陆地棉GELP家族基因鉴定及其响应胁迫的表达分析

GELP型脂肪酶(GDSL-type esterase/lipase proteins,GELPs)是一类N端含有GDSL-motif的脂质水解酶,在植物生长发育、应激反应及病原菌防御中均发挥非常重要的作用。基于最新发布的陆地棉基因组数据,从全基因组水平上鉴定出210个陆地棉GELP基因,根据系统发育关系将其分为10个亚家族(A~J)。这些GhGELP基因不均匀地分布在26条染色体上,且主要分布在染色体两端。基因结构分析表明,高达66.7%的GhGELP基因被4个内含子打断,其编码区域由5个外显子组成。分析发现,GhGELP基因启动子区域共存在7种激素和逆境胁迫响应元件。最后,利用RNA-seq数据研究了GhGELP基因在黄萎病菌和多种非生物胁迫处理下的表达谱。表达分析显示,大多数GhGELP基因响应黄萎病菌诱导后表达量下调,受非生物胁迫诱导后亦呈下调表达趋势,且一些成员可同时响应多种非生物胁迫。对棉花GELP基因家族进行了鉴定和分析,为后续研究其功能提供了一定的理论依据。

茶叶香气物质响应胁迫机制与功能研究进展

茶叶香气是茶叶感官评价和品质化描述的重要组成部分。茶叶在采前自然生长与采后加工阶段参与多种胁迫响应,这些胁迫因子能够促进香气化合物的形成、积累与释放,积累的香气物质一方面有利于茶叶香气品质的提升;另一方面则有利于茶树逆境防御机制的产生。本文综述了近年来茶叶香气物质在胁迫响应方面的研究进展,如食叶害虫取食、病原菌侵染等生物胁迫和环境因子、加工工艺等非生物胁迫对茶叶香气物质代谢的调控机制以及茶叶香气响应胁迫在实际生产中的应用价值,为改善茶叶香气品质和茶树病虫害防御提供理论依据。

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。

花鲈半乳糖凝集素基因家族的鉴定及在不同环境因子胁迫下表达响应

为探究在花鲈(Lateolabrax maculatus)响应环境因子胁迫中半乳糖凝集素(Galectins)发挥的作用,本研究通过全基因组水平鉴定获得了花鲈的14个Galectin基因(LGALS1、LGALS2a、LGALS2b、LGALS3a、LGALS3ba、LGALS3bb、LGALS4、LGALS8a、LGALS8b、LGALS9、LGALS17、GRPa、GRPb和GRPc)。通过系统发育、拷贝数、共线性和基因结构分析证实了基因注释的准确性和结构上的保守性。利用转录组测序数据进行Galectin基因的组织表达及在多种环境因子胁迫下的表达模式分析。研究表明,Galectin家族各基因在花鲈的7个组织(肝、鳃、脾、胃、脑、精巢和卵巢)中广泛表达,且有6个基因(LGALS3ba、LGALS4、LGALS8a、LGALS9、LGALS17和GRPa)表现出明显的组织特异性。Galectin家族的不同成员在4种环境因子胁迫下(低氧、碱度、高温及盐度适应)表现不同程度的表达响应,其中LGALS3a、LGALS3ba、LGALS4、LGALS17和GRPb在4种环境胁迫中表现出显著的差异表达,表明其广泛参与了对环境胁迫的响应与调控。

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。

马尾松HDR基因克隆及其对旱与盐胁迫的响应

干旱和土地盐渍化是制约林业可持续发展的重要因素,植物在遭受生物或非生物胁迫时,会在叶片释放萜类等挥发性物质。1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)是MEP途径的末端活性酶,具有提供前体萜类物质和主要限速作用。为探究马尾松HDR基因是否参与干旱和盐胁迫条件下的胁迫响应,该研究克隆了马尾松HDR基因开放阅读框,并初步分析了其生物信息、组织特异性表达水平和初步功能。结果表明:(1)PmHDR基因编码区长度为1 458 bp,编码485个氨基酸,其编码蛋白包含LytB/IspH基因超家族的核心序列和PLN02821多功能结构域,属于HDR家族。(2)PmHDR密码子使用偏好性较弱,偏好使用A/U结尾的密码子,烟草、拟南芥与酿酒酵母更适合作为其异源表达受体。(3)qRT-PCR结果显示,PmHDR基因在马尾松老叶中表达量最高,其次为幼叶、幼茎和老茎,在根中表达量最低。(4)构建基因表达载体pBI121-PmHDR并转化拟南芥,转基因拟南芥对干旱和盐胁迫表现出更强的抗逆性。以上研究结果表明PmHDR参与了植物干旱和盐胁迫的响应和调节,并为马尾松抗逆育种提供了一定的理论支持。

结球甘蓝BolKCS基因家族全基因组鉴定及响应非生物胁迫表达

作为一种保护性屏障,蜡质在植物生长发育过程中对抵御逆境具有重要作用。蜡质主要成分由超长链脂肪酸(VLCFAs)衍生物构成,而β-酮脂酰辅酶A合成酶(β-ketoacyl-CoA synthase,KCS)催化的缩合反应是决定VLCFAs合成速率及其碳链长度的限速步骤。试验结合生物信息学方法从甘蓝基因组中鉴定出35个KCS基因家族成员,这些基因在甘蓝9对染色体上呈非均匀分布。系统发育分析将甘蓝KCS基因家族分为4个不同分支,每个分支包含数量不等的基因成员。理化分析结果表明,BolKCS氨基酸长度和分子质量范围分别为308~756 aa和10.10~85.49 ku,蛋白等电点为5.9~9.57,大多数BolKCS基因编码蛋白均被定位在细胞质中。基因结构分析显示,不同成员编码的氨基酸序列外显子数目及位置存在差异。研究还发现干旱和低温胁迫处理显著影响部分BolKCS基因家族成员表达,表现为表达的抑制或激活,为理解KCS基因家族在甘蓝生长发育及逆境响应中的功能提供重要分子基础。

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。

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.

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。

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。

紫花苜蓿和黄花苜蓿种子萌发期对PEG模拟干旱胁迫的响应

为了探知紫花苜蓿和黄花苜蓿种子萌发期对逆境胁迫的适应能力,采用8个不同浓度的聚乙二醇(PEG-6000)溶液模拟干旱条件,研究了紫花苜蓿和黄花苜蓿种子萌发和幼苗生长对干旱的响应,评价了二者的抗旱性。结果表明,在非干旱和干旱条件下,紫花苜蓿的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗长均高于黄花苜蓿。轻度干旱(PEG 4%)可促进两种苜蓿的种子萌发;中度干旱(PEG 8%~12%)对两种苜蓿的种子萌发和幼苗生长产生显著抑制作用;重度干旱(PEG 16%~20%)抑制作用更强。黄花苜蓿受抑制程度大于紫花苜蓿。极端干旱条件(PEG 24%~32%)下,两种苜蓿的种子完全受到抑制,不能萌发,但种子活力依然存在。复水至水分条件适宜时,仍能萌发。参考隶属函数法采用多个相对指标的综合评价结果表明紫花苜蓿种子萌发期的抗旱性高于黄花苜蓿。

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.

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。

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。

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.