水稻NAM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

植物特异性转录因子NAM家族从属于NAC转录因子超家族,在植株生长发育、生理代谢以及应对各种胁迫反应中均发挥重要作用。该研究采用生物信息学方法鉴定水稻基因组中的NAM基因,分析其时空表达模式、亚细胞定位以及蛋白相互作用,并采用实时定量qRT PCR方法分析不同外源激素(如SA、ABA和MeJA)以及非生物胁迫(包括干旱、盐和冷)处理下各NAM基因的表达特征,为进一步探索NAM基因在非生物胁迫中的功能和应激机制以及激素调控途径奠定基础。结果显示：(1)从水稻基因组中共鉴定出48个NAM基因,进化分析将其分为5个亚家族;NAM基因在水稻基因组中存在9对片段复制事件。(2)组织表达分析显示,NAM基因在水稻不同组织及发育时期表现特异性表达,特别是叶鞘、茎和节的生长过程中高表达,且大多数是核定位,并存在多种蛋白互作。(3)实时定量qRT PCR表达分析显示,10个NAM基因在不同组织中均特异表达;大部分NAM基因在盐和干旱胁迫下表达上调,而在冷胁迫下表达降低;SA、ABA和MeJA处理均可显著改变各NAM基因的表达水平。研究表明,NAM基因在水稻生长发育、激素应答和非生物胁迫响应中具有重要作用。     

转录因子MYC2介导植物抗生物胁迫的研究进展

髓细胞组织增生蛋白(Myelocytomatosis proteins,MYC)类转录因子,是植物激素茉莉酸(JA)响应途径中的激活转录因子,广泛存在于动植物中,MYC2转录因子属于bHLH类转录因子家族,含有bHLH保守结构域,是当前MYC类转录因子中研究最透彻的一个。随着对植物抗生物逆境不断深入研究,对MYC2的研究亦逐渐清晰。本文综述了转录因子MYC2通过与下游靶基因形成一个层级转录级联,放大转录输出,参与调控植物抗生物逆境,着重阐述了水稻OsMYC2转录因子在抗生物逆境中的作用;茉莉酸ZIM结构域蛋白(Jasmonate ZIM-domain,JAZ)作为JA信号的转录抑制因子,抑制MYC2的活性并参与介导JA信号途径,为MYC2功能机制研究提供了参考,并对今后的研究热点与方向进行了展望。     

2021-01期目录

为研究团头鲂(Megalobrama amblycephala) 5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)羟基化酶TET1(Ten eleven translocation 1)基因的功能及其表达特性, 采用整胚原位杂交、qRT-PCR技术进行了胚胎、组织表达分析及其在急性低氧胁迫下的基因响应研究。序列分析结果表明, 团头鲂TET1基因全长为5526 bp, 编码1841个氨基酸。qRT-PCR结果表明, 团头鲂TET1广泛表达于各个组织中, 并在脑组织中高度表达。在胚胎发育过程中, TET1基因从受精卵开始就有表达, 并在受精后20—44h (20—44 hpf)都维持在一个较高水平。原位杂交结果表明, TET1基因在12 hpf信号相对微弱, 在24和36 hpf信号逐渐增强, 并且都集中在头部表达。通过qRT-PCR检测急性缺氧处理TET1的表达量, 结果表明, TET1基因在鳃和脾等组织中表达显著升高(P<0.01), 在脑、皮肤、眼和肾脏中表达显著降低(P<0.01)。在胚胎中, TET1基因相对表达量明显高于对照组, 尤其在24 hpf低氧处理组的表达量显著地高于对照组(P<0.001)。结果表明TET1基因在低氧应答反应中发挥着重要的作用。该研究结果为TET1基因在低氧响应及功能的保守与分化方面提供了新的视角。     

模拟干旱胁迫处理下北柴胡种苗MYC2基因的调控研究

该研究以北柴胡一年生种苗为材料,使用质量分数为10%、20%的PEG6000营养液进行模拟干旱胁迫实验,检测北柴胡根内源信号物质OPR、JA含量,转录因子BcMYC2和柴胡皂苷生物合成途径中4个关键酶基因HMGR、IPPI、FPS、β AS表达量,以及柴胡皂苷a、d含量,探究模拟干旱胁迫下茉莉酸信号通路调控BcMYC2进而影响柴胡皂苷生物合成的机制。结果表明：(1) PEG6000模拟干旱胁迫处理北柴胡种苗后,20% PEG6000处理组根内OPR含量在2 h时出现峰值,10% PEG6000处理组的根内OPR含量在6 h时出现峰值;两个胁迫组内源JA含量均在2 h时出现峰值。(2)两个胁迫处理组北柴胡根内BcMYC2相对表达量均在2 h处出现峰值,之后的2~4 h时间段内大幅度下降,且20% PEG6000处理组的BcMYC2相对表达量高于10% PEG6000处理组;其余4个柴胡皂苷生物合成途径关键酶基因HMGR、IPPI、FPS、β AS的相对表达量均在4 h时出现峰值,晚于BcMYC2相对表达量出现峰值的时间。(3)经模拟干旱胁迫处理后,北柴胡根内的柴胡皂苷含量在36 d内逐渐上升;在处理36 d时,20% PEG6000处理组的柴胡皂苷含量略高于10% PEG6000处理组,且两处理组均显著高于对照组。研究发现,经PEG6000模拟干旱处理后,北柴胡根内信号物质OPR及JA含量提高,促进BcMYC2的表达,进而提高柴胡皂苷生物合成途径中的关键酶基因的表达,最终显著提高了根内柴胡皂苷的含量。     

镉胁迫对吊兰及银边吊兰生长及镉富集特性的影响

选择吊兰和银边吊兰为试验材料,采用水培法研究其在不同Cd²⁺处理浓度(0、20、80、200 μmol·L^-1)下生长及生理特性的变化。结果表明: 20 μmol·L^-1镉对两种吊兰的影响较小,单叶面积、总叶面积、叶绿素(Chl)a含量、总叶绿素[Chl (a+b)]含量、类胡萝卜素含量、Chl a/Chl b值、胞间二氧化碳浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)与对照(CK)基本无显著差异;80 μmol·L^-1镉胁迫下两种吊兰叶片初始荧光(F_o)和非光化学淬灭系数(NPQ)升至最高水平;200 μmol·L^-1镉胁迫下,两种吊兰生物量、叶绿素含量、最大净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、最大光化学量子产量(F_v/F_m)、实际光化学量子产量Y_(II)、转移系数(TF)以及各部分生物量均降至最低水平,而两种吊兰的过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及过氧化氢酶(CAT)活性和银边吊兰的丙二醛(MDA)含量均有不同程度的增加。随着镉处理浓度的增加,两种吊兰各器官Cd含量持续升高,且主要富集在根部;吊兰各器官Cd含量及富集系数(BCF)在胁迫处理下均高于银边吊兰。研究表明,两种吊兰对镉具有一定的耐性,其中吊兰对Cd的耐受能力强于银边吊兰,可考虑作为绿化植物用于修复镉污染水体或土壤。     

既主内政, 又辖外交——以PHR为中心的基因网络调控植物-菌根真菌的共生

磷是植物生长发育必需的大量矿质营养元素, 但自然界大部分土壤都存在严重缺磷的问题。为了适应这一营养逆境, 植物演化出一系列低磷胁迫应答反应。通过改变基因的转录水平调控低磷胁迫应答反应, 而转录因子PHR1在调控植物对低磷胁迫的转录响应中起关键作用。此外, 大部分陆生植物还能与丛枝菌根真菌建立共生关系, 通过丛枝菌根真菌更有效地从土壤中获取磷元素。最近, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究组发现, 以PHR为中心的转录调控网络控制植物-丛枝菌根真菌共生的建立。因此, PHR不但在维持植物细胞自身的磷稳态中发挥作用, 而且参与植物与外界微生物的相互作用, 为植物有效地从环境中获得磷元素提供了另外一条途径。     

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。     

甘草叶片形态结构和光合作用对干旱胁迫的响应

叶片结构在植物防御生物和非生物胁迫方面起着重要的作用,可通过合成、储存和分泌次生代谢产物提高植物抗性。以甘草幼苗为试材,采用盆栽控水自然干旱法,探讨叶片光合作用、气孔微形态和腺体形态对干旱胁迫的响应。结果表明:①随着干旱胁迫程度的加剧,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈先升高后降低的趋势;其中胞间CO2浓度(Ci)在重度干旱胁迫(severe stress,SS)时迅速增高。②随着干旱胁迫程度的加剧,叶片总气孔密度和气孔开张比呈先增大后减小的趋势;而气孔开张宽度呈逐渐减小的趋势。③随着干旱胁迫程度的加剧,叶片上表皮和下表皮腺体密度总数整体上呈增大的趋势,腺体颜色随着干旱胁迫程度的加剧逐渐加深,形状出现不规则褶皱和内陷。总之,甘草叶片表面的腺体特征参与抗旱逆境调节,从而避免干旱胁迫对甘草植株的伤害;在SS下,胁迫程度加速了气孔细胞的程序性死亡(PCD),甘草幼苗失去抗旱能力。     

微生境对耐旱石生毛尖紫萼藓水分保持与散失特性的影响

毛尖紫萼藓(Grimmia pilifera)是典型石生耐旱藓类,水分是其生存繁衍的关键影响因素。为探究微生境对毛尖紫萼藓水分生理的影响,在安徽省大龙山国家森林公园低山丘陵区选择3种典型微生境(竹林遮蔽S-1,向阳裸岩E,薜荔灌丛遮蔽S-2),对比研究毛尖紫萼藓个体大小、饱和含水量及脱水过程中的含水量指标在不同微生境间的差异性,综合判断微生境对苔藓水分胁迫耐受性的影响及其权衡特征。结果表明:3种微生境毛尖紫萼藓个体大小及饱和含水量差异显著,其中竹林遮蔽生境毛尖紫萼藓具有较小的个体但拥有较高的内、外含水量。向阳裸岩和薜荔灌丛遮蔽生境植株大小及外吸水量接近,但前者内含水量更高。两荫蔽生境苔藓外吸水量是内吸水量的7倍,显著高于向阳裸岩生境的5.8倍。脱水过程中相同时间点向阳裸岩生境苔藓各含水量指标均高于两遮蔽生境,且达到相同含水量的时间差也随脱水进程持续而逐渐增大,这为向阳裸岩生境苔藓的有效光合作用(即相对含水量不低于35%时)及脱水后期的生理和结构调整赢得更多时间。综合而言,向阳裸岩生境毛尖紫萼藓比荫蔽生境具有更强的脱水耐受性,但后者可以通过增加外部吸水量来弥补失水过快的缺陷,这可能是不同微生境毛尖紫萼藓对水分吸收和保持的权衡策略。     

一氧化氮参与盐胁迫下长春花酚类代谢的调控研究

为研究外源一氧化氮(NO)调控盐胁迫下长春花中酚类化合物的响应,采用液相色谱—质谱联用(LCMS)技术靶向分析梯度浓度硝普纳(SNP)处理对盐胁迫下长春花幼苗根、茎、花、叶4个部位中酚类化合物组分及含量水平的变化。结果共鉴定出L-苯丙氨酸和18种酚类物质,C6C1类5种、C6C3类5种、C6C3C6类8种,其中原儿茶酸、绿原酸、槲皮素在长春花根、茎、花、叶4个部位中均存在;不同浓度SNP处理后长春花不同部位酚类化合物响应积累明显不同,其中C6C1和C6C3小分子酚酸类化合物主要积累在根和茎中,C3C6C3类主要富集在花和叶中;L-苯丙氨酸在茎、叶中相对含量较高,盐胁迫下茎中含量显著升高,且随外源NO浓度增大呈下降趋势。外源NO影响盐胁迫下植物器官中酚类化合物的积累和变化,其中根和茎响应敏感,从种类和相对含量的角度,茎和叶更适合检测酚类化合物。