非损伤离子流检测技术在作物逆境研究中的应用

非损伤性微测技术已成为研究植物细胞和组织对各种非生物逆境适应性反应的普遍手段,该技术具有非损伤性、高时间分辨率和空间分辨率等特点,能够保持被测样品的完整性,在相对真实的生理环境状态下,测得进出样品细胞膜的离子浓度、流速和运动方向等参数.过去近30年间,很多研究通过微电极离子流技术(microelectrode ion flux estimation,MIFE)或者类似的非损伤性微测技术阐释了离子跨膜转运过程对植物应对生物逆境胁迫(盐害、涝害、冷害、干旱、热害等)的响应机理,在生命科学领域做出了重要贡献.本文以MIFE技术为例,较为详细地阐述了其工作原理以及该技术与其他技术的结合在作物逆境应答中的信号转导研究进展.     

DREB转录因子研究进展

DREB转录因子即干旱应答元件结合蛋白质,它能特异结合启动子中含有 DRE/CRT 顺式元件,激活许多逆境诱导基因的表达,增强植物对逆境的忍耐力。介绍DREB转录因子与DRE顺式作用元件的关系,DREB 转录因子与 DRE 元件的结合特异性,DREB 的结构特点和功能,DREB 转录因子的表达调控,DREB 转录因子的克隆及鉴定等方面的研究进展,简述 DREB 转录因子对调控逆境诱导基因的表达具有非常重要的作用,在提高植物综合抗逆性方面将有巨大的应用前景。同时,指出 DREB 转录因子在信号转导、作用机理及基因表达等方面的复杂性。      

DNA甲基化介导的植物逆境应答和胁迫记忆

DNA甲基化是表观遗传修饰的重要形式,它不仅对植物生长发育具有重要的调控作用,而且参与了植物对各种逆境胁迫的应答过程。逆境通过改变植物DNA基化水平和模式对胁迫应答基因网络进行调控,从而增强当代或后代对逆境的适应性。本文主要对DNA甲基化介导的生物和非生物逆境应答及植物胁迫记忆的最新研究进展进行综述,同时对该领域研究中存在的问题和未来研究的方向进行讨论与展望。     

植物脂氧合酶蛋白特性及其在果实成熟衰老和逆境胁迫中的作用

脂氧合酶（lipoxygenase,LOx）作为植物脂肪酸氧化途径的关键酶,是多基因家族,在植物生长发育中起重要作用。本文综述了脂氧合酶的蛋白结构特征、催化反应的位置特异性、分类及其代谢途径,重点介绍了LOX代谢途径中的氢过氧化物裂解酶（hydropemxide lyase,HPL）支路和丙二烯氧化物合酶（allene oxide synthase,AOS）支路,最后阐述了LOxs在植物成熟衰老和逆境胁迫中的作用,为通过基因工程手段改善果实品质以及提高植物抗逆性提供了一定的理论依据。     

低温弱光下外源褪黑素对黄瓜幼苗生长及抗氧化系统的影响

以黄瓜品种‘津优4号’为材料,利用人工气候箱进行低温弱光处理(昼/夜,18℃/10℃),研究外源褪黑素(MT)对低温胁迫下黄瓜幼苗生长和抗氧化系统等生理指标的影响。结果显示:低温弱光下,与对照相比,外源褪黑素处理显著提高了黄瓜幼苗株高、茎粗、植株鲜重和干重,叶绿素和根系活力分别显著提高了13.3%和18.8%,抗氧化物质GSH及ASA的含量分别显著增加了39.3%和24.7%,保护酶SOD、POD、CAT、APX活性均显著升高;同时,外源褪黑素处理还显著提高了黄瓜叶片质膜及液泡膜H+-ATP酶的活性,从而使黄瓜幼苗叶片MDA含量和电解质渗漏率分别显著降低了28.7%和29.7%。研究表明,低温弱光下外源褪黑素可通过提高黄瓜幼苗保护酶活性、抗氧化物质的含量、细胞膜ATP酶活性等来降低质膜过氧化水平,保持细胞膜的完整性和功能,从而增强黄瓜幼苗对低温弱光的适应性,维持其正常生长,并以200μmol·L-1褪黑素处理效果较好。     

植物角质层对非生物逆境胁迫响应研究进展

角质层,包括角质和蜡质,是主要由脂肪酸及其衍生物构成的覆盖在植物的外表面的高度疏水层,在植物生长发育过程中起到非常重要的保护屏障作用。除了在极端温度、干旱、高盐等多种非生物逆境胁迫下起到保护作用外,还能够保护植物内部组织免受细菌、真菌病原体的侵染。现就植物角质层的组成、合成途径以及与植物抗逆性,特别是与抗旱能力的关系方面的最新研究进展进行了综述。     

多年生黑麦草的逆境生理研究进展

在研究和借鉴国内外最新研究成果的基础上,系统论述和报道了多年生黑麦草在水分、温度以及重金属等逆境胁迫下的生理变化,展望了多年生黑麦草在逆境生理方面的研究趋势,指出多年生黑麦草的抗性机理以及相关分子生物学方面的研究将成为未来研究的重点和热点,为今后深入开展多年生黑麦草的研究和利用提供科学依据。     

干旱胁迫下表观遗传机制对转C4型PEPC基因水稻种子萌发的影响

为探究干旱胁迫下表观遗传机制对高表达玉米(Zea mays) C₄型PEPC转基因水稻(Oryza sativa)种子萌发的影响, 以转C₄型PEPC水稻(PC)和野生型水稻Kitaake (WT)为试材, 采用10% (m/v)聚乙二醇6000 (PEG6000)模拟干旱条件, 通过单独和联合施用PEG6000、DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5azaC)和可变剪接抑制剂大环内酯类(PB)进行种子发芽实验, 测定种子活力、萌发过程中可溶性糖和可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性以及PEPC、糖信号相关基因和部分剪接因子基因的表达。结果表明, 0.25 µmol·L^-1PB处理对2种供试水稻在干旱条件下种子萌发均表现出显著抑制作用, 使干旱条件下种子萌发过程中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及可溶性蛋白含量均有所下降, PB也抑制糖信号-蔗糖非发酵1 (SNF1)相关蛋白激酶(SnRKs)家族和剪接因子丝氨酸/精氨酸富集蛋白家族(SR proteins)相关基因的表达以及α-淀粉酶的活性, 但对PC的抑制作用小于WT。5 µmol·L^-15azaC处理对干旱条件下种子萌发的效果与可变剪接抑制剂相反。5 µmol·L ^-1 5azaC联合PEG6000干旱处理部分减缓了干旱对水稻种子发芽率的抑制作用, 使供试材料发芽率升高, 表明DNA甲基化和可变剪接机制参与了水稻芽期干旱耐性, 其中对PC的作用更大。     

百子莲脱水素基因ApY2SK2逆境应答模式及启动子调控功能研究

在百子莲胚性细胞中筛选到对超低温保存复合逆境具有积极响应的保护类蛋白脱水素(ApY_2SK_2),为探明ApY_2SK_2基因在复合逆境中的应答模式,该研究采用染色体步移技术克隆并分析了ApY_2SK_2编码基因上游1 200 bp的启动子序列。结果表明:(1)序列分析显示,该启动子含有多个与逆境和激素诱导相关的顺式调控元件;实时荧光定量PCR结果表明,ApY_2SK_2基因的表达具有组织特异性,在百子莲的叶和果中表达量较高,且在多种胁迫处理与ABA激素诱导下,其表达量显著升高。(2)成功构建了5个ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因的融合表达载体,经农杆菌转化、抗性筛选和PCR检测鉴定,获得T_3代纯和转基因拟南芥株系。(3) GUS组织化学染色结果显示,GUS基因在拟南芥幼苗全株、成年苗的叶、花和成熟果实中表达活性较强,但在未成熟果实中无明显表达;烟草瞬时表达结果显示,与对照组相比,在脱水胁迫和ABA处理下的ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因表达具有显著差异。(4)转基因拟南芥GUS活性测定结果显示,ApY_2SK_2启动子MBS元件和ABRE元件可响应干旱与渗透胁迫信号;ApY_2SK_2启动子LTR元件参与低温响应;ApY_2SK_2启动子-1 199～-262 bp区域包含多个串联的ABRE顺式调控元件(-373～-211 bp)对响应ABA信号具有主要调控作用。该研究结果揭示了ApY_2SK_2启动子的组织特异性,且启动子上的关键顺式调控元件对不同的胁迫和激素信号响应具有决定性调控作用。     

拟南芥AtCAO和AtHEMA1基因共表达载体的构建及转烟草研究

增加作物的叶绿素含量,尤其是叶绿素b的含量,是增强作物耐弱光性的可能途径.将拟南芥叶绿素合成的关键酶——谷氨酰tRNA还原酶(glutamyl-tRNA reductase,HEMAl)的基因和促进叶绿素b合成的关键酶——叶绿素酸酯a加氧酶(chlorophyllide a oxygenase,CAO)的基因,构建于同一个植物双元表达载体,经农杆菌介导整合进烟草基因组.结果显示,弱光下转基因烟草比野生烟草的叶绿素总量增加不显著,但叶绿素b含量增加16％～17％、叶绿素a/b比值降低9％ ～12％、光合作用增强42％ ～65％,均达到显著水平,而且生长发育比野生烟草快.为今后改良作物的耐弱光性奠定了基础.