Breeding for Salinity Tolerance in Plants

Accumulation of high levels of salts in the soil is characteristic of arid and semi-arid regions. Although different curative and management measures are being used to render salt-affected soils fit for agriculture, they are extremely expensive and do not provide permanent solutions to overcome the salinity problem. In contrast, a biotic approach for overcoming salinity stress has gained considerable recognition within the past few decades in view of the vast experimental evidence from what has happened in nature concerning the evolution of highly salt-tolerant ecotypes of different plant species, and also from the remarkable achievements that have been made in improveing different agronomic traits through artificial selection.

Considerable improvements in salt tolerance of important crop species have been achieved in the past 2 decades using barley, rice, pearl millet, maize, sorghum, alfalfa, and many grass species. Such achievements relied solely on assessment of the phenotypic expression of the features involved. Knowledge of the underlying physiological mechanisms producing those salt-tolerant individuals was not clearly known. The present review highlights the relationships between different physiological/biochemical variables being recommended as selection criteria, and salt tolerance of different plant species. This paper also lists different sources of genetic variation for salt tolerance since it is evident that for successful improvement in a character there must be a great amount of genetic variation present in the gene pool of a species.     

植物耐干旱胁迫的生物学机理及其基因工程研究进展

本文介绍了干旱胁迫对植物的伤害,植物耐旱性的生物学机理以及通过基因工程改良作物耐旱性的研究进展     

植物耐盐的生理机制及基因工程新进展

在各种环境胁迫中,盐胁迫是造成作物减产的严重环境因素之一。主要从耐盐的生理机制和一些下游调节过程入手,包括:离子区隔化、渗透调节、激素调节、去毒化作用、光合途径的改变等,讨论了植物耐盐工程的新进展;同时还讨论了分子水平育种的影响因子。     

基因工程在花卉遗传改良中的应用研究

对 1 0年来基因工程技术在花卉花色、形态、抗性、花期、瓶插寿命和花香等重要性状改良中的应用进行了综述 ,并对基因工程在花卉分子育种中的应用前景提出了一些见解     

植物抗虫基因工程研究进展

植物抗虫基因工程为防治农业害虫提供了一条崭新途径。本文对植物抗虫基因工程近年来所取得的某些研究进展,包括目前已发现和利用的抗虫基因、提高抗虫基因在植物体内表达的方法以及防止或延缓害虫产生抗性的策略等方面进行了综合评述,并对植物抗虫基因工程中有待解决的问题和发展前提提出了自己的看法。     

异源表达CkLEA1基因增强了拟南芥对非生物胁迫的耐受性

植物在生长过程中会受到各种非生物胁迫的伤害,导致生长发育和产量受到严重影响,胚胎晚期丰富蛋白（late embryogenesis abundant proteins,LEA蛋白）在植物抵抗非生物胁迫过程中起着重要的保护作用。在前期的研究基础上,将受多种胁迫诱导的柠条锦鸡儿CkLEA1（GenBank登录号KC309408）基因转入野生型拟南芥,通过实时荧光定量PCR从7株T₃代纯合体中筛选出3个转基因株系做进一步研究。种子萌发率实验发现,在200 mmol/L NaCl和400 mmol/L甘露醇处理下,转基因株系萌发率均高于野生型拟南芥。干旱处理2周大的幼苗后,转基因株系明显比野生型更抗旱,存活率高于野生型,并且失水率低于野生型。同时,转基因株系积累了较少的丙二醛（MDA）,超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽（GSH）含量也高于野生型。这些结果表明,柠条锦鸡儿CkLEA1基因在种子萌发阶段提高了拟南芥对盐和渗透胁迫的耐受性,并且提高了转基因拟南芥幼苗生长阶段对干旱胁迫的抵抗能力。     

植物耐干旱胁迫的生物学机理及其基因工程研究进展

本文介绍了干旱胁迫对植物的伤害,植物耐早性的生物学机理以及通过基因工程改良作物耐旱性的研究进展。     

植物抗寒基因工程研究进展

温度是影响植物分布、产量及品质的重要环境因素,提高植物抗寒性对农业生产具有重要的意义.近年来,随着基因工程的发展,对植物的抗寒机理进行了深入的研究,并克隆了许多与抗寒相关的基因.本文从膜稳定性、抗氧化酶活性、抗冻蛋白、低温信号转录因子和渗透调节物质等方面对植物耐冷性基因工程研究进展进行了分析、归纳与总结,旨在为植物抗寒机理研究及植物抗寒育种提供参考.     

植物抗寒冻基因工程研究进展

低湿寒害是限制农作物产量和分布的一种全球性的自然灾害。提高农作物的抗寒性具有重要意义。目前随着植物寒害机理、抗寒冻和冷驯化分子机理的深入发展,已研究发现了多种抗寒基因,包括各种抗寒调控基因和各种抗寒功能基因,从而使植物抗寒冻基因工程的研究与应用得以了广泛开展,以期最终有效地提高农作物的抗寒性,增加农业产量。本文综合概述了国内外有关植物抗寒冻基因工程的最新研究方向、进展及成就,并提出了此领域尚存在的一些问题及其前景展望。     

转TaDREB基因提高芦荟抗低温特性的研究

以库拉索芦荟(Aloe vera L.)幼茎为外植体,利用农杆菌介导法将携带小麦功能基因TaDREB的表达载体pBIR1转化库拉索芦荟,在添加3.0mg/L BA、250mg/L Carbenicillin和15~25mg/L G418的MS培养基上诱导、筛选丛生芽,连续筛选几代后,将2.0~3.0cm高的抗性再生芽转移到1/2MS生根培养基上壮苗,共获得58株生长良好的抗性植株。根据标记基因npt Ⅱ及目的基因TaDREB的序列设计上游引物,对所有抗性植株进行PCR检测,共获得3株PCR阳性植株,结果表明目的基因的转化效率为0.5%。将转基因阳性植株置于4℃低温处理2周,20℃冷冻处理30min,发现对照植株发生严重冻害,而转基因植株生长良好,抗低温特性明显提高。对低温胁迫条件下培养14天的转基因植株SOD、POD酶活性进行分析,结果表明低温胁迫下转基因植株SOD、POD活性均呈降－升－升－升趋势变化,与非转基因植株的变化趋势降－升－降－降有所不同。进一步利用电导率法检测,结果转基因植株电导率的平均值为0.456,明显低于对照的0.685;说明转基因芦荟细胞膜的稳定性得到很好的改善,是其抗低温特性提高的内在生理基础。     

甜菜碱与植物耐盐基因工程

向非甜菜碱积累植物导入甜菜碱合成途径是提高植物耐盐性的策略之一。甜菜碱是一种无毒的有机小分子化合物。盐胁迫下,它能在植物细胞中迅速积累以维持细胞的渗透平衡,并对胞内的一些重要酶类起保护作用。编码甜菜碱合成酶的基因已被克隆,并应用于植物耐盐基因工程。本文介绍了甜菜碱的生理作用、合成酶及相关基因的特性,并结合本实验室的工作对甜菜碱基因工程及其进展作了简单的综述。     

甜菜碱与植物耐盐基因工程

向非甜菜碱积累植物导入甜菜碱合成途径是提高植物耐盐性的策略之一。甜菜碱是一种无毒的有机小分子化合物。盐胁迫下 ,它能在植物细胞中迅速积累以维持细胞的渗透平衡 ,并对胞内的一些重要酶类起保护作用。编码甜菜碱合成酶的基因已被克隆 ,并应用于植物耐盐基因工程。本文介绍了甜菜碱的生理作用、合成酶及相关基因的特性 ,并结合本实验室的工作对甜菜碱基因工程及其进展作了简单的综述     

胡麻资源萌发期耐盐综合性评价

筛选胡麻耐盐品种,对胡麻产业可持续发展应对盐渍胁迫具有重要现实意义。试验选用100 mmol·L^-1的NaCl溶液对28份胡麻资源种子进行胁迫,并测定发芽率、总鲜重、下胚轴鲜重、下胚轴干重、下胚轴长、胚根鲜重、胚根干重和胚根长等相关指标,通过相关性分析、因子和主成分分析、聚类分析和逐步回归分析对11个指标进行综合分析,对28份胡麻资源萌发期耐盐性做出评价,并筛选出胡麻萌发期耐盐性鉴定的关键指标。结果表明：经相关分析,11个指标中多项指标间都是极显著或显著的正相关;因子和主成分分析将11个单项指标转化成3个综合指标,第Ⅰ主成分为下胚轴长势情况,第Ⅱ主成分为胚根长势情况,第Ⅲ主成分为种子萌发情况;聚类分析将28份胡麻资源划分为4大类：耐盐型、中等耐盐型、盐敏感型和强盐敏感型。雁杂10号、轮选1号为强耐盐材料;陇亚4号、R40号、DYMS为较强耐盐材料;逐步回归分析建立了胡麻萌发期耐盐能力预测的数学评价模型,筛选出总鲜重、胚根干重、发芽指数和下胚轴长这4个鉴定指标是胡麻萌发期耐盐能力鉴定的关键指标。以这4个筛选指标计算出的预测值与综合评价计算出的综合Z值之间极显著相关（R²=0.991 8^**）,表明鉴定结果具有较高的准确性,可以代替原来11个指标对胡麻萌发期耐盐性进行评价。     

Targeting Glycinebetaine for Abiotic Stress Tolerance in Crop Plants: Physiological Mechanism,Molecular Interaction and Signaling

In the era of climate change, abiotic stresses (e.g., salinity, drought, extreme temperature, flooding, metal/metalloid(s), UV radiation, ozone, etc.) are considered as one of the most complex environmental constraints that restricts crop production worldwide. Introduction of stress-tolerant crop cultivars is the most auspicious way of surviving this constraint, and to produce these types of tolerant crops. Several bioengineering mechanisms involved in stress signaling are being adopted in this regard. One example of this kind of manipulation is the osmotic adjustment. The quarternary ammonium compound glycinebetaine (GB), also originally referred to as betaine is a methylated glycine derivative. Among the betaines, GB is the most abundant one in plants, which is mostly produced in response to dehydration caused by different abiotic stresses like drought, salinity, and extreme temperature. Glycinebetaine helps in decreased accumulation and detoxification of ROS, thereby restoring photosynthesis and reducing oxidative stress. It takes part in stabilizing membranes and macromolecules. It is also involved in the stabilization and protection of photosynthetic components, such as ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, photosystem II and quarternary enzyme and protein complex structures under environmental stresses. Glycinebetaine was found to perform in chaperone-induced protein disaggregation. In addition, GB can confer stress tolerance in very low concentrations, and it acts in activating defense responsive genes with stress protection. Recently, field application of GB has also shown protective effects against environmental adversities increasing crop yield and quality. In this review, we will focus on the role of GB in conferring abiotic stress tolerance and the possible ways to engineer GB biosynthesis in plants.     

过表达秋茄C2H2型锌指蛋白基因KcZFP提高烟草耐盐性

基因转录调节是植物对非生物胁迫适应机制的一个重要方面,转录调节因子在胁迫信号转导途径中调节下游基因的表达,在建立植物对胁迫适应性过程中起到重要作用.锌指蛋白是功能多样的转录调节因子蛋白家族,家族成员在植物响应非生物胁迫方面扮演着重要角色.本研究以秋茄C2H2型锌指蛋白编码基因KcZFP为目的基因,在烟草中过表达KcZFP,分析C2H2型锌指蛋白在植物耐盐性中的作用.研究结果显示:转基因株系中,KcZFP表达量显著提高.过表达KcZFP的烟草植株的耐盐性明显提高,在200 mmol/L NaCl处理的条件下,KcZFP过表达烟草中脯氨酸水平远高于野生型植株.对光合作用参数比较分析显示,在KcZFP过表达植株中净光合速率受盐胁迫的影响小于野生型植株,光合系统在一定程度上得到了保护.研究结果说明KcZFP作为转录调节因子参与了植物的渗透调节,对植物的耐盐性具有贡献.     

园艺植物分子育种相关生物信息资源及其应用

园艺植物分子育种中,生物信息技术是一项新技术.GenBank、EMBL、DDBJ、Swiss-Prot等数据库及其序列查询系统、序列比对软件和序列提交软件是园艺植物分子育种中的重要生物信息资源.本文综述了这些生物信息资源,以及它们在克隆新基因、预测新序列功能、鉴定种质资源和进行系谱分析等方面的应用.     

固有无序蛋白质及逆境胁迫下的分子功能

固有无序蛋白质是一类在生理条件下缺乏稳定三维结构而具有正常功能,参与信号转导、转录调控、胁迫应答等多种生物学过程的蛋白质.植物中许多逆境响应蛋白是固有无序蛋白质,通过其结构无序或部分无序区域在蛋白质 蛋白质、蛋白质 膜脂、蛋白质 核酸的互作中发挥重要作用.本文主要对固有无序蛋白质的类别、氨基酸组成和结构特点以及在逆境胁迫下其稳定细胞膜、保护核酸和蛋白质、调控基因表达等分子功能进行综述,以拓展对逆境胁迫下蛋白质作用分子机制的认识.