渗透胁迫调节的转基因表达对植物抗旱耐盐性的影响

干旱和盐渍是影响植物生长和农作物产量的最重要的环境因子,本文综述了近年来通过超量表达低分子量化合物和渗透肋迫保护蛋白等获得抗旱耐盐转基因植物的报道,旨在系统阐述转基因表达对植物抗旱耐盐性的影响。     

小麦萌发期抗旱和耐盐性状的QTL分析

该研究以‘山农0431×鲁麦21’RIL群体及其父母本为材料,用20%PEG-6000溶液和100 mmol·L-1 NaCl溶液分别模拟干旱和盐环境,对12个小麦萌发期抗旱耐盐相关性状进行测定,结合已构建的分子标记遗传图谱对小麦萌发期抗旱、耐盐的相关性状进行QTL分析,为小麦抗旱、耐盐基因的克隆和分子标记辅助选择提供参考。结果表明:(1)正常、干旱和盐胁迫3种处理下共检测到143个QTL。检测到相对高频QTL(RHF-QTL)29个,平均贡献率范围为4.39%~13.28%,贡献率在10%以上的主效RHF-QTL有10个。(2)检测到胁迫下特异表达的RHF-QTL共17个,正常处理下特异表达的RHF-QTL为8个,稳定表达的RHF-QTL为4个。(3)QTL分析结果表明,7个RHF-QTL形成了3个QTL簇,且分布在2D、4D和5B等3条染色体上,其中:QC1位于2D染色体的wPt-6847~D-1172783区间,包括3个QTL(QRl-2D.2、QSdw-2D.3、QTdw-2D);QC2位于4D染色体短臂的D-2245724~D-1108531区间,包括2个QTL(QSl-4D、QShl-4D);QC3位于5B染色体的D-982263~S-1083095区间,包括2个QTL(QSl-5B.2、QTdw-5B.1)。     

植物抗旱、耐盐基因概述

干旱和盐渍化是影响植物生长发育的重要逆境因子。逆境会诱导植物特定基因表达,以保护细胞免受逆境的危害。目前所报道的与植物抗旱、耐盐性相关的基因可分为四类：渗透保护物质生物合成的基因、编码与水分胁迫相关的功能蛋白基因、与信号传递和基因表达相关的调控基因、与细胞排毒抗氧化防御能力相关的酶基因。     

植物转录因子家族在耐盐抗旱调控网络中的作用

植物对干旱和高盐环境的适应是一个复杂的生物学过程,涉及多条信号通路的交叉调控。其中,通过转录因子发挥的调控作用对增强植物的耐盐抗旱特性具有重要意义。结合最近的相关研究,重点综述了植物中的MYB、b ZIP、WRKY、NAC、AP2/ERF等各类转录因子在响应高盐干旱胁迫的信号通路中与ABA信号通路、ROS信号通路、Sn RK2信号通路及H2O2信号通路等存在的交叉整合作用,以期为利用基因工程手段增强植物的耐盐抗旱性提供更有效的改良途径。     

盐胁迫对库拉索芦荟叶片中NADP-苹果酸酶基因的诱导表达

为弄清景天酸代谢植物 库拉索芦荟中NADP 苹果酸酶 (NADP ME)基因的表达与其耐盐间的关系 ,根据已知NADP 苹果酸酶序列设计引物 ,从库拉索芦荟的 2个月幼苗中扩增克隆了NADP 苹果酸酶 4 96bp的cDNA片段 ,并对其进行了序列测定 ;选用敏感品种皂质芦荟和耐盐品种库拉索芦荟做材料 ,分别检测高盐胁迫条件下NADP ME的表达和NADP ME的活性。结果表明 ,两者在不同品种的芦荟中均被诱导 ,但诱导的强度与芦荟的耐盐程度相关。Northern杂交分析表明 ,高盐、干旱、外源ABA均能强烈诱导苹果酸酶的表达 ,但寒冷对其影响不大 ,这与库拉索芦荟的生物学特性相符合 ;此外 ,为了检测库拉索芦荟中NADP 苹果酸酶受盐诱导情况 ,利用Western印迹对样品进行了分析 ,结果显示高盐条件不仅明显诱导NADP ME的合成 ,而且随着处理时间的延长其合成量也在增多。     

水稻抗旱耐盐蛋白质组学研究进展

抗旱耐盐是水稻抗逆研究的重要方向。水稻抗旱耐盐蛋白质组学研究通过观察水稻在干旱和盐胁迫条件下的蛋白质组表达情况,动态分析水稻的蛋白质组变化,使研究的结果和性状联系更紧密,相对于从基因组水平上研究更具实际意义。简要介绍了水稻蛋白质组研究的基本方法和技术并重点叙述了水稻抗旱耐盐蛋白质组研究取得的成果。     

盐生植物耐盐性研究进展

盐胁迫是植物生长最重要的非生物胁迫之一.盐生植物具有耐盐性,可以在高盐环境下正常生长.通过对近年来有关盐生植物分类、盐渍化对植物的影响和耐盐机制等方面的研究进行梳理和分析,归纳总结了影响盐生植物耐盐性的各种因素,为更好地了解和开发利用盐生植物提供理论依据.     

盐胁迫对不同生境白榆生理特性与耐盐性的影响

以中强度盐土、轻度盐土和非盐土3种生境白榆种子实生苗为试验材料,研究了不同程度盐胁迫(CK、2、4、6、8和10 g·kg-1)条件下3种生境白榆幼苗的耐盐阈值及生理特性.结果表明:随着土壤盐浓度的增加,中强度和轻度盐土生境白榆幼苗叶片的细胞膜透性、Na+含量和Na+/K+增幅低于非盐土生境;叶片的脯氨酸、可溶性糖和K+含量增幅高于非盐土生境;叶片淀粉含量、净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度降幅小于非盐土生境.不同生境白榆耐盐性的强弱顺序为:中强度盐土生境(7.76 g·kg-1)＞轻度盐土生境(7.37g·kg-1)＞非盐土生境(6.95 g·kg-1).与非盐土生境相比,中强度和轻度盐土生境白榆各项生理指标对盐土环境的适应能力更强.     

植物耐盐性的分子生物学研究进展

研究证明了植物的耐盐机制十分复杂,安与植物的小分子物质的积累,离子摄入和区域化,以及基因表达和大分子蛋白质的合成有关,如调渗蛋白、通道蛋白、晚期胚胎发生富集蛋白。同时,利用克隆技术分离到了一些盐诱导基因。现将这部分工作做一综述。     

植物抗旱耐盐基因的研究进展

近几年许多与植物抗旱耐盐相关基因被克隆和分析,同时通过转基因技术将这些基因转到植物中异源表达,能显著提高转基因植物的抗旱耐盐能力。这些基因主要包括渗透调节基因、蛋白类基因(如信号传导中的蛋白激酶基因)及转录因子等。在逆境条件下,渗透调节基因通过合成脯氨酸、甜菜碱、糖类和多胺类等渗透调节物质维持植物中的渗透平衡;蛋白激酶基因产物是细胞信号传导中的组分,这些基因能促进植物对干旱失水反应和逆境信号的传递,启动抗逆基因的表达;转录因子通过与相关基因的特异性结合来调控其表达,进而产生相关调控蛋白等物质增强植物在逆境中的生存能力。本文主要综述了这三类抗逆基因的研究现状及其生物学机理,讨论并分析这些基因在应用中尚待解决的问题,为发掘更多的抗逆性的基因资源和进一步开展分子育种工作提供参考。     

Drought and Salt Tolerance in Plants

Agricultural productivity worldwide is subject to increasing environmental constraints, particularly to drought and salinity due to their high magnitude of impact and wide distribution. Traditional breeding programs trying to improve abiotic stress tolerance have had some success, but are limited by the multigenic nature of the trait. Tolerant plants such as Craterostigma plantagenium, Mesembryanthemum crystallinum, Thellungiella halophila and other hardy plants could be valuable tools to dissect the extreme tolerance nature. In the last decade, Arabidopsis thaliana, a genetic model plant, has been extensively used for unravelling the molecular basis of stress tolerance. Arabidopsis also proved to be extremely important for assessing functions for individual stress-associated genes due to the availability of knock-out mutants and its amenability for genetic transformation. In this review, the responses of plants to salt and water stress are described, the regulatory circuits which allow plants to cope with stress are presented, and how the present knowledge can be applied to obtain tolerant plants is discussed.     

植物的MAR及其对转基因表达的效应

与核基质结合的DNA序列称为基质附着区（matrix attachment regions,MARs）,可提高转基因的表达水平并降低转基因在不同转基因系间的表达差异,因其在植物基因工程中的巨大应用潜力而引起了研究者的极大兴趣。对植物中MAR的研究尚处于早期阶段,本文综述了植物中MAR的分离鉴定、序列特征及MAR对植物中转基因表达的影响,并进一步讨论了MAR对转基因效应的可能机制。 Abstract：DNA sequences called matrix attachment regions (MARs) have recently attracted mu ch attention because of their perceived capacity to increase levels of transgene expression and to reduce transformant-to-transformant variation of transgene ex pression in plants. Work with MARs in plants is in its early stage .In the prese nt paper ,we reviewed the procedure to isolate and identify MAR sequences from higher plants, the sequence characteristics of the plant MARs and the effect of MARs on the transgene expression in plants. Funthermore, the possible mechanism to explain how MARs affect transgene expression in transformants was discussed.     

内生真菌对植物抗旱性的影响

内生真菌广泛地存在于植物体内,它们在植物体内的生活不会对植物引起任何感病症状,而且内生真菌侵染对植物生长、生物和非生物胁迫抗性很好的促进作用,理解内生真菌在提高植物干旱胁迫耐受性方面的作用和机理对其在缓解植物干旱胁迫中的应用有重要意义。这篇综述介绍了植物内生真菌的多样性、对植物抗旱性的影响及其作用机理等方面的研究进展。内生真菌对植物抗旱性提高的机理包括:干旱耐受、干旱回避和干旱恢复。文中还对以后的研究进行了展望。     

Ionic and Osmotic Effects of Salinity on Single-Leaf Photosynthesis in Two Wheat Cultivars with Different Drought Tolerance

The effects of iso-osmotic salinity and drought stresses on leaf net photosynthetic rate (P _N) in two wheat (Triticum aestivum L.) cultivars BR 8 and Norin 61, differing in drought tolerance, were compared. In drought-sensitive Norin 61, the decline of P _N was larger than that in drought-tolerant BR 8. Under NaCl treatment, P _N decreased in two phases similarly in both cultivars. In the first phase, photosynthetic depression was gradual without any photochemical changes. In the second phase, photosynthetic depression was rapid and accompanied with a decline of the energy conversion efficiency in photosystem 2 (_PS2). Our observations suggest that the osmotic factor may induce a gradual depression of photosynthesis due to stomatal closure under both stress treatments. However, under NaCl treatment, a ionic factor (uptake and accumulation of excess Na⁺) may have direct effects on electron transport and cause more severe photosynthetic depression. The drought tolerance mechanism of BR 8 was insufficient to maintain single-leaf photosynthesis under salinity.     

干旱胁迫下CO2浓度升高对转StAPX番茄植株耐旱能力的影响

在干旱胁迫伴随大气CO2浓度以及升高的CO2浓度（加倍）条件下,以过量表达番茄类囊体膜抗坏血酸过氧化物酶基因（StAPX）的转基因番茄为试材,探明干旱胁迫TCO2浓度升高对转基因及其野生型番茄植株清除活性氧及耐旱能力的影响。结果表明：升高的CO2浓度明显增加了干旱胁迫下植物的光合水平;升高的CO2浓度明显降低了干旱导致的植物体内H2O2．和O2的积累,影响了干旱胁迫下番茄植株的水．水循环系统的活性氧清除酶活性和小分子抗氧化物质含量;干旱胁迫下即使伴随升高的CO2浓度,测试番茄植株体内的渗透调节物质含量变化也不太明显;升高的CO2浓度明显降低了干旱胁迫下的植物细胞膜伤害程度;干旱胁迫下,升高的CO2浓度对转基因番茄株系比对野生型植株的影响更加明显。结果证明干旱逆境下,升高的CO2浓度能够在一定程度上进一步提高转基因番茄植株的耐旱性。     

ATPase与植物抗盐性

本文综述了高等植物细胞ATPase在盐胁迫下的活性变化及其调控机制。V型H+_ATPase与细胞离子区隔化和植物抗盐性密切相关。盐胁迫提高抗盐植物液泡膜H+_ATPase活性,主要是通过增加V型H+_ATPase主要功能亚基的基因表达以及蛋白质合成。盐胁迫通常降低质膜H+-ATPase活性,很可能是由于酶蛋白质合成受阻,质膜H+-ATPase活性的变化与盐胁迫的强度和时间长短有关。此外,本文还对ABA和Ca2+-CaM等胁迫信号物质对ATPase活性的调控及其与植物抗盐性的关系进行了总结。研究ATPase对盐胁迫的响应和调控机制,有助于阐明植物的盐生境适应机制,也有利于植物的抗盐育种工作。