拟南芥PKS5点突变体对盐碱胁迫的响应特性

拟南芥蛋白激酶PKS5参与植物对外界的盐碱胁迫信号响应过程.为探求PKS5不同结构域对外界盐碱胁迫下的响应功能,以PKS5点突变体pks5-2、pks5-4、pks5-5、pks5-6、pks5-7、pks5-8和pks5-9为材料,分析PKS5不同点突变体在外界盐碱胁迫下的特性.结果显示:(1)pks5-2、pks5-6、pks5-7和pks5-8对外界盐碱胁迫的主根生长表型与野生型存在差异,pks5-4、pks5-5和pk5-9则无差异,其中的pks5-2和pks5-8主根生长对盐碱胁迫表现出抗性表型,而pks5-6和pks5-7表现出敏感表型.(2)当PKS5发生点突变后其突变基因的表达发生改变,与野生型基因相比,PKS5-2、PKS5-6与PKS5-7的表达均有所降低.(3) PKS5点突变蛋白的亚细胞定位与野生型相比不存在差异,在细胞核、细胞质及细胞膜中均有分布.(4)pks5各点突变体内的Na+含量在野生型与点突变体间存在显著差异,pks5-2体内的Na+含量较野生型降低,而pks5-6和pks5-7体内的Na+则升高.研究表明,PKS5不同位置点突变导致植物对外界盐碱胁迫有着不同的响应过程,预示PKS5不同的结构域在其功能上存在差异.     

脱落酸负调控拟南芥对白粉菌的穿透后抗性

脱落酸(ABA)在植物抗病反应中发挥重要的作用,而其如何调控植物与活体营养型病原真菌的相互作用还不清楚.拟南芥(Arabidopsis thaliana)ABA合成缺陷型突变体aba2-1和aba3-1对活体营养型病原真菌白粉菌(Golovinomyces cichoracearum)的抗性增强.外源ABA处理能够增加拟南芥对白粉菌的感病性.ABA受体组分的突变体abi1-1和abi2-1对白粉菌的抗性表型与ABA合成缺陷型突变体相似,而ABA信号转导下游组分的突变体abi3-1,abi4-1和abi5-1对白粉菌的抗性表型却与野生型相似.显微观察发现,在ABA合成缺陷型突变体中白粉菌侵染的穿透前和穿透过程都没有受到影响,但其穿透后菌丝的生长及分生孢子的产量都受到抑制.另外,还发现水杨酸和MPK3参与了ABA对白粉病抗性的调控.综上所述,本研究结果显示,ABA可能通过拮抗水杨酸抗病信号通路来负调控拟南芥对白粉菌的穿透后抗性.     

J-蛋白AtJ8在拟南芥渗透胁迫适应方面的作用

At J8是拟南芥J-蛋白家族成员。已有报道,At J8定位于叶绿体中,参与光合作用的调节。该文主要研究At J8在适应盐和水分胁迫方面的作用。实时定量PCR结果表明,盐、水分胁迫及脱落酸(abscisic acid,ABA)诱导At J8基因的表达。反向遗传学研究显示,在正常生长条件下,At J8突变体(atj8-1)的种子萌发率及绿色子叶出现率与野生型(WT)和突变体恢复株系(R4-1)没有明显差别;在盐和水分胁迫条件下,atj8-1种子萌发延迟,绿色子叶出现率明显低于WT和R4-1株系,表明At J8可能在调节种子及幼苗对渗透胁迫的适应性方面发挥重要作用。此外,实时定量PCR结果显示,At J8基因突变改变了ABA反应基因ABI1、ABI2、RAB18、RD29A和RD29B的表达,说明At J8调节植物对渗透胁迫的适应性可能是通过影响ABA信号途径来完成的。     

拟南芥AtJ3通过核质转运调控植物质膜H~+-ATPase活性与ABA响应

拟南芥AtJ3(Arabidopsis thaliana Dna J homolog 3)为一蛋白分子伴侣,在植物体内可通过与PKS5(SOS2-like protein kinase 5)蛋白激酶形成复合物来抑制PKS5的活性;同时AtJ3-PKS5复合物可对质膜上H~+-ATPase质子转运活性进行正向调节,并参与对外源ABA的响应。为揭示AtJ3-PKS5复合物参与质膜H~+-ATPase活性调节及对外源ABA响应中的作用,本研究以拟南芥AtJ3、PKS5不同突变体为材料,在盐及ABA共同处理下对AtJ3-PKS5复合物的功能及作用机制进行了探讨。结果显示,在2种因素共同处理下,AtJ3-PKS5复合物可同时对处理因素进行响应。即AtJ3-PKS5复合物可对质膜上H~+-ATPase质子转运活性进行调节,并使细胞内p H值发生变化,同时还可诱导ABI5下游ABA响应基因的表达;外源ABA可引起AtJ3从细胞核向细胞质的转运,从而增强了AtJ3对H~+-ATPase活性的调节。说明AtJ3-PKS5复合物在对H~+-ATPase活性调节及对外源ABA响应的交互代谢途径中起着关键调节子的作用。     

拟南芥PKS5激酶点突变体外表达与磷酸化测试

PKS5(protein kinase SOS2-like 5)虽为拟南芥(Arabidopsis thaliana)中介导植物响应外界高p H的蛋白激酶,但其关键功能结构域尚未被确定。该研究用PCR对PKS5不同位置点突变形式进行克隆,并在原核系统中进行表达,得到PKS5不同的点突变蛋白;使用激酶通用底物MBP(myelin basic protein)及PKS5体内特异底物AHA2(A.thaliana isoform of the PM H+-ATPase,拟南芥质膜质子泵等位形式之一)对PKS5点突变蛋白磷酸化活性进行了测试。结果表明:点突变PKS5-2失去了激酶活性,PKS5-4、PKS5-5、PKS5-9自磷酸化与MBP磷酸化活性与PKS5相比无差异;而与PKS5相比,点突变PKS5-6和PKS5-7自磷酸化及对AHA2的磷酸化活性升高,且PKS5-7活性高于PKS5-6。说明PKS5特定位置点突变改变PKS5的自磷酸化及底物磷酸化活性水平,不同位置的点突变对其磷酸化活性的影响存在差异。研究结果可为确定PKS5功能结构域及体内作用机理提供依据。     

水稻含有B-box锌指结构域的OsBBX25蛋白参与植物对非生物胁迫的响应

锌指蛋白在调控植物生长发育和应对逆境过程中发挥着重要作用.为进一步研究锌指类蛋白参与植物非生物胁迫响应的分子机制,对水稻(Oryza sativa)中一个编码含有B-box锌指结构域蛋白的OsBBX25基因进行了功能分析.OsBBX25受盐、干旱和ABA诱导表达.异源表达OsBBX25的转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)与野生型相比对盐和干旱的耐受性增强,且盐胁迫条件下转基因植物中KIN1、RD29A和COR15的表达上调,干旱胁迫下KIN1、RD29A和RD22的表达上调.外源施加ABA时,转基因植物的萌发率与野生型之间没有明显差异.OsBBX25可能作为转录调控的辅助因子调节胁迫应答相关基因的表达,进而参与植物对非生物胁迫的响应.     

拟南芥ABI5基因对BR胁迫响应及其对下胚轴生长的调节作用

植物脱落酸不敏感蛋白5 (abscisic acid-insensitive 5,ABI5)是种子中大量表达的碱性亮氨酸拉链类型(basic leucine zipper,b ZIP)转录因子,在调节种子萌发和幼苗早期生长的脱落酸(abscisic acid,ABA)信号中起着核心作用。油菜素内酯(brassinosteroid,BR)是一种新型植物内源激素,具有调节植物生长发育和逆境胁迫响应等诸多生理功能。近期研究发现,油菜素内酯胁迫条件下,BR信号通路中BIN2 (BRASSINOSTEROID INSENSITIVE2)和BES1 (BRI1-EMS-SUPPRESSOR 1)通过抑制ABI5表达,促进拟南芥(Arabidopsis thaliana)种子萌发。为进一步探究BR胁迫下ABI5功能,本研究分析了种子萌发期ABI5表达特性,鉴定出拟南芥ABI5基因缺失突变体abi5-1并对BR胁迫下其功能进行解析。结果表明:ABI5在拟南芥干种子中大量表达并响应萌发期BR胁迫;正常条件下,abi5-1与野生型幼苗下胚轴无明显差异;BR胁迫下,abi5-1幼苗下胚轴明显长于野生型。本研究结果揭示了ABI5调控BR胁迫下拟南芥下胚轴生长,为深入了解ABI5调节植物发育的分子机制提供了依据。     

拟南芥ABA敏感突变体asm1的分离与鉴定

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究材料,从T-DNA突变体库中筛选分离得到1株脱落酸(ABA)敏感突变体asm1(ABA sensitive mutant 1,asm1),在含有ABA的培养基中,与野生型相比,asm1突变体的根伸长明显受到抑制,且其种子萌发结果显示asm1对ABA同样表现出敏感特性。在生长发育方面,asm1突变体抽苔时间提前,植株矮化,并且荚果长度明显小于野生型。利用远红外成像系统分析发现,在干旱胁迫下asm1突变体叶面温度高于野生型;失水率分析显示突变体失水率降低以及水分散失减少。遗传学分析表明,asm1是单基因隐性突变且与一个T-DNA插入共分离;通过图位克隆成功获得候选基因ASM1。RT-PCR结果显示,在突变体中ASM1的表达受到抑制,并且能够调控多种ABA信号通路和胁迫应答基因的表达水平。研究结果表明,ASM1可能参与调控ABA信号转导并应答干旱胁迫。     

生长素信号转导途径与植物胁迫反应相互作用的证据

生长素影响植物多种生理过程,有报道显示生长素可能影响植物对逆境胁迫的反应.我们利用cDNA阵列技术鉴定拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)的生长素应答基因,发现多个胁迫应答基因受生长素抑制,包括Arabidopsis homolog of MEK kinase1 (ATMEKK1),RelA/SpoT homolog 3 (At-RSH3),Catalase 1 (Cat1) 和Ferritin 1 (Fer1),说明生长素可调节胁迫应答基因的表达.此外,我们还证明吲哚乙酸(IAA)合成途径中的腈水解酶基因nitrilase 1 (NIT1) 和nitrilase 2 (NIT2) 受盐胁迫诱导,提示在逆境条件下IAA的合成可能随之增加.我们利用生长素不敏感突变体研究生长素与逆境反应相互作用的信号转导,发现胁迫应答基因在野生型和生长素不敏感突变体auxin resistant 2 (axr2) 中可被盐胁迫诱导,而在auxin resistant 1-3 (axr1-3)中则不被诱导,说明生长素与逆境胁迫反应的相互作用可能发生在泛素途径.     

甘蓝型油菜EXA1的克隆及其对植物抗病的调控作用

拟南芥(Arabidopsis thaliana) EXA1缺失会导致exa1-2突变体植株PR基因表达上调,对病原菌的抗性提高。该研究通过克隆甘蓝型油菜(Brassica napus)中的BnaEXA1,并将其在拟南芥exa1-2突变体中异源超表达,发现Bna EXA1超表达不仅可恢复突变体的表型,而且显著降低突变体中PR1和PR2基因的表达量,导致其对核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)和卵菌H.a. Noco2易感,表明BnaEXA1调控植物的基础抗性。     

拟南芥IQM3基因的表达分析及其突变体的鉴定

对拟南芥(Arabidopsis thaliana)IQM3基因的功能进行了分析.结果表明,推定IQM3的启动子中存在多种光、非生物胁迫和植物激素反应的顺式作用元件,可能参与植物对环境变化的反应.RT-PCR分析表明,IQM3在拟南芥莲座叶、花序叶、茎、花和根中的表达较强,但在荚果中的表达很弱;IQM3基因的T-DNA插入突变体iqm3-1和iqm3-2分别是功能缺失和超表达突变体,对这些突变体的表型分析表明,IQM3基因与种子萌发及幼苗子叶膨大有密切关系.     

生物钟PRR蛋白促进拟南芥幼苗中花青素的合成

生物钟(circadian clock)是激发植物生理特征节律性表达，并使之维持稳定的保守内源调节机制。PRR(PSEUDO-RESPONSE REGULATOR)蛋白家族是生物钟中央振荡器的重要组成部分，调控植物的种子萌发、下胚轴伸长和开花等多种生命过程。花青素(anthocyanin)是植物次生代谢产物，对植物的繁衍、生长发育和抵抗逆境胁迫具有重要作用。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为对象，探讨生物钟PRR蛋白对花青素生物合成的调控功能和分子机制。结果表明：(1)在PRR基因单突变体及多突变体幼苗中，花青素的积累明显降低，某些花青素合成相关基因的表达也显著降低。(2)相反，在PRR5过表达幼苗中，花青素的积累以及某些花青素合成相关基因的表达则显著升高。(3)蛋白相互作用结果显示，PRR5蛋白能与MYB75、TT8、MYB90及MYB113等花青素调控蛋白相互作用，并形成复合物。(4)遗传学分析结果显示，拟南芥PRR5诱导幼苗中花青素的合成依赖于MYB家族花青素调控蛋白。综上认为，生物钟PRR蛋白可能通过PRR5与MYB75、TT8等相互作用，促进拟南芥幼...     

拟南芥F-box基因At5g22700的功能初步分析

F-box蛋白作为SCF（Skpl,Cullin and anF-boxprotein）复合体的成员,参与调节植物的生长发育过程。At5g22700为功能未知的F-box基因家族成员。本研究通过酵母双杂交分析At5g22700蛋白与ASK（Arabidop-sis-SKP1-1ike）家族蛋白的相互作用,发现At5g22700蛋白的F-box结构域与ASK4蛋白相互作用。实时定量PCR分析该基因在不同组织器官中的表达,发现该基因在根和花中的表达量最高,说明At5g2700可能在根和花的发育中具有重要作用。以At5g22700基因的T—DNA插入突变体和过量表达转基因株系为材料,分析不同光照条件下幼苗的表型,发现蓝光下At5g22700过量表达转基因幼苗的主根比野生型长。这些研究结果表明,At5g22700在植物体内可能形成SCF复合体,并在植物幼苗主根伸长生长中起促进作用。     

拟南芥H_2O_2突变体的筛选及特性分析

通过化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)获得突变体筛选群体.在5 mmol/L H2O2胁迫下,以叶片温度差异为筛选指标,利用远红外成像技术进行突变体的筛选,获得了对H2O2不敏感突变体hpi1(hydrogen peroxide-insensitive1)和敏感突变体hps1(hydrogen peroxide-sensitive1).进一步研究发现,两种突变均为单基因隐性突变,气孔密度同野生型一样,而叶片温度、气孔开度和叶片失水率则有明显的差异.种子萌发实验表明,hpi1对甘露醇(Man)和NaCl不敏感而对ABA敏感,hps1则对3种胁迫都表现出敏感特性.     

拟南芥种皮色素形成突变体的筛选与表型鉴定

类黄酮在植物应答各种环境胁迫和种皮发育调控中起着重要作用。通过甲基磺酸乙酯（EMS）诱变筛选获得1个透明种皮突变体,与野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana）(Col-0)相比,突变体成熟的种子颜色为黄色,其表型性状由隐性单基因控制。利用图位克隆和精细定位技术将突变基因定位于5号染色体MAH20的BAC上,是TT4(At5G13930)基因的第1 299位碱基C突变为T,使得第324位氨基酸甘氨酸突变为谷氨酸。TT4(transparent testa 4)编码1个类黄酮合成的结构基因查尔酮合酶（CHS）,突变后种皮透明,种子颜色为黄色,突变体命名为tt4-1。利用功能回补突变体恢复褐色种皮表型,进一步证明了TT4在调节种皮颜色发育过程的重要作用。启动子偶联GUS基因组织表达分析显示TT4基因在植株幼苗的根、茎、叶和花中均有表达,生理表型分析结果显示与野生型相比,突变体tt4-1种子萌发早,幼苗主根短、侧根和根毛较多,成苗叶片气孔开度大和失水率高等特性。该研究将为进一步阐述TT4基因功能奠定理论依据。     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控.构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)植物和水稻(Oryza sativa L.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因.转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高.这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达.在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节.     

拟南芥dmard abf3突变体对ABA的敏感性和耐旱性能

本研究课题组在前期研究中通过T-DNA插入突变获得了拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变体dmard,其根生长对ABA超敏感。将突变体dmard与abf3杂交,进一步分析双突变体对ABA敏感性和耐旱性能,以确定其在ABA信号通路中的作用。结果表明,ABA处理下,dmard abf3的绿胚率及根生长与野生型(Col)无显著差异,ABA敏感性低于dmard而高于abf3。干旱-复水实验结果表明,dmard abf3的存活率与Col接近,均低于dmard高于abf3,dmard abf3植株体内活性氧(ROS)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性均恢复至Col水平。dmard abf3双突变体中ABF3、RD29A、RD29B基因表达与Col相似,在abf3中这3个基因表达均下调,dmard中均上调。以上实验表明,dmard部分恢复abf3对ABA的敏感性及抗旱抗氧化的能力,推测DMARD是ABA信号中的一个负调控因子,位于ABF3的遗传上位。     

香蕉MaASR1基因的抗干旱作用

ASR(ABA, stress, ripening induced protein)是一类响应植物干旱胁迫的关键转录因子, 在许多植物中已有报道, 然而尚未见香蕉(Musa acuminata)中ASR与抗旱作用的相关研究。该实验从香蕉果实cDNA文库中筛选出1个ASR基因, 即MaASR1(登录号为AY628102)。干旱胁迫下, 该基因在叶片中的表达量高于根部。将MaASR1转入拟南芥(Arabidopsis thaliana), Southern检测确定了两株独立表达的转基因株系(命名为L14和L38)。表型观察发现, 此两转基因株系的叶片变小且变厚; Northern和Western检测结果表明, MaASR1在L14和L38中表达。控水处理后, L14和L38的存活率及脯氨酸含量均高于野生型。经干旱胁迫和外源ABA处理后, 对MaASR1转基因株系中ABA/胁迫响应基因的表达分析, 发现MaASR1可增强转基因株系对ABA信号的敏感度, 但不能增强植株依赖于ABA途径的抗旱性。     

生长素信号转导途径与植物胁迫反应相互作用的证据

生长素影响植物多种生理过程,有报道显示生长素可能影响植物对逆境胁迫的反应。我们利用cDNA阵列技术鉴定拟南芥（Arabiopsis thaliana (L.)Heynh.）的生长素应答基因,发现多个胁迫应答基因受生长素抑制,包括Arabidopsis homolog of MEK kinasel（ATMEKK1）,RelA/SpoT homolog 3(At-RSH3),Catalase 1(Cat1)和Ferriitn 1(Fer1)。说明生长素可调节胁迫应答基因的表达,此外,我们还证明吲哚乙酸（LAA）合成途径中的腈水解酶基因nitrilase 1(NIT1)和nitrilae 2（NIT2）受盐胁迫诱导,提示在逆境条件下1AA的合成可能随之增加,我们利用生长素不敏感突变体研究生长素与逆境反应相互作用的信号转导,发现胁迫应答基因在野生型和生长素不敏感突变体auxin resistant 2（axr2）中可被盐胁迫诱导,而在auxin resitant1-3（axl-3)中则不被诱导,说明生长素与逆境胁迫反应的相互作用可能发生在泛素途径。     

脱落酸激素诱导拟南芥幼苗中花青素的合成

脱落酸(abscisic acid,ABA)激素是一类重要的生长调节物质,参与调控植物的多种生理过程。花青素(anthocyanins)是植物次生代谢产生的类黄酮化合物,对植物的生长发育和逆境胁迫响应有重要作用。该文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究对象,探讨ABA信号对花青素生物合成的调控功能和作用机制。结果表明:外源施加ABA显著提高野生型幼苗茎尖中花青素的积累。相一致的是,ABA能诱导某些与花青素合成相关的转录因子及合成酶基因的表达。遗传学分析发现,ABA诱导花青素合成部分依赖于MBW复合体中的核心转录因子,如TTG1、TT8及MYB75等。初步机制研究揭示,ABA信号途径中的bZIP类转录因子ABI5能与TTG1、TT8及MYB75等相互作用形成蛋白复合物。综上结果认为,ABA信号诱导拟南芥幼苗中花青素的积累,并可能通过ABI5与MBW复合体协同作用调控花青素的合成。