植物冷驯化的分子机理研究进展

植物冷驯化是一个非常复杂的过程,包括植物将感受到的低温信号转变成生化信号,以激活冷诱导基因的启动子,刺激特定的mRNA的转录,并在特定的组织中合成冷驯化蛋白.冷驯化蛋白通过增强膜脂流动性和阻止胞间冰晶形成等方式,以保护细胞免受低温伤害.冷驯化基因的表达以转录后调控为主,也有转录调控.某些冷诱导基因也可受ABA或其他环境胁迫(如高温、干旱、高盐、脱水等)诱导表达.     

植物冷驯化相关基因研究进展

摘要 冷驯化是与提高植物抗冷性有关的生物化学及生理学过程, 主要包括寒驯化(cool acclimation)和冻驯化(freezing acdimation)。在冷驯化过程中, 植物体内许多基因在转录水平上的表达受到影响, 已经克隆了大量的相关基因,它们组成复杂的分子调控网络。目前研究表明不依赖ABA的低温信号转导途径是植物冷驯化机制的重要组成部分, 其中CBF/DREB1是该调控过程的关键转录因子, 与植物通过冷驯化而提高冰冻耐受能力密切相关。进一步利用转基因技术, 可有效地改善作物的耐冷性状。     

植物冷驯化相关基因研究进展

冷驯化是与提高植物抗冷性有关的生物化学及生理学过程,主要包括寒驯化（cool acclimation）和冻驯化（freezing acdimation）。在冷驯化过程中,植物体内许多基因在转录水平上的表达受到影响,已经克隆了大量的相关基因,它们组成复杂的分子调控网络。目前研究表明不依赖ABA的低温信号转导途径是植物冷驯化机制的重要组成部分,其中CBF/DREB1是该调控过程的关键转录因子,与植物通过冷驯化而提高冰冻耐受能力密切相关。进一步利用转基因技术,可以有效地改善作物的耐冷性状。     

植物冷驯化相关信号机制

植物经过非致死温度的处理可以获得更强的抗冷能力叫做冷驯化,主要包括寒驯化和冻驯化 .在冷驯化过程中,质膜首先感受冷信号,调节胞质中IP3的含量,诱导胞质Ca2+浓度的升高,从而激活CBF基因的表达.至今已经克隆了大量的冷调控基因,组成了复杂的信号传导网络,其中ICE1-CBF-COR通路在植物的冷驯化过程中起到重要的作用.ICE1基因编码一个MYB类型的碱性螺旋 环-螺旋（bHLH）转录因子,在上游调节CBF和 其它转录因子的表达,提高抗冷性. HOS1蛋白通过泛素化介导的蛋白降解负调控ICE1,另外,CBF还通过转录的自我调控保持恰当的表达水平.基因的分析研究证明,RNA修饰和核质转运在植物的抗冷过程中也具有重要作用.在不依赖于CBF的途径中,转录因子HOS9和HOS10在调节抗冷有关基因的表达和提高抗冷能力方面具有至关重要的作用.     

低温诱导蛋白在拟南芥花药晚期的转录组分析

本研究以对照(22℃)和冷胁迫(4℃)处理24 h的拟南芥9~14期花药为材料,分别构建两个c DNA文库并使用Illumina技术进行了转录组测序。获得了拟南芥9~14期花药的25 349个unigene(c DNA序列),其中低温诱导上调基因1 804个,下调基因1 550个。通过Gene Ontology(GO)功能和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)代谢途径网络分析显示低温诱导上调基因主要富集在刺激应答通路,低温诱导下调基因主要富集在离子运输通路。同时发现拟南芥9~14期花药在低温处理后有1 708个基因被诱导,796个基因被完全抑制,低温诱导基因主要与植物的胁迫应答和脂代谢途径相关,低温抑制基因主要与蛋白质代谢相关,其中有些基因参与了植物的生殖发育。植物低温应答反应是一个涉及多基因、多信号途径的复杂过程,低温对花药的调控有其特异性,这些结果可为研究花药在冷胁迫环境下的刺激应答提供了一定的参考依据。     

天山雪莲sikFBA1基因克隆定位及表达分析

果糖-1,6-二磷酸醛缩酶FBA家族(fructose-l,6-bisphosphate aldolase)在植物响应逆境调控中具有重要的意义。该研究基于天山雪莲低温转录组研究,采用RT-PCR方法克隆了1个sikFBA1基因,ORF长度为1 077bp,共编码358个氨基酸,含有1个保守的Glycolytic结构域,具有典型的FBA家族特征。系统进化分析发现,sikFBA1蛋白分类上属于Ⅰ型FBA,与来自四叶参(Codonopsis lanceolata)的同源蛋白亲缘关系最近。亚细胞定位结果表明,sikFBA1蛋白定位于细胞质,属于胞质型同工酶,与预测一致。实时定量PCR结果显示,天山雪莲经过不同低温(4℃/-2℃)处理,sikFBA1基因的表达水平整体下调,但该基因在冷胁迫与冰冻胁迫、冷驯化与非冷驯化下呈现出不同的表达模式。研究表明,sikFBA1基因参与了天山雪莲低温胁迫的响应。     

冷驯化对中缅树鼩产热能力的影响

在 ( 5± 1)℃条件下对中缅树 (Tupaiabelangeri)进行低温胁迫处理 ( 0～ 2 8d) ,测定其冷驯化过程中的静止代谢率 (RMR)、非颤抖性产热 (NSTmax)、冷诱导最大产热 (CIRMR)、体重、体温等生理指标 ,探讨低温对中缅树产热能力的影响。结果表明 :①冷驯化期间中缅树体重增加 ,体温降低 ,产热能力显著增强 ;②在冷驯化过程中 ,增加RMR和CIRMR是中缅树抵抗低温胁迫的主要产热模式。     

& 转录因子CBF在植物抗寒中的重要作用

低温能够诱导植物许多基因的表达,从而使植物具有抗寒性,这种现象称为冷驯化。对于植物冷驯化的分子机理,目前研究的最多的是CBF转录因子调控的信号转导途径,其作用途径可归纳为：CBF(C-repeat Binding Factor)转录因子→CRT/DRE(C-repeat /Dehydration Responsive Element)基序→COR基因表达→植物抗寒性增加。研究CBF转录因子在抗寒中的作用机制,能为提高植物的抗寒性,培育抗寒作物品种提供新方向。      

植物逆境驯化作用的生理与分子机制研究进展

植物在生长发育过程中要面对各种生物和非生物胁迫,目前对于植物应对胁迫的研究较为充分。在自然界中,各种逆境胁迫因子对植物的影响更多的是渐变的,逐渐积累的,在此过程中植物会通过驯化的方式适应这种形式的胁迫。尽管有关驯化作用提高植物耐逆性的研究有些报道,但其生理与分子机制现在还不十分清楚。本文主要介绍了植物应对病虫,冷,热,高盐4种环境因子的驯化过程的研究进展,同时总结了驯化过程的生理与分子机制,包括非激活状态的信号分子的积累以及表观遗传学修饰等。     

植物抗寒基因表达调控研究进展

低温胁迫是植物生长过程中的主要非生物胁迫因子之一,也是影响农作物生产的主要因素之一。研究表明,在植物体内存在着一个复杂的对低温胁迫信号感知及传导的网络系统,该系统中大量的相关基因已有报道,这些基因不仅仅涉及植物激素的应答,还涉及到植物基因的转录调控及转录后的修饰与调控等各个方面。该文就近年来国内外有关植物抗寒基因表达调控的研究进展进行综述。     

低温驯化对苗木生理及核酸转录的影响

以华北落叶松幼苗为材料,研究低温驯化对苗木生长发育有关的某些生理指标以及核酸转录的影响。试验结果表明,冷驯化可以提高植物的抗寒性。冷驯化后的幼苗受到－２０℃低温胁迫时,细胞质膜Ｋ＾＋的渗漏比对照少,光合性能提高,ＲＮＡ和可溶性蛋白质增加。     

冷驯化对中缅树qu产热能力的影响

在(5±1)℃条件下对中缅树qu(Tupaia belangeri)进行低温胁迫处理(0-28 d)，测定其冷驯化过程中的静止代谢率(RMR)、非颤抖性产热(NST[max])、冷诱导最大产热(CIRMR)、体重、体温等生理指标，探讨低温对中缅树qu产热能力的影响。结果表明：①冷驯化期间中缅树qu体重增加，体温降低，产热能力显著增强；②在冷驯化过程中，增加RMR和CIRMR是中缅树qu抵抗低温胁迫的主要产热模式。     

东乡野生稻苗期响应低温胁迫的转录组分析

为了解东乡野生稻（Oryza rufipogon）对低温胁迫的响应机制,对苗期的RNA-seq转录表达谱进行了研究。结果表明,与对照相比,共检测到10 200个差异表达基因（DEGs）,其中5 201个上调表达,4 999个下调表达,其中有426个DEGs位于已报道的水稻耐冷QTL区间,且37个为耐冷调控相关的家族基因。GO功能分类和KEGG代谢路径分析表明,核酸结合转录因子活性、氨基酸生物合成以及光合作用代谢等均参与响应低温胁迫过程。实时荧光定量分析表明,ABA响应蛋白基因、MYB转录因子和40S核糖体蛋白SA基因等12个可能与低温胁迫响应相关的DEGs表达模式与RNA-seq的一致。可见,植物激素传导途径和转录因子相关调控基因在东乡野生稻苗期响应低温胁迫过程中起重要作用。     

转录激活因子CBF在植物调节冷驯化中的作用

某些植物经过一段时间的非冻低温作用后,抗冻性增强,这种现象称为冷驯化。CBF转录激活因子在其中起关键性的调节作用。最近,基因组学和代谢组学的研究表明,CBF冷响应途径在植物低温响应中占主导地位。文章介绍相关的研究进展。     

植物抗寒研究进展

随着拟南芥作为抗寒研究模型的发展 ,在抗寒中起作用的基因已经识别出来 ,并且已经了解这些基因的作用方式。植物在寒冷气候中作出反应的低温信号和调节途径开始研究 ,并且已经用于改良植物的耐胁迫能力。植物抗寒机制研究和在实际应用中如何提高农作物的耐寒性是今后研究的重点。1 .ＣＢＦ/ＤＲＥＢ1蛋白调节抗寒基因的表达Ｇｕｙ等[1] 认为 ,植物遇到冷胁迫时 ,基因表达会发生变化 ,通过研究这些基因的调节作用和功能 ,能进一步了解抗寒的过程。通过研究拟南芥中抗寒调节基因的表达 ,发现了转录活动因子家族 ,并且发现ＣＢＦ/ＤＲＥＢ1调…     

盐胁迫下盐穗木甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因的表达与亚细胞定位分析

为研究盐胁迫下植物甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)的作用机制,该研究利用RACE技术,从藜科盐生植物盐穗木中克隆获得1 381bp GAPDH基因(HcGAPDH)全长cDNA序列,其开放阅读框(ORF)编码314氨基酸。序列分析表明,HcGAPDH属于胞质GAPDH家族成员。实时定量PCR结果显示,HcGAPDH的转录水平受盐胁迫和ABA上调。通过荧光共聚焦显微技术,检测到绿色荧光蛋白标记的HcGAPDH在正常情况下定位于细胞质中,盐胁迫可促使其从细胞质转移至细胞核中,此过程与细胞内碳水化合物代谢的信号途径不具有相关性。研究表明,HcGAPDH通过细胞质和细胞核之间的信号传导在植物盐胁迫中发挥一定作用,为进一步揭示盐穗木耐盐分子机制奠定了一定基础。     

甘薯响应冷胁迫的转录组分析

甘薯是世界第七大粮食作物,虽然甘薯对盐、旱等胁迫的抗逆性较强,但因其起源热带而对低温耐受性差,目前低温已经成为影响甘薯产量及限制甘薯种植面积的重要非生物胁迫。本研究以耐冷品种辽薯36为试验材料,在低温处理0 h、6 h、24 h和48 h后,利用转录组测序技术筛选与冷胁迫紧密相关的代谢通路和差异表达基因。结果共获得甘薯转录组数据75.01 Gb,与参考基因组比对效率达76.33%。差异表达基因分析结果表明,甘薯响应冷胁迫的过程中有6282个基因上调表达,3881个基因下调表达,其中283个共有基因在低温处理6 h、24 h和48 h上调表达,26个基因在3个处理中均下调表达。GO功能富集分析发现,差异表达基因被大量富集到蛋白激酶活性、过氧化物酶活性、氧化还原酶活性、蛋白质磷酸化、氨基酸跨膜转运、蛋白质生色团连锁及果胶分解代谢分子功能和生物学过程等分类条目中。KEGG代谢通路富集分析表明,苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导、植物-病原相互作用、谷胱甘肽代谢这5个代谢通路富集了大量的差异表达基因。本研究为甘薯耐冷基因克隆及耐冷机制解析提供了理论依据。     

蝴蝶兰PhTSJT1基因的克隆及在低温胁迫下的表达分析

本研究从蝴蝶兰叶片中克隆了茎部特异基因Ph TSJT1的全长序列(GenBank登录号为MF797883),并分析了其在不同组织及低温胁迫下的表达特性。结果表明,Ph TSJT1基因全长994 bp,编码239个氨基酸,属于Class-Ⅱ谷氨酰胺酰胺基转移酶超家族成员;同源性分析表明,该蛋白与多种植物的茎部特异蛋白和铝诱导蛋白有较高的同源性,进化上与小兰屿蝴蝶兰的茎部特异蛋白亲缘关系最近;该基因在营养器官中表达水平较高,在花器官中表达水平较低;13℃/8℃(昼/夜)的低温胁迫抑制PhTSJT1基因的转录表达,并随着低温胁迫时间的延长,Ph TSJT1基因的表达水平逐渐降低,在温度恢复正常时其表达水平升高;4℃冷胁迫低温条件下,PhTSJT1基因在处理1 h时,表达水平升高,处理8 h时表达水平最高,16 h后表达水平逐渐降低。由此推测,PhTSJT1参与4℃冷胁迫的分子调控。本研究不但有助于理解热带亚热带植物的耐冷机制,也为蝴蝶兰新品种的遗传改良提供帮助。     

磷脂酶Dδ参与植物的低温驯化过程

对经低温驯化和未经低温驯化的磷脂酶Dδ(PLDδ)基因敲除突变体与野生型植株进行冻害胁迫处理后,比较2种基因型植株的抗冻性。结果发现,经低温驯化的PLDδ敲除突变体的抗冻性明显低于野生型,而未经低温驯化的PLDδ敲除突变体与野生型的抗冻性没有显著差异,表明PLDδ参与植物的低温驯化过程。对PLDδ的作用途径进行分析,发现PLDδ在低温驯化过程中不参与抗氧化酶活性的调节,对脯氨酸和可溶性糖的积累起负调节作用,但是参与低温信号转导物质ABA诱导抗冻性的过程。