烟酰胺合成酶基因在植物铁胁迫应答反应中的功能

铁离子在植物的生理生化代谢中具有重要的功能.缺铁和铁过量都会对植物造成伤害,因此,维持植物铁离子的动态平衡具有很重要的作用.烟酰胺合成酶基因(NAS)与植物铁离子的吸收转运关系非常密切,但在机理Ⅰ型和机理Ⅱ型植物中,NAS基因的作用机理和表达模式却不同.在双子叶和非禾本科单子叶植物中,烟酰胺(NA)的主要功能是铁离子的储藏和运输,NAS基因的表达不受缺铁胁迫诱导.而在禾本科植物中,NAS基因的表达受缺铁胁迫诱导,并且与铁元素的吸收关系密切.     

植物铁吸收、转运和调控的分子机制研究进展

铁是植物正常生命活动所必需的微量矿质元素, 铁离子的吸收、转运和利用是一个复杂的过程, 很多基因参与了这一过程。本文对近10年来发现和分离的参与植物铁吸收、转运及调控的基因研究进展进行了综述。根据最近的研究结果, 提出了植物控制铁吸收的分子调控模式(机理I)。     

植物铁吸收、转运和调控的分子机制研究进展

铁是植物正常生命活动所必需的微量矿质元素,铁离子的吸收、转运和利用是一个复杂的过程,很多基因参与了这一过程。本文对近10年来发现和分离的参与植物铁吸收、转运及调控的基因研究进展进行了综述。根据最近的研究结果,提出了植物控制铁吸收的分子调控模式(机理I)。     

植物YSL家族基因研究进展

黄色条纹蛋白(Yellow stripe-like protein,YSL)是广泛存在于植物中的重金属吸收、转运蛋白,主要参与植物Fe~(3+)的吸收及对Fe~(2+)、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)和Mn~(2+)等金属离子的转运。目前,对于黄色条纹蛋白在植物体内的表达模式,亚细胞定位以及突变体等方面的研究揭示了其在植物生长发育过程中的作用。综述了近年来关于YSL基因在植物中的研究进展,旨为研究植物吸收铁的作用机理及生物强化谷物籽粒中的铁含量奠定基础。     

ZIP蛋白在植物中的功能分析

锌和铁是植物生长发育所必需的微量营养元素,在植物的光合作用、呼吸作用以及许多生化反应中起着非常重要的作用。植物体内锌铁处于平衡状态才能保证其正常的生长发育,而锌铁调控转运体ZIP对于锌铁吸收、转运及体内平衡的调节有重要作用。目前,对于植物中ZIP家族基因的研究有一定进展。对植物ZIP基因的表达、蛋白定位、酵母互补实验、过表达及基因敲除等研究结果进行综述,揭示了ZIP蛋白在植物发育过程中的作用。了解ZIP对于锌铁吸收、转运及体内平衡中的作用有助于通过转基因改良及常规育种将ZIP蛋白应用于农业生产上。     

三价铁螯合物还原酶在香橙和枳中的表达

用耐缺铁的香橙 (CitrusjunosSieb .exTanaka)和极不耐缺铁的枳 (Poncirustrifoliata (L .)Raf.) ,在铁胁迫条件下对根的三价铁螯合物还原酶活性变化和酶基因的表达情况进行了研究。离体根的酶活性测定表明 ,在铁胁迫 4周时 ,香橙根的酶活性增强约 2 0倍 ,枳仅增强约 3倍。用拟南芥的三价铁螯合物还原酶基因作探针进行组织印迹的Northern杂交检测香橙和枳三价铁螯合物还原酶的mRNA ,在铁胁迫 2周时 ,香橙吸收根、幼茎和新叶中均检测到强烈的表达信号 ,而枳相同器官的表达信号则极其微弱。实验结果表明 ,三价铁螯合物还原酶活性在缺铁胁迫下被诱导强烈增加是香橙耐缺铁的重要原因 ,该酶活性的调控发生在转录水平上 ,而且该酶基因在诱导条件下在根、茎和叶中均有表达。     

用卫星DNA沉默载体研究植物矿质营养相关的基因：以沉默番茄的高铁还原酶基因FR01为例

病毒诱导的基因沉默（VIGS）是近年来发展的一种研究植物基因功能的新技术．至今尚不明确这种新技术是否能够有效地沉默植物根系中与矿质营养相关的基因．本研究中,以根系高铁还原酶基因FR01为例,探讨了一种改进的卫星DNA沉默载体（DNAmβ）在研究与根系矿质营养相关的基因功能中的适用性．将番茄的铁还原酶基因FRO1的cDNA片段插入到DNAmβ载体中,构建了FRO1基因的沉默载体,并利用农杆菌介导法和辅助病毒中国番茄黄化曲叶病毒一起接种番茄．结果表明,缺铁番茄根系的FROImRNA水平显著降低,同时,铁还原酶活性也明显降低,上述结果证明了VIGS技术可以用来研究植物根系中与矿质营养相关的基因功能。     

三价铁螯合物还原酶在香橙和枳中的表达

用耐缺铁的香橙(Citrus junos Sieb. ex Tanaka)和极不耐缺铁的枳(Poncirus trifoliata (L.) Raf.),在铁胁迫条件下对根的三价铁螯合物还原酶活性变化和酶基因的表达情况进行了研究.离体根的酶活性测定表明,在铁胁迫4周时,香橙根的酶活性增强约20倍,枳仅增强约3倍.用拟南芥的三价铁螯合物还原酶基因作探针进行组织印迹的Northern杂交检测香橙和枳三价铁螯合物还原酶的mRNA,在铁胁迫2周时,香橙吸收根、幼茎和新叶中均检测到强烈的表达信号,而枳相同器官的表达信号则极其微弱.实验结果表明,三价铁螯合物还原酶活性在缺铁胁迫下被诱导强烈增加是香橙耐缺铁的重要原因,该酶活性的调控发生在转录水平上,而且该酶基因在诱导条件下在根、茎和叶中均有表达.     

禾本科植物单锌指家族基因对逆境应答的研究进展

转录调控是植物生长发育、逆境反应、信号转导、抗病性等一系列基因表达的最主要调控形式,转录因子是参与基因转录水平调控过程的重要反式因子。单锌指(DNA binding with one finger,DOF)转录因子是植物特有的一类转录因子,包含一个C_2-C_2锌指结构,其N-末端保守的DOF结构域是能与DNA和蛋白相互作用的双重功能域,在植物生长发育过程中参与多种生物学过程。尽管已有研究报道DOF家族基因参与植物抗逆响应,但其在禾谷类重要粮食作物中的作用机制还极不明确。本文通过对禾本科植物DOF家族基因系统进化分析及组织表达和诱导表达分析,综述了DOF家族基因参与植物胁迫应答方面的相关研究进展,为进一步深入了解禾本科植物抗逆机制提供重要参考。     

植物根毛生长发育及分子调控机理

植物根毛是植物吸收营养的主要器官, 了解根毛的发生、发育及遗传规律, 能对植物的养分吸收研究提供有利依据。文章旨在介绍植物根毛形态发生特性、发育生长过程及分子调控机理的研究进展, 利用比较基因组学方法研究农作物根毛形态和功能, 及有目的性的对根生长发育进行调控提供参考。研究发现植物根毛发育有反馈侧向抑制(lateral inhibition with feedback)和位置决定模式(position-dependent pattern of cell differentiation)两种方式。拟南芥根表皮细胞是以位置方式决定毛或非毛细胞发育类型, 已成为研究植物细胞命运和分化的模型。目前, 已经鉴定出控制根毛发育的基因, 包括一些转录因子如MYB家族蛋白TRIPTYCHON(TRY)、CAPRICE(CPC)和basic Helix-Loop-Helix (bHLH)蛋白GLABRA3、ENHANCER OF GLABRA3(EGL3)及WD-repeat蛋白等基因。最后针对根毛研究前景提出展望。     

金属还原酶FreB2对烟曲霉铁吸收及氧化压力应答的影响

利用构建的烟曲霉金属还原酶基因(AFUA-1G00350,Fre B2)缺失突变株,对烟曲霉金属还原酶基因Fre B2功能进行初步研究,为揭示该基因与烟曲霉的致病关系提供依据。比较野生株和基因缺失突变株在AMM和无铁AMM液体培养基中生长时高铁还原酶的活性,绘制不同时间野生株和基因缺失突变株在AMM和无铁AMM液体培养基中生长时高铁还原酶活性曲线。利用Real-Time PCR方法分析Sre A、Sid A、Fet C、Ftr A和Fre B这些与铁的吸收相关基因的mRNA的表达量变化。测定野生株和基因缺失突变株对氧化压力的敏感性及胞内活性氧物质含量。不论在AMM液体培养基中还是在无铁AMM液体培养基中培养时,突变株高铁还原酶的活性都明显高于野生株高铁还原酶活性。与野生株相比培养60 h时,突变株Sre A、Sid A、Fet C、Ftr A和Fre B这些与铁的吸收相关基因的表达量出现明显上调。氧化压力敏感性实验显示,基因缺失突变株对H2O2的敏感性显著增强,同时胞内活性氧物质含量明显增多。金属还原酶基因Fre B2在烟曲霉铁吸收及氧化压力应答过程中发挥作用;烟曲霉与铁吸收相关基因之间存在功能互补效应。     

植物多药和有毒化合物排出转运蛋白研究进展

植物在生长及适应环境的过程中会吸收很多有益或有害的物质,自身也会产生大量代谢物,植物对这些物质的转运是植物生长发育及适应环境的重要环节,有多种转运蛋白家族参与其中。多药和有毒化合物排出转运蛋白(MATEs)是生物体中重要的转运蛋白家族之一,而植物中MATE基因的丰富程度要远远高于其他生物。根据植物MATEs的蛋白结构,这些基因被分为4个主要的亚家族,即MATE I,MATEⅡ,MATEⅢ和MATE IV。同一亚家族或同一MATE基因簇的基因还具有相同或相似的功能。植物MATEs定位于细胞的各种生物膜上,如细胞质膜、液泡膜、高尔基膜及囊泡膜等。此外,一些MATEs的表达还具有组织特异性,它们转运的底物也具有多样性和特异性,使得MATEs呈现出多种生物学功能。它们在外源性物质的排出、次生代谢产物的转运和累积、铁转运、铝脱毒和植物激素信号传递及植物的抗病性等方面都起着重要作用。该文对MATEs的发现、基因分类、亚细胞定位及生理功能等方面进行了概述,对深入研究该基因家族提供了思路,对该基因家族的应用进行了展望。     

植物抗旱和耐重金属基因工程研究进展

干旱和重金属污染严重影响植物的生长发育.植物耐逆相关基因的克隆和功能鉴定研究,为通过基因工程途径提高植物的抗逆性奠定了理论基础.水分亏缺、高盐、低温和重金属胁迫都能诱导LEA(late embryogenesis abundant protein)基因的表达.转基因研究表明,LEA蛋白具有抗旱保护作用、离子结合特性以及抗氧化活性;水孔蛋白存在于细胞膜和液泡膜上,在细胞乃至整个植物体水分吸收和运输过程中发挥重要作用.干旱和盐胁迫促进水孔蛋白基因转录物的积累.过量表达水孔蛋白可增强水分吸收和运输,提高植物的抗旱能力.金属转运蛋白参与重金属离子的吸收、运输和累积等过程.这些蛋白基因在改良草坪草植物的抗旱节水和耐重金属能力等方面具有潜在的应用价值.     

上海辰山植物园植物抗逆与分子进化研究组科研助理招聘公告

<正>上海辰山植物园(中国科学院上海辰山植物科学研究中心)植物抗逆与分子进化研究组主要从事研究从单细胞真核生物到多细胞高等植物在进化过程中保守的应对多重非生物胁迫的响应、信号转导和耐受机理(聚焦MAPK信号传导途径)。发掘和收集极端生境植物基因资源(主要集中禾本科植物),利用抗多重非生物胁迫基因的单细胞筛选平台,筛选在进化过程中保守的多重抗逆基因,建立遗传转化研究体系,并     

模拟光条件下禾本科植物和藜科植物蒸腾特性与水分利用效率比较

利用人工模拟光源研究了两种 C4 光合途径禾本科植物 (虎尾草、狗尾草 )和两种 C3光合途径藜科植物 (藜、绿藜 )的光合速率 ( Pn)、蒸腾速率 ( Tr)、水分利用率 ( WUE)、气孔导度 ( Gs)、胞间 CO2 浓度 ( Ci)及叶面饱和蒸气压亏缺 ( Vpdl)随模拟光辐射 ( SPR)增强的变化规律及 Gs、Ci、Vpdl对 Tr和 WUE的影响。结果表明 :( 1 ) 4种植物的 Pn和 Tr均随 SPR增强而增大 ,两种藜科植物最大净 Pn和 Tr均高于两种禾本科植物的最大净 Pn和 Tr。 ( 2 ) WUE随 SPR增强先增大后减小 ,两种禾本科植物和两种藜科植物分别在SPR为 40 0、1 2 0 0 μmol/( m2·s)时达到最大值 ,禾本科植物的最大 WUE明显高于藜科植物。 ( 3) 4种植物的 Gs、Ci均随 SPR的增强而减小 ,两种藜科植物的 Gs和 Ci均显著高于两种禾本科植物。4种植物的 Vpdl均随 SPR增强而增大 ,禾本科植物高于藜科植物。实验表明 ,在以水分为限制因素的半干旱草原区 ,禾本科植物具有更好的保水机制和更高的水分利用效率 ,与藜科植物相比 ,在水分生态上具有一定的竞争优势。     

硝酸盐调控豆科植物与根瘤菌共生固氮的机制研究

氮是植物生长发育所需的大量营养元素之一。硝态氮不仅可以被植物直接吸收利用,还可以作为重要的信号分子调控植物对氮素的响应、吸收、代谢相关基因的表达,从而影响植物的生长和发育。豆科植物可以通过与根瘤菌共生互作来获得生长所需的氮,但共生固氮是一个耗费植物能量的过程。当土壤中存在高浓度的氮素时,氮作为信号分子会影响共生固氮基因的功能从而抑制共生固氮过程。目前的研究表明,硝酸盐通过局部和系统的调控方式抑制共生固氮过程;结瘤自主调控(Autoregulation of nodulation,AON)和NLPs(NIN-like proteins)转录因子在硝酸盐抑制豆科植物根瘤形成中有着重要的作用。本文结合最近的研究进展,重点讨论NLPs转录因子和AON途径在硝酸盐抑制共生固氮过程的作用。     

禾本科植物分蘖为茎的分枝研究提供新视角

分蘖(或分枝)是作物产量的一个主要决定因素,受植物激素、自身生长发育和环境等因素的调控。近年报道的单子叶植物新的分蘖(或分枝)基因和调控机制深化了对植物分蘖的认知。对以禾本科植物为代表的单子叶植物的分蘖(或分枝)相关基因和调控机制进行了综述,从激素、基因、转录等几方面比较了单子叶植物分蘖和双子叶植物分枝调控机制的异同,为植物产量形成、适应环境及提高生存竞争能力的研究提供理论依据。     

植物蔗糖磷酸合成酶研究进展

蔗糖磷酸合成酶(Sucrose Phosphate Synthase,以下简称SPS)是植物体内控制蔗糖合成的关键酶。植物体内蔗糖的积累与SPS活性正相关,SPS还参与植物的生长和产量形成,并在植物的抗逆过程中起重要作用。高等植物中至少存在A、B、C三个家族的SPS,而禾本科植物至少存在A、B、C、DIII和DIV五个家族的SPS。不同植物体内不同家族的SPS基因的表达特性不同,它们所发挥的功能也存在差异。SPS的活性在基因表达调控和SPS蛋白磷酸化共价修饰作用两个层面受到植物生长发育、光照、代谢产物、外源物质如激素和糖类等多种因素的复杂调控。转基因研究表明,转SPS基因是提高作物产量和品质、增强作物抗逆性的有效途径,值得深入研究。全面总结了国内外在植物蔗糖磷酸合成酶方面的研究进展,并提出问题与研究展望,期望为进一步研究并利用植物SPS基因改良作物品种提供参考。     

与植物镉吸收转运相关的主要基因家族

镉(cadmium)是一种对植物毒性极强的非必需微量元素,影响植物生长发育,甚至死亡,并可在植物体内积累而威胁食物链顶端生物的生命健康。目前已发现有多类基因家族的成员参与了植物中镉的吸收转运过程,包括P型ATP酶、ABC、MATE、NRAMP、CE、CAX、ZIP、OPT等。这些基因家族主要是在吸收转运铁、锌、镁等植物必需微量元素的同时,也具有吸收转运镉等有毒重金属的功能。