蛋白质组学在番茄非生物逆境胁迫中的研究进展

【目的】回顾近年来蛋白质组学在番茄逆境胁迫中的研究进展,综述蛋白质组学技术在番茄响应非生物(盐碱、干旱、高温、低温、其它)胁迫上的研究进展,为利用蛋白质组学技术进一步研究番茄响应非生物逆境胁迫的分子机制奠定理论基础。【方法】运用统计学方法收集文献资料,并分析汇总蛋白质组学技术在番茄响应非生物(盐碱、干旱、高温、低温等)胁迫的研究文献进展情况。【结果】盐胁迫耐受性(渗透调节,渗透保护,离子稳态,消除氧清除剂,胁迫反应等)与胁迫的持续时间有关;下调的蛋白主要参与代谢和能量转换,上调的蛋白参与信号转导或运输;干旱应答蛋白包括与耐热性和渗透性保护剂的产生、脂质代谢、细胞壁修饰、神经酰胺代谢和丝裂原活化蛋白磷酸化相关的蛋白;蛋白质广泛参与了细胞过程,包括防御/应激反应,离子结合/转运,光合作用和蛋白质合成;最初如何感知胁迫条件,以及植物器官激活了哪些主要反应,可以避免低温胁迫晚期相关蛋白的干扰。【结论】在非生物逆境胁迫条件下,番茄通过改变自身的蛋白质表达水平对各种非生物胁迫作出响应。蛋白质组学研究能够全面揭示番茄响应胁迫时其细胞内蛋白质的动态变化规律,鉴定差异表达的蛋白质,是番茄抗逆生物学研究的重要组成部分。

绿豆对非生物逆境胁迫的生理生长应答机制响应研究进展

非生物逆境胁迫严重制约着绿豆生长发育。逆境胁迫条件下,绿豆一方面通过调整生长形态、改变体内细胞结构以及体内渗透调节物质含量和抗氧化系统活性等多个途径来提高绿豆抗逆性;另一方面,通过调控内部生理分子机制,即在分子调控水平上通过发掘和鉴定抗性资源以及抗性基因,力求揭开抗逆基因遗传基础。综合前人研究结果,从模拟外界非生物环境胁迫条件、外源激素调控、物理辐射以及抗逆基因调控这4个方面来综合阐述,力求探明绿豆在非生物胁迫下内部生理调控机制,旨在为绿豆抗逆性研究提供理论基础和科学依据以及更深层次的研究思路。

植物非生物逆境胁迫相关RING finger蛋白

RING finger蛋白是锌指蛋白类中一个庞大的蛋白家族,已成为拟南芥第三大蛋白家族,在水稻中也发现了488个。最典型的结构特点是序列内包含环指结构域(RING finger domain)。RING finger蛋白主要通过泛素化途径参与到植物细胞的生理生化过程。介绍了植物RING finger蛋白的结构特点和分类,综述它们的亚细胞定位,重点阐述它们在响应干旱胁迫、温度胁迫和盐胁迫等非生物逆境胁迫的调控作用。

DREBs响应植物非生物逆境胁迫研究进展

寒冷、干旱和高盐等非生物胁迫作为常见的不利环境条件,严重影响全球植物生长和生产力。干旱应答元件结合蛋白(dehydration responsive element binding protein, DREB)是植物重要转录因子之一,其家族成员均含有一个57-70个氨基酸残基的保守AP2结构域。DREB通过与胁迫诱导基因启动子区中的脱水反应元件/C-重复(dehydration responsive element/C-repeat, DRE/CRT)顺式作用元件相互作用,调节下游各种应激基因的表达,赋予植物应激耐受性。本文从DREB家族结构特点和分类出发,结合最新研究进展,阐述其在非生物胁迫过程中的作用机制,旨在更加深入地了解DERB类转录因子在非生物胁迫响应过程中的分子调控网络,以期为未来利用基因工程手段提高植物抗逆性方面提供参考。

山兰稻对非生物逆境胁迫响应的研究进展

山兰稻是海南黎苗族保留下来的特殊稻种资源,具有对非生物与生物逆境胁迫下许多抗性特点.对山兰稻在非生物逆境胁迫下的形态与生理响应及稻类作物的细胞响应进行了论述,以期加快人们对旱稻资源山兰稻的保护,对逆境胁迫下山兰稻的优良基因进行发掘,应用于农业生产提高作物产量.

钙离子信号通路响应植物非生物逆境胁迫研究新进展

2022年2月,《Journal of Integrative Plant Biology》在线发表了德国明斯特大学Kudla教授团队题为"Ca^(2+)signaling in plant responses to abiotic stresses"的综述文章。该篇综述重点阐述了盐/渗透胁迫和不平衡的营养元素等非生物逆境胁迫的分子机理,而且还详细介绍了非生物逆境胁迫的感知与Ca^(2+)离子信号形成的关联以及对参与该过程中的蛋白质因子的特性提出了新的见解。

猕猴桃逆境胁迫研究进展

在全球气候变化背景下,由于各种逆境的胁迫,猕猴桃生产中往往出现多种病害相伴发生的现象,严重制约了我国猕猴桃产业的健康可持续发展。基于此,综述了目前我国猕猴桃生产中存在的主要生物逆境胁迫、非生物逆境胁迫及其对猕猴桃的危害,并根据田间常见病害类型及防治方法,从栽培技术和抗逆品种两个方面提出了一套较为全面的病害防治思路,以期为有效、合理地开展猕猴桃病害防控工作提供参考。

热激转录因子HSF调控植物非生物胁迫响应的作用机制

热激转录因子(Heat shock transcription factors,HSF)是植物抵抗热胁迫最重要的转录因子家族之一,广泛存在于真核生物。HSF拥有高度保守的DNA结合域,可参与复杂的胁迫信号转导和响应网络。HSF作为信号转导链的末端组分,介导非生物逆境胁迫下靶标基因的表达。在逆境胁迫响应中,HSF受上游蛋白激酶介导磷酸化和泛素化或通过ABA信号通路结合热激元件,调控热激蛋白等下游基因的表达,从而提高植物的抗逆性。本文综述HSF的发现、结构、分类、调控机制及其在植物响应非生物逆境胁迫(极端温度、干旱、高盐碱和重金属等)中的作用机制,并对未来研究方向加以展望,以期为农作物和牧草抗逆性遗传改良提供理论依据和基因资源。

非生物逆境胁迫下甘蔗CBL1和CBL6基因表达分析

CBLs蛋白是植物一类特殊的Ca2+信号感受器,在植物遭受逆境胁迫过程中发挥重要的调节作用。文章利用NCBI数据库信息获得2个甘蔗CBL家族基因,分别为SsCBL1和SsCBL6。SsCBL1基因包含一个完整的642 bp的完整开放阅读框,编码213个氨基酸;SsCBL6基因包含一个完整的672 bp完整开放阅读框,编码223个氨基酸。通过生物信息学分析方法对SsCBL1和SsCBL6基因编码蛋白结构进行分析。结果显示两者均无跨膜结构域并且都包含4个EF-hand结构域。进化树分析显示SsCBL1和SsCBL6与其他植物的CBL1和CBL6亲缘关系较近,具有较高的保守性。实时荧光定量PCR检测结果发现,这两个基因在低氮、低磷、低钾、干旱、盐和ABA胁迫过程中其表达均发生变化。SsCBL1基因在干旱和盐胁迫过程中,表达量上调幅度较大,而SsCBL6基因在低钾、干旱和盐处理时表达量上调幅度大。实时定量分析结果表明SsCBL1和SsCBL6基因在多种胁迫下发挥重要的调控作用。

水稻延伸因子复合体家族基因鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

延伸因子复合体(Elongator, ELP)是一类在真核细胞转录中起延伸RNA聚合酶Ⅱ作用的蛋白质复合物,这类复合体在植物生长发育以及生物和非生物胁迫响应等方面均发挥着重要作用。本研究利用生物信息学的方法对水稻(Oryzasativa)ELP基因家族(OsELPs)成员进行鉴定,并进一步对其理化性质、亚细胞定位、染色体定位、启动子顺式作用元件及在非生物胁迫下的表达模式进行分析。结果表明:OsELPs基因家族含有6个成员、随机分布在水稻5条染色体上,这6个基因编码含250~1344个氨基酸残基的蛋白质,其分子量介于27.97~148.99kD,等电点介于5.01~8.63。系统进化分析将来源于水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、酵母(Saccharomyces cerevisiae)和人类(Homosapiens)的ELPs蛋白分为4个亚组(GroupⅠ~GroupⅣ),其中第I亚组包含OsELP1,第Ⅱ亚族包含OsELP2和OsELP5,第Ⅲ亚组包含OsELP4,而第Ⅳ亚组包含OsELP3和OsELP6。OsELPs的启动子区域中存在多种顺式作用元件,主要响应光、植物激素、干旱、低温、防御和逆境等信号。在PEG、低温、高盐以及脱水等4种非生物胁迫下,6个OsELPs基因均有不同程度的差异表达,其中OsELP6在4种非生物胁迫下均显著诱导上调表达,该基因可能介导水稻对多种非生物逆境的综合抗性。

8个玉米DOF家族基因对非生物胁迫的响应模式分析

以8个玉米DOF基因为研究对象,研究这8个基因在玉米生长发育中的器官表达模式及应答4种逆境胁迫(200 mmol·L^(-1) NaCl,20%PEG,铵态氮胁迫和硝态氮胁迫)的响应表达模式。结果表明,7个基因具有明显的组织表达特异性,5个基因主要在玉米1种器官中表达,2个基因主要在2种器官中表达,而ZmDOF37呈组成性表达。这些数据表明,这8个基因参与玉米器官的发育进程。在200 mmol·L^(-1) NaCl胁迫处理和20%PEG6000胁迫处理1 h后,分别有8个基因和4个基因表现上调,表明这些基因是NaCl和PEG胁迫响应信号途径中的早期响应基因。在20%PEG6000胁迫处理24 h后,有4个基因被明显的诱导(ZmDOF29,ZmDOF32,ZmDOF37和ZmDOF45),表明这4个基因属于晚期响应基因。在铵态氮和硝态氮胁迫处理1 h后,分别有7个基因被明显诱导,属于早期响应基因,表明这7个基因可能参与玉米应答氮胁迫的早期响应机制。

选择性剪切(AS)在高等植物应对非生物逆境的调控

选择性剪切(alternative splicing,AS)在高等植物中是伴随着转录而进行的过程。近年来的研究表明该方式广泛的参与了高等植物对非生物胁迫逆境的转录调控过程中,为植物提供了一条迅速应对环境变化的及时有效的调控方案。本文综述了AS的调控原理,作用机理;重点探讨了AS与染色体表观遗传学修饰的关系。并在此基础上阐述了在逆境条件下高等植物应用AS伴随着转录进行基因表达调控的原理。

核桃WD40转录因子JrATG18a基因的克隆及逆境响应

WD40转录因子在植物逆境响应中具有重要作用。本研究克隆获得核桃的一条WD40家族的自噬相关蛋白(Autophagy-related protein)18a基因(JrATG18a),通过生物信息学和基因表达技术,分析不同非生物及植物激素处理下JrATG18a基因的表达规律,预测JrATG18a的基本生物功能。结果显示,JrATG18a的开放阅读框(ORF)为1371 bp,编码蛋白含456个氨基酸,分子量为50.746 k D,理论等电点为5.97。与草莓、苹果、碧桃等具有较近的进化关系。其启动子含有热激响应(HSE)、低温胁迫(LTR)、水杨酸(SA)响应等相关元件。表达分析发现JrATG18a基因在热、寒、旱、SA、茉莉酸甲酯(Me JA)、脱落酸(ABA)处理下能被不同程度的诱导,且体现出根和叶的表达差异。这些结果表明,JrATG18a基因能响应逆境参与核桃适应不良环境,可作为核桃抗逆分子育种的重要候选基因。

安徽农业大学作物学学科团队揭示硫化氢信号调控油菜铝胁迫响应机制

全球约30%的土地面积和50%的潜在可耕地是p H低于5.5的酸性土壤,铝毒是酸性土壤上限制作物生长主要的障碍因子,也是仅次于干旱的第二大非生物逆境胁迫。硫化氢是一种新型气体信号分子,胁迫条件下植物体内可快速响应启动其合成代谢调控植物对逆境胁迫的响应过程。已有研究表明硫化氢可调控植物对铝胁迫的响应,但其具体机制尚不清楚。

偃麦草属植物种质资源研究进展

偃麦草属植物是我国干旱半干旱地区重要的优质乡土草资源,也是防风固沙、水土保持和改良盐碱地的理想植物。本文重点梳理和论述了偃麦草属植物种质资源细胞染色体倍性和核型及同工酶特性、非生物逆境胁迫响应及抗逆性评价、优异功能基因(抗旱耐盐基因、耐低磷营养胁迫基因、抗病基因等)挖掘及功能解析、新种质创制和新品种培育等的研究成果与进展,旨在为偃麦草属植物种质资源的深度开发利用奠定重要科学基础。

橡胶树硫氧还蛋白基因HbTRXo2克隆、表达及功能分析

硫氧还蛋白(thioredoxin,TRX)作为氧化还原调节蛋白在植物抵御非生物逆境胁迫中发挥重要作用。本研究采用RT-PCR从橡胶树(Heveabrasiliensis)中克隆了硫氧还蛋白基因HbTRXo2,该基因编码区长594bp,编码197个氨基酸。预测HbTRXo2蛋白的分子量为21.90 kDa,理论等电点为7.59。蛋白保守结构域和系统进化分析结果显示,HbTRXo2含有TRX保守结构域,与其他植物o型硫氧还蛋白聚在一起,表明该蛋白属于o型硫氧还蛋白。实时荧光定量PCR分析表明,HbTRXo2基因在橡胶树根、树皮、胶乳、成熟叶、衰老叶、新梢、雌花和雄花组织中均表达,其中在胶乳中的表达量显著高于其他组织。同健康橡胶树相比,割面干涸橡胶树树皮和胶乳中HbTRXo2的表达量显著降低。在低温、聚乙二醇(PEG)诱导的干旱以及过氧化氢(H_(2)O_(2))和甲基紫精(MV)诱导的氧化胁迫处理下,HbTRXo2基因的表达显著上调,表明该基因参与了橡胶树对非生物胁迫的应答。为了研究HbTRXo2在抗逆中的功能,本研究构建其酵母表达载体,并转入酿酒酵母INVSc1菌株中,获得重组酵母INVSc1(pYES2-HbTRXo2)。比较重组酵母INVSc1(pYES2-HbTRXo2)和转空载体对照酵母INVSc1(pYES2)在H_(2)O_(2)、PEG和低温胁迫处理后的存活差异。结果显示,重组酵母INVSc1(pYES2-HbTRXo2)在PEG和H_(2)O_(2)处理后的存活率明显高于对照酵母,而在低温胁迫处理后的存活率明显低于对照酵母,表明转HbTRXo2基因提高了重组酵母对干旱和氧化胁迫的抗性,但降低了对低温胁迫的抗性。以上研究结果证明,HbTRXo2在橡胶树产排胶和抗逆过程中起着重要作用。本研究为进一步解析HbTRXo2在橡胶树中的生物学功能提供重要的参考依据。

植物生长素响应基因SAUR研究进展

生长素是植物生长发育过程中重要的调节因子,植物通过生长素调节来实现自身的生长发育。SAUR基因家族作为生长素早期响应基因家族中的一员,是生长素信号转导途径中不可或缺的调节因子之一。为了研究SAUR基因在植物生长发育和逆境胁迫应答等生物学过程中的作用,分析了SAUR基因家族的生物信息学特征以及表达特性和调控机制,归纳了SAUR基因在植物细胞伸长生长、光介导的子叶和顶端弯钩打开的过程、花器官形成和果实发育以及胁迫应答等方面的功能,指出SAUR基因不仅在多个方面影响植物的生长发育,还参与了植物对非生物逆境胁迫的响应。本研究结果揭示了SAUR基因在多个层面影响植物生长发育的作用,并且对植物品种培育和分子机理研究提供了理论支持。

高羊茅MAPK基因的克隆与表达分析(英文)

丝裂原活化蛋白激酶(M APK)是生物体内信号转导的重要组分,与生长、发育和逆境胁迫反应密切相关.为了研究草坪草对非生物逆境胁迫反应的分子机理,利用同源基因克隆法从4℃低温诱导的草坪草高羊茅(F estu-ca arund inacea Schreb.)幼苗cDNA文库中分离得到一个M APK的cDNA即F aMAPK 1,F aMAPK 1编码369个氨基酸残基的蛋白激酶,该蛋白激酶具有TEY的磷酸化基序.据推测的氨基酸序列的BLA ST同源性分析表明,F aM APK 1蛋白与水稻O sM APK 4蛋白的一致性为91.1%.N orthern杂交检测F aMAPK 1基因对逆境胁迫反应的结果表明冷(4℃)处理对根中F aMAPK 1基因的表达没有明显影响,但诱导叶中F aMAPK 1上调表达.而且低温(4℃)、高盐(250 mm o l/L N aC l)、干旱和100μm o l/L ABA都诱导叶中F aMAPK 1上调表达,表明F aM APK 1蛋白可能在高羊茅对非生物逆境胁迫的反应中起重要作用.

水稻OsLOL2基因的克隆及过表达拟南芥的抗盐性分析

从水稻龙粳11(Oryza sativa L.longjing11)中克隆到了一个已知的LSD1-Like型锌指蛋白转录因子OsLOL2基因(LOC_Os12g41700)。生物信息学分析表明,OsLOL2基因ORF长度为519 bp,编码172个氨基酸残基,有2个LSD1-Like锌指结构域。本研究以基因枪转化洋葱表皮细胞定位表明在核中。实时荧光定量PCR检测到OsLOL2基因在龙粳11叶和根中的表达受80 mmol·L-1Na Cl、30 mmol·L-1Na HCO3、10 mmol·L-1H2O2胁迫诱导而转录表达显著增加。过表达OsLOL2基因酵母表现出抗盐碱性生长;在胁迫条件下,萌发率分析表明,转OsLOL2拟南芥在Na Cl和H2O2下,过表达株系萌发率高于野生型;萌发后期抗性检测表明:在含100 mmol·L-1Na Cl、3mmol·L-1Na HCO3和2 mmol·L-1H2O2的1/2MS平板上,过表达株系长势优于野生型,揭示了OsLOL2基因能够提高植物的抗盐碱性,与盐碱逆境引起的氧化胁迫的ROS途径相关。为OsLOL2基因参与逆境信号途径的研究提供了理论依据。

棉花抗逆基因GhAREB4的克隆及功能分析

AREBs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应,在植物抵御各种逆境胁迫中起着非常重要的作用。该研究经序列电子拼接克隆了陆地棉GhAREB4基因,该基因全长1 784bp,其开放阅读框为1 227bp,编码408个氨基酸,预测分子量为44.3kD,等电点为8.88。蛋白结构预测发现,该蛋白二级结构中含有bZIP基因家族的保守结构域。系统进化树分析表明,GhAREB4与可可的AREB转录因子同源性最高。绿色荧光蛋白亚细胞定位分析表明,GhAREB4蛋白分布在细胞核内。qRT-PCR分析表明,GhAREB4基因在花中的表达量最高;且GhAREB4基因表达受到干旱、高盐、低温、脱落酸(ABA)等处理的诱导,其可能调控棉花对非生物逆境的耐性响应。研究结果为进一步研究该基因对棉花耐逆调控机制奠定了基础。