植物miRNA介导磷信号转导的研究进展

MicroRNA（miRNA）是一类新型的调控靶基因表达的小分子RNA,参与调节植物的生长发育和抗逆反应等多种生理过程。近年来,随着miR399调节植物磷平衡分子机制的发现,人们开始广泛关注miRNA在低磷信号转导和磷平衡中的作用。本文基于近几年的研究进展,综述miR399、miR827等磷响应miRNA在低磷信号转导以及调节磷平衡过程中的作用和分子生理机制。     

既主内政, 又辖外交——以PHR为中心的基因网络调控植物-菌根真菌的共生

磷是植物生长发育必需的大量矿质营养元素, 但自然界大部分土壤都存在严重缺磷的问题。为了适应这一营养逆境, 植物演化出一系列低磷胁迫应答反应。通过改变基因的转录水平调控低磷胁迫应答反应, 而转录因子PHR1在调控植物对低磷胁迫的转录响应中起关键作用。此外, 大部分陆生植物还能与丛枝菌根真菌建立共生关系, 通过丛枝菌根真菌更有效地从土壤中获取磷元素。最近, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究组发现, 以PHR为中心的转录调控网络控制植物-丛枝菌根真菌共生的建立。因此, PHR不但在维持植物细胞自身的磷稳态中发挥作用, 而且参与植物与外界微生物的相互作用, 为植物有效地从环境中获得磷元素提供了另外一条途径。     

柱花草WRKY转录因子在低磷胁迫下的克隆与分析

该研究依据生物信息学分析,采用RT-PCR方法从格拉姆柱花草[Stylosanthes guianensis (Aubl.)]中克隆出1个WRKY转录因子基因,命名为StWRKY45。该基因最大开放阅读框(ORF)为924bp,编码307个氨基酸,分子量为35.62kD,等电点为9.81。系统进化树分析表明,StWRKY45属于WRKY转录因子第Ⅱ类WRKY基因,与拟南芥AtWRKY45、AtWRKY57亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果表明,在非磷胁迫下(对照),StWRKY45基因在柱花草幼苗的根、茎、叶中都有表达,但表达量均相对较低;在低磷胁迫下,StWRKY45基因在格拉姆柱花草根、茎、叶中的表达基本随胁迫时间的延长逐渐升高,且均在叶中的表达量最高;在低磷胁迫96h时叶、茎中的相对表达量均达到最高,分别是对照的20.47倍、9.38倍,但在低磷胁迫72h时根中的相对表达量达到最高,为对照的9.29倍。研究表明,StWRKY45基因受低磷胁迫诱导高表达,推测StWRKY45基因可能参与柱花草对低磷胁迫的响应。     

磷有效性对大豆菌根侵染的调控及其与根构型、磷效率的关系

以30个不同根构型的大豆基因型为材料,通过盆栽试验,研究了生长介质磷有效性对大豆接种摩西球囊霉属丛枝菌根真菌的影响及其与根构型、磷效率的关系.结果表明：生长介质磷有效性显著地影响大豆菌根真菌的接种效果.低磷条件下接种菌根真菌效果明显,菌根侵染率较高,菌根对大豆磷吸收的贡献率较大;高磷条件下接种菌根真菌效果不显著,菌根侵染率较低,菌根对大豆磷吸收的贡献率较低.磷有效性和大豆根构型对菌根真菌接种的影响具有交互作用.低磷条件下,中间型和深根型大豆的菌根侵染率最高,浅根型最小.高磷条件下,根构型与菌根侵染率间的关系不明显.根构型和菌根侵染状况对大豆磷效率的贡献存在互利互补关系,磷效率高的大豆基因型一般具有较好的根构型或较高的菌根侵染率.     

植物对非生物胁迫应答的转录因子及调控机制

植物对非生物胁迫的应答反应涉及到许多基因和生化分子机制,胁迫相关基因、蛋白质及代谢物构成了一个复杂的调控网络,其中转录控制具有举足轻重的作用。本文主要对近年来发现的几种在转录控制中起关键作用的转录因子CBF/DREB、bZIP、MYB/MYC和HSF及其调控机制进行介绍。这几种转录因子可以分别和胁迫应答顺式作用元件CRT/DRE、ABRE、MYB/MYC识别位点及HSE结合,在非生物胁迫条件下调控下游靶基因的表达,进而使一些胁迫保护物质如脯氨酸、可溶性糖类、自由基的清除剂、热休克蛋白和分子伴侣等的表达水平升高,最终增强植物对非生物胁迫的耐受能力。     

植物lncRNA及其对低温胁迫响应的研究进展

低温限制植物生长区域,决定种植范围;导致作物产量和品质下降,严重可能造成植株死亡。为了抵抗低温胁迫,植物进化出了复杂的防御机制。lncRNA是存在于细胞核和细胞质中、由体内基因组转录产生的一类转录本。近年来,已证实lncRNA可以通过多聚腺苷酸化、与某些蛋白酶协同作用、与miRNA竞争性结合等方式来响应植物低温胁迫。本文就lncRNA的定义、来源、分类以及低温条件下lncRNA在模式植物拟南芥和农经作物中的研究进展进行了总结,期望为植物耐低温机理研究及植物耐冷分子育种提供参考。     

内生真菌与宿主植物协同调控砷胁迫作用机制研究进展

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)和深色有隔内生真菌(dark septate endophytes, DSE)是植物根系中最主要的两大类内生真菌,均可与植物根系形成菌根共生体,在促进植物生长,提高重金属等胁迫抗性方面发挥着重要作用。砷(arsenic, As)及砷化合物具有较强的毒性,可在植物中富集,造成生物链毒害。本团队一直致力于内生真菌与药用植物生长、活性物质合成,砷吸收、积累关系的研究,并取得了一定的进展。结合团队现有研究和前人研究成果,本文分析归纳了砷胁迫条件下,AMF定殖对宿主植物生长和砷吸收、积累的影响;详细阐述了砷胁迫条件下,宿主植物生理活动、抗氧化系统、激素水平、转录水平响应AMF调控的变化。其后,从宿主植物细胞内、外两个方面总结内生真菌与宿主植物协同调控砷胁迫的作用机制,归纳为“生长稀释效应”“菌丝隔离”“螯合过滤”“菌根固定化(mycorrhizal immobilization)”“转运体抑制效应”“生物转化作用”和“保宿主、降氧化”等7项作用机制,并绘制了不同机制之间的作用关系图。DSE-宿主植物调控砷胁迫的研究相...     

低磷胁迫下AM真菌对枳实生苗吸磷效应及根系分泌有机酸的影响

在温室沙培灭菌条件下,以Al-P为磷源、枳为试材、Glomus mosseae (G.m)和G.versiforme (G.v)为菌剂,研究低磷胁迫下AM真菌对枳实生苗干物重、吸磷效应及根系分泌有机酸的影响。结果表明,接种AM真菌显著增加枳地上部、地下部干物重,增幅16.79%~135.25%;同时显著增加其吸磷量,菌丝对植株的吸磷贡献率为17.04%~71.95%(G.m>G.v),施Al-P显著提高菌丝吸磷贡献率。接种AM真菌的根系分泌的有机酸种类与对照有所不同,未接种处理枳分泌的有机酸有草酸、苹果酸、乳酸、乙酸、顺丁烯二酸和柠檬酸等6种,而接种G.m的则检测到草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、丁二酸等7种,G.v处理的检测到酒石酸,接种处理均未检测到顺丁烯二酸;接种丛枝菌根真菌增加了枳根系分泌有机酸的量(比未接种处理增加19.80~56.87 mg/kg,且施用AlPO₄后有机酸含量显著增加(增加20.06~21.84 mg/kg);未接种植株根系仅分泌少量有机酸;接种植株根系分泌的有机酸以苹果酸(42.87%)、柠檬酸(39.22%)和草酸(12.06%)为主。     

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。     

转录因子及miRNA调控食管癌耐药机制研究

由于耐药性的存在,不同患者在使用相同药物时会导致治疗效果的差异.因此识别耐药性相关的关键生物学标记,有助于临床医生快速选择出适合的药物,延长患者的生存时间,对药物研发以及药物的作用机制的详细研究具有重要意义.首先在食管癌细胞系中筛选不同药物的耐药及敏感细胞系,从中找到不同药物耐药相关的基因,将这些计算得到的耐药相关基因...     

植物核糖体应激响应机制研究进展

核仁是真核细胞中重要的核结构,核糖体发生最初在核仁中进行,该过程涉及一系列复杂的反应,需要许多核仁相关因子参与。核糖体生物发生出现异常通常引起核仁结构紊乱,并导致细胞周期阻滞、细胞衰老甚至凋亡。核糖体应激响应机制在哺乳动物细胞中研究得较为深入,但在植物细胞中尚不明晰。尽管如此,人们逐渐发现某些植物特有的NAC转录因子家族成员在植物细胞中可能参与包括核糖体应激在内的多种胞内应激响应过程。此外,前期研究发现生长素系统与核糖体生物合成之间存在一种相互协调机制来调控植物发育。该文结合哺乳动物细胞中已知的核糖体应激响应通路,探讨植物细胞潜在的核糖体应激机制。     

Homeostasis and Transport of Inorganic Phosphate in Plants

In this review, homeostasis of inorganic phosphate (P_i) in plantsis discussed in terms of membrane transport of P_i. Phosphatehomeostasis is observed in plant systems at various levels.The cytoplasmic level of P_i is kept almost constant by exploitationof the vacuole as a reservoir of P_i. The vacuole also seemsto maintain the apoplastic level of P_i at a quasi-constant level.During P_i deficiency, P_i is re-translocated from the older tothe younger leaves. The concentration of P_i in young leaves,thus, is kept at a higher level without a supply of P_i fromthe root. The phenomenon can be referred to as leaf-level P_ihomeostasis. All these phenomena are related to membrane P_itransport activities. P_i uptake activities of both the plasmamembrane and the tonoplast change in response to the supplyof P_i. P_i transport across the plasma membrane is controlledby the activities of both the P_i transporter and the H⁺ pump,the activity of which is modulated by P_i itself. ¹Recipient of the JSPP Young Investigator Award, 1994.     

胆固醇代谢平衡调控的分子机理

胆固醇代谢平衡调控的分子机理李伯良,段治军（中国科学院上海生物化学研究所上海２０００３１）前言胆固醇在生物体内起着重要而又神秘的作用,特别在哺乳类细胞生命过程中是不可缺少的。由于胆固醇及其类似物的绝大部分分布在细胞膜上,目前一般认为胆固醇可起影响生物膜的结构及其选择通透性和流动性等作用。但是,哺乳动物体内胆固醇过高或过低都将影响正常生命过程,甚至产生严重病变,如动脉粥样硬化等。     

Zinc Phosphate and Pyromorphite Solubilization by Soil Plant-Symbiotic Fungi

Acidolysis, complexolysis and metal accumulation were involved in solubilization of zinc phosphate and pyromorphite by a selection of soil fungi representing ericoid and ectomycorrhizal plant symbionts and an endophytic/entomopathogenic fungus, Beauveria caledonica. Zinc phosphate was much more readily solubilized than pyromorphite. According to the relationship between metal mobilization and pH, acidolysis (protonation) was found to be the major mechanism of both zinc phosphate and pyromorphite dissolution for most of the fungi examined. In general, the more metal tolerant fungal strains yielded more biomass, acidified the medium more and dissolved more of the metal mineral than less tolerant strains. However, B. caledonica 4 excreted a substantial amount of oxalic acid (～ 0.8 mM) in the presence of pyromorphite that coincided with a dramatic increase in lead mobilization providing a clear example of complexolysis. Organic acid excretion by fungi was inter- and intraspecific and was strongly influenced by the presence of the toxic metal minerals. When grown on zinc phosphate or pyromorphite, Hymenoscyphus ericae DGC3(UZ) accumulated the lowest metal concentration, but Thelephora terrestris accumulated the highest metal concentration in the biomass. The ability to accumulate water-soluble lead species, representing mainly cytosolic and vacuolar pools, seemed to be connected with pyromorphite-solubilizing ability. B. caledonica 4, which demonstrated the highest ability to dissolve pyromorphite, accumulated the highest water-soluble fraction and total lead concentration in the mycelium. Generally, isolates with a higher zinc-tolerance accumulated significantly less total zinc from zinc phosphate (including the sum of water-soluble and NaCl-extractable zinc) than non-tolerant strains.     

Regulation of phosphate starvation responses in higher plants

Background

Phosphorus (P) is often a limiting mineral nutrient for plant growth. Many soils worldwide are deficient in soluble inorganic phosphate (P_i), the form of P most readily absorbed and utilized by plants. A network of elaborate developmental and biochemical adaptations has evolved in plants to enhance P_i acquisition and avoid starvation.

Scope

Controlling the deployment of adaptations used by plants to avoid P_i starvation requires a sophisticated sensing and regulatory system that can integrate external and internal information regarding P_i availability. In this review, the current knowledge of the regulatory mechanisms that control P_i starvation responses and the local and long-distance signals that may trigger P_i starvation responses are discussed. Uncharacterized mutants that have P_i-related phenotypes and their potential to give us additional insights into regulatory pathways and P_i starvation-induced signalling are also highlighted and assessed.

Conclusions

An impressive list of factors that regulate P_i starvation responses is now available, as is a good deal of knowledge regarding the local and long-distance signals that allow a plant to sense and respond to P_i availability. However, we are only beginning to understand how these factors and signals are integrated with one another in a regulatory web able to control the range of responses demonstrated by plants grown in low P_i environments. Much more knowledge is needed in this agronomically important area before real gains can be made in improving P_i acquisition in crop plants.     

miRNA在植物响应高温胁迫中的研究进展

microRNA(miRNA)是一类由20-24个核苷酸组成的小的非编码RNA,通常通过序列互补降解或抑制其靶标基因转录后的翻译过程,从而在转录后水平上调控基因的表达。miRNA在植物基因组中普遍存在,作为一类重要的调节因子参与到植物的生长发育与逆境响应中。目前,已有研究表明高温除了诱导植物编码基因表达发生改变之外,一些非编码RNA的表达也发生了显著改变,其中miRNA作为重要的非编码RNA,参与了植物的高温胁迫响应。对植物miRNA的合成途径,作用机制以及主要功能进行了扼要阐述,重点阐述了高温胁迫下植物miRNA的作用机制,旨在为mi RNA在植物抵抗高温胁迫中的研究与应用提供新的思路。     

AM真菌对重金属污染土壤生物修复的应用与机理

土壤重金属污染威胁人类健康和整个生态系统,而高效、低耗、安全的生物修复技术显示出了极大的应用潜力,特别是利用植物-微生物共生体增强生物修复效应的应用.丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与90％以上的陆生高等植物形成共生体.研究发现,AM真菌能够增强宿主植物对土壤中重金属胁迫的耐受性.当前,利用AM真菌开展重金属污染土壤的生物修复已经引起环境学家和生态学家的广泛关注.基于此,围绕AM真菌在重金属污染土壤生物修复作用中的最新研究进展,从物理性防御体系的形成、对植物生理代谢的调控、生化拮抗物质的产生、基因表达的调控等角度探究AM真菌在重金属污染土壤生物修复中的作用机理,以期为利用AM真菌开展重金属污染的生物修复提供理论依据,并对本领域未来的发展和应用前景进行了展望.