植物耐冷性分子机理的研究进展

近年来对植物耐冷性分子机理的研究不断深入。主要体现在以下4个方面：植物的冷敏感性可以通过调节膜脂的不饱和脂肪酸水平得到调控,调节的途径是通过酰脂去饱和酶和甘油-3-磷酸酰基转移酶的作用;利用转基因技术在植物中超表达抗氧化酶基因,如编码SOD、 APX、CAT和GR等的基因,可望提高耐冷性;植物低温逆境信号转导的研究表明,ABA不仅是重要的低温逆境信号,而且可调节冷害下基因的表达,Ca2+是一个主要的第二信使,蛋白激酶途径也参与了植物冷害的信号转导;低温诱导的蛋白或酶类主要有脱水蛋白和热稳定蛋白。     

黄瓜的冷害及耐冷性

随着蔬菜反季节栽培面积的不断扩大,如何提高黄瓜(Cucumis sativus L.)耐冷性已成为选育新品种的研究重点。系统地综述近几年黄瓜耐冷性的鉴定、获得途径、冷害机理以及遗传和分子遗传学等方面的研究,以促进对黄瓜冷害机制的研究, 加速耐冷品种的培育。耐冷性鉴定时要从耐冷指数、低温发芽能力、MDA (丙二醛)含量和电解质渗漏率等几个方面综合鉴定。耐冷性的获得途径主要有冷驯化、激素处理、热激处理和培育耐低温品种,最重要的途径是耐冷品种选育。黄瓜冷害机理包括细胞膜的流动性降低及透性增加,光合作用被抑制,根系吸收减弱,可溶性糖含量减少,淀粉粒积累增加,微管的稳定性受到破坏等。黄瓜低温发芽能力由非加性基因决定,而幼苗时期主要由加性基因控制。黄瓜 耐冷的分子遗传学研究进展缓慢,目前已克隆出在低温锻炼中特异表达的功能未知的基因CCR18。今后还应研究黄瓜低温胁迫时的信号转导系统,以进一步揭示黄瓜的冷害机理;利用野生资源的抗逆性状,拓宽栽培黄瓜的遗传基础,选育适于保护地栽培的耐低温品种。     

黄瓜的冷害及耐冷性

随着蔬菜反季节栽培面积的不断扩大,如何提高黄瓜(Cucumis sativus L.)耐冷性已成为选育新品种的研究重点.系统地综述近几年黄瓜耐冷性的鉴定、获得途径、冷害机理以及遗传和分子遗传学等方面的研究,以促进对黄瓜冷害机制的研究,加速耐冷品种的培育.耐冷性鉴定时要从耐冷指数、低温发芽能力、MDA(丙二醛)含量和电解质渗漏率等几个方面综合鉴定.耐冷性的获得途径主要有冷驯化、激素处理、热激处理和培育耐低温品种,最重要的途径是耐冷品种选育.黄瓜冷害机理包括细胞膜的流动性降低及透性增加,光合作用被抑制,根系吸收减弱,可溶性糖含量减少,淀粉粒积累增加,微管的稳定性受到破坏等.黄瓜低温发芽能力由非加性基因决定,而幼苗时期主要由加性基因控制.黄瓜耐冷的分子遗传学研究进展缓慢,目前已克隆出在低温锻炼中特异表达的功能未知的基因CCRl8.今后还应研究黄瓜低温胁迫时的信号转导系统,以进一步揭示黄瓜的冷害机理;利用野生资源的抗逆性状,拓宽栽培黄瓜的遗传基础,选育适于保护地栽培的耐低温品种.     

植物激素与水稻幼苗的耐冷性

植物激素包括脱落酸、乙烯和多胺等可调节水稻幼苗的耐冷性.表明在5℃下,稻苗叶片和木质部液体中的脱落酸含量迅速增加;耐冷水稻品种的内源脱落酸含量显著高于感冷品种.用脱落酸预处理感冷水稻,48小时可增强其耐冷性.脱落酸的耐冷机理是可使稻株避免冷害引起的水胁迫;此外,脱落酸还可增加稻株中脯氨酸等溶质的积累,以防止冷害.脱落酸反应基因可在某些植物中表达,且可能与低温的习性有关.     

植物抗旱耐盐基因的研究进展

近几年许多与植物抗旱耐盐相关基因被克隆和分析,同时通过转基因技术将这些基因转到植物中异源表达,能显著提高转基因植物的抗旱耐盐能力。这些基因主要包括渗透调节基因、蛋白类基因(如信号传导中的蛋白激酶基因)及转录因子等。在逆境条件下,渗透调节基因通过合成脯氨酸、甜菜碱、糖类和多胺类等渗透调节物质维持植物中的渗透平衡;蛋白激酶基因产物是细胞信号传导中的组分,这些基因能促进植物对干旱失水反应和逆境信号的传递,启动抗逆基因的表达;转录因子通过与相关基因的特异性结合来调控其表达,进而产生相关调控蛋白等物质增强植物在逆境中的生存能力。本文主要综述了这三类抗逆基因的研究现状及其生物学机理,讨论并分析这些基因在应用中尚待解决的问题,为发掘更多的抗逆性的基因资源和进一步开展分子育种工作提供参考。     

植物耐冷性基因工程

温度决定物种的分布,同时还影响作物的产量和品质。植物耐冷的机制涉及到许多方面,包括膜脂组成的变化、可混溶溶质的积累、抗氧化酶活性的提高、低温相关基因的诱导表达等。由于植物的耐冷性状由多基因控制,采用传统的育种方法往往难以取得理想的结果,而植物基因工程技术的发展及应用则提供了另外可能的途径,可以通过转移耐冷性状形成的关键基因从而对植物进行改良。本文从膜脂组成、可混溶溶质、抗冻蛋白、抗氧化酶和诱导植物低温相关基因的转录因子等方面对植物耐冷性的基因工程研究进行了综述,以期为植物育种者和从事冷胁迫机制研究的工作者提供参考。     

用基因操作技术培育耐冷性植物,并应用于其他作物

冈崎国立共同研究机构基础生物学研究所教授村田纪夫等和麒麟基础技术研究所用从耐冷性拟南芥(Arabidopsis thaliana)和对低温敏感的南瓜分离的3-磷酸甘油酰化酶(ATase)基因转化烟草,使耐冷性发生变化获得成功。利用基因操作控制耐冷性在90年报道用原核生物已获成功。但是用高等植物成功还是首次。如利用这项成果,给予易受冷害的甘薯和黄瓜、圆辣椒等低温敏感性作物耐冷性,能开发在寒冷地栽培的品种。ATase基因已由村田申请专利,麒麟啤酒公司91年1月申请了用基因工程培育出耐冷性植物的方法     

植物冷驯化相关基因研究进展

冷驯化是与提高植物抗冷性有关的生物化学及生理学过程,主要包括寒驯化（cool acclimation）和冻驯化（freezing acdimation）。在冷驯化过程中,植物体内许多基因在转录水平上的表达受到影响,已经克隆了大量的相关基因,它们组成复杂的分子调控网络。目前研究表明不依赖ABA的低温信号转导途径是植物冷驯化机制的重要组成部分,其中CBF/DREB1是该调控过程的关键转录因子,与植物通过冷驯化而提高冰冻耐受能力密切相关。进一步利用转基因技术,可以有效地改善作物的耐冷性状。     

植物冷驯化相关基因研究进展

摘要 冷驯化是与提高植物抗冷性有关的生物化学及生理学过程, 主要包括寒驯化(cool acclimation)和冻驯化(freezing acdimation)。在冷驯化过程中, 植物体内许多基因在转录水平上的表达受到影响, 已经克隆了大量的相关基因,它们组成复杂的分子调控网络。目前研究表明不依赖ABA的低温信号转导途径是植物冷驯化机制的重要组成部分, 其中CBF/DREB1是该调控过程的关键转录因子, 与植物通过冷驯化而提高冰冻耐受能力密切相关。进一步利用转基因技术, 可有效地改善作物的耐冷性状。     

植物抗寒及其基因表达研究进展

植物经过逐渐降低的温度从而提高抗寒能力 ,这个过程被人们称为低温驯化。植物低温驯化过程是一个复杂的生理、生化和能量代谢变化过程 ,这些变化主要包括膜系统的稳定性、可溶性蛋白的积累和小分子渗透物质 ,比如脯氨酸、糖等 ,这些变化中的一些是植物抗寒必需的 ,而另外一些变化不是必需的。主要对冷害和低温生理生化变化、低温诱导表达基因的功能和作用、低温驯化的调节机制及其信号转导方面进行了综述。通过差别筛选 c DNA文库的方法已经鉴定了许多低温诱导表达、进而提高植物抗寒能力的基因 ,其中有脱水素、COR基因和 CBF1转录因子等。低温信号的感受、转导和调节表达是低温驯化的关键环节 ,低温信号的转导过程与干旱胁迫之间具有一定的交叉 ,这为利用 ABA等来提高植物抗寒能力成为可能 ,相信不久的将来人们可以通过提高植物抗寒能力从而增加经济产量成为现实。     

Chloroplast RNA-Binding Protein RBD1 Promotes Chilling Tolerance through 23S rRNA Processing in Arabidopsis

Plants have varying abilities to tolerate chilling (low but not freezing temperatures), and it is largely unknown how plants such as Arabidopsis thaliana achieve chilling tolerance. Here, we describe a genome-wide screen for genes important for chilling tolerance by their putative knockout mutants in Arabidopsis thaliana. Out of 11,000 T-DNA insertion mutant lines representing half of the genome, 54 lines associated with disruption of 49 genes had a drastic chilling sensitive phenotype. Sixteen of these genes encode proteins with chloroplast localization, suggesting a critical role of chloroplast function in chilling tolerance. Study of one of these proteins RBD1 with an RNA binding domain further reveals the importance of chloroplast translation in chilling tolerance. RBD1 is expressed in the green tissues and is localized in the chloroplast nucleoid. It binds directly to 23S rRNA and the binding is stronger under chilling than at normal growth temperatures. The rbd1 mutants are defective in generating mature 23S rRNAs and deficient in chloroplast protein synthesis especially under chilling conditions. Together, our study identifies RBD1 as a regulator of 23S rRNA processing and reveals the importance of chloroplast function especially protein translation in chilling tolerance.     

低温胁迫对类囊体膜脂代谢的影响

类囊体膜主要由膜脂、膜蛋白及一些光合色素等成分组成,它是植物进行光合作用的场所。低温能通过影响类囊体膜的结构而影响植物的光合作用。简述了类囊体膜的组成和功能,以及低温胁迫下类囊体膜脂及其脂肪酸组成的变化。简要介绍了膜脂与光抑制的关系,以及利用分子生物学手段研究三烯脂肪酸与植物抗冷性关系的相关进展。