寒地水稻孕穗期低温胁迫响应的转录组分析

水稻是世界重要的口粮作物,其整个生育周期都会受到低温冷害的威胁。为探究寒地水稻孕穗期低温胁迫应答基因的发掘及其低温应答调控机制,本研究对孕穗期低温下寒地水稻孕穗期耐冷品种龙粳25(LG25)和不耐冷品种龙粳11(LG11)的幼穗颖花展开转录组测序分析。结果表明,龙粳11中共筛选得到11 269个差异表达基因(DEGs),龙粳25中仅有1 148个DEGs。GO富集分析表明,龙粳11中差异基因多显著富集在光合作用相关的GO条目中,龙粳25多富集在低温、热响应及花粉发育相关的GO条目中。低温胁迫下,二者共同显著富集到低温响应及花粉发育GO条目。KEGG富集分析表明,龙粳11中差异基因多显著富集在光合有机物中的碳固定、光合作用等KEGG通路中,龙粳25多显著富集在淀粉蔗糖代谢、氨基糖和核糖代谢等KEGG通路中。

油菜素内酯与其他植物激素互作调控植物生长发育及胁迫响应的研究进展

植物生长发育受多种植物激素综合调控。其中,油菜素甾醇(Brassinosteroids, BRs)作为重要的固醇类植物激素,与其他植物激素通过互作网络调控种子萌发、根生长发育、光形态建成及果实成熟等生理过程。该文综述了近年来油菜素内酯(Brassinolide,BR)与其他植物激素共同精细调控植物生长发育及胁迫响应的研究进展,为深入开展BR生物学功能研究提供重要参考。

小球藻(Chlorella vulgaris)对泰乐菌素的胁迫响应与耐受性

抗生素是一类典型的新兴污染物,对水生生物有较高的生态风险。微藻作为自然水体的初级生产者,极易受到环境变化尤其是污染物暴露的影响。但是目前关于微藻对泰乐菌素(tylosin, TYN)胁迫的响应研究还十分有限。本研究选用模式藻种小球藻(Chlorella vulgaris)为试验材料,从细胞生长、生理、代谢、基因表达等层面研究TYN处理下微藻的胁迫耐受性。结果表明,TYN对C.vulgaris的生长呈典型的hormesis效应:即低质量浓度(≤0.5 mg·L^(-1))促进藻的生长;随着TYN处理浓度的升高,其对C.vulgaris生长的抑制作用越明显,并导致细胞形态改变、质壁分离、类囊体降解等不同程度的氧化损伤。转录组测序发现,高质量浓度TYN处理8 d后,C.vulgaris中光合作用、核糖体生物合成、抗氧化等相关的基因表达水平显著下调,进一步表明高质量浓度TYN对微藻细胞有抑制效应。值得注意的是,C.vulgaris可通过增加胞外多糖和蛋白质含量提高TYN与胞外聚合物中-OH、-COOH、-NH等官能团的结合水平,以应对高质量浓度TYN对细胞的胁迫效应。研究系统揭示了C.vulgaris对TYN的胁迫响应与耐受性,相关结果可以为抗生素的水体生态风险评估提供参考依据。

泛素化修饰及其调控果实胁迫响应的研究进展

简要介绍泛素化修饰在果实抵御外界逆境胁迫中的重要调控作用,总结泛素化修饰体系,特别是能特异性识别靶蛋白的E3泛素连接酶和具有蛋白酶水解活性的26S蛋白酶体的组成及该体系对靶蛋白的修饰过程。在此基础上,重点阐述以E3泛素连接酶为核心的泛素化修饰在果实应对包括干旱、盐、寒冷、重金属和衰老在内的非生物胁迫,以及病原菌侵染等生物胁迫中的调控作用及其可能的机制。最后指出目前果实中泛素化修饰研究中仍然存在包括泛素化基因和酶功能的鉴定不足、泛素化修饰存在时空调控与去泛素化现象、泛素化修饰位点鉴定手段的缺乏等问题,并提出解决这些问题的技术与方法,以期为深入解析泛素化修饰在果实品质形成和保持中的作用及其机制提供参考。

白菜型油菜BrBBX家族的鉴定与BrBBX46和BrBBX53基因的胁迫响应分析

BBX是一类重要的锌指蛋白转录因子家族,包含1~2个高度保守位于蛋白质序列N端的BBX结构域,在调控植物的生长发育和响应环境胁迫中发挥着重要作用。利用生物信息学分析手段,在白菜型油菜中鉴定出59个Br BBX家族成员,对它们的染色体定位、基因结构、蛋白保守结构域,以及BrBBX46和BrBBX53基因的启动子进行了分析,并用qRT-PCR技术鉴定了BrBBX46和BrBBX53基因在模拟干旱和盐胁迫下的表达水平。结果显示,59个BrBBXs不均匀地分布于白菜型油菜基因组的10条染色体。通过对系统进化、基因结构、蛋白保守结构域的分析,59个BrBBXs被分为5个亚族,每个亚族的基因结构、蛋白结构域和保守基序均相对保守,同一亚族的成员具有相似的基因结构和保守结构域。对启动子的分析结果显示,BrBBX46和BrBBX53基因的启动子中均含有大量的胁迫相关响应元件,尤其是干旱胁迫响应元件,二者均有14个;在40%PEG和120mmol/L NaCl处理下,二者的表达水平均显著上升,说明BrBBX46和BrBBX53基因能够响应干旱和盐胁迫的诱导,可能在干旱和盐胁迫下发挥着重要功能。以上结果为进一步了解和利用BrBBX家族成员改良白菜型油菜耐旱耐盐新品种提供了良好的基因资源。

植物内吞体分选转运复合物(ESCRT)调控逆境胁迫响应的研究进展

逆境胁迫是导致全球农作物产量下降的主要原因之一。当植物受到胁迫时,细胞内蛋白质运输途径需要迅速调整,以确保与应激反应相关的货物分子能通过内膜系统被正确递送到效应位点。真核生物的内膜系统由多种细胞器构成,这些细胞器在有序调控下被准确而高效地生成,参与细胞内物质运输。内吞体分选转运复合物(ESCRT)参与调控液泡前体/多囊泡体的生物学发生过程,并促使了泛素化蛋白从内吞体到液泡的运输过程。本研究重点概述了ESCRT在植物逆境胁迫响应方面的最新研究成果,包括ESCRT的基本组成和功能,以及ESCRT在植物非生物胁迫(干旱、盐胁迫)和先天免疫中的调控作用。探究ESCRT如何特异性识别并调控逆境胁迫响应蛋白,将有助于构建更为精准的ESCRT介导逆境响应的分子调控网络。图2表1参70.

XTH家族基因在植物生长发育及胁迫响应中的研究进展

木葡聚糖内转糖基酶/水解酶(xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase, XTH)是参与植物细胞壁的重塑的关键酶之一,可以切割和重新连接木葡聚糖。许多物种中都已经鉴定出了XTH基因家族,发现其广泛参与植物生命周期各种生命活动的调节。因此,研究XTH基因家族对理解植物的生长发育有着重要的意义。在这里,我们综述了XTH家族基因在植物生长发育中的作用,主要包括参与植物根、茎、叶的生长,花器官的开放与脱落,果实的成熟与软化等;还讨论了XTHs在非生物胁迫和生物胁迫响应中的作用,为深入研究XTHs的功能和作用机制提供参考。

微藻盐胁迫响应分子机制研究进展

微藻是地球上光合微生物的原始种类之一,由于其生长周期较短、生长速率较快和生产高附加值产物的潜力而被广泛开发利用。然而,在微藻放大生产的过程中极易受到高盐等非生物胁迫的不利影响,极大地限制了微藻的生产力。因此,了解微藻盐胁迫响应的分子机制将有助于耐盐藻株的快速建立。本文总结了真核微藻和原核蓝藻响应盐胁迫的各种参与蛋白及其具体作用机制,包括转运蛋白维持离子稳态、积累渗透调节物质、抗氧化防御机制、信号蛋白和脂质积累等;同时综述了已被开发利用的天然耐盐藻包括杜氏盐藻(Dunaliella salina)、盐生隐杆藻(Aphanothece halophytica)、皮克绿球藻(Picochlorum sp.)和海洋绿藻(Chlamydomonas W80)等微藻及其耐盐基因的研究进展;最后讨论了典型盐响应基因在优良藻种选育中的价值与应用前景。

凡纳滨对虾环境胁迫响应信号通路研究进展

水生动物生活于不断变化的水体环境之中,并时刻受其影响。凡纳滨对虾为具有开放式血淋巴管系统的变温动物,这些生理特征,决定了相较于鱼类等水生脊椎动物,水体环境变化对其生理状态更容易产生负面影响,造成环境胁迫。一般而言,凡纳滨对虾可以通过主动逃避、物理屏障、神经内分泌调节及胁迫信号通路调控等多种措施,从不同的层次对环境胁迫做出反应。近年来,随着分子生物学,尤其是各种组学技术的发展,关于凡纳滨对虾环境胁迫响应信号通路的研究取得了较大的进展。凡纳滨对虾内质网应激响应、氧化应激响应等过程的分子机制均已得到了初步的揭示。该文将重点介绍近年来关于凡纳滨对虾中若干重要环境胁迫响应信号通路的研究所取得的进展,并就该方面存在的不足与未来方向进行初步的谈论。

WRKY转录因子家族调控植物逆境胁迫响应

WRKY转录因子是一组含有保守的WRKYGQK结构域的蛋白质家族,广泛参与植物的营养体生长、器官发育、物质代谢和对各种生物、非生物胁迫的响应过程。目前,对WRKY家族转录因子的研究主要集中在不同物种中WRKYs对逆境胁迫响应的信号转导机制的解释。以近年来发表的关于WRKYs的研究成果为基础,综述了WRKY家族成员的不同功能,讨论了WRKYs的不同成员在植物正常生长发育的重要作用。模式植物之外其他的植物物种中WRKY家族成员的作用报道相对较少,且缺少全面的研究和分析;WRKYs参与的很多信号通路还没有完全清晰,这些问题有待深入研究。

植物microRNA对重金属胁迫响应的调控

镉是重要的重金属污染物,它严重影响植物生长,并危害人体健康.植物的重金属耐受机理很复杂,需从多个角度阐述.但参与重金属应答的调节性基因研究较少,重金属响应调控网络并不清楚.

鸭绿江口及邻近海域生物群落的胁迫响应

利用ABC曲线法结合粒径谱理论对鸭绿江口近岸海域的生物群落特征、优势种演替、多样性水平、稳定性状况等进行了分析,并尝试构建了鸭绿江口近岸海域生物群落稳定性的评估模型。研究结果表明,鸭绿江口滨海湿地生物群落结构相对简单,优势种演替明显,受外界干扰较大。春、夏季浮游植物以r-对策者为主,群落数量偏离平衡点;秋季以r-对策者为主的微小型浮游植物逐渐被中大型k-对策者演替,群落完成反馈调节,恢复到平衡点。浮游动物由于较高的能量供应其幼体全年一直处于较高优势水平,但生态效率转换相对较慢。潮间带底栖生物群落结构相对简单,优势种演替明显,系统具有低多样性低密度的特点,群落在夏季受外界扰动较大。游泳生物群落主要以小型个体为主,已处于极不稳定状态。构建的群落稳定性评估模型测算结果与上述结论基本一致,这也验证了该评估模型具有一定的有效性与实用性。综合以上分析结果,说明鸭绿江口近岸海域生物群落稳定性较差,受外界干扰比较严重。

地黄连作胁迫响应机制的块根蛋白质组学分析

地黄种植过程中存在严重的连作障碍问题,连作导致块根无法正常膨大、产量品质下降、土传病害严重等。本研究以正、重茬地黄块根为试验材料,通过差异蛋白质组学技术分析连作下地黄块根蛋白质表达谱变化,并进一步采用q RT-PCR技术对锁定的差异蛋白质表达量变化进行验证分析。研究结果发现,连作导致与块根重要生理代谢过程和主要成分合成相关的蛋白质都下调表达,与蛋白质折叠相关的伴侣素(chaperonin)在重茬地黄块根中全部下调表达;连作下与胁迫响应、抵御相关的蛋白质(如pathogenesis-related protein 10,cytochrome P450,Type IIIa membrane protein cp-wap13等)均上调表达。q RT-PCR定量分析证实重茬地黄块根中PR-10基因表达量显著高于正茬地黄;PR-10基因在尖孢镰刀菌病原菌侵染下能够明显被诱导表达,表达量随着侵染时间的增加而逐渐升高,验证了差异蛋白质组学分析的结果。可见连作胁迫对地黄块根蛋白质表达谱有显著影响,导致蛋白质表达紊乱,连作植株生理代谢过程异常,碳水化合物和能量代谢缓慢,产生连作障碍效应。

干旱对水稻生物钟基因和干旱胁迫响应基因每日节律性变化的影响

内源生物钟的节律运动不仅调控植物的生长发育,而且在调控植物响应和适应环境过程中发挥重要的作用。为了解水稻(Oryza sativa L.)干旱胁迫响应基因和生物钟基因在干旱条件下每日表达变化情况,本文利用实时荧光定量PCR方法研究旱稻品种IRAT109在干旱胁迫下相关基因的表达变化。结果表明,干旱胁迫导致早晨生物钟基因OsPRRs、OsLHY和OsZTL1的表达量显著下降,振幅减弱;同时导致夜晚生物钟基因OsTOC1、OsGI和OsELF3整体表达量升高,振幅增强,但对OsFKF1基因影响不大。同样,大部分水稻干旱胁迫响应基因在干旱胁迫后整体表达量显著升高,但OsDST基因表达量下降;同时大部分抗逆基因周期性表达被扰乱,但OsCIPK12、OsCDPK7和OsDREB1A依然保持24 h内震荡。本研究结果表明干旱胁迫能影响生物钟元件的基因表达,这种互相影响改变了部分基因每日的震荡变化。

H_2O_2-NOX系统:一种植物体内重要的发育调控与胁迫响应机制

以H2O2为中心的活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生是动植物发育与响应外界生物与非生物胁迫的普遍特征,其在生理和分子2个水平上调控植物的发育和对外界胁迫的响应,并与一系列信号转导过程相关联。作为关键的ROS产生酶,质膜NADPH氧化酶(plasma membrane NADPH oxidase,PM-NOX)在植物应对各种生物和非生物胁迫中具有重要作用,被广泛认为是胁迫条件下植物细胞ROS产生并积累的主要来源。该文简要综述了近年来人们在植物细胞ROS产生、清除、生理功能以及PM-NOX酶的结构特征与功能等方面的研究进展,并认为H2O2-NOX系统是一种植物体内普遍存在的重要发育调控与胁迫响应机制。

GRF转录因子对植物生长发育及胁迫响应调控的分子机制

生长调控因子(GRFs)是一类植物特有的转录因子家族。GRFs信号通路介导植物种子发育、根系生长、花的发育等很多重要的生命过程。尽管GRFs的上游基因已被发现,但是其下游靶基因的研究仍鲜见报道。本文对近年来有关GRFs的结构特征、生物学功能及调控机制等方面进行了综述,并结合当前研究现状展望了GRFs未来的研究方向,以期为该领域的相关研究提供参考。

植物铝胁迫响应基因的研究进展

铝毒是酸性土壤中植物生长和作物生产的主要限制因子。近年来的很多研究应用差异显示PCR、抑制差减cDNA文库和DNA微正列等技术,在一些铝耐受型和敏感型植物中鉴定了很多铝胁迫响应基因。本研究通过参阅国内外有关报道和结合本实验室的研究成果,从铝诱导的通道蛋白、代谢相关、胁迫和细胞死亡以及信号转导相关基因4个方面的研究进展进行了综述。

植物盐胁迫响应基因表达的器官组织特异性

盐胁迫下植物的质子泵等基因的表达有器官组织差异性 ,因此在利用基因工程提高作物的抗盐性时 ,要使相关基因在合适的部位表达才有可能培育出抗盐作物。

植物对PAHs胁迫响应及植物修复研究进展

探讨国内外关于植物吸收多环芳烃(PAHs)的途径、PAHs胁迫对植物生长的影响、植物对PAHs胁迫的生理响应,以及PAHs污染的植物修复等方面的研究进展.分析认为,目前的研究缺乏植物对PAHs胁迫响应的生物化学、分子机制的新途径,且现有的植物修复方法存在生物量较低、针对性不强、效率不高等缺点.最后,进一步展望值得探究的相关技术和问题.

甘蓝型油菜湿害胁迫响应性状的全基因组关联分析及候选基因预测

湿害严重影响油菜的产量和品质,前人在耐湿机制和生理响应等方面已经做了许多研究,但涉及油菜耐湿相关基因的研究相对较少。本研究以248份甘蓝型油菜品种(系)为材料,进行湿害胁迫处理,调查了8个湿害响应的相关性状,基于60K Illumina Infinium SNP芯片基因型数据对各性状耐湿系数进行了全基因组关联分析和湿害响应候选基因预测。结果显示,湿害胁迫较正常灌溉油菜幼苗绿叶数减少,地上部干重和鲜重以及叶片可溶性蛋白含量降低,叶片POD酶活性和MDA含量略有升高。地下部干重和鲜重在多数材料中降低,而在有些材料中升高,变化幅度均较小。经全基因组关联分析共检测到与耐湿系数显著关联的SNP标记36个,可解释表型变异8.28%~12.95%,其中17个所关联的耐湿系数在基因型间具有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)差异,其所在的Blocks共覆盖了71个候选基因,包括Blast到同源拟南芥基因64个,主要编码转录因子(如Transcription initiation factor IIF、bZIP68、myb-like HTH transcriptional regulator family protein)、转运蛋白(如SUC2)、生长抑制子(如ING2)、蛋白磷酸酶(如Protein phosphatase 2C family protein)、DNA/RNA结合蛋白[如bHLH DNA-binding superfamily protein、RNA-binding(RRM/RBD/RNP motifs)family protein]、激素响应蛋白(如ARF8、ADC2、ERD6、NF-YC9)以及氧化胁迫、渗透胁迫、盐胁迫或水分剥夺响应蛋白(如ERD6、NP1、TIR-NBS-LRR、CRT1b)等。本研究可为揭示甘蓝型油菜耐湿机理和培育耐湿新品种奠定基础。