拟南芥突变体在生长素信号传导中的研究进展

近年来,在植物激素的信号传导研究上已取得突破性进展.生长素的信号传导通路研究除了在生长素结合蛋白(ABP)上有所进展外,在生长素应答基因(Aux IAA),生长素调节因子(ARF)以及感应突变体的研究上也取得较大进展.对生长素运输通路及PIN1蛋白的功能和其抑制剂的研究也使对生长素信号传导的认识更清楚.生长素应答基因(Aux IAA)是生长素处理后快速诱导的基因.Aux IAA蛋白具有组织特异性(例如SAU蛋白)可以用来研究外源激素对植物生长发育的影响.生长素调节因子(ARF)与生长素应答基因的启动子序列具有特异性结合,Aux IAA蛋白与生长素调节因子(ARF)相互作用,并引发一系列蛋白质降解.使用转基因的拟南芥突变体,能有效地研究生长素在植物体内的特异性分布.借助运输载体抑制剂,可以对生长素的极性运输有更深入的了解.已经证明PIN蛋白参与生长素运输并与肌动蛋白有关.而且生长素参与了赤霉素介导的植物伸长反应.     

生长素响应因子与植物的生长发育

生长素响应因子(Auxin response factor, ARF)作为一类调控生长素响应基因表达的转录因子, 是生长素研究的重要内容。它可与生长素响应基因启动子区域内的生长素响应元件结合, 促进或抑制基因的表达。文章介绍了植物体内ARF家族的分子生物学近年来的研究进展, 同时也讨论了ARF转录因子的结构、ARF基因的表达调控、ARF在植物生长发育及信号转导中的作用以及ARF对靶基因的调控机制等内容。植物ARF成员都有一定的同源性, 大多含有4个结构域, 在多种组织和器官中都有表达, 其表达受到转录及转录后调控, 并且在介导生长素与其它激素之间相互作用方面扮演重要角色。     

葡萄生长素响应基因家族生物信息学鉴定和表达分析

生长素响应基因家族能调节植物体内生长素平衡和生长素信号途径。文章采用生物信息学方法检索获得葡萄(Vitisvinifera L.)基因组数据库中的生长素响应基因,通过分析其染色体定位、基因共线性和系统进化,发现葡萄基因组含有25个AUX_IAA基因、19个ARF基因、9个GH3基因、42个LBD基因。这些生长素响应基因不均匀分布在葡萄的19条染色体上,部分家族基因在染色体上形成基因簇。葡萄芯片数据结果表明,生长素响应基因在葡萄不同时期的果实和叶芽中均有表达,尤其在果实转色期、叶芽萌发或休眠期表达量急剧变化。研究结果为葡萄生长素响应基因在叶片和果实发育过程中的功能研究提供参考。     

《Molecular Plant》文章中文摘要

题目：植物细胞壁基质（matrix）多糖的生物合成（综述） 摘要：伸长中的植物细胞的细胞壁主要由纤维素微纤丝和基质多糖（半纤维素和果胶）以及少量结构蛋白和酶蛋白组成。基质多糖在高尔基体中合成,通过胞吐作用输送到细胞壁,并与纤维素微纤丝相嵌。纤维素微纤丝在细胞膜上合成并直接沉积到细胞壁。已知在生长素诱导的伸长细胞中,高尔基体中存在多糖链合成,然而直到最近才鉴定出合成多糖链酶的相关基因。在基因鉴定研究中,     

植物生长素通过ABP1促进细胞膜泡的外排运输

为了研究植物生长素结合蛋白ABP1(auxin binding protein 1)对膜泡运输的调控,将烟草生长素结合蛋白基因ABP1 cDNA分别构建成可诱导型表达的过表达和干扰表达载体,并将绿色荧光蛋白GFP与烟草分泌载体膜蛋白SCAMP2(secretory carrier membrane protein 2)融合进行细胞的膜泡标记,转化植物模式细胞BY-2后分别获得了转ABP1和antiABP1的两类膜泡标记转基因细胞系。以雌二醇诱导ABP1、antiABP1表达后,结合生长素处理,通过扫描激光共聚焦观察了细胞的膜泡运输变化。当诱导ABP1在细胞内过量表达后,以吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)处理细胞,在细胞核膜及周围内质网膜、细胞质膜以及其他细胞内膜系统都观察到强烈的荧光信号,说明细胞内膜泡运输更为活跃;当诱导antiABP1在细胞内干扰表达时,在细胞核附近维持有较强烈的荧光信号,而细胞质膜及两细胞间隔的荧光信号明显减弱,表明抑制ABP1表达显著抑制了细胞膜泡的外排运输。在ABP1经诱导过表达后,加入IAA处理细胞,在0~6 min时间段内间隔性观察了细胞膜泡对生长素的时间响应,在这段时间内细胞核周围及内膜系统的荧光信号明显增强,细胞质膜的荧光强度没有明显的变化,表明细胞核与内膜系统间存在活跃的膜泡运输,内膜系统向细胞质膜间的外排膜泡运输也逐渐加强。因此,可以证明ABP1参与生长素信号响应,增强细胞膜泡的外排运输。     

酵母单杂交系统分离胡萝卜生长素应答元件结合因子

高等植物胚根发育过程中, 生长素是植物细胞进行分裂、延伸和分化的信号, 对根的形成等起着不可缺少的促进作用. 生长素应答元件(AuxRE)存在于很多生长素诱导基因的启动子中, 并具有对生长素作用的应答活性. 本研究构建了特定发育时期的胡萝卜体细胞胚cDNA-AD融合表达文库, 同时构建了含有生长素应答元件的重组报告质粒. 以生长素应答元件为诱饵, 通过酵母单杂交系统筛选获得1个阳性克隆, 该阳性克隆在酵母中表达的AxRF1蛋白能够在体外结合实验中与生长素应答元件结合, 对AxRF1是否有可能参与胡萝卜体细胞胚中生长素诱导基因的表达调控进行了讨论.     

大豆microRNA基因GmMIR160A负调控植物叶片衰老进程

叶片衰老是受内外多种因子影响的遗传发育进程。生长素、细胞分裂素和乙烯等多种植物激素是调控叶片衰老的重要内部因子,它们通过长或短距离运输形成叶片组织内特定的区域分布和浓度梯度,从而直接或间接参与植物叶片衰老过程。分子遗传学表明,细胞分裂素和乙烯分别是叶片衰老的抑制子和正调节子,而生长素如何参与叶片衰老的分子机制目前还不清晰。植物体内成熟小分子RNA由小RNA基因转录并通过特定酶加工形成的21~23bp的双链RNA分子。这些小分子通过不完全配对方式抑制其靶基因转录和/或表达,参与植物生长发育多个过程,然而这类小RNA分子如何调控植物叶片衰老发育过程目前则还鲜有报告。大豆是重要的油料作物,具有典型的单次结实性衰老特征。研究大豆叶片衰老具有重要的科学意义和深远的应用价值。该文采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析大豆(Glycine max)micro RNA基因GmMIR160A的表达模式,发现大豆第一复叶中GmMIR160A表达受外源生长素和黑暗处理的诱导,暗示该基因是生长素快速响应的叶片衰老相关基因。为进一步探究GmMIR160A在大豆叶片发育中的功能,构建了肾上腺皮质激素(Glucocorticoid,GR)类似物地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导表达GmMIR160A双元表达载体并通过农杆菌介导的子叶节方法转化野生型大豆。通过抗性筛选和基因组PCR鉴定并结合表型分析,共获得了4株诱导表达的稳定遗传转基因植株(株系OX-3、OX-5、OX-7和OX-8)。GmMIR160A过表达植株根、茎、叶、花和果实在形态学上与野生型相比无显著差异,但叶片的叶绿素含量增加、最大光量子效率(Fv/Fm)增强。进一步分子分析发现,转基因大豆叶片中GmARFs和衰老标记基因(GmCYSP1)表达明显下降,表明大豆Gma-miR160通过抑制靶基因GmARFs的表达来负调控植物叶片的衰老进程。该文揭示了生长素通过小分子RNA调控叶片发育一条新途径,为研究植物激素调控植物叶片衰老提供了新的思路。     

水稻茎伸长生长与植物激素

赤霉素（GA）、生长素（IAA）、脱落酸（ABA）和乙烯影响水稻茎（或节间）的伸长,其中赤霉素与水稻茎伸长生长的关系最密切。GA1是植物体内刺激茎伸长的至关重要的赤霉素, GA3已作为最常用的外源激素诱导水稻的节间伸长。水稻茎秆的伸长受激素浓度和敏感性的双重控制,激素浓度或敏感性任一方的改变都有可能导致株高的变异。赤霉素如此显著地促进茎的伸长可能与增加细胞分裂和促使细胞壁松弛有关。而生长素主要促进细胞伸长。植物激素促进水稻茎伸长的分子机理的研究已有较大的进展,预期这方面的研究和应用在未来几年内将有新的突破。     

生长素信号转导途径与植物胁迫反应相互作用的证据(英)

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 (Arabidopsisthaliana (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ArabidopsishomologofMEKkinase1(ATMEKK1) ,RelA/SpoThomolog 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auxinresistant2 (axr2 )中可被盐胁迫诱导 ,而在auxinresistant1_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。     

阻碍植物生长素合成的抑制剂

植物生长素能够促进植物根系和果实生长,在植物成长控制中具有重要作用,但由于其生物合成路径复杂,化学性质不稳定,人们对它的研究相对滞后。最近,日本科学家公布,他们在世界上首次发现了阻碍植物“生长素”生物合成的抑制剂存在。     

缺磷胁迫对小麦根细胞周期蛋白基因cyc1At表达的影响

用液培方法研究了缺磷胁迫对小麦(TriticumaestivumL.)根系生长的影响。结果表明,随着介质磷水平的提高,小麦根轴长度和植株生长素浓度均降低。在低磷条件下用生长素极性运输抑制剂三碘苯甲酸(TIBA)处理后,小麦的根轴长度明显降低,表明生长素参与了缺磷小麦根轴生长的调控。缺磷小麦根部生长素浓度的提高诱导了细胞周期蛋白基因cyclAt的表达,促进了根分生组织细胞的分裂并驱动了根的生长。     

木醋液的植物生长调节剂特性的分子机理研究北大核心CSCD

木醋液(wood vinegar,WV)是一种农业生产上广泛应用的植物生长调节剂类似物,但对其分子水平调节机制研究的缺乏严重限制了它的更进一步应用。试验以模式生物拟南芥为材料,通过半定量PCR(Semi-quantitative PCR,SQ-PCR)和条件控制培养,研究了不同浓度、不同时间的木醋液、生长素吲哚乙酸(IAA)处理对生长素诱导基因表达和形态学变化的影响。结果表明,木醋液可调节拟南芥生长素诱导基因Aux/IAA1、Aux/IAA5、Aux/IAA19、ARF19和SAUR-AC1的表达。通过Aux/IAA和ARF蛋白相互作用,木醋液调节途径中存在与生长素类似的负反馈。在形态学方面,木醋液、生长素IAA均可抑制叶片数量和叶片伸展,促进主根伸长和侧根形成。这表明木醋液不但以与生长素IAA相似的途径促进植物生长,且以自身的调节方式促进植物生长发育。     

木醋液的植物生长调节剂特性的分子机理研究

木醋液(wood vinegar,WV)是一种农业生产上广泛应用的植物生长调节剂类似物,但对其分子水平调节机制研究的缺乏严重限制了它的更进一步应用。试验以模式生物拟南芥为材料,通过半定量PCR(Semi-quantitative PCR,SQ-PCR)和条件控制培养,研究了不同浓度、不同时间的木醋液、生长素吲哚乙酸(IAA)处理对生长素诱导基因表达和形态学变化的影响。结果表明,木醋液可调节拟南芥生长素诱导基因Aux/IAA1、Aux/IAA5、Aux/IAA19、ARF19和SAUR-AC1的表达。通过Aux/IAA和ARF蛋白相互作用,木醋液调节途径中存在与生长素类似的负反馈。在形态学方面,木醋液、生长素IAA均可抑制叶片数量和叶片伸展,促进主根伸长和侧根形成。这表明木醋液不但以与生长素IAA相似的途径促进植物生长,且以自身的调节方式促进植物生长发育。     

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.     

生长素的信号传导与泛素化作用

生长素是植物体内一类非常重要的内源激素,它控制着植物的细胞伸长,顶端优势,侧根发生及维管束的发育等重要的生理过程。研究表明,生长素领带传导与泛素介导的某些蛋白质的降解过程密切相关。本文对生长素信号传导与泛素化作用的最新研究进展进行了综述。     

水稻茎伸长生长与植物激素

赤霉素（GA）,生长素（IAA）,脱落酸（ABA）和乙烯影响水稻茎（或节间）的伸长,其中赤霉素与水稻茎伸长生长的关系最密切。GA1是植物体内刺激茎伸长的至关重要的赤霉素,GA3已作为最常用的外源激素诱导水稻的节间伸长。水稻茎秆的伸受激素浓度和敏感性的双重控制,激素浓度或敏感性任一方的改变都有可能导致株高的变异。赤霉素如此显著地促进茎的伸长可能与增加细胞分裂和促使细胞壁松弛有关。而生长素主要促进细胞伸长。植物激素促进水稻茎长的分子机理的研究已有较大的进展,预期这方面的研究和应用在未来几年内将有新的突破。     

大豆microRNA基因GmMIR160A负调控植物叶片衰老进程

:叶片衰老是受内外多种因子影响的遗传发育进程.生长素、细胞分裂素和乙烯等多种植物激素是调 控叶片衰老的重要内部因子,它们通过长或短距离运输形成叶片组织内特定的区域分布和浓度梯度,从而直 接或间接参与植物叶片衰老过程.分子遗传学表明,细胞分裂素和乙烯分别是叶片衰老的抑制子和正调节 子,而生长素如何参与叶片衰老的分子机制目前还不清晰.植物体内成熟小分子RNA 由小RNA 基因转录 并通过特定酶加工形成的２１~２３bp的双链RNA分子.这些小分子通过不完全配对方式抑制其靶基因转录 和/或表达,参与植物生长发育多个过程,然而这类小RNA 分子如何调控植物叶片衰老发育过程目前则还鲜 有报告.大豆是重要的油料作物,具有典型的单次结实性衰老特征.研究大豆叶片衰老具有重要的科学意义 和深远的应用价值.该文采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析大豆(Glycinemax)microRNA基因Gm- MIR１６０A 的表达模式,发现大豆第一复叶中GmMIR１６０A 表达受外源生长素和黑暗处理的诱导,暗示该基 因是生长素快速响应的叶片衰老相关基因.为进一步探究GmMIR１６０A 在大豆叶片发育中的功能,构建了 肾上腺皮质激素(Glucocorticoid,GR)类似物地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导表达GmMIR１６０A 双元表 达载体并通过农杆菌介导的子叶节方法转化野生型大豆.通过抗性筛选和基因组PCR 鉴定并结合表型分 析,共获得了４株诱导表达的稳定遗传转基因植株(株系OXＧ３、OXＧ５、OXＧ７和OXＧ８).GmMIR１６０A 过表达 植株根、茎、叶、花和果实在形态学上与野生型相比无显著差异,但叶片的叶绿素含量增加、最大光量子效率 (Fv/Fm)增强.进一步分子分析发现,转基因大豆叶片中GmARFs 和衰老标记基因(GmCYSP１)表达明显下 降,表明大豆Gma-miR１６０通过抑制靶基因GmARFs 的表达来负调控植物叶片的衰老进程.该文揭示了生 长素通过小分子RNA调控叶片发育一条新途径,为研究植物激素调控植物叶片衰老提供了新的思路.     

高表达水稻WRKY72基因影响拟南芥生长素信号传导

植物转录调控因子WRKY基因家族是一个拥有众多成员的超家族,功能涵盖了植物生长发育的控制与抗病耐逆的调节。我们主要分析了OsWRKY72基因在外源植物拟南芥中的生物学功能。通过转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)的遗传学研究发现外源高表达该基因不单明显地抑制转基因植株的顶端优势,增强植株侧枝的生长,还改变了转基因植株叶片和角果的发育。进一步分析证实,高表达OsWRKY72基因所导致转基因拟南芥植株的表型和其它生理现象都与生长素信号通路改变所导致的表型和生理变化极其相近。这些结果说明OsWRKY72基因在外源植物拟南芥体内高表达后很可能改变了其正常的生长素信号通路。     

植物向重力反应中PIN-FORMED介导的生长素极性运输调控

植物的向性,即植物对光或重力等环境刺激信号产生的定向生长反应。在向重力性反应中,植物器官将重力感知为定向环境信号,来控制其器官的生长方向以促进生存。植物激素生长素及其极性运输在植物向重力反应中起着决定性的调控作用。质膜定位的生长素输出蛋白PIN-FORMED(PIN)通过动态的亚细胞极性定位,改变生长素运输的方向以响应环境刺激,由此植物器官间建立的生长素浓度梯度是细胞差异化伸长和器官弯曲的基础,来调控植物的形态建成和生长发育过程。本文主要讨论发生在植物重力感受细胞内早期重力感知和信号转导机制的最新研究进展、PIN介导的生长素极性运输、PIN的极性定位以及质膜蛋白丰度的调控机制等。     

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。