植物质膜蛋白质组的逆境应答研究进展

质膜作为原生质体与外界环境的屏障, 除了维持正常的细胞内稳态和营养状况, 还参与感知和应答各种环境胁迫。近年来, 植物质膜蛋白质组学研究为深入分析植物应答不同生物和非生物胁迫的分子机制提供了重要信息, 已经报道了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)等10种植物质膜应对生物胁迫(白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)感染)与非生物胁迫(冷、盐、水淹、渗透、高pH值、Fe缺乏及过量、氮素、脱落酸、壳聚糖和壳寡糖)过程的蛋白质丰度模式变化。通过整合分析植物质膜响应逆境的蛋白质组学研究结果, 揭示了质膜在植物应答逆境胁迫过程中的重要作用。植物通过调节转运蛋白、通道蛋白及膜泡运输相关蛋白的丰度变化促进细胞内外的信号传递、物质交换与运输; 同时利用膜相关的G蛋白、Ca²⁺信号、磷酸肌醇信号途径及BR信号途径等多种信号通路, 通过蛋白质可逆磷酸化作用感知和传递胁迫信号, 调节植物抵御胁迫。研究结果为从蛋白质水平认识质膜逆境应答分子调控机制提供了新线索。     

植物感知和传递低温信号的分子机制

低温胁迫是影响植物生长、发育及作物产量的重要环境胁迫之一。植物通过感知低温信号并快速启动低温应答，以降低低温胁迫对其损伤。近年来，低温潜在感受器和低温调控网络逐渐被解析。植物可以在多个层面感知低温信号，但具体机制依然不清楚。当植物感知低温信号后，一些低温诱导的次级信号分子（如钙离子和活性氧）被植物解码并传递，以激活下游低温应答基因表达。同时，蛋白翻译后修饰可调控蛋白活性和稳定性，在植物早期低温信号传递中起关键作用。本文重点阐述植物感知和传递低温早期信号的分子机制，并讨论和展望低温胁迫领域面临的挑战及研究方向。     

植物CBL-CIPK信号系统响应非生物胁迫的调控机制

钙调磷酸酶B蛋白(CBLs)及其互作蛋白激酶(CIPKs)组成的信号系统是非生物逆境响应的重要调控网络。CBL-CIPK系统通过磷酸化感应并解码Ca²⁺信号, 参与植物对非生物胁迫的应答调控。该文综述了CBLs和CIPKs结构、CBLs-CIPKs对不同底物磷酸化及其响应非生物胁迫调控机制的研究进展, 并展望了未来的研究方向, 以期为作物抗逆性遗传改良提供思路。     

磷脂酶D信号转导与植物耐盐研究进展

土壤盐害是一个全球性的生态问题,对生态环境和农业生产带来了巨大的负面影响。研究发现,植物磷脂酶D(Phospholipase D,PLD)是磷脂代谢和应答非生物胁迫的重要酶类;PLD具有不同的结构、生化和调节特性,产生信号分子磷脂酸(Phosphatidic acid,PA)并参与多种胁迫反应。总结了PLD及其产物PA调控植物耐盐的相关报道,探讨其感受、应答盐信号的分子机制,为研究植物应答高盐胁迫和农作物分子遗传改良提供相关参考。     

植物NRP蛋白在逆境胁迫中的作用

植物体由于本身的固着式生长,当其面临外界的各种环境胁迫时,不断地进化出完善的应对机制来保持自身正常的生长发育.随着对植物抗逆胁迫响应机制的深入研究,许多响应机制被发现,尤其最近一个在植物中高度保守的新的信号分子NRP(N-rich protein)的发现,为植物逆境胁迫响应机制的进一步研究提供了分子基础,从而有助于作物的改良和增产.本文主要对NRP蛋白的发现过程和序列结构分析、参与植物逆境响应相关的信号转导途径以及已知的分子机制研究等方面做一简要的综述.     

NO在植物中的调控作用

一氧化氮(NO)是一种易扩散的生物活性分子,是生物体内重要的信号分子.植物细胞通过NO合酶、硝酸还原酶、或非生化反应途径产生NO.NO参与植物生长发育调控和对生物与非生物环境胁迫的应答反应,大量证据表明NO是植物防御反应中的关键信使,其信号转导机制也受到越来越多的关注.本文主要通过讨论NO的产生、对植物生长周期的影响、在植物代谢中的信号调节以及参与细胞凋亡来阐述NO在植物中的作用.     

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。     

一氧化氮调控植物缺铁响应的研究进展

一氧化氮(nitric oxide,NO)是植物体内一种重要的信号分子,不仅对植物的生长发育具有重要的调控作用,而且在植物应答缺铁胁迫中同样扮演着关键角色。近年来,有关NO介导的植物缺铁响应调控机制研究取得了一系列重要进展。本文重点针对植物体内NO的合成及其信号转导途径在缺铁胁迫应答中的作用和NO与其他信号分子互作介导植物缺铁响应调控研究进行系统综述与展望,以加深NO在植物缺铁响应调控功能的认识。     

差异蛋白质组学技术在植物响应低温胁迫研究中的应用

低温是影响植物生长和地理分布最主要的非生物胁迫因子之一,研究植物响应低温胁迫的分子机制是当前植物生理与分子生态学研究领域的热点问题.利用蛋白质组学技术发现与植物低温应答相关的蛋白,为解析植物抗寒分子机制提供重要信息,对于全面揭示植物低温适应的遗传基础和抗寒机理具有重要意义.综述了近年来运用差异蛋白质组学技术和策略研究模式植物以及非模式植物响应低温胁迫的主要进展,同时指出了该研究领域目前仍存在的问题及今后的发展方向.     

植物盐胁迫应答蛋白质组学分析

土壤盐渍化是限制植物生长和分布的关键因素之一,揭示植物盐胁迫应答的分子机理是借助分子生物学手段提高植物耐盐性的基础.近年来,人们利用高通量蛋白质组学技术分析了拟南芥、水稻等19种植物的盐胁迫应答蛋白质表达图谱.从植物类群(盐生植物和甜土植物)、组织器官(根、地上部分/茎、胚根和胚轴、叶片、花序和配子体)、细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞生物)和亚细胞结构(叶绿体、质膜和质外体)几方面整合分析了植物盐胁迫应答蛋白质组表达模式特征,主要特征包括:(1)盐生植物通过全面调节细胞骨架重塑、离子转运和区隔化、渗透平衡、活性氧(ROS)清除、信号转导、光合作用和能量代谢等信号与代谢网络体系,获得相对较高的抗/耐盐能力;(2)植物地上部分(叶片、茎、配子体)或光合组织细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞盐藻)通过调节参与光合作用、碳和能量代谢、ROS清除过程蛋白质的表达模式应对盐胁迫环境;(3)植物地下部分(根、胚根)通过调控信号转导和离子转运相关蛋白质感知/传递盐胁迫信号并维持离子平衡;(4)花序中参与渗透调节、转录调控、蛋白质加工和ROS清除的蛋白质在盐胁迫条件下变化显著;(5)叶绿体通过调控参与光合作用、蛋白质加工和周转,以及氧化还原系统平衡等过程应对盐胁迫;(6)质外体中参与细胞壁代谢、胁迫防御和信号转导过程的蛋白质受盐胁迫影响明显;(7)细胞膜中参与维持膜结构稳定、物质/离子运输和信号转导过程的蛋白质对植物盐胁迫应答具有重要作用.这些分析为深入研究植物耐盐的分子机制提供了重要信息.     

植物细胞质外体pH感受机制的解析

质外体是植物感受和应答环境胁迫(包括生物和非生物胁迫)的前沿区域。质外体的pH值是被严格调控的重要生理参数。环境胁迫(如细菌病害)等会引起植物细胞质外体碱化现象。然而, 质外体pH如何协调根生长与免疫响应? 其分子调控机制尚不清楚。最近, 南方科技大学生命科学学院郭红卫团队与清华大学-德国马克斯普朗克研究所-科隆大学柴继杰团队以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究材料, 通过遗传学、细胞生物学、生物化学和结构生物学等综合手段, 发现细胞表面小肽-受体复合物可作为质外体pH感受器, 感受和应答分子模式触发的免疫(PTI)引发的拟南芥根尖分生组织细胞质外体碱化。该研究揭示了植物根尖分生组织细胞质外体pH感受的蛋白质复合物及响应机制, 以及免疫与生长之间的协调机制, 加深了人们对植物如何平衡生长与免疫应答生物学反应过程的理解。     

植物缺铁应答bHLH转录因子研究进展

铁是植物生命活动必需的微量元素之一,土壤中有效铁含量较低,易导致植物缺铁。bHLH转录因子家族多个成员参与植物缺铁响应,发挥重要的调控作用。为深入了解植物对缺铁的反应机制,文中对植物缺铁胁迫应答的bHLH转录因子的结构、分类和功能及其调控机制、介导的缺铁胁迫信号通路进行综述,为应用bHLH转录因子培育缺铁耐受作物或富铁作物提供理论依据和设计策略。     

植物响应低温胁迫的分子机制研究

低温是限制植物生长发育以及植被分布的重要环境因子。目前,低温信号途径研究的比较清楚的是CBF(C-repeat(CRT)-binding factors)依赖的信号途径。研究表明,植物激素也参与了植物的低温响应。现将根据当前的研究进展总结植物响应低温的分子机制以及植物激素信号与低温信号的交互作用。     

植物逆境胁迫相关蛋白激酶的研究进展

干旱、高盐、高温和低温等非生物胁迫及各种病虫害等生物胁迫严重影响植物的生长发育和作物产量.蛋白激酶主要通过激活不同的磷酸化途径介导外界环境信号的感知和传递,调控下游抗逆基因的转录表达,启动相应的生理生化等适应性反应来降低或消除危害.该文对近年来国内外有关与非生物胁迫和生物胁迫信号传导相关的受体蛋白激酶、促分裂原活化蛋白激酶、钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激酶、蔗糖不发酵相关蛋白激酶和其它胁迫相关的植物蛋白激酶的研究进展进行综述,探索蛋白激酶介导的不同磷酸化途径应对逆境胁迫的信号传递网络,为进一步了解植物逆境分子应答机制提供依据.     

植物响应联合胁迫机制的研究进展

自然界中, 植物通常面对多重联合胁迫。在全球气候变化日益加剧的背景下, 多重联合胁迫对植物生长发育及作物产量形成的不利影响日益显著。阐明植物响应和适应联合胁迫的生理与分子机制, 对人们理解植物对自然环境的适应机理, 及培育耐受联合胁迫的新品种有重要意义。研究表明, 植物响应联合胁迫的机制是特异的, 不能简单地从单一胁迫响应叠加来推断。植物遭受联合胁迫时, 各种生理、代谢和信号途径相互作用, 使得植物响应联合胁迫非常复杂。该文综述了植物响应联合胁迫的生理与分子机理的最新进展, 并阐述了植物响应联合胁迫的研究方法。     

氢气在植物抗胁迫中的作用

近年来,一些研究发现氢气作为一种新的信号分子参与植物抗胁迫网络并具有重要作用。本文综述了近年来氢气参与植物胁迫应答的研究,总结氢气主要通过调节活性氧(ROS)来参与植物抵御胁迫的过程。在植物抗干旱过程中,氢气通过促进ROS的产生来调节气孔的闭合;而在植物抗盐渍、金属离子和农药损伤过程中,氢气通过去除ROS来修复氧化损伤;氢气还对植物抗病虫害相关基因的表达有调节作用。     

植物响应联合胁迫机制的研究进展

自然界中, 植物通常面对多重联合胁迫。在全球气候变化日益加剧的背景下, 多重联合胁迫对植物生长发育及作物产量形成的不利影响日益显著。阐明植物响应和适应联合胁迫的生理与分子机制, 对人们理解植物对自然环境的适应机理, 及培育耐受联合胁迫的新品种有重要意义。研究表明, 植物响应联合胁迫的机制是特异的, 不能简单地从单一胁迫响应叠加来推断。植物遭受联合胁迫时, 各种生理、代谢和信号途径相互作用, 使得植物响应联合胁迫非常复杂。该文综述了植物响应联合胁迫的生理与分子机理的最新进展, 并阐述了植物响应联合胁迫的研究方法。     

植物bHLH转录因子参与非生物胁迫信号通路研究进展

干旱、高盐以及低温作为主要的非生物胁迫在全球范围内影响了许多粮食作物的生长和产量。植物对非生物胁迫的适应性应答主要是通过复杂的信号通路改变大量下游基因表达来实现。b HLH作为植物体内第二大类转录因子,能与E-box顺式作用元件特异性结合,调控胁迫-应答相关基因的表达。侧重对植物中b HLH转录因子参与非生物胁迫信号通路的最新研究进展进行综述,以期进一步了解植物b HLH转录因子在逆境胁迫方面发挥作用的分子机理,为基因工程调控植物应答胁迫的能力提出理论依据。     

植物中一氧化氮的生理作用

No是一种易扩散的生物活性分子,是生物体内重要的信号分子。植物细胞通过NO合酶,硝酸还原酶,或非生化反应途径产生NO。NO参与植物生长发育调控和对生物和非生物胁迫的应答反应。主要通过讨论No的产生,对植物生长发育的影响及在抗逆反应中的信号调节来阐述No在植物中的作用。