油菜素内酯调控作物农艺性状和非生物胁迫响应的研究进展

植物对不利环境的适应依赖于将外部胁迫信号传递到内部信号通路中,在进化过程中形成一系列的胁迫响应机制。其中,油菜素内酯(brassinosteroids, BRs)是一种类固醇激素,广泛参与植物生长发育和逆境响应过程。BRs被包括受体BRI1和共受体BAK1在内的细胞表面受体感知,继而触发信号级联,导致蛋白激酶BIN2的抑制和转录因子BES1/BZR1的激活,BES1/BZR1可直接调控数千个下游响应基因的表达。在模式植物拟南芥中的研究表明,BR的生物合成和信号转导通路成员,特别是BIN2和其下游的转录因子BES1/BZR1,可以被各种环境因子广泛地调节。本文系统总结了BR相关的最新研究进展,对BR的生物合成和信号转导是如何被复杂的环境因子所调节,以及BR与环境因子如何协同调控作物重要农艺性状、冷胁迫和盐胁迫的响应进行了综述。     

受体激酶介导的油菜素内酯信号转导途径

油菜素内酯（brassinosteroids,BRs）是一类重要的类固醇激素,参与调控植物生长发育的许多过程。结合应用遗传学、生物化学以及蛋白质组学等研究手段现已基本阐明了BR信号转导的主要过程。BRI1作为受体在细胞表面感知BR,BRI1抑制子BKI1从质膜上解离下来,使BRI1与其共受体BAK1结合。BRI1和BAK1通过顺序磷酸化将BR信号完全激活。活化的BRI1将BSK磷酸化激活,BSK活化BSU1,BSU1将BIN2去磷酸化使其失活,解除BIN2对BES1/BZR1的抑制功能。PP2A可以将BES1/BZR1去磷酸化激活,又可以将受体BRI1去磷酸化促使其降解。BR信号的传递最终使去磷酸化状态的BES1/BZR1在细胞内累积,激活BR信号通路下游的转录调控。     

植物非经典生长素信号转导通路解析

植物激素生长素参与调控植物生长发育的各个过程,包括胚胎发育、器官发生和向性运动等。植物通过协调生长素的合成代谢、极性运输以及信号转导来实现对不同生长发育过程的精准调控。生长素的功能依赖于其信号被感知后经由信号转导通路转换为下游复杂多样的反应。经典的生长素信号转导通路阐明了细胞核内从SCF~(TIR1/AFB)受体到Aux/IAA蛋白的泛素化降解最终通过ARF转录因子调控基因转录的完整生长素响应过程。该核内信号通路揭示了生长素转录调控生长发育的诸多分子机制,但植物生长发育调控过程中仍有许多生长素响应过程无法通过该经典信号通路解析。重点阐述生长素非经典信号通路的调控机制及其对植物生长发育的重要作用,并讨论和展望生长素非经典信号通路研究目前所面临的挑战以及研究前景。     

油菜素甾醇调控水稻盐胁迫应答的作用研究

油菜素甾醇(BR)作为植物内源激素, 广泛参与植物的生长发育过程及逆境应答。虽然BR调控生长发育的分子机制目前已相对清楚, 但在水稻(Oryza sativa)中, BR在逆境反应中的功能还鲜有报道。该研究系统分析了BR在高盐胁迫过程中的作用, 表明盐胁迫和逆境激素脱落酸可抑制BR合成基因D2和D11的表达, 典型的BR缺陷突变体(如d2-2和d61-1)则表现出对盐胁迫敏感性增强。此外, 通过对BR核心转录因子OsBZR1的过表达株系进行分析, 发现BR可显著诱导OsBZR1的去磷酸化, 盐胁迫对OsBZR1蛋白的积累水平和磷酸化状态均有调控作用。转录组数据分析表明, BR处理前后差异表达基因中有38.4%同时受到盐胁迫调控, 其中91.5%受到BR和高盐一致调控, 并显著富集在应激反应过程中。研究结果表明, BR正调控水稻的耐盐性, 而盐胁迫通过抑制BR合成来限制水稻的生长。     

光敏色素互作因子参与生长素调控的植物生长发育

光敏色素互作因子(PIFs)属于碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)转录因子家族,能在细胞核内与活性形式的光敏色素(PHYS)相互作用并被降解。PIFs参与多种信号转导途径,调控植物的生长发育,如抑制种子萌发、促进幼苗的暗形态建成和植物开花等。作为胞内信号调控的重要组分,PIFs广泛参与植物外部环境因素(如高温、光),以及内部激素(如生长素、细胞分裂素和油菜素内酯等)介导的信号网络。当光信号和温度变化时,PIFs会通过影响生长素合成、运输和信号转导,参与生长素路径,调控植物生长发育。论文就PIFs参与生长素调控的植物生长发育研究进展进行综述,并对未来研究方向加以展望。     

植物MicroRNA功能的研究进展

MicroRNA(miRNA)是真核生物基因表达的一类负调控因子,植物miRNA主要在转录水平上通过介导靶基因的甲基化、在转录后水平介导靶mRNA的切割或降低靶mRNA的翻译来调节基因的表达,从而调控植物器官的形态建成、生长发育、激素分泌与信号转导以及植物对逆境胁迫因素的应答能力。该文主要综述了近年来植物miRNA在植物生长发育、激素调节与信号转导以及逆境胁迫应答中的重要作用,并针对miRNA的网络调控特征提出了今后miRNA功能研究的方向。     

干旱胁迫下棉花幼苗转录因子BES1/BZR1对外源油菜素内酯的响应表达特征

植物激素油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)具有提高植物抗旱性的作用,该研究探讨干旱胁迫下外源喷施BR对棉花干旱胁迫响应基因表达的影响。采用PCR方法从棉花‘新陆早17号’幼苗克隆获得1个干旱胁迫响应转录因子基因,命名为GhBES1/BZR1(GenBank登录号KP272000)。序列分析表明GhBES1/BZR1基因开放阅读框为960bp,编码319个氨基酸,理论分子量为34.3kD,理论等电点为8.95。保守结构域分析显示,该基因编码的蛋白具有一个DUF822保守结构域。利用2.5%PEG-6000对棉花‘新陆早17号’幼苗进行干旱胁迫处理24h,再分别喷施水、BR和Z(BR抑制剂),qRT-PCR分析结果表明,PEG-6000干旱胁迫下用BR处理3h后,GhBES1/BZR1基因表达量明显提高,当BR处理6和12h时,GhBES1/BZR1基因的表达量较3h时明显下降。研究认为,在干旱胁迫下对棉花喷洒BR,GhBES1/BZR1基因能够快速表达以响应干旱胁迫,外源喷施BR有助于提高棉花的抗旱能力。     

AP2/ERF转录因子调控植物非生物胁迫响应研究进展

低温、干旱、高盐和缺氧等多种不良环境影响植物的生长发育,植物通过长期进化形成复杂的调节机制来适应这些不利条件。AP2/ERF是植物特有的转录因子,在各种胁迫响应过程中发挥关键调控作用。近年来,越来越多的研究表明,植物激素介导的信号级联通路与逆境胁迫响应关系密切,AP2/ERF转录因子可与激素信号转导协同形成交叉调控网络。许多AP2/ERF转录因子通过响应植物激素脱落酸和乙烯,激活依赖或不依赖于脱落酸和乙烯的胁迫响应基因的表达。此外,AP2/ERF转录因子参与赤霉素、细胞分裂素和油菜素内酯介导的生长发育和胁迫应答。该文简要综述了AP2/ERF转录因子的结构特征、转录调控、翻译后修饰、结合位点、协同互作蛋白及其参与调控依赖或不依赖激素信号转导途径的非生物胁迫响应研究进展,为解析不同AP2/ERF转录因子在调控激素和胁迫响应网络中的作用提供理论依据。     

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。     

AP2/ERF转录因子调控植物非生物胁迫响应研究进展

低温、干旱、高盐和缺氧等多种不良环境影响植物的生长发育, 植物通过长期进化形成复杂的调节机制来适应这些不利条件。AP2/ERF是植物特有的转录因子, 在各种胁迫响应过程中发挥关键调控作用。近年来, 越来越多的研究表明, 植物激素介导的信号级联通路与逆境胁迫响应关系密切, AP2/ERF转录因子可与激素信号转导协同形成交叉调控网络。许多AP2/ERF转录因子通过响应植物激素脱落酸和乙烯, 激活依赖或不依赖于脱落酸和乙烯的胁迫响应基因的表达。此外, AP2/ERF转录因子参与赤霉素、细胞分裂素和油菜素内酯介导的生长发育和胁迫应答。该文简要综述了AP2/ERF转录因子的结构特征、转录调控、翻译后修饰、结合位点、协同互作蛋白及其参与调控依赖或不依赖激素信号转导途径的非生物胁迫响应研究进展, 为解析不同AP2/ERF转录因子在调控激素和胁迫响应网络中的作用提供理论依据。     

茶树BES1转录因子全基因组鉴定与分析

植物特异性转录因子(BRI1-EMS-SUPPRESSOR1,BES1)家族参与调节油菜素内酯(brassinosteroids,BR)信号通路,在植物生长和应对非生物胁迫的反应中发挥重要作用。该研究利用生物信息学方法对茶树BES1转录因子家族进行鉴定,分析茶树CsBES1基因在8个茶树组织中的表达模式,并对CsBES1转录因子家族在低温、干旱及ABA激素处理下的表达进行分析,以揭示茶树CsBES1转录因子家族的功能及其对环境胁迫的响应。结果显示:(1)从茶树全基因组中鉴定获得10个茶树BES1转录因子家族成员,均具有完整的BES1_N结构域;根据系统进化关系将10个CsBES1转录因子家族分成3组,分别包含2个、3个和5个成员;该家族成员每个基因含有2～11个外显子。(2)组织表达模式分析显示,茶树BES1转录因子家族在生长活跃的茶树嫩梢和成熟叶中表达量较高,不同成员之间表达存在差异性。(3)上游启动子区域分析发现大量与植物激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。(4)荧光定量检测发现,BES1基因在茶树不同胁迫处理下的表达模式不同,在低温和脱落酸处理下,CsBES1-1、CsBES1-7、CsBES1-8和CsBES1-9基因的表达量显著提高,而在干旱处理下,CsBES1-2、CsBES1-4、CsBES1-5、CsBES1-6、CsBES1-7、CsBES1-8和CsBES1-9基因的表达量显著提高。     

植物bHLH转录因子的结构特点及其生物学功能

bHLH(basic/helix-loop-helix)转录因子在真核生物的生长发育过程中起着重要的调控作用,它们组成了转录因子中的一个大家族。bHLH转录因子不仅普遍参与了植物的生长发育,包括毛状体的发生、光形态建成和光信号转导,而且在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面也具有重要作用。对植物bHLH转录因子的结构特点及其生物学功能进行综述。     

植物NAC转录因子功能研究进展

NAC(NAM、ATAF1、ATAF2和CUC2)转录因子家族是植物基因组中最大的转录因子家族之一,也是植物特有的转录因子。在多种陆生植物基因组中已经有超过100个成员被发现和鉴定。植物NAC转录因子具有多种功能,对植物的生长发育调控、植物的逆境胁迫应答、调控植物的抗病性、参与植物次生生长调控以及激素信号转导等生理过程中具有重要作用。就NAC转录因子的基本结构特征和最新的研究进展进行综述,以期为相关研究提供参考。     

杨树MIR171基因家族进化与功能分化研究

microRNA(miRNA)是一类重要的非编码小分子RNA,广泛参与植物生长发育和胁迫响应的调控。毛果杨MIR171基因家族是一个古老的miRNA基因家族,具有14个成员。本研究对毛果杨MIR171基因家族的基因倍增模式、表达方式、启动子结构及靶基因进行了分析。结果表明:毛果杨MIR171基因家族主要通过48~54百万年前的染色体大片段重复进行扩张,其表达方式和功能已经出现分化。MIR171基因家族可能主要通过调控GRAS转录因子和信号转导蛋白参与杨树生长发育、光信号转导和光形态建成的调控。     

光受体介导信号转导调控植物开花研究进展

光照是影响植物生长发育的重要环境因子, 开花是高等植物生活史上最重要的事件。植物通过光受体感知外界环境中的光照变化, 激活一系列信号转导过程从而适时开花。该文介绍了高等植物光受体的种类、结构特征和生理功能的研究进展, 并系统阐述了红光/远红光受体光敏色素、蓝光受体隐花色素以及FKF1/ZTL/LKP2等介导光信号调控植物开花的分子机制, 包括光受体对CO转录及转录后水平调控和对FT转录水平的调控等。此外, 还介绍了光受体整合光信号与温度和赤霉素等信号调控植物开花的研究进展, 并展望了未来的研究方向。     

BRI1受体的胞内运输及其在油菜素甾醇信号转导中的作用

油菜素甾醇(brassinosteroids,BRs)作为一种重要的植物激素调控植物生长发育的诸多进程以及逆境胁迫响应,而其信号转导途径的研究也一直是植物生物学研究的热点之一。BRs信号的识别起始于BRI1(brassinosteroid insensitive 1)受体对BRs的感知,然后通过一系列下游信号组分进行转导实现对靶基因的表达调控。该文主要从细胞生物学的角度综述了新合成的BRI1通过内质网质量控制系统监控后运输到细胞膜上、BRI1的内吞作用和液泡运输、共受体BAK1(BRI1-associated kinase 1)影响BRI1的胞内运输以及BR信号的终止等内容,并探讨了今后的研究方向及待解决的问题。     

抗逆相关AP2/EREBP转录因子研究进展

干旱、低温、土地盐碱化等非生物胁迫是影响植物生长发育以及作物产量的重要因素。近年来大量研究表明,多种转录因子参与调控植物对各种生物及非生物胁迫的应答与防御反应,与此同时人们对其作用机理的探索也日渐深入。AP2/ERF转录因子家族是植物所特有的一类转录因子,在拟南芥中该家族至少有146个成员;而在水稻中该基因家族多达181个,是已知水稻转录因子基因中最大的家族。这些编码含有一个保守APETALA(AP2)结构域的蛋白质可能在植物多个发育过程及应答外界环境信号过程中发挥重要功能。综述了AP2/EREBP类转录因子的结构特征及其功能特性,并重点讨论了它们在植物抗逆中的调控作用及其在植物抗逆性分子遗传改良上的意义。     

植物干旱胁迫的信号通路及相关转录因子研究进展

植物对干旱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在植物的抗旱过程中起着至关重要的作用。目前参与植物干旱胁迫反应的转录因子主要有AP2/EREBP、MYB、NAC、bZIP和WRKY等。研究表明,单个转录因子可以激活或抑制大量下游靶基因的转录,而单一的靶基因又受到不同转录因子的调控,转录因子之间的串扰现象在植物干旱调控网络中普遍存在。该文总结了近年来国内外有关植物干旱胁迫响应中涉及的主要信号通路［ABA信号通路、Ca²⁺信号通路和促有丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)级联信号通路等］,并对以上5种转录因子的结构特点、分类以及它们对干旱胁迫的调控作用进行综述,同时对今后的研究方向进行了展望。     

高等植物6-磷酸海藻糖信号调控研究进展

6-磷酸海藻糖(T6P)在植物体内广泛分布,对植物的生长发育起着重要的调节作用,其信号途径伴随植物胚胎发育直至衰老的整个过程。T6P是海藻糖的代谢前体物质,其主要通过抑制蔗糖非酵解相关激酶1(SnRK1)的催化活性,进而调控植物生长代谢,故称为T6P/SnRK1信号。在T6P/SnRK1信号调控植物代谢过程中,转录因子b ZIP11、己糖激酶HXK及PIF信号途径也参与到植物T6P/SnRK1信号调控路径。     

植物WRKY转录因子家族基因抗病相关功能的研究进展

植物基因组中,数目众多的转录因子参与植物的生长发育、物质代谢、响应生物和/或非生物胁迫等多种生物进程.WRKY基因家族是植物重要的转录因子家族,在抗病信号转导途径中起重要调控作用,因而成为分子植物病理研究领域中的热点.本文综述了WRKY转录因子基因在植物抗病反应中的作用和调节机制的最新研究进展,以期为深入研究WRKY基因家族在植物抗病反应中的作用,阐明植物抗病信号转导途径提供帮助.