WRKY转录因子调控植物养分吸收利用及重金属解毒的研究进展

WRKY蛋白是植物特有的一类重要转录调控因子,它们通过与下游基因启动子上的W-box元件特异性结合诱导或抑制相关基因的表达,从而调控植物生长发育以及植物对生物和非生物胁迫的响应。植物WRKY基因组数目多,在拟南芥、大豆和水稻基因组中已经分别鉴定出74、182和109个,在植物对干旱、盐害、高温、养分匮乏和病原体感染等各种生物、非生物胁迫的响应过程中起关键作用。例如AtWRKY45和AtWRKY75参与调控拟南芥应答低磷养分胁迫,GmWRKY142正向调控拟南芥对镉胁迫的耐受性。在植物面对逆境胁迫时,WRKY蛋白通过与养分相关基因启动子的W-box元件特异性结合,进而实现自我调节或交叉调节,激活或抑制下游基因的转录以应对各种逆境胁迫。众多WRKY下游靶基因也已被鉴定出来,例如PHT家族成员与磷营养相关;3个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因参与调控植物对氮素的吸收利用;6个拟南芥WRKY基因、10个大豆WRKY基因和5个水稻WRKY基因调节植物应对低磷胁迫;2个拟南芥WRKY基因和6个大豆WRKY基因影响植物对钾的吸收利用;3个大豆WRKY基因参与调控植物对硫营养的吸收利用;1个拟南芥WRKY基因调控植物吸收利用硼;1个拟南芥WRKY基因和1个水稻WRKY基因参与植物对铁的吸收;7个拟南芥WRKY基因、1个大豆WRKY基因和1个水稻WRKY基因参与植物解镉毒;2个拟南芥WRKY基因、2个大豆WRKY基因和1个水稻WRKY基因帮助植物解铝毒。未来的研究重点是:1)挖掘新的调控养分吸收利用的WRKY转录因子及其靶基因;2)解析养分相关WRKY在翻译和翻译后层面的调控;3)明确表观遗传层面对养分相关WRKY的转录调控;4)揭示养分逆境条件下WRKY互作蛋白及其作用机制。

大豆磷铁养分胁迫响应的FER基因鉴定及FER1缓解铁毒作用

【目的】FERRITIN(FER)是一类保守铁蛋白,对于维持铁的稳态及铁代谢中起重要作用。通过鉴定大豆FERRITIN(GmFER)基因家族的组成及其对低磷、铁毒等养分胁迫的响应,为今后研究FER功能奠定基础。【方法】对GmFER基因进行生物信息学分析,根据其编码的GmFER氨基酸序列,用ProtParam tool网站计算了GmFER家族的相对分子质量、氨基酸组成和等电点(PI);用PSORT网站预测GmFERs蛋白定位;从Phytozome网站下载GmFER家族的氨基酸序列与基因启动子序列,用MEME预测GmFER家族序列中的保守基序;用MEGA X对GmFERs进行进化分析,用最大似然法重建进化树;通过定量PCR分析GmFER对低磷、铁毒等养分胁迫的响应,构建GmFER1基因启动子融合GUS报告基因的载体与GmFER1超表达载体,进一步分析GmFER1基因启动子活性和对铁毒的响应,以及异源超表达GmFER1对拟南芥耐受铁毒的影响。【结果】大豆基因组有12个GmFER基因,对GmFERs进行进化分析,发现GmFERs可以分为4个亚组(亚组Ⅰ~Ⅳ),其中GmFER3、GmFER7、GmFER8、GmFER10和GmFER11属于亚组Ⅰ,GmFER2和GmFER9同属亚组Ⅱ;GmFER5和禾本科植物水稻和玉米的FER同属亚组Ⅲ,GmFER1、GmFER4、GmFER6、GmFER12属于亚组Ⅳ;通过MEME预测,GmFER家族序列中的保守基序有3个;蛋白亚细胞定位预测显示,大豆FER蛋白可定位于细胞质、线粒体和叶绿体。运用定量PCR技术检测GmFER基因在大豆根和叶的表达水平,发现12个GmFER基因在响应磷铁养分胁迫时存在差异,其中GmFER1、GmFER4、GmFER5、GmFER6、GmFER12受低磷诱导,GmFER1、GmFER4、GmFER12表达受铁毒诱导;对GmFER1启动子的活性进行分析,发现铁毒促进GmFER1启动子在根系的活性;在铁毒胁迫下,与野生型Col-0比,超表达GmFER1显著提高了拟南芥的主根长、侧根数目、侧根密度、叶绿素含量和鲜重,增强了耐铁毒的能力。【结论】大豆基因组共有12个FER基因,GmFER基因响应低磷或铁毒等养分胁迫。超表达GmFER1可促进主根生长,增加侧根密度,提高叶绿素含量,增加植株鲜重,表明GmFER1在缓解铁毒胁迫方面起重要作用。

高等植物糖信号转导研究进展

糖对于植物生长发育十分重要,既是能量代谢物质,又是信号分子。糖通过复杂的网络通路调节植物开花、衰老、胚胎形成、种子萌发、花粉萌发、根系发育、分枝分蘖以及逆境耐受。近年来,通过正向和反向遗传学研究手段,一些植物糖感受器以及下游信号转导成员被鉴定,高等植物糖信号转导通路被揭示。本文综述了近年来高等植物糖的合成与代谢、糖的生理功能、糖信号转导,以及糖信号和脱落酸、乙烯、生长素、赤霉素、油菜素内酯等植物激素信号之间的相互作用等的研究进展,并对今后的研究进行了展望。