丝裂原活化蛋白激酶在植物信号级联中的作用研究综述

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联是受体和传感器下游的关键信号模块,它可以感知内源性刺激和外源性刺激。MAPK级联的每一层都由一个基因家族编码,多个基因可以在MAPK级联中实现代偿功能。当植物识别到入侵的病原体时,能够通过激活MAPK级联途径来产生防御反应,并增强对后续病原体侵染的抵抗力。此外,MAPK级联在植物非生物胁迫响应和生长发育过程中同样发挥了重要作用。目前,现有研究主要探究了植物MAPK级联在植物免疫、环境应激反应和生长发育中的信号传导途径,而关于MAPK通路信号特异性以及新型MAPK底物的功能表征仍不清楚。因此,进一步探究MAPK激活调控的分子机制将成为后续研究的重点方向,该研究结果将为理解MAPK在植物中的功能和信号特异性提供理论指导。

磷脂酶D(PLD)在植物信号转导中的作用

磷脂酶D是植物中一类主要的磷脂水解酶。它的作用不仅在于通过水解细胞膜中的磷脂而影响到膜的结构、功能和稳定性 ,而且最近几年的研究发现它在细胞的信息传递、激素作用的发挥、膜运输、细胞增殖、细胞骨架组装、细胞的防御反应、分化和生殖等过程中都有重要作用。由于这一发现 ,使对磷脂酶D (PLD)的研究掀起了一场热潮。本文就PLD基因分离与克隆 。

植物信号分子对大豆开花与结瘤的协同调控

大豆[Glycine max(L.)Merr.]是世界上重要的粮食和油料作物,其显著的生长特点是营养生长和生殖生长交错时间长,导致以结瘤为代表的营养生长和以开花为代表的生殖生长在物质和能量需求上存在激烈竞争。本文综述了蔗糖、植物激素以及miRNAs等植物信号分子对大豆开花和结瘤调控作用,将有助于理解大豆开花、结瘤的协同调控机制,以期对明确大豆生长发育规律、提高大豆产量提供理论支撑。

植物信号分子介导抗病反应的研究进展

植物受到病原菌侵染时会发生一系列防卫反应:通过各种信号反应事件,如抗病信号的产生、传导及互作,最终诱导各种抗病防卫基因的表达和代谢的变化进而产生抗性。在防卫反应过程中,各类信号分子如激素类(水杨酸、茉莉酸、乙烯、脱落酸),第二信使类(钙离子、活性氧、一氧化氮),低分子肽类(谷胱甘肽),脂类以及糖类发挥着重要作用。最近几年,这些信号分子介导植物抗病反应研究取得重要进展,就此进行了综述,并对今后的研究作出展望。

基于三代测序技术的植物信号通路相关基因在胡杨异形叶发生中的功能分析

胡杨异形叶发生的分子机制目前仍不清楚。为了探究胡杨不同叶形的发生机制,本研究利用三代测序(TGS)结合二代测序技术,完善了胡杨的转录组数据,建立了胡杨条形叶、披针形叶、卵圆形叶和宽卵形叶的基因表达谱,并进一步分析了胡杨异形叶发生过程中植物信号通路相关基因的表达模式和作用。结果表明,胡杨叶组织中共有59004个mRNA,其中新发现的mRNA有9328个;根据胡杨中全部mRNA的表达趋势将其分为27种模式,其中两个模式(模式4和模式23)中总计4284个基因表达趋势与叶形指数变化完全一致或完全相反,是胡杨异形叶发生相关基因;胡杨异形叶发生相关基因中,参与脱落酸(ABA)信号通路的基因有9个、生长素(IAA)信号通路的有29个、细胞分裂素(CTK)信号通路的有10个、赤霉素(GA)信号通路的有3个,这些基因的功能和表达趋势表明,大多数促进这些信号通路的基因从条形叶到宽卵形叶表达量持续上调,大多数抑制这些信号通路的基因的表达量则持续下调。本研究结果表明,胡杨从条形叶到宽卵形叶的转变与ABA、IAA、CTK和GA信号通路的活跃程度增加密切相关,这些发现对揭示胡杨异形叶形成的分子机制和胡杨培育保护都有重要的意义。

植物激素信号通路调控水稻粒型的分子机制

水稻是人类主要的粮食作物,如何有效提高其产量和品质是备受关注的重大科学问题。水稻籽粒大小是影响产量的主要因素之一,水稻籽粒发育调控的研究对利用分子设计育种提高产量、改善品质具有重要的指导意义。粒型由籽粒的长度、宽度和厚度共同决定,是受多基因调控的数量性状,是决定水稻产量和品质的关键因素之一。近年来,通过对水稻种子发育缺陷突变体的研究,发现了大量与粒型相关的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL),一些相关基因也相继被克隆和鉴定,调控水稻粒型的复杂信号通路正在逐步阐明,其中一些基因涉及植物激素的合成、分解、运输,以及植物激素的信号转导途径。本文概述了水稻胚乳发育的基本过程,归纳了目前对胚乳发育过程中植物激素动态变化的整体认识,聚焦于控制水稻粒型的植物激素信号通路相关QTL和基因的研究现状,并对近年来取得较大进展的细胞分裂素、油菜素内酯、生长素、赤霉素、乙烯、茉莉酸和脱落酸相关通路与粒型调控的关系进行了总结和分析,进一步梳理了水稻粒型相关植物激素信号调控网络,旨在为鉴定和解析植物激素调控水稻粒型的分子机制提供参考,同时为水稻分子设计育种提供新的思路。

植物小分子信号肽参与非生物逆境胁迫应答的研究进展

植物小分子信号肽(small signaling peptides, SSPs)是一类蛋白长度小于120个氨基酸的小肽,作为新型信号分子在植物应答非生物逆境胁迫中发挥重要的作用。植物中含有千余种SSPs,多种多样的结构特点、修饰过程与不同受体的结合发挥其特异的功能,参与植物与环境之间的互作。挖掘鉴定植物SSPs功能基因,解析它们应答非生物逆境胁迫的调控机制,对增强植物抗性、改善植物生长具有重要的理论与实践意义。植物SSPs主要包括胞外非分泌型小肽、胞内非分泌型小肽、胞外翻译后修饰分泌型小肽和胞外富含半胱氨酸分泌型小肽四大类。介绍了四类植物SSPs的结构、特征;阐述了它们以SSP配体结合LRR-RLK受体激酶完成信号转导过程,以激活下游抗性基因表达为模式的调控机制;重点综述了它们在干旱、高温、盐渍、营养等非生物逆境胁迫应答中的生物学功能及调控机制。最后讨论了植物SSPs未来研究的方向和有待解决的问题,还对SSPs类生长调节剂的开发前景进行了展望,旨在为提高植物应对环境胁迫和实现农业可持续发展提供新的思路和路径。

基于改进小波阈值的植物电信号降噪方法

多尺度分析方法对于小波分析参数选取与设计具有很强的依赖性,针对初步采集得到的植物电信号特点,提出一种小波阈值计算和选取方法,该方法融入了小波分解层数和调节因子,通过对小波阈值方法进行改进实现更加合理的植物电信号分解和降噪预处理。结果表明,该方法在植物电信号降噪效果方面获得了较好表现,同时根据信噪比(SNR)以及均方误差(MSE)计算结果,该方法进行降噪效果更为理想,能够满足信号分析需求。

逆境下植物电信号研究现状与发展趋势

植物电信号是参与植物体内生理调控和传送信息的重要生理信号,其变化是植物对外界环境刺激的快速响应,而逆境刺激一旦超出植物承受范围,便无法通过自身修复。因此,通过对逆境下植物电信号变化进行深入研究,可依据不同环境胁迫和激励植物电信号的综合分析建立相关模型,以探究植物的最适生长环境特征。本文基于目前的相关研究文献资料,对植物电信号及其对逆境反馈的研究现状进行了梳理归纳,并在现有技术基础上对其发展趋势进行展望,以期为科研人员深入研究植物电信号提供参考,进而为推动植物育种和高产优质种植业高质量发展提供科学依据。

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路,该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因,本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理,取叶片进行转录组测序,分析不同处理下基因的表达。结果表明,与正常水分条件相比,轻度干旱胁迫(PEG 10%)诱导624个基因表达发生显著变化(DEGs),重度干旱胁迫(PEG 20%)诱导13063个。GO富集分析显示,重度干旱胁迫下,DEGs主要富集在对胁迫反应的调节;KEGG分析显示,轻度干旱胁迫下,植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调,表达量较高,可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因;而重度干旱胁迫下,植物激素信号转导通路富集169个DEGs,其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多,分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%;在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因,可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。

渗透胁迫诱导的植物体内信号及相关基因克隆研究——国家重点基础研究发展规划项目建议依据、背景与思路

重点介绍了国际上在渗透胁迫引发的植物信号及其传递途径、渗透胁迫诱导相关基因克隆及转基因研究方面的最新进展，总结了近年来国内在这一领域内开展的工作及取得的成绩，最后讨论了今后研究的策略，提出了适合我国国情的研究思路和内容，并展望了可能取得创新成果的领域和方向。

植物挥发性有机化合物在环境信息交流中的作用研究进展

植物挥发性有机化合物(biogenic volatile organic compounds, BVOCs)是参与植物生长发育的重要次生代谢产物,在抵御生物和非生物胁迫方面具有重要作用。但是由于种类多样和合成复杂,目前人们对BVOCs的认知往往集中在基础生理水平研究,缺乏对其在环境信息交流中作用的宏观概括。基于此,本文从BVOCs信息交流功能的角度,简要概述了BVOCs在植物内部、外部(植物-植物、植物-食草动物、植物-病原体、植物-授粉者)的生物信息交流及其感知机制的研究现状,并对其今后的研究方向进行了展望,提出要将实验环境从室内转向田间、深入研究BVOCs感知系统、利用分子生物学技术手段定向进化使BVOCs相关基因选择性表达,旨在为BVOCs的信息交流功能探索、植物释放和接收BVOCs的感知系统研究以及BVOCs在农业生产上的应用提供科学依据。

植物微弱电波信号的时、频域分析

在时域和频域上对植物电波信号进行了分析.植物电波信号的幅值处于μV级量级,是一种微弱信号;随时间变化剧烈,在不同时刻的取值关系松散;植物电波信号属于低频信号,其功率谱主要分布在小于5 Hz这一频段.

基于小波消噪的植物电信号频谱特征分析

利用小波软阈值消噪法和快速傅里叶变换研究不同温度条件下芦荟叶片电信号的基本特征及变化规律。通过植物电信号谱边缘频率(SEF)、谱重心频率(SGF)和功率谱熵(PSE)研究不同温度下芦荟(Aloe vera L.)叶片电信号功率谱的变化。结果表明,芦荟的电信号是一种强度为mV数量级、频率分布在5 Hz以下的低频信号;随着温度的升高,电信号的SEF和SGF向高频段移动,细胞活动受到激发,PSE急剧增加;在升温过程中SEF、SGF和PSE三者的变化趋势趋于一致,PSE与SGF的变化之间有很强的关联性,因而植物电信号PSE或SGF的变化可以作为叶片细胞响应外界环境变化的灵敏指标,而对植物生长发育的生理生化过程实施科学调控。

基于植物电信号的环境因子预测模型

以采集的植物电信号为生理指标,综合分析其时域、频域和时频域中的典型特征值,利用学习速度快、泛化性能好的极限学习机算法,以电信号的多个特征及环境参数作为输入量,建立适合植物生长的环境因子(温度、湿度、光照度)预测模型。结果表明:通过对采集的碧玉叶面电信号进行不同域的分析,得出植物电信号属于低频微弱信号;利用极限学习机(ELM)分别对适合碧玉生长的温度、湿度及光照度3个环境因子建立预测模型,通过与传统的BP神经网络对比,ELM算法下的均方根误差小于0.97,而决定系数大于0.92,训练所需的时间低于0.03 s,验证了此方法的可行性,为科学指导温室环境因子调控提供科学依据。

三种菊科植物电信号的分析

对测得的瓜叶菊（Semecio cruentus）、雏菊（Bellis perennis）和茼蒿（Chrysanthemum coromarium）三种盆栽菊科植物的电信号进行了短时傅立叶变换分析．三种菊科植物的电信号幅值的变化范围分别为-34.07-35．15μV、-94．37-25．03μV和-22．92-21．71μV，能量谱分别主要分布在约0．15Hz、0．08Hz和0．11Hz以下．据此表明三种菊科植物的电信号均为微弱低频信号．另外，还发现三种菊科植物的电信号中于不同时刻出现频率范围不同的“动作电波”成分．

利用人工神经网络建立植物电信号与环境因子关系

利用人工神经网络建立植物电信号与环境因子 (光、温度、湿度 )的关系 ,表明对植物电信号与环境因子定量研究是可能的 ;进而将植物电信号作为生理反馈信息 ,建立了植物电位与环境光、温度、湿度等因子的定量关系 ,建立与输出温度设置的关系 ,为温室环境调控提供一种方法。

植物电位信号采集与处理方法的研究

介绍了适用于植物微弱信号检测与处理的硬件系统和软件系统。本系统以INA114为主要运算放大器,并由高精密运算放大器TLC2654和OP27组成,构成高输入阻抗二级运算放大电路。根据植物电位信号的非平稳性特点,介绍了基于多分辨率小波分析的信号处理方法。实验中,以黄瓜幼苗(3周大)为样本。测试结果表明,系统不仅可以检测到信号变异电位的缓慢波动,还可有效地反映幅值处于μV级变化的动作电位。

植物电信号前置放大电路的设计与仿真

研究表明,植物电信号的幅度在μV级,为了检测如此微弱的电信号,前置级放大电路是最关键的环节,其设计优劣直接关系到植物电信号数据采集系统的精度。本文根据ICL7650芯片的特点及仪用放大器的设计原理,设计了一种微弱信号放大电路并详细阐述了其工作原理,经过multisim8软件仿真和测试,其增益、幅频特性、信噪比等性能指标都能达到设计的要求。该电路结构简单,调试方便,对直流、低频微弱电信号放大都具有一定的参考使用价值。

植物叶肉细胞电信号模型与仿真研究

植物能够对温室温度调节作出响应并通过电信号的变化将其表现出来,因此,植物电信号可以作为评定一个平稳的温度调节过程中潜在的有用信息。研究运用修正的Hodgkin-Huxley方程,建立了基于细胞膜上离子通道的机理模型,用来描述温度诱导的植物叶肉细胞电信号变化。在仿真模型中将温度变化引起的Ca2+离子流等效为激励信号。利用可靠的多通道植物电信号监测系统实测到的温度诱导的植物电信号来检验模型,结果表明模型是可信的,还表明降温速率影响植物电信号的变化。初始降温速率大于0.004℃/s时可以引起不传递的阈下反应,且阈下反应的变化幅度随降温速率的增大而增加,变化幅度在1 mV^95 mV。