干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

生物钟PRR蛋白促进拟南芥幼苗中花青素的合成

生物钟(circadian clock)是激发植物生理特征节律性表达，并使之维持稳定的保守内源调节机制。PRR(PSEUDO-RESPONSE REGULATOR)蛋白家族是生物钟中央振荡器的重要组成部分，调控植物的种子萌发、下胚轴伸长和开花等多种生命过程。花青素(anthocyanin)是植物次生代谢产物，对植物的繁衍、生长发育和抵抗逆境胁迫具有重要作用。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为对象，探讨生物钟PRR蛋白对花青素生物合成的调控功能和分子机制。结果表明：(1)在PRR基因单突变体及多突变体幼苗中，花青素的积累明显降低，某些花青素合成相关基因的表达也显著降低。(2)相反，在PRR5过表达幼苗中，花青素的积累以及某些花青素合成相关基因的表达则显著升高。(3)蛋白相互作用结果显示，PRR5蛋白能与MYB75、TT8、MYB90及MYB113等花青素调控蛋白相互作用，并形成复合物。(4)遗传学分析结果显示，拟南芥PRR5诱导幼苗中花青素的合成依赖于MYB家族花青素调控蛋白。综上认为，生物钟PRR蛋白可能通过PRR5与MYB75、TT8等相互作用，促进拟南芥幼...     

干旱胁迫下H_2S信号增强植物叶片的光合作用

干旱胁迫是影响农作物产量最重要的环境因素之一。硫化氢(H_2S)作为第三种气体信号分子在植物体内具有多样且积极的生理功能。目前已了解,H_2S在响应植物干旱胁迫应答以及增强植物光合作用的过程中发挥重要作用,但关于内源性H_2S对干旱胁迫下植物光合作用的调节机制未见报道。该研究以拟南芥哥伦比亚野生型(wild type Col-0,WT)、H_2S产生酶编码基因DES缺失突变体des以及H_2S产生酶编码基因DES过表达突变体OE-DES为实验材料,研究内源性H_2S对干旱胁迫下拟南芥光合作用的调节机制。研究结果显示,植株在正常生长条件下,内源性H_2S促使叶片净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量显著升高;植株遭受干旱胁迫时,内源性H_2S可以显著上调Rubisco和Rubisco活化酶(Rubisco activase,RCA)的表达水平,保护叶绿体结构的完整性,促使叶片净光合速率显著上升,维持叶片相应的蒸腾速率,并且引起叶片气孔关闭和胞间CO_2浓度显著升高。     

拟南芥生物钟分子机制研究进展

本文主要概述了目前拟南芥生物钟分子机制的研究进展。生物钟通过调控导引节律的相位来调节植物的生理活动。拟南芥生物钟由CCA1、LHY和TOC1 3个主要基因构成了一个稳定的负反馈环,来调节昼夜节律中各个基因如APRR/TOC1 5重奏的作用, 从而调控昼夜节律的相位。在开花的光周期调控中, 提出了外协和模型, 其中的关键基因是CO , 它与拟南芥的开花时间直接相关。     

过量表达棉花CBF2基因提高转基因拟南芥抗旱耐盐能力

CBF/DREB是一类植物中特有的转录因子,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要功能。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)Coker 312中克隆获得1个棉花CBF/DREB基因,命名为Gh CBF2,该基因编码一个由216个氨基酸组成的CBF蛋白。序列分析结果显示,Gh CBF2与其他植物的CBF蛋白类似,含有AP2转录因子典型的保守结构域。干旱或高盐胁迫处理明显增加了Gh CBF2基因的表达量。亚细胞定位分析结果发现Gh CBF2定位在细胞核中。将Gh CBF2基因构建到由35S启动子调控的植物表达载体p MD上并转化拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),结果表明,在干旱和盐胁迫条件下,过量表达Gh CBF2基因拟南芥的成活率显著高于野生型,并且游离脯氨酸和可溶性糖含量也高于野生型,说明转Gh CBF2基因提高了拟南芥的耐盐抗旱能力。采用实时荧光定量PCR方法分析胁迫相关标记基因COR15A、RD29A和ERD6的表达情况,结果显示转基因株系中的表达量显著高于野生型,说明Gh CBF2参与调控拟南芥干旱和盐胁迫相关基因的表达。     

H_2S信号和WRKY在ABA调节根生长和气孔运动中的关系

气体信号分子硫化氢(H_2S)和植物激素脱落酸(ABA)都可以调节植物的种子萌发、根生长、气孔运动、逆境响应等生理过程,但两者之间的关系了解非常有限。转录因子WRKY18、WRKY40和WRKY60参与拟南芥对ABA信号的响应。本文以拟南芥野生型(WT),lcd(L型半胱氨酸脱巯基酶编码基因缺失突变体),wrky18wrky40wrky60(WRKY18、WRKY40和WRKY60编码基因缺失三突变体)为实验材料,研究在幼苗根生长和气孔运动过程中,H_2S与ABA信号及WRKY之间的相互作用。实验结果表明:ABA处理可诱导WT的LCD基因表达量和内源H_2S含量升高;外源H_2S处理WT,WRKY40表达量下降,WRKY60表达量升高;lcd中WRKY18和WRKY40表达量升高,WRKY60表达量下降。幼苗根生长和气孔运动实验表明:与WT相比,lcd根生长和气孔运动受ABA影响作用较小;H_2S对wrky18wrky40wrky60根生长的促进作用明显,并促进wrky18wrky40wrky60和WT气孔关闭,但两者间无显著差异。     

拟南芥CBF1与植物对低温和干旱的抗性

对冷驯化过程中基因表达差异的认识,使抗冻基因(COR)的克隆及其功能的分析成为研究冷驯化过程的主要目标。在拟南芥和其他抗冻植物中,分离了许多COR基因,这些基因对植物抗冻起着非常重要的作用。在拟南芥COR调控的研究中,发现了CBF转录因子的基因家族,其中CBF1能调控一组COR基因的表达。近年来,在冷敏植物如番茄和玉米中也发现了CBF类似基因,拟南芥CBF1基因在转基因番茄中的过量表达提高了植株的抗寒和抗旱性。这一研究结果展示了拟南芥CBF1类似基因的应用可能为冷敏植物抗寒和抗旱性的品种改良提供一条新的途径。     

H2S作为植物个体间交流的气体信号分子

植物遭受到昆虫取食、创伤及非生物胁迫时,会向环境中释放多种挥发性物质,直接或间接地帮助受胁迫植株抵抗伤害。同时,这些挥发性物质向附近的健康植株传递信息,以应对可能到来的侵害。硫化氢(H2S)作为细胞内气体信号分子提高植物对多种胁迫的抗性已有报道,本论文对H2S是否作为植物个体间传递信息的信号分子进行了研究。结果表明:40%PEG8000处理可以使谷子、白菜、番茄和拟南芥Col-0植株所在环境空气中H2S含量升高;谷子和拟南芥Col-0植株经PEG8000处理后,可以使邻近的非胁迫植株叶片的H2S含量升高和H2S响应基因表达变化,并诱导非胁迫植株气孔关闭;而拟南芥内源H2S产生酶基因LCD和DES1双基因突变体lcd/des1经PEG8000处理,不能引起空气中和邻近植物的H2S含量升高,不能诱导邻近植株气孔关闭。本论文表明,H2S可以作为植物个体间的信息传递分子;即受胁迫植物通过向周围环境中释放H2S,向邻近植株提供胁迫预警信息,可能对种群的生存有重要意义。     

拟南芥中H_2S与PLDα1响应干旱胁迫的作用研究

以野生型拟南芥WT、PLDα1合成缺陷突变体pldα1-1以及L-半胱氨酸脱巯基酶(L-cysteine desulfyrase,L-CDes)合成缺陷突变体lcd-4幼苗为材料,以0.3 mol·L~(-1)甘露醇模拟干旱胁迫,研究磷脂酶Dα1(phospholipase Dα1,PLDα1)与气体信号分子硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)响应干旱胁迫的作用及可能存在的信号关系。结果显示:干旱胁迫下,野生型拟南芥的H_2S含量、PLD与L/D-CDes活性及其基因相对表达量均发生显著的变化。萌发率实验中,与WT相比,pldα1-1和lcd-4对干旱胁迫更加敏感,外施NaHS可以促进干旱胁迫下WT、pldα1-1以及lcd-4种子萌发及內源H_2S产生,而外施PA能提高干旱胁迫下WT、pldα1-1种子萌发率及H_2S含量,但对lcd-4萌发率及H_2S含量没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和PLDα1在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S可能位于PLDα1的下游参与调控拟南芥种子萌发的信号过程。     

山葡萄CBF基因表达载体构建及对拟南芥根生长的影响

为了研究山葡萄CBF基因调节植物对盐胁迫的应答机理,分别构建了山葡萄Va CBF1、Va CBF2和Va CBF3的植物过表达载体。经酶切及琼脂糖电泳检测证实3个基因均插入到p BASTA中,表明表达载体构建成功。然后,分别将3个植物过表达载体转入农杆菌EHA105中,并通过浸花法浸染拟南芥。利用除草剂筛选获得3个基因的拟南芥过表达株系。最后,对野生型拟南芥与转基因拟南芥进行盐胁迫处理,发现OE-CBF2转基因植株的主根伸长长度显著长于其它植株,3个转基因株系的侧根长度也明显长于野生型植株。上述结果表明山葡萄CBF基因可能在植物盐胁迫中对根部生长发育起到非常重要的调控作用。     

LIGHT-REGULATED WD1 and PSEUDO-RESPONSE REGULATOR9 form a positive feedback regulatory loop in the Arabidopsis circadian clock

In Arabidopsis thaliana, central circadian clock genes constitute several feedback loops. These interlocking loops generate an ~24-h oscillation that enables plants to anticipate the daily diurnal environment. The identification of additional clock proteins can help dissect the complex nature of the circadian clock. Previously, LIGHT-REGULATED WD1 (LWD1) and LWD2 were identified as two clock proteins regulating circadian period length and photoperiodic flowering. Here, we systematically studied the function of LWD1/2 in the Arabidopsis circadian clock. Analysis of the lwd1 lwd2 double mutant revealed that LWD1/2 plays dual functions in the light input pathway and the regulation of the central oscillator. Promoter:luciferase fusion studies showed that activities of LWD1/2 promoters are rhythmic and depend on functional PSEUDO-RESPONSE REGULATOR9 (PRR9) and PRR7. LWD1/2 is also needed for the expression of PRR9, PRR7, and PRR5. LWD1 is preferentially localized within the nucleus and associates with promoters of PRR9, PRR5, and TOC1 in vivo. Our results support the existence of a positive feedback loop within the Arabidopsis circadian clock. Further mechanistic studies of this positive feedback loop and its regulatory effects on the other clock components will further elucidate the complex nature of the Arabidopsis circadian clock.