拟南芥乙烯信号转导机理的遗传学和化学生物学研究

乙烯信号途径的建立得益于一系列的突变体研究,EIN3是乙烯信号转导通路的核心转录因子,EIN3的蛋白质含量严格受F-BOX蛋白EBF1/EBF2的降解调控。为了进一步挖掘乙烯信号途径的新组分和深入研究EIN3及其下游的信号组分,作者筛选了四个不同来源的T-DNA库,并利用转基因植物EIN3ox作为遗传背景,进行了EIN3下游的抑制子筛选工作,还利用化学遗传学的方法筛选了四个小分子库。     

钙与植物乙烯反应的关系研究

研究了Ca2+ 对番茄(Lycopersicon esculentum Mill cv. Lichun)黄化幼苗乙烯反应的影响.通过测定不同Ca2+ 浓度条件下番茄黄化幼苗的"三重反应"、内源乙烯释放量、乙烯受体基因NEVER-RIPE(NR)表达量及胞内CaM含量的变化,结果发现,随着培养基中Ca2+ 浓度从0 mmol/L增加到3.8 mmol/L,番茄黄化幼苗的"三重反应"表型明显增强,内源乙烯释放量、NR基因的表达量及胞内CaM的含量都有不同程度的增加;当Ca2+ 浓度由3.8 mmol/L进一步增加到10 mmol/L时,番茄黄化幼苗"三重反应"表型受到抑制,内源乙烯释放量、 NR基因的表达量及胞内CaM的含量都有所下降.因此,Ca2+ 对番茄黄化幼苗"三重反应"的影响与Ca2+ 调节内源乙烯合成和乙烯受体基因的表达有关,而且Ca2+ 可能是通过CaM含量的变化来调节乙烯作用的.     

钙与植物乙烯反应的关系研究

研究了Ca2 对番茄 (LycopersiconesculentumMillcv.Lichun)黄化幼苗乙烯反应的影响。通过测定不同Ca2 浓度条件下番茄黄化幼苗的“三重反应”、内源乙烯释放量、乙烯受体基因NEVER_RIPE(NR)表达量及胞内CaM含量的变化 ,结果发现 ,随着培养基中Ca2 浓度从 0mmol/L增加到 3.8mmol/L ,番茄黄化幼苗的“三重反应”表型明显增强 ,内源乙烯释放量、NR基因的表达量及胞内CaM的含量都有不同程度的增加 ;当Ca2 浓度由 3.8mmol/L进一步增加到 10mmol/L时 ,番茄黄化幼苗“三重反应”表型受到抑制 ,内源乙烯释放量、NR基因的表达量及胞内CaM的含量都有所下降。因此 ,Ca2 对番茄黄化幼苗“三重反应”的影响与Ca2 调节内源乙烯合成和乙烯受体基因的表达有关 ,而且Ca2 可能是通过CaM含量的变化来调节乙烯作用的     

拟南芥乙烯突变体在干旱胁迫下的形态学差异

为了揭示乙烯在植物与环境相互作用过程中的生物学功能,以拟南芥（Arabidopsis thaliana）的ein2-5、ein3-1、EIN3ox、EIL1ox 4种乙烯突变体与Col-0野生型为材料,对比研究它们在干旱胁迫条件下的生长和形态学变化。研究发现,干旱胁迫导致莲座叶直径、叶片面积、花序、水势等指标发生显著变化,同时不同突变体的形态适应特点呈现显著差异。这些结果表明,乙烯积极参与了植物形态塑造过程,与植物的抗旱性具有紧密相关性。     

光信号转导因子HY5调控拟南芥分枝的功能研究

光是影响植物分枝的重要外在环境因素,但光信号因子HY5（ELONGATED HYPOCOTYL5）是否调控植物分枝目前尚不清楚。创制了HY5转基因超表达植株,并获得商业化T-DNA插入突变体纯合植株。通过比较野生型（WT）、超表达植株（HY5-OE）、突变体（hy5-215）的分枝数目发现,与野生型相比,超表达植株分枝数目显著增加,而突变体分枝数目则显著减少。进一步比较这些遗传材料的拟南芥植株分枝的负调控关键因子BRC1（BRANCHED1）转录本水平差异,发现与野生型相比,超表达植株中BRC1转录本显著下调、突变体中显著上调。研究结果表明,HY5通过抑制拟南芥分枝关键负调控因子BRC1的转录水平,进而促进拟南芥的分枝。研究结果为阐明HY5调控分枝的生物学功能提供了一定的理论依据。     

乙烯受体差异性协作与Raf-like蛋白CTR1负调控的乙烯信号转导

以拟南芥为模式植物研究植物激素乙烯信号转导,在过去20年来取得了长足进展,并以遗传学与生物化学为基础建立了一个线性的信号转导途径模型．虽然这个模型基本上解释了乙烯信号组分参与的信号传递过程,但是,其中仍然存在若干问题亟待进一步研究．例如,上游的多个乙烯受体家族成员与CONSTITUTIVETRIPLE—RESPONSE1蛋白如何协同作用,下游的ETHYLENEINsENsITIVE2（EIN2）如何将乙烯信号传递给转录激活因子EIN3,以及是否存在其他的信号途径调控乙烯反应等．本文将着重阐述不同乙烯受体家族成员的协作对乙烯信号途径的差异性调控,植物利用多个乙烯受体感受乙烯的生物学意义,以及乙烯受体除了通过CTR1蛋白调节EIN2功能外,是否还存在其他的信号转导途径．     

乙烯信号转导的分子机制

气态植物激素乙烯在植物生长发育和应对生物及非生物胁迫过程中起着重要作用。在过去的十几年中, 对模式植物拟南芥的分子遗传研究已建立从信号感知到转录调控的乙烯信号转导线性模型。拟南芥共有5个乙烯受体ETR1、ERS1、ETR2、ERS2和EIN4, 目前已知ETR1定位在内质网上, 与类似于Raf的蛋白激酶CTR1协同负调控乙烯反应。EIN2和EIN3/EILs位于CTR1下游, 正调控乙烯反应。两个F-box蛋白EBF1和EBF2通过泛素/26S蛋白体降解途径调控EIN3的稳定性。5’→3’的外切核酸酶EIN5通过启动EBF1和EBF2 mRNA的降解, 拮抗EBF1和EBF2对EIN3的负反馈调控。目前对于乙烯信号转导途径关键组分的生化功能和乙烯下游反应途径的了解甚少, 乙烯信号转导途径与其它途径之间还存在着广泛的交叉反应, 这些问题的解决将大大增加我们对乙烯信号转导途径的了解。     

乙烯信号转导的分子机制

气态植物激素乙烯在植物生长发育和应对生物及非生物胁迫过程中起着重要作用。在过去的十几年中,对模式植物拟南芥的分子遗传研究已建立从信号感知到转录调控的乙烯信号转导线性模型。拟南芥共有5个乙烯受体ETR1、ERS1、ETR2、ERS2和EIN4,目前已知ETR1定位在内质网上,与类似于Raf的蛋白激酶CTR1协同负调控乙烯反应。EIN2和EIN3／EILs位于CTR1下游,正调控乙烯反应。两个F-box蛋白EBF1和EBF2通过泛素／26S蛋白体降解途径调控EIN3的稳定性。5＇→3＇的外切核酸酶EIN5通过启动EBF1和EBF2 mRNA的降解,拮抗EBF1和EBF2对EIN3的负反馈调控。目前对于乙烯信号转导途径关键组分的生化功能和乙烯下游反应途径的了解甚少,乙烯信号转导途径与其它途径之间还存在着广泛的交叉反应,这些问题的解决将大大增加我们对乙烯信号转导途径的了解。     

拟南芥硝态氮信号转导研究进展

作为植物体内一类关键的信号分子,硝态氮调控了植物生长发育过程中的一系列生物学过程。硝态氮及其信号直接影响着农作物的氮素利用率、产量和品质。因此,深入研究硝态氮信号转导是农业可持续发展的关键。近年来,随着植物分子遗传学、生物化学等学科的迅猛发展,科学家们已经在硝态氮信号的感知、传递以及长距离信号转导等方面取得了许多突破性进展,这将有助于深入了解硝态氮信号如何调控植物生长发育过程中的各个方面。该文综述了近年来国内外有关拟南芥硝态氮信号转导方面的最新研究进展,以期为构建高效利用氮肥的新型农作物提供理论依据。     

拟南芥生长素相关突变体uro的光依赖性乙烯信号异常

拟南芥uro（upright rosette）突变体由于它的莲座叶垂直向上生长而得名。已有的研究表明,uro突变体的表型是由单突变导致的;同时,URO基因可能参与生长素对拟南芥发育的调控过程。uro突变体具有一些乙烯相关的表型特征,如：偏下性生长的叶,较长的下胚轴,宿存的花被等。施加乙烯与乙烯作用抑制剂硝酸银的实验结果显示,uro突变体的部分表型特征是由于乙烯信号系统异常所造成的。     

拟南芥中磷脂酶Dγ2的低温信号转导作用途径分析

磷脂酶D(PLD)的磷脂降解功能和信号转导功能均能影响植物的抗冻性.本研究以PLDγ2基因被敲除的拟南芥突变体及其野生型为材料,进行低温驯化和冻害胁迫处理,随后由这两种植株的表型及其离子渗透率等来分析PLDγ2基因对拟南芥抗冻性.结果发现,经直接冻害处理后,PLDγ2敲除型的抗冻性与野生型基本一致;但经过低温驯化后的冻害处理,PLDγ2敲除型的抗冻性弱于野生型,即表明PLDγ2基因参与了低温信号转导作用.进一步的实验结果表明PLDγ2基因介导脯氨酸调控的可溶性物质调控途径和过氧化物酶(POD)活性调控的抗氧化系统途径;但是与低温信号激素ABA不在同一条信号转导途径.     

ECS1参与调节CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2积累

CO₂浓度升高可以诱导植物叶片气孔关闭, 提高植物对高浓度CO₂的适应性。但植物如何感知CO₂浓度变化并启动气孔关闭反应的分子机制至今仍不十分清楚。利用高通量、非侵入的远红外成像技术, 建立了拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔对CO₂浓度变化反应相关的突变体筛选技术, 筛选出对环境CO₂浓度敏感的拟南芥突变体ecs1。遗传学分析表明, ecs1为单基因隐性突变体, 突变基因ECS1编码一个跨膜钙离子转运蛋白。与野生型拟南芥相比, 360 μL·L^–1CO₂可引起ecs1突变体叶片温度上升和气孔关闭, ecs1突变体对900 μL·L^–1CO₂长时间处理具有较强的适应性。进一步的实验表明, 360μL·L^–1CO₂即可诱导ecs1突变体叶片积累较高浓度的H₂O₂, 而900 μL·L^–1CO₂才能够诱导野生型拟南芥叶片积累H₂O₂。因此, ECS1可能参与调节高浓度CO₂诱导的拟南芥气孔关闭和H₂O₂产生, H₂O₂可能作为第二信号分子介导CO₂诱导拟南芥气孔关闭的反应。     

ECS1参与调节CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2积累

CO2浓度升高可以诱导植物叶片气孔关闭,提高植物对高浓度CO2的适应性.但植物如何感知CO2浓度变化并启动气孔关闭反应的分子机制至今仍不十分清楚.利用高通量、非侵入的远红外成像技术,建立了拟南芥(Arabidopsis thaliana)气孔对CO2浓度变化反应相关的突变体筛选技术,筛选出对环境CO2浓度敏感的拟南芥突变体ecs1.遗传学分析表明,ecs1 为单基因隐性突变体,突变基因ECS1编码一个跨膜钙离子转运蛋白.与野生型拟南芥相比,360 μL·L-1CO2可引起ecs1突变体叶片温度上升和气孔关闭,ecs1突变体对900 μL·L-1CO2长时间处理具有较强的适应性.进一步的实验表明,360 μL·L-1CO2即可诱导ecs1突变体叶片积累较高浓度的H2O2,而900 μL·L-1CO2才能够诱导野生型拟南芥叶片积累H2O2.因此,ECS1可能参与调节高浓度CO2诱导的拟南芥气孔关闭和H2O2产生,H2O2可能作为第二信号分子介导CO2诱导拟南芥气孔关闭的反应.     

乙烯受体与信号转导成员的研究进展

综述了近几年有关乙烯受体和乙烯信号转导成员研究的最新进展,ETR1与其多基因家族的结构及在信号转导过程中的作用机理.乙烯与受体结合需要铜离子的协同作用.ETR1、CTR1、EIN2、EIN3、ERN1、ERF1等组成乙烯信号转导.     

PEX5参与调控拟南芥根系抗逆性的初步研究

以拟南芥过氧化物酶体生成蛋白突变体pex5和野生型为试验材料,初步研究PEX5对拟南芥根系抗逆性的影响。结果表明,在MS基础培养基中,突变体pex5的根长相较于野生型根长显著变短;同时,拟南芥pex5突变体株高也低于野生型,说明PEX5基因功能缺失影响了拟南芥根系和茎的生长。pex5突变体在添加氯化钠或甘露醇的MS培养基上培养时,萌发和根伸长受到的抑制显著高于野生型,突变体幼苗的SOD和POD活性也显著低于野生型,说明PEX5参与调控拟南芥根系的抗逆性。本研究为解析PEX5在植物抗逆中的调控机制提供了重要参考。     

乙烯调控植物耐盐性的研究进展

乙烯具有复杂的生物学功能,它调节着植物生长发育和许多的生理生化过程。乙烯也被认为是一种胁迫应答激素,直到近几年关于乙烯生物合成及信号转导途径与植物盐胁迫的关系才逐渐被挖掘出来。乙烯在不同水平、层次参与盐胁迫反应,包括乙烯合成关键酶(ACS)和乙烯受体,细胞质中CTR1和EIN2以及细胞核中EIN3传导、响应盐信号。但是乙烯合成和信号转导途径在植物盐胁迫响应过程中仍然存在许多未解决的问题。主要介绍乙烯合成及信号转导途径的各组分与盐胁迫关系的最新研究进展,并讨论其存在的主要问题。     

花衰老相关的乙烯信号转导基因研究进展

乙烯在许多切花衰老过程中起着重要的调节作用,不同的植物乙烯信号转导组分在花衰老过程中有不同的转录调节特性。根据乙烯信号转导标准模式,通过调节乙烯信号转导基因表达能够调控花对乙烯的敏感性,深入研究乙烯信号转导机制;可能有多条途径可延缓切花衰老。综述了香石竹和月季等几种观赏植物在花衰老过程中乙烯受体和乙烯信号转导基因表达及特性。     

植物乙烯信号转导研究进展

过去10年,对模式植物拟南芥的分子遗传学研究建立了植物乙烯信号转导线性模型.乙烯结合到受体上,经一条MAPK级联反应和转录级联途径将信号转导而产生乙烯反应.拟南芥乙烯受体家族由5个成员构成,ETR1、ERS1、ETR2、ERS2和EIN4.乙烯受体包括三个结构域:乙烯结合结构域、组氨酸激酶结构域和反应调控结构域.乙烯受体定位于内质网,与CTR1协同负调控乙烯反应.ENI2、EIN3/EIL、ERF1依次位于CTR1下游,正调控乙烯反应.EIN3属于转录激活因子调控蛋白家族,受转录后调控.乙烯稳定EIN3结构,EBF1/EBF2促进EIN3分解.ERF1是转录调控因子家族成员之一,是EIN3/EIL的直接作用目标.     

拟南芥耐盐突变体stg2的筛选

采取在高盐平板上萌发的方法,对一个雌激素诱导激活型拟南芥突变体库进行了耐盐突变体的筛选,最终得到了2株稳定的耐盐突变体。本文中对其中的一株耐盐突变体,命名为stg2(salt tolerance during germination 2),进行了研究。遗传实验表明它的耐盐特性是受雌激素诱导的,是功能获得型的耐盐突变体。本实验中还探讨了stg2突变体的筛选过程及耐盐生理特点。     

ATHKl基因调节拟南芥渗透胁迫信号转导过程

以拟南芥ATHKl基因T-DNA插入所产生的缺失突变体和野生型ws(wassilewskija)生态型为材料,分析了它们在生理和基因表达方面的差异.结果表明突变体的离体叶片失水率明显大于野生型;在30%PEG-6000胁迫后,野生型和ATHKJ突变体的细胞膜离子外渗率比胁迫前分别增加了50%和80%.PEG胁迫48 h时突变体的萎蔫程度明显大于野生型ws.以上结果说明ATHKl突变体的抗渗透胁迫能力低于野生型,即ATHKl基因参与了拟南芥适应逆境的调节反应.利用DDRT-PCR技术研究二者在PEG胁迫36h后的基因表达差异,分离到9个在野生型中被PEG诱导表达而在突变体中未被诱导的参与逆境应答的基因片段,其中包括MAPKKKl8和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因,即ATHKJ基因失活引起下游基因响应渗透胁迫的能力减弱,进一步说明ATHKJ基因参与拟南芥适应逆境的调节反应,并且ATHKl可能在逆境信号转导组分MAPK的上游起作用,很可能是植物体中的渗透感受器.