赤霉素生物合成与信号传递对植物株高的调控

植物株高是影响作物产量和品质的重要农艺性状。赤霉素(Gibberellins,GAs)是调控植物株高的重要激素,GA相关株高基因的克隆与分子机制研究对于合理调控作物生长发育和农业生产具有极其重要的利用价值,在水稻、小麦等粮食作物育种中得到了广泛应用。为了促进GA在果树、花卉等园艺作物育种中的有效利用,文中在分子生物学水平上介绍GA生物合成和GA信号传递途径对植物株高的调控。     

果树赤霉素代谢与信号途径研究进展

赤霉素作为5大植物激素之一,在果树的花芽分化、花序发育、开花坐果、果实的生长发育及植株的形态建成等方面扮演着重要的角色,但对果树赤霉素的分子生物学研究与其他大田作物相比差距较大。为了在果树生产中能更加合理有效地利用赤霉素调控果树花果发育,研究果树赤霉素的合成及其信号转导途径的分子调控机制十分必要。研究发现GA合成的关键酶KO、GA2ox及GA20ox的表达均与果树矮化呈负相关,而KS的含量则与植株高矮呈正相关,板栗雄性不育现象也与KO、KAO的表达量密切相关。GAMYB基因及LFY基因则在果树的成花诱导和雄蕊发育等生殖生长过程中发挥重要作用。DELLA蛋白在果树的GA信号途径中作为负调控因子可致使矮化植株形成,在果树的细胞周期循环过程、转录调控、花的形成、细胞的信号转导及许多生理过程中,DELLA蛋白泛素化降解均扮演着至关重要的角色。主要从果树赤霉素的合成及赤霉素的信号途径两大方面,着重对果树赤霉素合成过程中的关键酶基因及其定位、果树赤霉素信号途径的重要元件如赤霉素受体GID1、DELLA蛋白等进行了综述,以期为高效利用赤霉素调控果树生长发育提供重要的理论参考。     

赤霉素代谢调控与绿色革命

赤霉素作为重要的植物激素,参与了植物诸多发育过程的调控.一些涉及赤霉素生物合成和信号传导途径的重要调控基因对作物的株型、产量和品质能够产生积极的影响,已在农业生产中得到广泛应用.其中,Rht-1和sd-1等位基因由于分别赋予了小麦和水稻半矮化的特性,从而促成了20世纪后半叶的"绿色革命".本文回顾了与"绿色革命"相关的...     

赤霉素信号转导的分子生物学研究进展

近年来在拟南芥、水稻等模式植物中对赤霉素信号转导途径进行了广泛的研究,主要是通过对赤霉素相关突变体的生理及分子生物学研究,鉴定出一些介入赤霉素信号转导途径的重要基因,并根据相应蛋白的特征结构域,推导了它们的功能．利用双突变体分析相关基因,提出了赤霉素信号转导途径的基本机理,但植物激素的网状交互调控机制仍需进一步研究．     

藤仓赤霉菌赤霉素生物合成及代谢调控研究进展

赤霉素是最重要的植物生长调节剂之一,在农业生产中得到越来越广泛的应用,具有广阔的市场前景,但其工业化的高生产成本严重制约着它的广泛应用。近年来,利用生物技术提升赤霉素产量日益成为研究热点。赤霉素生物合成是多种酶协同作用的过程,阐明赤霉素的生物合成机制,利用代谢工程策略调控代谢流量,对提高赤霉素产量至关重要。文中综述了当前藤仓赤霉菌赤霉素生物合成途径、关键酶、环境因素、代谢流调控等方面的研究进展,在代谢调控方面进行了展望,以期为实现赤霉素稳产高产提供思路。     

植物赤霉素生物合成和信号传导的分子生物学

赤霉素(GAs)在植物的种子萌发、茎的伸长和花的发育等许多方面起着非常重要的作用。最近几年,对GA生物合成及其信号传导途径相关基因的研究取得了惊人的进展。这些进展促进了对其生物合成及其信号传导途径的认识。GA生物合成相关基因的表达受到多种内源和外源因子的调控, 其中研究较多的是发育阶段、激素水平和光信号等内源及环境因子的调控。GA信号传导通常处于抑制状态, GA信号通过去抑制作用激活该传导途径而促进GA刺激植物生长和发育。     

“绿色革命”新进展:赤霉素与氮营养双重调控的表观修饰助力水稻高产高效育种

以半矮秆育种为代表的“绿色革命”极大地提高了作物产量,但也带来氮营养利用效率降低的严重问题。“绿色革命”主要基于调控赤霉素的代谢和信号转导而实现。前期的研究发现,赤霉素信号转导关键因子DELLA蛋白通过调控GRF4而负调控氮素的吸收利用,为半矮秆品系氮利用效率低的问题提供了解决方案。最近的一项研究进一步揭示了GA信号途径与氮响应交叉互作的新机制。该研究发现水稻(Oryza sativa)NGR5是氮素调控分蘖数目的一个关键基因,其表达受氮诱导。通过招募PRC2,NGR5对D14和OsSPL14等分蘖抑制基因所在位点进行H3K27me3甲基化修饰,从而抑制其表达。而在半矮秆背景下超表达NGR5可以提高低氮水平下的水稻产量。NGR5同时也被发现为赤霉素受体GID1的一个新靶标,受到其负调控。该研究发现了调控赤霉素信号通路的新机制,并对高产高效的新一代“绿色革命”育种实践具有重要启示。     

“绿色革命”新进展:赤霉素与氮营养双重调控的表观修饰助力水稻高产高效育种

以半矮秆育种为代表的"绿色革命"极大地提高了作物产量,但也带来氮营养利用效率降低的严重问题。"绿色革命"主要基于调控赤霉素的代谢和信号转导而实现。前期的研究发现,赤霉素信号转导关键因子DELLA蛋白通过调控GRF4而负调控氮素的吸收利用,为半矮秆品系氮利用效率低的问题提供了解决方案。最近的一项研究进一步揭示了GA信号途径与氮响应交叉互作的新机制。该研究发现水稻(Oryza sativa) NGR5是氮素调控分蘖数目的一个关键基因,其表达受氮诱导。通过招募PRC2, NGR5对D14和OsSPL14等分蘖抑制基因所在位点进行H3K27me3甲基化修饰,从而抑制其表达。而在半矮秆背景下超表达NGR5可以提高低氮水平下的水稻产量。NGR5同时也被发现为赤霉素受体GID1的一个新靶标,受到其负调控。该研究发现了调控赤霉素信号通路的新机制,并对高产高效的新一代"绿色革命"育种实践具有重要启示。     

植物赤霉素生物合成和信号传导的分子生物学

赤霉素 (GAs)在植物的种子萌发、茎的伸长和花的发育等许多方面起着非常重要的作用。最近几年 ,对GA生物合成及其信号传导途径相关基因的研究取得了惊人的进展。这些进展促进了对其生物合成及其信号传导途径的认识。GA生物合成相关基因的表达受到多种内源和外源因子的调控 ,其中研究较多的是发育阶段、激素水平和光信号等内源及环境因子的调控。GA信号传导通常处于抑制状态 ,GA信号通过去抑制作用激活该传导途径而促进GA刺激植物生长和发育。     

拟南芥开花时间调控的整合途径

拟南芥开花时间受光周期途径、春化途径、自主途径和赤霉素途径4条途径调控。开花途径整合因子LEAFY、SDC1和FT等可整合来自不同开花途径的信号,并将信号传递给花分生组织基因,从而实现对拟南芥开花时间的精确调控。文章就整合途径基因调控网络的最新研究进展作简要介绍。     

藤仓赤霉(Gibberella fujikuroi)分子生物学及发酵工程研究进展

赤霉素是最重要的植物生长调节剂之一,工业化生产是由丝状真菌藤仓赤霉发酵产生.近20年来,随着分子生物学技术的发展,对藤仓赤霉赤霉素生物合成途径中相关基因的分子鉴定和表达调控等研究取得了显著的进展,赤霉素生物合成途径的分子生物学基本研究清楚,使得利用基因工程和代谢工程技术进行赤霉菌改良、提高赤霉素发酵水平成为可能.本文对藤仓赤霉中赤霉素合成机理及其表达调控、关键酶基因功能、外源基因转化系统、发酵技术、利用基因工程技术进行改造等方面的研究进展进行综述.     

Nature|基于BR和GA激素平衡实现半矮秆小麦产量的提升

<正>以半矮秆品种选育和利用为主要特征的“绿色革命”为解决世界粮食问题做出了重要贡献。在小麦中“绿色革命”的诞生在遗传上则主要归功于依赖于赤霉素信号途径的矮秆基因Rht-B1b或Rht-D1b的发现和利用。但后续研究发现,Rht-B1b或Rht-D1b在降低小麦株高的同时,对其粒重和氮素利用效率均具有不同程度的负效应,限制了“绿色革命”之后小麦单产水平的进一步提升。     

高等植物赤霉素2-氧化酶基因的克隆、表达及其调控

赤霉素(GA)是一类重要的植物激素,对高等植物整个生命周期的生长发育起关键作用。调控赤霉素生物合成和代谢途径中的关键酶基因的表达可以控制植物体内赤霉素的含量。GA2-氧化酶是调节赤霉素合成和代谢的关键酶之一,使活性GA失活。本文主要对GA2-氧化酶基因的克隆、表达调控及其在植物基因工程中的应用等方面进行综述,为通过基因工程技术调控植物体内活性赤霉素的含量从而得到改良品种提供思路。     

赤霉素和油菜素内酯信号通路双重调控助力小麦新一轮“绿色革命”

自20世纪60年代以来,半矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的利用显著提高了小麦(Triticum aestivum)抗倒伏能力和收获指数,使得全世界小麦产量翻了一番,引发了农业第1次“绿色革命”。Rht-B1b和Rht-D1b编码植物生长抑制因子DELLA蛋白,是赤霉素(GA)信号转导途径的负调控因子。DELLA蛋白积累抑制细胞分裂和细胞伸长,导致矮化表型;同时也抑制光合作用并降低氮素利用效率,导致半矮化品种需要较高的化肥投入才能获得高产。如何“减肥增效”是实现低碳绿色农业所面临的重大问题。最近,中国农业大学倪中福团队发现了具有育种应用价值的新型“半矮秆”基因模块,证明通过对赤霉素和油菜素内酯(BR)信号通路的双重调控可实现矮秆高产小麦新品种培育。该团队鉴定并克隆了1个控制小麦株高和粒重的数量性状位点(QTL),该QTL在衡597中存在1个约500 kb的r-e-z大片段缺失,其中包括Rht-B1b基因和1个编码RING E3泛素连接酶的ZnF-B基因。研究发现,ZnF-B蛋白与油菜素内酯信号转导途径的抑制因子TaBKI1相互作用,诱导TaBKI1降解,从而促进BR信号转导。Zn...     

"绿色革命"基因是何方神圣?

经过50多年的研究,科学家们发现,小分子化合物赤霉素有着步骤繁琐的生物合成过程、错综复杂的信号传导过程和代谢调控过程.通过广泛搜集矮秆、半矮秆突变体,并在模式植物拟南芥以及水稻、小麦等作物中进行深入的生物学功能解析和分子特性研究,科学家们发现了赤霉素的生物合成、信号传导以及代谢调控相关基因的突变都会影响植物株高.那么,...     

赤霉素信号转导与植物的矮化

论述近年来在拟南芥、水稻等模式植物中赤霉素信号转导的研究进展。通过对赤霉素相关突变体的生理研究 ,鉴定出几个介入赤霉素信号转导过程的重要基因 ,并对这些基因的产物进行分析 ,根据相应的蛋白特征结构域 ,推导了它们可能具有的功能。利用双突变体 ,分析了这些基因的上下游关系 ,确定了在植物中 ,GA信号转导的几个途径。在此基础上提出了赤霉素信号转导的基本模式 :阻遏是GA信号转导过程中最基本的方式 ,GA信号通过去除阻遏作用来激活转导途径 ,从而调节GA相关的生长与发育。     

小分子RNA在植物激素信号通路中的调控功能

植物激素是调控植物生长发育的信号分子。近年来的研究发现,小分子RNA作为基因表达调控网络的组分,参与植物激素信号途径,在植物生长发育和胁迫反应方面发挥重要作用。本文综述了miRNA和次级siRNA(Short interfering RNAs)介导的基因调控与植物激素信号通路相互作用的研究进展,主要包括生长素、赤霉素、油菜素内酯和脱落酸途径涉及的miRNA及其功能,并对不同发育过程中miRNA参与的不同激素信号通路的交叉和互作进行了讨论。     

高等植物赤霉素代谢及其信号转导通路

赤霉素是一类重要的植物激素,对植物的生长发育,如种子的萌发、茎的延展、叶片的生长、休眠芽的萌发以及植物的花和种子的发育等生理具有重要的调控作用。从1926年被发现至今,阐明了赤霉素代谢机理及调控机制,明确了赤霉素在植物体内的信号转导途径。本文综述了赤霉素的生物合成途径及其平衡的调节;赤霉素受体GID1、DELLA蛋白在赤霉素信号转导途径中的作用及相关研究;泛素介导的DELLA蛋白降解在赤霉素信号转导中的研究进展。     

赤霉素在非生物胁迫中的作用

赤霉素作为重要的植物激素,在植物种子萌发、叶片伸展、茎和根的伸长、开花调控和果实形成等方面均起到了调控的作用。近年来,越来越多的研究证实赤霉素还参与了植物耐受诸多非生物胁迫的过程。在低温、高盐、干旱和高渗等环境胁迫下,植物可通过赤霉素减少的方式使生长减缓从而适应外界环境;与此相反,植物也会通过赤霉素的增加产生逃离机制,从而摆脱水淹等环境胁迫。另外,赤霉素信号途径中的DELLAs会与ABA信号通路中的某些组分共同参与了植物耐受非生物胁迫的调控过程。对赤霉素调控参与非生物胁迫响应过程的研究成果进行了整理和汇总,试图通过讨论相关机理机制,明确赤霉素与非生物胁迫响应的未来研究方向。     

植物赤霉素矮化突变体研究进展

赤霉素(GAs)在植物种子萌发、茎的伸长和花的发育等方面起着非常重要的作用。近年来,随着研究手段和技术不断进步,对赤霉素(GA)生物合成和信号传导过程中相关基因的研究取得了惊人的进展。与GA有关的矮化突变体主要有GA缺陷型和不敏感型两类,本文对与GA生物合成和信号传导过程中有关的这两类矮突变体的研究进展进行综述。对这些这些突变体的研究促进了对赤霉素生物合成和信号传导途径的认识,同时为赤霉素更好地利用提供了科学依据。