植物激素在叶片衰老中的作用机制研究进展

叶片衰老是叶片逐渐丧失光合作用并进入细胞死亡的一个复杂的叶片发育过程,与农作物的产量和品质密切相关。植物生长发育信号和外界环境因素通过多种激素信号途径调节叶片衰老的起始和进程。本文简要综述了八种常见激素在叶片衰老中的研究进展,并总结了这些激素在叶片衰老调控中的作用方式和机制。     

ABA信号转导途径中的MAPKs

脱落酸（ABA）是植物体内一种重要的激素分子,在调节植物生长发育和对环境适应的过程中发挥重要的信号作用。促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）是一种广泛存在于真核生物中的信号转导途径,由环境胁迫、细胞因子、植物激素、生长因子等诱导,是植物细胞信号转导过程中的主要级联途径之一。已知许多蛋白激酶和蛋白磷酸酶参与了ABA信号途径,MAPKs作为ABA信号转导的下游组分发挥着重要的调节作用。本文就MAPK级联参与ABA信号转导途径的相关研究进展进行叙述,以便对MAPKs和ABA信号之间的交互作用（cross-talk）机制有更深入了解。     

脱落酸和6-苄氨基嘌呤对离体小麦叶片 δ-氨基乙酰丙酸形成的调节作用

ABA能够明显地抑制Chl前体——ALA的生物合成,抑制效应随ABA浓度的提高而增强。6BA能够促进ALA的生物合成,并且能逆转ABA的抑制作用。ALA的合成在植物体内可能受ABA和细胞分裂素的调节。 在离体叶片衰老的最初阶段,6BA和ABA对Chl含量的影响可能与这两种物质通过ALA从Chl合成方面来起作用有关。     

H_2S参与植物气孔运动调节与逆境响应过程研究进展

H_2S是近年来确认的植物气态信号分子,内源H_2S介导了乙烯和ABA等激素诱导气孔关闭的过程,参与植物对盐、干旱及重金属胁迫等多种非生物逆境的应答过程。H_2S与Ca~(2+)、H_2O_2和NO等信号分子相互作用调节气孔运动;外源H_2S通过调节抗氧化酶活性及其基因表达,促进脯氨酸等渗透调节物质积累,提高植物的抗逆性。就近年来有关植物体内H_2S的来源,其在气孔运动调控和胁迫应答中的作用及机制进行阐述。     

生长素与植物叶片衰老调控

作为植物叶片发育的最后一个阶段,叶片衰老的启动和进程由遗传程序严格控制,并受到内外源不同因子的协同调控.多种植物激素对叶片的衰老发挥重要的调控作用,目前认为乙烯、脱落酸、水杨酸、茉莉酸和油菜素甾醇等激素促进植物叶片衰老,而细胞分裂素和赤霉素则抑制植物叶片衰老.传统观念曾认为生长素对植物叶片衰老起负调节作用,但近年来越来越多的实验证据表明生长素是叶片衰老的正调节因子.本文旨在对生长素在叶片衰老调控中的功能和研究历程进行简要综述,为进一步理解植物叶片衰老调控中的激素功能奠定基础.     

磷脂酶Dδ对拟南芥叶片衰老过程中内源ROS和激素含量的影响

活性氧（ROS）和植物激素是植物衰老过程中重要的内在或者外在的调控因子。我们发现,相对于离体诱导的衰老过程,在脱落酸（ABA）和乙烯（ethylene）促进的衰老过程中有较多的活性氧积累;在对拟南芥磷脂酶Dδ（PLDδ）缺失型突变体的研究中发现,与野生型相比,突变体在衰老过程中产生较少的活性氧。我们比较了上述两种基因型的离体叶片在离体、ABA和ethylene三种衰老处理下内源的ABA、茉莉酸甲酯（MeJA）、玉米素核苷（Zeatin Riboside, ZR）和吲哚乙酸（IAA）的含量变化,发现每一种激素对上述三种衰老处理的响应模式都很相似。在离体诱导的衰老中,两种基因型拟南芥的内源激素含量没有差异;而在ABA促进的衰老过程中,PLDδ缺失型突变体叶片中的MeJA的含量较低,ZR和IAA含量较高;在乙烯促进的衰老过程中,突变体中的ABA和MeJA的含量较低,ZR和IAA含量较高。上述内源激素的这种变化可能有助于延缓突变体的衰老。     

磷脂酶Dδ对拟南芥叶片衰老过程中内源ROS和激素含量的影响

活性氧(ROS)和植物激素是植物衰老过程中重要的内在或者外在的调控因子.我们发现,相对于离体诱导的衰老过程,在脱落酸(ABA)和乙烯(ethylene)促进的衰老过程中有较多的活性氧积累;在对拟南芥磷脂酶Dδ (PLDδ)缺失型突变体的研究中发现,与野生型相比,突变体在衰老过程中产生较少的活性氧.我们比较了上述两种基因型的离体叶片在离体、ABA和ethylene三种衰老处理下内源的ABA、茉莉酸甲酯(MeJA)、玉米素核苷(Zeatin Riboside,ZR)和吲哚乙酸(IAA)的含量变化,发现每一种激素对上述三种衰老处理的响应模式都很相似.在离体诱导的衰老中,两种基因型拟南芥的内源激素含量没有差异;而在ABA促进的衰老过程中,PLDδ缺失型突变体叶片中的MeJA的含量较低,ZR和IAA含量较高;在乙烯促进的衰老过程中,突变体中的ABA和MeJA的含量较低,ZR和IAA含量较高.上述内源激素的这种变化可能有助于延缓突变体的衰老.     

光质对设施葡萄叶片衰老与内源激素含量的影响

以设施延迟栽培条件下叶片衰老速度不同的意大利和无核白鸡心2个葡萄品种为试材,分别进行补充红光和蓝光处理,研究不同光质对叶片衰老过程中叶绿素含量、净光合速率和内源激素含量的影响.结果表明: 与未补光对照相比,红光能够显著提高叶片的叶绿素含量和净光合速率,降低了内源赤霉素(GA₃)含量,但明显减缓了脱落酸(ABA)含量的增加和玉米素核苷(ZR)总含量的减少,从而显著提高了(GA₃+ZR)/ABA值,延缓叶片衰老.叶片衰老前期,蓝光处理叶片叶绿素含量、净光合速率和(GA₃+ZR)/ABA值均低于对照,加速了植株的衰老进程;但在叶片衰老后期,蓝光处理叶绿素含量、净光合速率和(GA₃+ZR)/ABA值逐渐高于对照,在一定程度上延缓了叶片衰老.植物内源激素生长素(IAA)则表现出叶片衰老前期促进叶片生长发育、叶片衰老后期加速衰老的双重作用.意大利叶片衰老速度较无核白鸡心慢.在本试验条件下,红光处理效果最好,有效延缓了叶片衰老进程,延长了叶片的生理功能期.     

水分胁迫积累的ABA诱导抗氧化防护系统的信号级联

水分胁迫是限制植物生长发育的主要胁迫因子之一。植物通过感受刺激,产生和传递信号、启动多种防御机制对水分胁迫做出响应和适应。脱落酸(ABA)作为一种重要的植物体内胁迫激素,参与了许多这样的反应。研究表明,ABA增强植物水分胁迫的忍耐力与ABA诱导的抗氧化剂防护系统有关;且细胞溶质Ca2 ([Ca2 ]i)、活性氧(ROS)等许多第二信使参与了ABA诱导的信号转导过程。本文就这些信号分子在水分胁迫积累的内源ABA诱导的抗氧化剂防护系统中的作用作一综述。     

逆境胁迫下ABA与钙信号转导途径之间的相互调控机制

Ca2+信号是植物应答各种逆境胁迫响应的一个重要组分,它在植物抗病、抗虫及适应非生物胁迫反应中起着重要的作用.Caz+信号作为第二信使在激素信号转导尤其是ABA信号转导过程中发挥着重要作用.研究表明,当植物受到如干旱、低温、盐害等环境胁迫时,细胞迅速积累ABA,胞内钙离子浓度瞬间升高,然后钙离子浓度呈现忽高忽低的震荡现象.在植物细胞中发现Caz+/CDPK、Caz+/CaM和Caz+/CBL三类钙信号系统,它们与逆境胁迫信号转导密切相关.本文通过综述植物在逆境条件下,ABA与钙信号的产生、转导及产生适应性和抗性等方面,介绍了ABA与钙信号之间的相互调节机制.     

植物糖信号与激素信号之间的联系

植物激素与糖作为信号分子,调控植物生长发育过程中的种子萌发、幼苗生长、根和叶的分化、花芽形成、果实成熟、胚形成和衰老等.拟南芥糖信号转导突变体与激素信号转导突变体的表型、遗传、生理与分子生物学的研究表明,糖与各种植物激素之间存在复杂的关系.文章介绍葡萄糖与ABA、乙烯、IAA、CTK、GA等激素之间的联系.     

4PU-30对水稻叶片衰老与内源激素的调控

4PU－30能显著地延缓水稻叶片衰老。根据叶片衰老过程中内源激素含量的变化,可明确减缓水稻叶片衰老期间内源ABA含量的增加和内源ZRs、GAs和IAA含量的减少,使叶片中保持有较低水平的ABA与较高水平的ZRs、GAs和IAA,是4PU－30延缓水稻叶片衰老的主要调控机理。     

棉花叶片衰老过程中激素和膜脂过氧化的关系

以陆地棉品种辽棉9号的去根幼苗为材料,对其进行暗诱导衰老培养.在培养液中分别加入6-BA、ABA、GSH、H2O2、CaCl2、A23187 和A23187 CaCl2,测定在不同培养条件下棉花去根幼苗叶片内源激素、SOD酶活性和MDA含量的变化.结果表明:棉花叶片衰老表现为细胞分裂素含量的下降和ABA含量的上升.6-BA、GSH和钙离子均延缓叶片的衰老,ABA和H2O2促进叶片的衰老.     

钙在植物乙烯生成及信号传递中的生理作用

Ca2+对植物乙烯生成的调节与作用位点有关,胞外Ca2+在维持质膜功能的同时,抑制乙烯生成,延缓衰老;过量Ca2+进入胞质,胞内Ca2+促进乙烯生成和衰老。内源CaM与乙烯生成关系密切,介入了乙烯代谢和外源激素对乙烯的调控。此外,Ca2+是乙烯信号传递所必需的。     

植物GLKs生物学功能及分子作用机理研究进展

GLKs (GOLDEN 2-LIKEs)是一类植物特有的转录因子,靶向调控光合作用相关基因的表达,调控叶绿体的发育、分化并维持其机能,并参与调节果实的营养积累、叶片衰老、免疫反应及逆境胁迫应答等。GLKs受多种激素或环境因子的影响,是植物细胞调控网络的关键节点,也是改造作物光合能力的重要基因。基于国内外在植物GLKs研究中取得的众多进展,文中全面阐述了GLKs基因的生物学功能、分子机制及其育种实践,并构建GLKs介导的信号网络模型,为后期GLKs的理论与应用研究提供借鉴。     

一氧化氮是脱落酸诱导杨树叶片气孔关闭的信号分子

研究了外源NO和ABA对杨树气孔运动调节作用．结果表明,外源NO和ABA都能诱导杨树离体叶片气孔关闭,且具有剂量效应,NO可加强ABA诱导气孔关闭的作用．NO清除剂(c—PTIO)可大大减弱NO和ABA对气孔关闭的诱导作用．证实了NO参与ABA调控气孔开闭运动过程,不同浓度NO供体SNP和ABA处理杨树离体叶片,SOD活性变化不明显,POD活性受到显著抑制．杨树叶片粗酶液的体外实验表明,不同浓度SNP对POD活性的抑制呈明显的浓度及时间效应;而ABA对POD活性则几乎没有影响．本研究证明,NO调节ABA诱导的树木气孔关闭作用,是ABA诱导树木气孔关闭的一种重要信号分子．     

植物Whirly蛋白调控叶片衰老的研究进展

植物衰老是植物细胞生长发育的最后一个阶段,其启动的早晚对植物生物量和品质的形成有很大影响。叶片衰老是植物衰老的主要形式,受到内外环境因素的诱导,并被多种转录因子介导的信号传导途径所调控。对叶片衰老调控机制的研究一直是植物衰老研究中的重点。Whirly蛋白作为一类广泛存于植物中的特异转录因子小家族,能与单链DNA分子结合,双定位于细胞器(线粒体或叶绿体)与细胞核中,在植物细胞核和细胞器中发挥多种功能,参与对植物叶片衰老的调控。本文概述了植物Whirly蛋白的结构和定位,重点阐述了Whirly蛋白的功能与细胞衰老关系及其对叶片衰老调节机理的研究进展等,并对未来的研究方向进行了展望。     

内源ABA信号水平动态调控的分子机制

从逆境信号感知、ABA合成的触发到ABA水平的动态调控,是细胞内重要的逆境信号传导途径,相对于应答ABA的下游信号事件,该领域研究滞后。研究显示,根系中ZEP、限速酶NCED、AtRGS1等合成酶基因及ABA2基因响应胁迫反应上调ABA信号水平。而7′-,8′-,9′-hydroxylase和糖基转移酶基因受逆境诱导激活,负调节ABA的积累。同时,提高的内源ABA信号水平能激活合成酶基因和代谢酶基因的表达。此外,基因表达和源库动力学分析显示,叶片ABA动态库的维持依赖根源ABA的持续供应。值得一提的是,miRNA与ABA信号起源及动态水平维持有关。进一步的代谢动力学分析揭示,ABA信号水平受合成酶基因和代谢酶基因表达的协同控制,多因素共同参与内源ABA信号水平的动态调控。     

ABA信号转运调节的基因表达与源库动力学分析

通过对拟南芥NCED3、AA03及SDR1蛋白亚细胞定位分析及根系和叶片ABA池的动态库变化研究,结果表明气孔运动的有效ABA信号来自于保卫细胞之外,SDR与ABA前体加工和运输有关。胁迫处理后根系合成酶基因转录水平显著高于叶片,但叶片ABA水平是根系的10倍以上,离体叶片和附体叶片ABA含量测定表明,叶片ABA池的形成主要决定于根源ABA的输入。氟啶酮药剂阻断和遮荫实验说明根系ABA池受叶源类胡萝素前体供应影响。叶片ABA水平受根源ABA和叶源类胡萝素前体库双向转运调节,维管束组织系统可能协同和整合了这一复杂调节机制。该结论为逆境ABA信号转递机制研究和操纵内源ABA含量增强植物抗逆性的应用提供相关资料。