植物冷驯化相关基因研究进展

摘要 冷驯化是与提高植物抗冷性有关的生物化学及生理学过程, 主要包括寒驯化(cool acclimation)和冻驯化(freezing acdimation)。在冷驯化过程中, 植物体内许多基因在转录水平上的表达受到影响, 已经克隆了大量的相关基因,它们组成复杂的分子调控网络。目前研究表明不依赖ABA的低温信号转导途径是植物冷驯化机制的重要组成部分, 其中CBF/DREB1是该调控过程的关键转录因子, 与植物通过冷驯化而提高冰冻耐受能力密切相关。进一步利用转基因技术, 可有效地改善作物的耐冷性状。     

植物冷驯化相关信号机制

植物经过非致死温度的处理可以获得更强的抗冷能力叫做冷驯化,主要包括寒驯化和冻驯化 .在冷驯化过程中,质膜首先感受冷信号,调节胞质中IP3的含量,诱导胞质Ca2+浓度的升高,从而激活CBF基因的表达.至今已经克隆了大量的冷调控基因,组成了复杂的信号传导网络,其中ICE1-CBF-COR通路在植物的冷驯化过程中起到重要的作用.ICE1基因编码一个MYB类型的碱性螺旋 环-螺旋（bHLH）转录因子,在上游调节CBF和 其它转录因子的表达,提高抗冷性. HOS1蛋白通过泛素化介导的蛋白降解负调控ICE1,另外,CBF还通过转录的自我调控保持恰当的表达水平.基因的分析研究证明,RNA修饰和核质转运在植物的抗冷过程中也具有重要作用.在不依赖于CBF的途径中,转录因子HOS9和HOS10在调节抗冷有关基因的表达和提高抗冷能力方面具有至关重要的作用.     

昆虫冷驯化机制研究进展

昆虫耐寒性强弱决定其种群的发生、扩散和分布,因此低温胁迫下昆虫的抗寒对策成为近期研究的热点领域。冷驯化作为一种非常有效的耐寒策略,可显著增强昆虫的耐寒性。本文论述了冷驯化的2种基本形式:快速冷驯化和长时冷驯化,明确了二者在提升昆虫耐寒性中的作用;并从宏观到微观的角度概述了冷驯化的作用机制,如组织和细胞水平的特异性,低分子量抗冻保护剂的产生,热休克蛋白的表达及功能,以及阻止细胞程序性死亡的潜在机理等;讨论了不同研究方法所引起的结果差异性,并强调了冷驯化作用机制的整体效益和综合效益。最后通过分析2种冷驯化形式的联系与区别,以期较为全面地阐明昆虫冷驯化的潜在机制。     

CBF/DREB转录因子与植物矮化的相关性研究进展

CBF/DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白,是一类可以调控多个与干旱、高盐及低温耐性有关的功能基因表达的转录因子家族。很多报道称CBF/DREB转录因子的过量表达使转基因植株产生矮化、晚花现象。着重探讨CBF/DREB转录因子与植物矮化现象相关性与其矮化机理,并对草坪草育种新方向进行展望。     

山葡萄转录因子基因VaDREB的克隆及其抗逆功能分析

DREB/CBF（dehydration-responsive element binding protein/C-repeat binding factor）转录因子能特异的与DRE/CRT（dehydration-responsive element/C-repeat）顺式作用元件结合,在植物干旱、高盐和低温等非生物胁迫应答中起着重要的调控作用。本研究从山葡萄中克隆得到了一个VaDREB转录因子基因（登录号XM₀02283076.1）,并对其进行了序列分析、亚细胞定位分析以及酵母和拟南芥中的功能鉴定。序列分析表明,VaDREB开放阅读框全长459 bp,编码152个氨基酸,预测蛋白质分子量为17 kDa,等电点为8.67,包含一个AP2/ERF结合域。氨基酸序列比对和系统进化分析结果表明,该基因属于DREB/CBF转录因子A-5亚类。亚细胞定位结果表明VaDREB蛋白定位于细胞核中。重组酵母菌株与表达VaDREB基因的转基因拟南芥株系均表现出明显增强的盐、干旱、低温和高温胁迫耐受性表型,基因表达分析结果表明,转基因拟南芥株系中抗逆相关功能基因的表达量出现了明显上调,这些结果证明VaDREB转录因子在植物抗逆调控过程中起着重要作用。     

高山离子芥CBF/DREB1转录因子基因的分离与表达

以冷胁迫和脱水处理的高山离子芥幼叶为材料,采用RT-PCR技术获得1条新的C重复/脱水应答元件结合因子(CBF/DREB1)基因(CbCBF,登录号AY994127).该基因含651 bp的开放阅读框(ORF),编码216个氨基酸的蛋白质,预测该蛋白具有一个AP2 DAN结合域,一个核定位信号和碳端酸性激活域.多序列比对结果表明,CbCBF蛋白与拟南芥及其他植物CBF具有较高的相似性.Northern杂交结果显示,CbCBF基因不能被冷处理诱导表达,但可被脱水和ABA处理快速诱导;同时发现CbCBF基因也能被紫外辐射和机械刺激诱导表达.表明高山离子芥CbCBF基因可能参与应答多种非生物胁迫过程.     

ABA相关基因抗旱基因工程研究进展

干旱是影响植物生长发育的重要因素之一。ABA在植物生长发育及应对胁迫反应方面发挥着重要的作用。随着分子生物学等相关学科的快速发展,人们对ABA合成及信号通路相关基因的研究取得了长足进展,并进行了转基因抗旱基因工程研究。对ABA相关基因抗旱基因工程研究进展进行了综述。     

转录因子DREB1A基因的克隆与植物表达载体的构建

根据GenBank中已发表的转录因子DREB1A基因的cDNA序列设计并合成了一对引物,通过RT-PCR的方法从低温处理的拟南芥总RNA中扩增出DREB1A基因的全长cDNA片段。将其克隆到pMD18 T-vector中。经测序证明该片段与GenBank上报道的序列具有99.8%的同源性。2个碱基的置换导致了一处氨基酸的差异,但这一氨基酸并不在基因的功能结构域上,推测其不会影响基因功能。以植物表达载体pBch为基础,构建了由组成型启动子35S调控的DREB1A基因的植物表达载体pBDR35S,为利用DREB1A基因改良植物抗逆性奠定了物质基础。     

植物冷驯化的分子机理研究进展

植物冷驯化是一个非常复杂的过程,包括植物将感受到的低温信号转变成生化信号,以激活冷诱导基因的启动子,刺激特定的mRNA的转录,并在特定的组织中合成冷驯化蛋白.冷驯化蛋白通过增强膜脂流动性和阻止胞间冰晶形成等方式,以保护细胞免受低温伤害.冷驯化基因的表达以转录后调控为主,也有转录调控.某些冷诱导基因也可受ABA或其他环境胁迫(如高温、干旱、高盐、脱水等)诱导表达.     

磷脂酶Dδ参与植物的低温驯化过程

对经低温驯化和未经低温驯化的磷脂酶Dδ (PLDδ)基因敲除突变体与野生型植株进行冻害胁迫处理后, 比较2种基因型植株的抗冻性。结果发现, 经低温驯化的PLDδ敲除突变体的抗冻性明显低于野生型, 而未经低温驯化的PLDδ敲除突变体与野生型的抗冻性没有显著差异, 表明PLDδ参与植物的低温驯化过程。对PLDδ的作用途径进行分析, 发现PLDδ在低温驯化过程中不参与抗氧化酶活性的调节, 对脯氨酸和可溶性糖的积累起负调节作用, 但是参与低温信号转导物质ABA诱导抗冻性的过程。     

转录激活因子CBF在植物调节冷驯化中的作用

某些植物经过一段时间的非冻低温作用后,抗冻性增强,这种现象称为冷驯化。CBF转录激活因子在其中起关键性的调节作用。最近,基因组学和代谢组学的研究表明,CBF冷响应途径在植物低温响应中占主导地位。文章介绍相关的研究进展。     

Dynamic Phosphoproteome Profiling of Zebrafish Embryonic Fibroblasts during Cold Acclimation

Temperature affects almost all aspects of the fish life. To cope with low temperature, fish have evolved the ability of cold acclimation for survival. However, intracellular signaling events underlying cold acclimation in fish remain largely unknown. Here, the formation of cold acclimation in zebrafish embryonic fibroblasts (ZF4) is monitored and the phosphorylation events during the process are investigated through a large‐scale quantitative phosphoproteomic approach. In total, 11 474 phosphorylation sites are identified on 4066 proteins and quantified 5772 phosphosites on 2519 proteins. Serine, threonine, and tyrosine (Ser/Thr/Tyr) phosphorylation accounted for 85.5%, 13.3%, and 1.2% of total phosphosites, respectively. Among all phosphosites, 702 phosphosites on 510 proteins show differential regulation during cold acclimation of ZF4 cells. These phosphosites are divided into six clusters according to their dynamic changes during cold exposure. Kinase–substrate prediction reveals that mitogen‐activated protein kinase (MAPK) among the kinase groups is predominantly responsible for phosphorylation of these phosphosites. The differentially regulated phosphoproteins are functionally associated with various cellular processes such as regulation of actin cytoskeleton and MAPK signaling pathway. These data enrich the database of protein phosphorylation sites in zebrafish and provide key clues for the elucidation of intracellular signaling networks during cold acclimation of fish.