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。     

冷胁迫条件下拟南芥Rubisco相互作用蛋白质的比较分析

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco,EC 4.1.1.39)在生物适应环境变化的过程中起到重要的作用.位于叶绿体中与冷胁迫密切相关的非常重要的复合酶——Rubisco,其相互作用的蛋白质至今没有系统的研究.对拟南芥进行4种处理:a.持续在20℃生长(对照);b.4℃4 h冷胁迫;c.4℃24 h冷胁迫;d.4℃24 h冷胁迫后放入20℃恢复24 h.然后利用免疫共沉淀、十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳及基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术,在冷胁迫条件下研究了拟南芥光合抑制与Rubisco相互作用蛋白质解聚之间的关系.在鉴定出的5个与冷胁迫相关的Rubisco相互作用蛋白质中,AAA-型ATP酶家族蛋白和糖基转移酶对Rubisco活性及植物适应冷胁迫起着重要的作用.研究结果表明,Rubisco复合酶体系的解聚可能是低温胁迫下拟南芥光合速率降低的主要原因.     

外源硫化氢对冷胁迫下白菜幼苗生长和光合作用的影响

硫化氢(H2S)是调节植物生长发育和响应胁迫的重要气体信号分子,为了增加对白菜(Brassica rapavar.pekinensis)应答冷胁迫生理机制的理解,该研究分析了4℃冷胁迫条件下外源H2S(5μmol·L-1硫氢化钠水溶液熏蒸24h)预处理对白菜幼苗生长、光合作用以及相关基因表达水平的影响。结果发现:(1)冷胁迫诱导后白菜内源H2S主要生成酶编码基因LCD、DCD、DES的表达水平极显著上调,并伴随H2S产率的显著增加,暗示二者之间存在着潜在紧密联系。(2)在冷胁迫条件下,外源H2S预处理的白菜幼苗地上部分高度、叶宽和相对含水量等指标均比对照表现出明显优势;其体内脯氨酸、可溶性糖以及光合色素含量大幅升高,光合速率显著提升,光合作用中部分捕光蛋白、铁氧还蛋白和硫氧还蛋白编码基因表达量同时显著上调。研究表明,生理浓度H2S预处理可通过诱导上调白菜幼苗光合作用的相关基因表达量和提升净光合速率,提高其光合作用强度,促进渗透调节物质积累,有效缓解冷胁迫对其造成的损伤,维持冷胁迫下白菜幼苗的生长。     

生物钟对植物非生物胁迫应答调控的进展

生物钟是一种控制植物节律性生长发育的内源性系统,可以辅助植物预知周围光照、温度和湿度环境的变化,以其核心振荡器为主要调控元件,通过细胞内关键基因的表达水平、蛋白互作从而形成信号转导通路和反馈调节回路,指导植物作出相应的表型调整,对提高植物在逆境条件下的生存适应能力具有重要的作用。本研究综述了植物在寒冷、干旱、高盐的极端环境下,生物钟关键基因CCA1/LHY、PRRs和GI等参与胁迫应答的调控方式,以及在调控过程中生物钟对脱落酸、乙烯、细胞分裂素和茉莉酸合成及代谢的影响。以植物的基因功能和激素调节为切入点,为运用现代分子生物技术手段提高植物非生物抗逆性的研究提供理论依据。     

拟南芥AtJ2和AtJ3基因表达对环境胁迫的响应

用PCR的方法获得AtJ2和AtJ3基因的3'非编码区的核甘酸片段作为探针,Northern杂交结果表明:AtJ2和AtJ3基因在植物的根、茎、叶、花蕾、花和长角果中都有表达,并在植物整个生长周期中都有表达,但随着植株的衰老表达量有所下降.不同环境胁迫的实验结果表明:热激使AtJ2和AtJ3基因的表达迅速升高;冷胁迫也能诱导这两个基因表达的明显增加,但需要的时间比热激要长得多,达9 h;水分胁迫能引起AtJ2和AtJ3基因表达量的微弱增加;可盐胁迫对AtJ2和AtJ3基因的表达没有影响.说明AtJ2和AtJ3基因可能参与对除盐胁迫以外多种环境刺激的响应.     

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...     

拟南芥钙调素结合蛋白参与胁迫响应的研究

采用实时荧光定量RT-PCR和Northern blotting技术检测了野生型拟南芥中CBP60g基因对丁香假单胞菌和非生物胁迫的响应,并对丁香假单胞菌接种后,野生型拟南芥、cbp60g-1突变体和CBP60g过表达转基因植物中抗逆相关基因的表达变化进行检测。结果显示:(1)在野生型拟南芥中CBP60g基因的表达能被丁香假单胞菌、高盐、冷和机械损伤所诱导。(2)经丁香假单胞菌诱导后病程相关基因PR5和AIG1的表达在过表达转基因植物中明显高于野生型。(3)受干旱和ABA诱导的AtMYB2基因的表达在过表达转基因植物中也高于野生型。研究表明,CBP60g同时参与了拟南芥对生物和非生物胁迫响应。     

拟南芥莲座叶芥子油苷含量对水分胁迫的响应

芥子油苷(glucosinolates)是十字花科植物中一类含氮、含硫的次生代谢产物,与其水解产物在植物防御功能中有重要意义且与环境因子关系密切.通过控制供水的方式对营养生长时期的拟南芥幼苗进行水分胁迫,观察了土壤自然干旱对营养生长时期拟南芥莲座叶芥子油苷含量及组成的影响.结果表明,土壤自然干旱处理下,拟南芥莲座叶的芥子油苷总量从处理3 d起低于对照,且随着处理天数的增加与对照组的差异逐渐增大,脂肪族芥子油苷的响应均比较明显,与芥子油苷总量的变化趋势基本一致,而吲哚族芥子油苷对水分胁迫则不敏感.脂肪族中的4-甲基亚磺酰丁基芥子油苷(4-methylsulphinylbutyl GS,4MSOB)占脂肪族芥子油苷的比例最大,它的含量变化成为影响莲座叶中芥子油苷组合模式的主导因素.     

逆境下拟南芥ABA信号途径负调控因子的研究进展

ABA信号途径的主要负调控因子蛋白磷酸酶2C(protein phosphatase 2C,PP2C)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(protein Ser/Thr phosphatases,PSP),为ABA信号传导途径下游的关键组分.拟南芥中PP2C主要包括ABI1、ABI2、HAB1、AHG3和PP2CA,它们通过改变ABA信号的强弱等调控植物的胁迫应答.该文主要对国内外有关PP2C家族的组成以及在逆境胁迫下负调控ABA信号途径中的调控机制和应答特征等方面的研究进展进行综述.     

硫化氢通过抑制镉离子内流降低拟南芥体内的镉毒性

硫化氢（H₂S）作为一种新兴的气体信号分子,在植物体内主要由半胱氨酸脱巯基酶（CDes）降解半胱氨酸产生。已有报道表明,H₂S信号与植物激素共同作用增强植物的镉（Cd）耐受。然而,H₂S信号响应重金属Cd胁迫的作用机制尚缺乏系统研究。本文以拟南芥为实验材料,从不同水平探究H₂S分子对Cd胁迫诱导氧化应激的保护作用。结果表明,CDes基因表达量和H₂S的产率随CdCl₂浓度升高而逐渐增加。重金属Cd胁迫导致幼苗干重降低约33%、体内过氧化氢显著增加、丙二醛含量升高约110%、超氧化物歧化酶活性增加约100%、谷胱甘肽还原酶活性和过氧化氢酶活性分别下降27%和21%,还原性谷胱甘肽含量随之显著降低。生理浓度NaHS（H₂S供体）预处理显著缓解以上Cd胁迫产生的影响,使恢复到对照水平。同时,H₂S处理可显著下调质膜中Cd转运蛋白（HMA4和IRT1）的表达,同时上调液泡膜中MRP3和CAX2的表达。利用非损伤微测技术测定植物根系Cd²⁺的流动速度和流动方向。结果显示,生理浓度的H2S显著抑制Cd^{2 +}内流,最终表现为植物叶片和根中的Cd含量显著降低,分别下降了15%和38.4%。总之,在Cd胁迫条件下,H₂S信号可激活植物体内的抗氧化酶促和非酶促系统,以清除细胞内H₂O₂。H₂S对Cd²⁺转运和液泡区式化的调节,降低了体内Cd²⁺的浓度,减小Cd毒性对植物生长的影响。为理解农作物应对重金属胁迫的机制提供了新的思路。     

硫化氢通过抑制镉离子内流降低拟南芥体内的镉毒性

硫化氢（H₂S）作为一种新兴的气体信号分子,在植物体内主要由半胱氨酸脱巯基酶（CDes）降解半胱氨酸产生。已有报道表明,H₂S信号与植物激素共同作用增强植物的镉（Cd）耐受。然而,H₂S信号响应重金属Cd胁迫的作用机制尚缺乏系统研究。本文以拟南芥为实验材料,从不同水平探究H₂S分子对Cd胁迫诱导氧化应激的保护作用。结果表明,CDes基因表达量和H₂S的产率随CdCl₂浓度升高而逐渐增加。重金属Cd胁迫导致幼苗干重降低约33%、体内过氧化氢显著增加、丙二醛含量升高约110%、超氧化物歧化酶活性增加约100%、谷胱甘肽还原酶活性和过氧化氢酶活性分别下降27%和21%,还原性谷胱甘肽含量随之显著降低。生理浓度NaHS（H₂S供体）预处理显著缓解以上Cd胁迫产生的影响,使恢复到对照水平。同时,H₂S处理可显著下调质膜中Cd转运蛋白（HMA4和IRT1）的表达,同时上调液泡膜中MRP3和CAX2的表达。利用非损伤微测技术测定植物根系Cd²⁺的流动速度和流动方向。结果显示,生理浓度的H2S显著抑制Cd^{2 +}内流,最终表现为植物叶片和根中的Cd含量显著降低,分别下降了15%和38.4%。总之,在Cd胁迫条件下,H₂S信号可激活植物体内的抗氧化酶促和非酶促系统,以清除细胞内H₂O₂。H₂S对Cd²⁺转运和液泡区式化的调节,降低了体内Cd²⁺的浓度,减小Cd毒性对植物生长的影响。为理解农作物应对重金属胁迫的机制提供了新的思路。     

Hydrogen Sulfide Promotes Wheat Seed Germination and Alleviates Oxidative Damage against Copper Stress

With the enhancement of copper (Cu) stress, the germination percentage of wheat seeds decreased gradually. Pretreatment with sodium hydrosulfide (NaHS), hydrogen sulfide (H2S) donor alleviated the inhibitory effect of Cu stress in a dose-dependent manner; whereas little visible symptom was observed in germinating seeds and radicle tips cultured in NaHs solutions. It was verified that H2S or HS- rather than other sulfur-containing components derived from NaHs attribute to the potential role in promoting seed germination against Cu stress. Further studies showed that NaHS could promote amylase and esterase activities, reduce Cu-induced disturbance of plasma membrane integrity in the radicle tips, and sustain lower levels of malondialdehyde and H2O2 in germinating seeds. Furthermore, NaHs pretreatment increased activities of superoxide dismutase and catalase and decreased that of lipoxygenase, but showed no significant effect on ascorbate peroxidase. Alternatively, NaHs prevented uptake of Cu and promoted the accumulation of free amino acids in seeds exposed to Cu. In addition, a rapid accumulation of endogenous H2S in seeds was observed at the early stags of germination, and higher level of H2S in NaHS-pretreated seeds. These data indicated that H2S was involved in the mechanism of germinating seeds' responses to Cu stress.     

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CCAJ、LHy和TOCJ 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/TOC15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.     

昼夜节律钟调控代谢的研究进展

生理和行为的昼夜节律性调控对健康生活是必需的。越来越多的流行病学和遗传学证据显示昼夜节律的破坏与代谢紊乱性疾病相关联。在分子水平上,昼夜节律受到时钟蛋白组成的转录一翻译负反馈环的调控。时钟蛋白通过以下两种途径调节代谢：首先,时钟蛋白作为转录因子直接调节一些代谢关键步骤的限速酶和代谢相关核受体的表达,其次作为代谢相关核受体的辅调节因子来激活或抑制其转录活性。虽然时钟蛋白对代谢途径的调节导致代谢物水平呈昼夜节律振荡,但是产生的代谢物反过来又可以影响昼夜节律钟基因的表达,进而影响昼夜节律钟。深入研究昼夜节律钟与代谢的交互调节可能为治疗某些代谢紊乱性疾病提供新的治疗方案。     

Sirt1与生物钟的相互调控

生物钟调控机制广泛存在于各种类型的细胞中,控制着细胞代谢的节律性变化.最近的研究发现,NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶Sirt1参与了生物钟调控过程,对维持正常的生物钟节律具有重要作用;另一方面,Sirt1的表达也受到生物钟系统的调控,呈现出昼夜节律性的表达.因此Sirt1能与生物钟进行相互调控,并且这一作用机制很可能广泛参与了不同类型细胞内的信号转导和能量代谢过程.本文总结了Sirt1与生物钟之间相互调控的一些研究进展,对它们之间的分子调控机制进行了概述.     

强光下硫化氢通过促进光系统II的活性来缓解水稻的光抑制

以水稻品种‘II优084’为材料,测定了强光胁迫下,水稻光合速率、叶绿素荧光快速诱导曲线（OJIP）以及O2ˉ·和H2O2在水稻叶片中积累的影响。结果表明强光胁迫下,水稻的净光合速率及气孔导度下降;光系统II（PSII）反应中心关闭的比例以及电子传递链中光系统II受体侧原初醌受体（QA）的还原程度增加;PSII反应中心电子传递的量子产额、能量以及传递到下游电子链的比率下降;光抑制下PSII的过剩能量向PSI的状态装换减少;自由基的产生增加。而施加作为硫化氢（H2S）供体的外源硫氢化钠（NaHS）后,上述影响PSII活性的指标的负变化被缓解,捕光天线复合体LHC通过在两个光系统之间的移动,来调节两个光系统的能量分配。强光下H2S处理能促进LHC离开PSII,与PSI结合,从而减少PSII分配的激发能,增加PSI分配的激发能,缓解了PSII的过度还原。以上结果表明外源H2S通过促进PSII的光合活性来缓解水稻光抑制伤害。