植物长链非编码RNA调控发育与胁迫应答的研究进展

长链非编码RNAs(long non-coding RNAs,lncRNAs)是一类长度大于200个核苷酸、缺乏明显开放阅读框、很少或者不具有蛋白编码潜能的内源性RNA。鉴于lncRNAs低表达和低保守性的特点,早期阶段认为其是转录副产物,在生物体内不发挥生物学功能。随着对非编码RNA的深入研究,lncRNAs被认为是一种调控其他类型RNA的重要基因组分,参与发育和胁迫应答生物学过程。本文主要阐述lncRNAs的来源及分类、作用机制、lncRNAs在植物发育和胁迫应答方面的生物学功能,为lncRNAs在作物生产育种中的应用研究提供参考。

金针菇Ⅱ类过氧化物酶基因在子实体发育与胁迫应答过程的表达特征

Ⅱ类过氧化物酶(ClassⅡperoxidase,CⅡp)是活性氧代谢的重要抗氧化物酶,参与机体氧化应答过程。基于金针菇全基因组数据鉴定到两个Ⅱ类过氧化物酶基因,并分别命名为FfCⅡp1、FfCⅡp2,采用在线网站软件对基因进行生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR技术分析基因在金针菇不同子实体组织和胁迫应答中的表达模式。结果显示,FfCⅡp1全长1638 bp,包含一个1131 bp的完整开放阅读框,编码376个氨基酸。FfCⅡp2全长1410 bp,包含一个1032 bp的完整开放阅读框,编码343个氨基酸。保守结构域及进化树分析表明,FfCⅡp1和FfCⅡp2分别归属于锰过氧化物酶和通用过氧化物酶家族。RT-qPCR结果表明,两个FfCⅡp基因均在伸长期菌柄中高表达,且在快速伸长区段显著上调;损伤和氧化胁迫处理均能诱导FfCⅡp1和FfCⅡp2上调表达,FfCⅡp2的上调幅度明显高于FfCⅡp1。以上结果表明,金针菇两个CⅡp家族基因参与菌柄伸长与胁迫应答过程,且FfCⅡp2对损伤和氧化胁迫更为敏感。

miR398在植物逆境胁迫应答中的作用

MicroRNA(miRNA)是一类新型的调控基因表达的小分子RNA,它作为基因表达的负调控因子,在转录后水平调节靶基因的表达。miRNA参与调控植物的生长发育,并在多种非生物与生物胁迫响应中发挥重要作用。miR398是第一个被报道的受氧化胁迫负调控的miRNA。它通过负调控其靶基因Cu/Zn过氧化物歧化酶(Cu/Zn-superoxide dismutase,CSD)的表达,在多种逆境胁迫响应中扮演重要角色,如调节铜代谢平衡,应答重金属、蔗糖、臭氧等非生物胁迫,以及参与应答生物胁迫等。文章综述了miR398在多种逆境胁迫响应中重要的调节作用及miR398自身的转录调控。

WRKY转录因子参与植物非生物胁迫应答的研究进展

WRKY转录因子在植物的非生物胁迫中发挥了重要的调节作用,能够参与多种不同的信号途径,功能具有多样性。WRKY蛋白除具有高度保守的WRKYGQK基序外,通常还具有Cys2His2或Cys2His-Cys型锌指结构,它通过与靶基因启动子中的W-box[(T)TGACC(A/T)]特异结合调控其表达,从而响应植物的逆境胁迫及其它信号途径。为了帮助我们更全面地了解WRKY转录因子在植物中的作用,本文主要对近年来WRKY在植物非生物胁迫方面的研究进展进行了综述。

微管骨架在苔藓植物适应干旱胁迫应答中的功能研究

植物体通过一系列生理生化反应的改变来适应干旱胁迫。对干旱 复水及秋水仙素处理后再干旱 复水的仙鹤藓 (Atrichumundulatum)原丝体细胞中微管骨架的动态变化进行了研究 ,发现干旱处理后细胞内微管骨架从有规律排列的较细的丝状形式转换为无规律排列的较粗的微管束 ;复水后微管骨架的结构和分布与对照细胞中无明显区别 ;秋水仙素处理后再干旱 复水的细胞中 ,微管骨架呈分散的棒状或点状分布 ,而且原丝体丧失了干旱胁迫后正常复水的能力 ,进而导致细胞不能恢复正常的生理活动。因此认为 。

一个水分胁迫应答蛋白与小麦抗旱性的关系及其基因的定位

分析与小麦抗旱性密切相关的水分胁迫应答蛋白,定位蛋白基因并挖掘与其连锁的分子标记对小麦抗旱分子辅助选择具有重要意义。在一年两点田间全生育期抗旱性鉴定基础上,以-0.5 MPa PEG-6000模拟干旱胁迫处理小麦幼苗48 h,并应用SDS-PAGE方法检测分子量约66.2 kD的水分胁迫应答蛋白,分析其表达与小麦抗旱性的关系。在128个小麦品种(系)中,检测出67份表达该蛋白,另61份未表达该蛋白;前者的平均抗旱指数为1.00,而后者为0.80,有极显著差异(P<0.01),且各抗旱性等级中表达该蛋白的品种比例随着抗性等级的降低而减小。利用晋麦47×西农2208杂交后代230个F3株系进行遗传分析,发现该蛋白表达由1对显性基因控制;目的基因与位于小麦5AS染色体上的5个SSR标记(Xgwm129、Xgwm304、Xbarc56、Xbarc117和Xbarc197)连锁,位于邻近标记Xbarc56和Xbarc117之间,遗传距离分别为2.2 cM和2.9 cM。用这2个紧密连锁标记检测128个小麦品种(系),有67个品种(系)与晋麦47具有相同的标记位点,其中86.6%的品种(系)(58/67)在水分胁迫后表达目标蛋白。该约66.2 kD的水分胁迫应答蛋白与小麦的抗旱性密切相关,与其紧密连锁的分子标记可为小麦抗旱分子辅助选择提供依据。

出芽酵母Saccharomyces cerevisiae转录抑制因子Rdr1负调控细胞胁迫应答

Rdr1是出芽酵母Saccharomyces cerevisiae的一个转录抑制因子,参与控制细胞的多重药物耐受性,并可能与细胞胁迫应答相关.利用PCR方法扩增RDR1基因片段,将其克隆至高拷贝表达载体pYES2/NTA上并诱导Rdr1蛋白在酵母细胞中过表达.为了揭示转录抑制因子Rdr1在胁迫应答中的作用,比较了RDR1过表达细胞、RDR1缺失突变体细胞和野生型细胞在过氧化氢处理、热胁迫和高盐处理条件下的生长状态,结果显示,RDR1过表达导致细胞对上述3种胁迫作用更敏感,而RDR1缺失则使细胞对这些胁迫作用的耐受性不受影响或有一定增强.为了揭示上述不同细胞在胁迫条件下生长状态的差异与细胞内抗氧化酶活性之间的关系,测定并比较了RDR1过表达细胞、RDR1缺失突变体细胞和野生型细胞中超氧化物岐化酶(superoxide dismutase SOD)、过氧化氢酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase G6PDH)、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase GR)的活性.结果表明,RDR1缺失突变体细胞具高活性的SOD、过氧化氢酶、G6PDH和GR,而Rdr1过表达细胞中SOD、过氧化氢酶、G6PDH和GR的活性较低.RDR1对SOD和过氧化氢酶活性的影响要大于G6PDH和GR.细胞抗氧化酶活性的变化初步揭示,RDR1过表达细胞对胁迫的敏感和RDR1缺失突变体细胞对胁迫耐受性增加的原因.为转录抑制因子Rdr1在胁迫应答中的负调控作用及其机理提供了初步的遗传学和生物化学证据.

ERFs转录因子及其在植物胁迫应答中的作用

ERFs(ethylene-responsive factors)是植物特有的一类转录因子,位于乙烯信号转导途径的下游,具有一个高度保守的含58或59个氨基酸的DNA结合域,通过结合相关基因的启动子顺式作用元件调控植物生物和非生物胁迫反应。综述ERF转录因子的结构特征和分类及其在植物抗逆作用中的研究进展。

三烯脂肪酸在高等植物逆境胁迫应答中的作用

三烯脂肪酸(trienoic fatty acids,TAs)是高等植物细胞膜脂中主要的不饱和脂肪酸。三烯脂肪酸不仅是膜的组成成分,而且可以调节植物对温度、盐、干旱等非生物胁迫以及病害等生物胁迫的适应性。本文介绍了高等植物三烯脂肪酸及其相应的脂肪酸去饱和酶,重点综述了三烯脂肪酸在各种逆境胁迫应答中的作用。在低温、盐、干旱等非生物逆境胁迫下,植物体中三烯脂肪酸的含量增加,以维持膜的流动性和稳定性,降低逆境对膜结构和功能的损害,从而增强植物的抗逆性。在病虫害等生物逆境胁迫下,三烯脂肪酸可能做为合成茉莉酸或其它oxylipins的前体参与植物对生物胁迫应答的防卫反应,也可能独立引发植物体产生系统获得性抗性。

小桐子14-3-3基因家族的鉴定及低温胁迫应答

14-3-3蛋白家族在真核生物中广泛存在且高度保守,以同源/异源二聚体形式与2个靶蛋白或1个靶蛋白的两个磷酸化Ser/Thr模体结构域结合来发挥其调控作用。以拟南芥14-3-3蛋白为探针序列,对小桐子蛋白质数据库进行搜索,共鉴定到9个14-3-3基因,其中ε类4个、非ε类5个,并对其理化性质、系统进化、基因结构、顺式作用元件及低温胁迫表达等进行了分析。结果显示,小桐子14-3-3基因在进化上较为保守,存在该家族中典型的9段α-螺旋结构,ε类基因结构包含7个外显子,非ε类包含4~5个外显子。另外,在9个14-3-3基因上游调控区都鉴定到多个激素与逆境胁迫应答元件。qRT-PCR分析结果显示,包含有低温应答元件的Jc14-3-3b与Jc14-3-3h基因在小桐子的各组织器官中都有表达,但存在组织表达特异性,都在茎中表达量较高,其次是根,而在叶中表达量相对较低。同时,Jc14-3-3b与Jc14-3-3h基因都属于低温诱导表达基因,分别在茎与根中低温胁迫0.5~3.0h达到最大表达量,与小桐子的抗冷性形成直接相关。本研究为小桐子14-3-3基因家族的克隆与功能验证提供了参考。

植物表观遗传修饰与病原菌胁迫应答研究进展

真核生物基因表达受到染色质结构的调控,组蛋白与DNA的共价修饰构成表观遗传标签,并在植物胁迫应答如防御病原菌侵染过程中起重要作用。病原菌侵染可引起基因组整体DNA甲基化模式变化及胁迫应答基因的位点特异性去甲基化,导致植物抗性基因表达上调或下调,并进一步调控植物对病原菌的胁迫应答;组蛋白去乙酰化酶HDAC通过茉莉酸途径增强植物对病原菌的胁迫应答;此外,染色质重塑复合物Swr1复合体通过识别DNA基元和组蛋白乙酰化修饰状态靶向基因启动子,负调控SA敏感基因。该文从DNA甲基化、组蛋白乙酰化、甲基化修饰,染色质重塑等方面着重阐述植物与病原菌互作过程中发生的主要事件的分子基础及其研究进展。

表观遗传修饰调控非生物胁迫应答提高植物抗逆性

植物生长过程中不断受到各种逆境胁迫,而表观遗传修饰在植物的环境适应性进化方面起关键作用。近期研究表明,低温、高盐等刺激可引起全基因组DNA甲基化水平提高和位点特异性的低甲基化,阻遏有害基因突变,并促进胁迫应答基因表达;组蛋白乙酰转移酶(如GCN5)与去乙酰化酶(如HDA6和HDA19)基因突变均增加植株对ABA刺激和盐胁迫的敏感性;并且组蛋白乙酰化与甲基化可共同调控胁迫应答基因表达;含可变H2A.Z的核小体与DNA结合的紧密程度调控拟南芥温敏应答,染色质重塑蛋白SWI/SNF复合物参与干旱、高温及高盐等胁迫应答。文章从DNA甲基化、组蛋白翻译后修饰等方面着重阐述表观遗传学调控植物胁迫应答的最新研究进展。

WRKY转录因子在植物胁迫应答中的功能

阐述了WRKY转录因子的结构及分类,综述了近年来WRKY转录因子在植物胁迫应答中的功能的研究进展,并分析了目前WRKY转录因子研究存在的问题和今后的发展方向,为WRKY转录因子的研究提供参考。

microRNA在植物逆境胁迫应答中的作用

逆境胁迫严重影响着全世界范围内的作物产量。为减少逆境胁迫损伤,植物在长期的进化过程中形成了多级别(转录、转录后和翻译、翻译后)的基因表达调控应答机制。最近研究发现,内源microRNA(miRNA)在植物逆境胁迫应答中具有重要的调节作用。在逆境胁迫发生时,一些miRNA会表达上调,而另一些miRNA会表达下调;miRNA正是通过下调胁迫应答过程的负调节子靶基因和上调胁迫应答过程中的正调节子靶基因,来执行生理调控功能。通过综述miRNA在植物逆境应答中的作用,以期全面的了解逆境胁迫调控网络。

乙烯信号转导及其在植物胁迫应答中的作用

综述乙烯的生物合成及调控、乙烯信号导和乙烯在植物胁迫应答中的作用。

酿酒酵母蛋白激酶TOS3在氧化胁迫应答中的作用

为了研究TOS3蛋白激酶在酿酒酵母细胞氧化胁迫应答信号通路中的作用。通过PCR扩增得到TOS3基因的蛋白质编码序列片段,将其克隆到pYES2/NTA上构建pYES2/NTA-TOS3质粒上,用构建好pYES2/NTA-TOS3质粒转化酵母菌细胞得到相应酵母菌株细胞,此细胞即为TOS3过量表达细胞。诱导此酵母细胞过量表达带His6标签TOS3蛋白激酶,免疫印迹方法鉴定过表达的蛋白激酶。最后,用H2O2处理TOS3过量表达细胞、TOS3缺失突变体细胞、野生型细胞、转入空载的野生型细胞。结果表明:4种细胞在未处理条件下生长状态无明显差异;在H2O2处理后,野生型细胞在125倍稀释生长点上比TOS3突变体细胞生长状态略好,而TOS3过量表达细胞与转入空载的野生型对照细胞和野生型细胞对比均显示出TOS3过量表达细胞的生长状态较好。野生型细胞对H2O2胁迫的耐受性比TOS3突变体细胞略强;过量表达TOS3蛋白的细胞对H2O2胁迫耐受性比野生型增加;说明TOS3在酵母细胞氧化胁迫应答过程中起正调控作用。

大豆DNA脱甲基化酶相关基因的克隆及连作胁迫应答

利用大豆基因组数据库Phytozome v12.1.6获得大豆DNA脱甲基化相关基因Glyma03g34860和Glyma10g07601的CDS序列,以大豆叶片RNA为模板,RT-PCR克隆获得Glyma03g34860基因大小为5226 bp,Glyma10g07601基因大小为6045 bp。利用STRING在线软件预测这两个转录本的互作蛋白质完全一致,主要互作蛋白8个,包括一个AP位点裂解酶和2个RNA聚合酶亚基;采用qRT-PCR分析他们对大豆连作综合逆境胁迫的响应。结果表明:连作综合逆境胁迫使Glyma03g34860和Glyma10g07601的表达均不同程度上调,其中,Glyma10g07601基因在大豆品种安达农家、黑大豆、绥农14和黑农40达显著水平(P<0.05),分别增加1.37、1.22、1.98倍和1.67倍;Glyma03g34860基因在大豆品种垦丰16、绥农14达显著水平(P<0.05),分别增加1.62倍和1.65倍,因此推测他们可能通过使基因组DNA脱甲基化而参与大豆连作综合逆境胁迫的响应。

石柱参SzPLC1基因的生物信息学分析及胁迫应答

利用RT-PCR结合RACE技术,克隆石柱参磷脂酶C(SzPLC1)基因,并采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白进行数据分析,同时探讨干旱胁迫对SzPLC1表达的影响。结果显示:该基因全长1725 bp,开放阅读框(ORF)长度为1455 bp,编码484个氨基酸,分子质量为54.8 ku,具有2个跨膜结构域X和Y区;SzPLC1蛋白二级结构包括无规则卷曲(40.91%)、α-螺旋(37.54%)、延伸链(18.39%)和β-转角(4.96%)。系统进化分析表明石柱参SzPLC1蛋白与萝卜(Raphanus sativus,XP_018480211.1)的RsPLC1蛋白表现出较高的同源性(95%)。String蛋白互作网络分析表明,与SzPLC1蛋白互作的蛋白质共有10个,均为磷脂酰肌醇信号通路的重要酶类,说明SzPLC1是磷脂酰肌醇信号通路中关键的酶。qRT-PCR分析表明,在干旱处理下,SzPLC1的表达量明显上调,说明SzPLC1蛋白具有抗干旱胁迫的功能。

杨树HSF家族基因生物信息学与胁迫应答表达分析

【目的】探究小黑杨热激转录因子HSF在应答高温和高盐胁迫时发挥的关键作用。保守结构域和顺式作用元件预测等对杨树HSF转录因子家族基因进行生物信息学分析。本研究以小黑杨为材料,经过37℃高温胁迫半个月后观察其形态变化;将小黑杨在37℃下分别处理0、12、24、48 h,采用RT-qPCR对小黑杨组织中的PsnHSFs基因进行时空表达分析;将小黑杨于150 mmol/L NaCl胁迫分别处理0、24 h,通过RNA-seq分析PsnHSFs基因的相对表达量变化,并通过RT-qPCR进行验证。【结果】通过结构特征和系统发育比较将29个HSF转录因子家族基因分成A、B和C三个亚家族,各亚家族分别包含18、10和1个HSF基因;HSF编码的氨基酸序列长度介于209~595之间,均为亲水性蛋白;其N端具有高度保守的DBD结构域,由三个保守基序构成;HSF基因启动子序列中包含DRE core、ABRE和TC-rich等多种顺式作用元件。小黑杨经37℃高温处理后其株高仅为对照的76.51%,叶片呈卷曲状,叶表面粗糙,叶面积显著减小且苗干多侧枝柔软无韧性。RT-qPCR与RNA-seq结果表明,PsnHSFs被高温、高盐胁迫诱导表达。高温处理后其株高仅为对照的76.51%,叶片呈卷曲状,叶表面粗糙,叶面积显著减小且苗干多侧枝柔软无韧性。RT-qPCR与RNA-seq结果表明,PsnHSFs被高温、高盐胁迫诱导表达。家族基因以及揭示HSF参与木本植物胁迫应答的分子机制调控具有参考意义。

高粱病程相关基因非表达子1(NPR1)基因家族鉴定及胁迫应答分析

非表达因子基因(NPR1)是植物系统获得抗性的激活子,也是植物响应病原菌侵染过程中的核心因子之一,在植物抗病性方面发挥着非常重要的作用。为明确高粱NPR1基因家族成员及SbNPR1的表达特性,本研究通过生物信息学及实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法,对高粱NPR1基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明,共鉴定到5个高粱NPR1基因SbNPR1~SbNPR5,其氨基酸序列长度介于480~621 aa之间,理论分子量介于50.49681~67.64806 kDa之间,理论等电点介于5.64~6.11之间;系统进化分析显示,SbNPR1与甘蔗Sh253P03亲缘关系最近;基因结构分析表明,该家族各个成员之间的外显子和内含子数量差异变化较小;RT-qPCR分析表明,SbNPR1基因在高粱不同器官中的表达具有组织特异性;经激素独脚金内酯(GR24,1μmol·L^(-1))和水杨酸(SA,1 mmol·L^(-1))处理后,SbNPR1的表达分别被抑制和诱导;20%的聚乙二醇(PEG6000)和250 mmol·L^(-1)的NaCl处理下,SbNPR1的表达呈现先升高后降低的趋势,在0.5 h表达量达到最大值,之后下调;而经甘露醇(D-mannitol,300 mmol·L^(-1))处理后,SbNPR1基因表达量在3 h后开始下降;高粱经病原相关分子模式(PAMPs)flg22(100 nmol·L^(-1))和几丁质(Chitin,8 nmol·L^(-1))处理后,SbNPR1受到flg22的诱导表达,在12 h时表达量最高,而在Chitin作用下,SbNPR1的表达受到抑制。本研究为进一步探索NPR1家族在调节高粱抗性、信号转导、植物激素以及胁迫调控等过程中的作用提供了基础。