片产生的化感作用最强。因此,香丝草分泌的化感物质可能通过对受体植物生长点的细胞有丝分裂和细胞形态产生影响,造成受体植物染色体的多种畸变和不可逆的遗传损伤,从而成功入侵新的栖息地。     

UV-B辐射对拟南芥细胞周期G1/S期转变的影响

以同步化的拟南芥（Arabidopsis thaliana）根尖细胞为材料,研究了UV-B辐射对拟南芥细胞周期G1／S期转变的影响。细胞周期荧光显微图像分析表明,UV-B辐射延缓了拟南芥根尖细胞G1／S期的转变。基因表达的RT-PCR检测表明,在UV-B辐射下G1／S期转变的标志基因HistoneH4和E2Fa的表达受抑制,而G1／S期转变的抑制因子KRP2基因表达则受诱导上调。单细胞凝胶电泳检测结果表明,UV-B辐射引起拟南芥根尖细胞内积累大量的环丁烷嘧啶二聚体。以上结果表明,UV-B辐射抑制植物的生长可能受细胞周期和DNA损伤调控。     

拟南芥芥子酸酯对UV-B辐射的响应

芥子酸酯(sinapate esters)是拟南芥和其他十字花科植物中大量存在的一类具有紫外吸收作用的羟基肉桂酸衍生物,有研究表明其紫外吸收能力甚至强于类黄酮。以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,通过施加低强度(40 μW/cm²)、相对长时间(7 d)的UV-B辐射,考察了拟南芥幼苗和成苗芥子酸酯组分(芥子酰葡萄糖、芥子酰苹果酸)和含量及合成途径关键酶编码基因表达水平对UV-B辐射的响应。经过7 d的UV-B辐射处理,拟南芥幼苗和成苗的芥子酰葡萄糖、芥子酰苹果酸含量均高于对照植株,芥子酸酯表现为响应UV-B辐射而积累。无论是幼苗还是成苗,叶片中芥子酰苹果酸的含量都要比芥子酰葡萄糖高出一个数量级,而且在UV-B处理过程中观察到芥子酰葡萄糖含量减少而芥子酰苹果酸含量增加,催化芥子酰葡萄糖生成芥子酰苹果酸的芥子酰葡萄糖苹果酸转移酶编码基因的表达水平也显著提高,说明芥子酰苹果酸在拟南芥叶片响应UV-B辐射过程中起重要作用并优先合成。另外,拟南芥幼苗中两种芥子酸酯的含量是成苗中的数十倍之多,芥子酸酯合成途径关键酶编码基因fah1和sng1的相对表达量也显著高于成苗。同时,在响应UV-B辐射的过程中,幼苗中芥子酰葡萄糖、芥子酰苹果酸含量的变化幅度(分别是7.01％、6.05％)远远低于成苗叶片中芥子酰葡萄糖、芥子酰苹果酸含量的变化幅度(分别是21.88％、70.63％),这可能意味着拟南芥叶片中芥子酸酯对于UV-B辐射的防护作用,幼苗属于组成型防御(constitutive defense),而到成苗则转变为诱导型防御(inducible defense)。     

植物响应UV-B辐射的研究进展

地表UV-B辐射的增强对植物的生长生理产生了多方面影响。随着研究的不断深入, 人们认识到UV-B辐射不仅是一种胁迫因子, 而且是一个重要的信号调节分子。该文论述了近年来植物响应UV-B辐射研究的一系列成果, 包括UV-B辐射对植物形态建成、生理代谢、UV-B光受体UVR8蛋白、细胞程序性死亡、细胞骨架和细胞周期的影响, 及其它因素与UV-B复合处理对植物的作用; 并对植物响应UV-B辐射研究进行了望。     

增强UV-B辐射对小麦根尖分裂期细胞肌动蛋白的影响

以增强UV-B（10．08kJ·m^-2·d^-1）辐射后的小麦根尖细胞为材料,异硫氰酸荧光素标记的鬼笔环肽（FITC-Ph）为探针,利用激光共聚焦扫描显微镜,观察分析小麦根尖分裂期细胞肌动蛋白在分裂周期的分布及形态变化。结果表明：uV-B辐射处理后,问期细胞肌动蛋白纤丝排列紊乱;前期细胞周质中肌动蛋白纤丝变为短的片段,点状荧光随机分布在周质;中期细胞荧光强度明显减弱,明亮的肌动蛋白片段消失,点状荧光消失;有丝分裂后期到末期,成膜体区域肌动蛋白纤丝或成弥散状或完全消失,且出现落后染色体、染色体桥、不均等分裂及三束分裂等染色体畸变类型和异常分裂现象。     

紫花苜蓿UV-B光受体基因MsUVR8的克隆及功能研究北大核心CSCD

该研究采用RACE扩增技术克隆了一个紫花苜蓿UV-B光受体基因(MsUVR8),在生物信息学分析基础上,采用农杆菌介导法获得了该基因过表达愈伤组织,并对UV-B辐射处理后MsUVR8过表达愈伤组织及其野生型中的类黄酮、黄酮醇、花青素、过氧化氢(H_(2)O_(2))、超氧阴离子(O_(2)^(-·))含量以及UV-B信号通路相关基因的表达进行检测分析,以探讨MsUVR8基因的生物学功能,为揭示植物响应UV-B胁迫的分子机制奠定理论基础。结果表明:(1)成功克隆获得紫花苜蓿MsUVR8基因CDS序列834 bp,且MsUVR8与蒺藜苜蓿MtUVR8基因序列相似度高达95%以上;MsUVR8蛋白形成了不完整的β-折叠结构,系统发育分析显示其与鹰嘴豆属于同一分支。(2)对MsUVR8过表达系检测发现,紫花苜蓿MsUVR8过表达愈伤组织(UVR8-OE)中类黄酮含量较野生型愈伤组织(WT)明显升高,而且经UV-B辐射后的UVR8-OE类黄酮物质含量较WT进一步显著升高。(3)DPBA荧光标记实验发现,UV-B辐射大大促进了细胞中黄酮醇的合成,且UV-B辐射后的UVR8-OE中黄酮醇含量最高。(4)DAB和NBT染色显示,UV-B处理后WT中活性氧(H_(2)O_(2)和O_(2)^(-·))的积累增加,而在UV-B辐射处理与未处理的UVR8-OE中H_(2)O_(2)和O_(2)^(-·)的积累无明显差异,表明MsUVR8可增强植物组织细胞的抗氧化性能,并可降低UV-B胁迫引起的氧化损伤。(5)UV-B辐照后,WT中PAL、CHS和FLS表达被激活而显著提高,UVR8-OE中的4种基因表达均达到最大,且较其他3个处理组均显著增强。研究认为,紫花苜蓿MsUVR8被UV-B激活后,促进了类黄酮合成相关基因的表达,并激活了类黄酮合成关键酶的活性,从而提高了类黄酮物质的合成效率,增强了UV-B胁迫条件下植物愈伤组织的抗氧化能力。     

UV-B辐射胁迫下不同起源时期的3种木本植物幼苗的生长及光合特性

平流层臭氧的减薄导致到达地表UV-B辐射增强是全球所面临的环境问题之一。UV-B辐射胁迫对植物的生物学效应研究成为继全球大气二氧化碳浓度升高对植物影响研究之后的又一热点领域。设置了UV-B滤光减弱组、UV-B辐射增强组和自然光对照组3组大田实验,选择不同起源时期的乐东拟单性木兰(Parakmeria lotungensi)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、山核桃(Carya cathayensis)幼苗为实验材料,测定每组中3种植物的生长量与光合特征参数,通过对比组间和种间差异,研究不同起源时期的3种木本植物对UV-B辐射胁迫的响应模式,分析3种植物对于UV-B辐射胁迫的适应性与自身起源和进化时间的关系,为"起源时间越早的木本植物生长发育和光合生理能否更好地适应UV-B辐射胁迫"这一科学命题的探讨提供一定实验参考。得到如下结果:(1)相对于自然光照条件,增强UV-B辐射胁迫对3种木本植物的地径和株高都有抑制作用;对乐东拟单性木兰、青冈的Pn和Amax有一定的抑制作用,对山核桃Pn和Amax则具有一定的促进作用。减弱UV-B辐射胁迫对3种木本植物的地径起到抑制作用,对乐东拟单性木兰、青冈幼苗的株高生长有促进作用,但对山核桃的株高却具有抑制作用;对乐东拟单性木兰以及山核桃的Pn和Amax有一定的抑制作用,而对青冈Pn和Amax则有促进作用。(2)对比种间差异,发现3种不同的UV-B光照条件下青冈的地径生长量都最大,乐东拟单性木兰次之,山核桃最小;株高生长量种间大小排序不一致;相对于自然光照条件,增强UV-B辐射强度下山核桃Pn、Amax的比值都最大,青冈次之,乐东拟单性木兰最小;减弱UV-B辐射强度下青冈的Pn、Amax的比值都最大,乐东拟单性木兰次之,山核桃最小;表明不同起源时间对植物抗UV-B辐射胁迫能力有一定的影响,但不是决定性因素。UV-B辐射增强和过滤减弱胁迫对3个树种幼苗的生长发育、光合作用、叶绿素均有影响,但不同起源时期3种木本植物幼苗光合特征参数的响应模式不一,其机制尚待进一步开展实验进行求证。本研究结果可丰富和补充UV-B辐射胁迫对木本植物的影响研究,为从进化角度筛选UV-B胁迫抗性较强的植物提供了一定的依据。     

增强UV-B辐射对小麦TaRAN1蛋白分布与定位的影响

以增强UV-B(10.08 kJ.m-2.d-1)辐射后的小麦根尖细胞为材料,采用间接免疫荧光标记技术,利用激光共聚焦扫描显微镜,观察分析小麦根尖分裂期细胞Ran蛋白在分裂周期的分布及形态变化。研究结果显示,正常细胞中,Ran蛋白在细胞分裂间期主要定位于核膜周边,在后期定位于赤道板上和纺锤体上,末期又回到子细胞核膜周边;增强UV-B辐射处理后,在细胞分裂间期和前期有点状荧光分布在核膜的周围;中期和后期点状荧光分布在细胞质中;在末期部分点状荧光又回到核膜的周围,部分仍分散在核内,且出现落后染色体、染色体桥、不均等分裂等染色体畸变类型和异常分裂现象。