茉莉酸信号关键转录因子OsMYC2影响水稻愈伤诱导和分化的功能初探

为了了解茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径基因在水稻愈伤组织诱导和分化过程中的作用,本研究对转录因子基因OsMYC 2在水稻再生过程中的功能进行了研究。利用qRT-PCR技术对OsMYC 2基因在水稻愈伤诱导和分化过程中的表达进行动态分析,同时对osmyc 2基因编辑突变体在水稻组织培养再生过程中的表型进行鉴定,并对osmyc 2突变体愈伤中的一些重要标记基因的表达进行调查和分析。qRT-PCR基因表达鉴定结果显示,OsMYC 2基因在水稻成熟胚愈伤组织诱导和分化过程中均存在一定量的表达,且在分化期的表达量相对较高。而osmyc2突变体的愈伤诱导效率和分化效率均显著低于野生型对照日本晴。同时,基因表达分析发现,OsERF 101、OsBBM 2和OsWUS等与再生相关的重要基因在osmyc 2突变体愈伤中的表达与野生型对照相比均显著下降。由此表明,OsMYC 2基因可能通过茉莉酸信号途径影响水稻成熟胚愈伤组织的诱导形成和胚性愈伤的分化。该研究对OsMYC 2在水稻再生过程中的作用进行了探索性研究,为未来深入研究茉莉酸信号途径影响水稻组织培养的分子机制提供了一定的理论基础。

茉莉酸信号在植物响应逆境胁迫中的新角色

茉莉酸(jasmonic acid,JA)是广泛存在于植物体内的一种重要的新型内源激素,也是植物体内重要的信号分子,JA不仅调控植物的生长发育,还响应逆境胁迫.基于JA信号的最新研究进展,归纳JA在植物中的合成、分解及信号转导途径,讨论JA信号在植物耐热、冷、旱、盐和重金属等胁迫中的作用,展望JA信号与其他信号分子的交互作用,以及在植物生物学中的研究方向.

基于RNA-seq的绿芦笋嫩茎冷藏期间茉莉酸信号变化研究

【目的】为探讨茉莉酸(JA)对绿芦笋采后品质变化进程的影响及其分子机制,对绿芦笋采后冷藏过程中JA含量与品质变化之间的关系以及不同冷藏时期转录组数据进行挖掘分析。【方法】测定绿芦笋冷藏期间品质变化相关指标以及JA含量的变化,采用RNA-seq技术分析绿芦笋5个冷藏时期嫩茎顶部组织的转录组变化,筛选富集于JA生物合成及信号转导途径的差异表达基因(DEGs),并通过实时荧光定量PCR技术对其中4个基因的表达模式进行验证。【结果】随着贮藏时间延长,绿芦笋的感官评分分值显著下降,失重率显著上升,顶部组织的硬度不断下降,基部组织的硬度呈先升后降;贮藏当天呼吸速率极高,但随着贮藏期的延长呈现先降后升的变化模式。JA含量在贮藏前几个小时含量急剧增加,贮藏期间则呈现先降后升的变化模式,且顶部组织JA含量极显著高于基部;5个时期嫩茎顶部组织中富集于茉莉酸生物合成及信号转导途径的差异基因分别有32个和11个,而其中最关键的基因分别有16个和9个。茉莉酸生物合成途径中,上调表达的差异基因主要涉及JA合成前体物质的产生以及下游调控步骤。JA信号转导途径转录调控非常活跃,以JA活化以及识别蛋白COI1的诱导表达为主要特征,JAZ蛋白响应基因数目最多,且其表达模式与JA含量的变化趋势较为一致。【结论】茉莉酸信号变化与绿芦笋采后品质变化密切相关,且有25个关键基因可能参与了这一响应过程,为进一步阐明绿芦笋采后品质变化的分子机制奠定理论基础。

斜纹夜蛾幼虫诱导的油菜抗虫性及其与茉莉酸信号途径的关系

植物在受植食性昆虫为害时能产生防御反应,并且植物的茉莉酸信号转导途径在这一过程中发挥着重要作用。然而,迄今为止对于油菜Brassica campestris的诱导防御反应很少有研究报道。为此,本实验通过测定油菜内茉莉酸和胰蛋白酶抑制剂含量研究了油菜在斜纹夜蛾Spodoptera litura幼虫为害后的抗虫性和胰蛋白酶抑制剂含量的变化,并分析这些变化在油菜诱导抗虫性与茉莉酸信号转导途径中的关系。结果表明:斜纹夜蛾幼虫取食能导致油菜体内茉莉酸和胰蛋白酶抑制剂含量系统性上升,外用茉莉酸甲酯处理也能系统性增加油菜的胰蛋白酶抑制剂含量,并且取食茉莉酸甲酯处理或斜纹夜蛾幼虫取食过的叶片能显著降低斜纹夜蛾幼虫的体重,两者的体重分别为对照植株上的67.5%和60.2%。机械损伤加斜纹夜蛾幼虫口腔分泌物处理能引起处理叶中茉莉酸和胰蛋白酶抑制剂含量的增加,但其诱导效果与机械损伤加水没有显著差异,并且两者明显低于虫害的诱导效果,两种处理的茉莉酸和胰蛋白酶抑制剂含量分别为虫害诱导的68.4%和24.4%及62.9%和36.9%;多次连续机械损伤的诱导效果与一次损伤的没有明显差异。结果说明斜纹夜蛾幼虫诱导的油菜抗虫性与茉莉酸信号转导途径有关,而其激活油菜抗虫反应的机理则可能与其特定的取食行为相关。

橡胶树茉莉酸信号途径相关基因表达与橡胶产量的相关性

割胶促进橡胶树合成天然橡胶与激活乳管细胞的茉莉酸信号途径密切相关,但茉莉酸信号途径关键环节的基因表达水平与干胶产量的相关性尚不清楚。为了找到与产量相关的分子标记,该研究采用qPCR技术,分析了割胶条件下茉莉酸信号途径关键环节的9个相关基因在5个橡胶树魏克汉种质和5个1981’IRRDB种质乳管细胞中的表达。结果表明:大多魏克汉种质的株次干胶产量显著高于1981’IRRDB种质。在9个基因中,除了HbMYC4和HbMYC5,其余7个基因在大多橡胶树魏克汉种质中的表达量均显著高于1981’IRRDB种质,尤其是HbMYC3基因表达差异性好,与干胶产量相关性高,有望作为橡胶树产量育种的一个分子标记。这对育种周期长的橡胶树产量育种具有实际应用价值。

茉莉酸信号受体COI蛋白家族的分子进化与基因表达分析

茉莉酸(Jasmonic acid,JA)存在于所有高等植物中,是植物对病原微生物和虫害防御反应的关键激素。在茉莉酸信号转导中,COI1(COR-insensitive 1)作为茉莉酸信号受体蛋白在其中发挥关键作用。本研究采用生物信息学方法,从藻类、苔藓类、蕨类、裸子及单、双子叶植物多谱系对COI蛋白家族进行比较基因组学研究,并取得以下结果:(1)同源基因鉴定结果发现,在所选的7种陆生植物中一共鉴定了55个COIs同源基因,然而,在低等的水生植物包括绿藻类(Chlorophytes)、红藻类(Rhodophytes)、硅藻类(Bacillariophytes)、灰胞藻类(Glaucophytes)及褐藻类(Phaeophytes)等基因组中均未发现其同源基因;(2)系统进化树分析表明,植物COI蛋白家族可以分为4个保守的亚家族,且在陆生植物扩增的同时可能已发生功能分化;(3)基因结构分析显示,植物COI家族基因结构表现多样性,主要体现在内含子的数目和长度上;(4)基因表达数据提示,COI基因家族成员参与植物生长发育的多个时期,且在不同组织器官以及不同的胁迫应答反应中发挥不同的作用。以上结果将为植物COI基因家族的深入研究提供参考。

桃蚜取食对抗、感蚜辣椒品种水杨酸、茉莉酸信号途径的影响

为了明确水杨酸及茉莉酸信号途径在辣椒抗蚜性中的重要作用,本研究在获得遗传稳定的抗、感蚜参照辣椒品种的基础上,系统开展了桃蚜为害前后抗、感蚜参照辣椒品种叶组织中水杨酸、茉莉酸含量及相关基因表达量的差异分析。结果表明,桃蚜为害后,水杨酸含量在抗蚜辣椒品种‘猪大肠’(ZDC)和感蚜辣椒品种‘大羊角椒’(DYJJ)中均比为害前显著提高,而茉莉酸含量在ZDC中显著提高,在DYJJ中则先显著降低之后又恢复到为害前水平。水杨酸信号途径相关基因PR1、EDS5、PAD4的表达量在ZDC、DYJJ被桃蚜为害后均能够显著诱导,并且桃蚜为害早期PR1和EDS5基因在ZDC中的表达量显著高于DYJJ。ZDC被桃蚜为害后,茉莉酸信号途径基因LOX2、AOC的表达量比为害前先显著提高,之后又逐渐降低至为害前水平,而这2个基因在DYJJ中的表达被显著抑制,并且也显著低于ZDC中的表达水平。研究结果表明,抗蚜辣椒品种可以同时激活水杨酸、茉莉酸信号途径抵御桃蚜为害,而感蚜辣椒品种激活水杨酸途径、显著抑制茉莉酸途径则有利于桃蚜为害。本研究从以上2个防御信号途径初步揭示了辣椒的抗蚜性分子机理。

茉莉酸信号转导途径介导番茄对棉铃虫的抗性

以过表达前系统素转基因番茄(35S∷prosys)、茉莉酸合成突变体番茄(spr2)和野生型番茄(WT)为试验材料,研究了其被棉铃虫取食后叶片保护酶活性和防御反应基因表达情况,以及对棉铃虫抗性的影响.结果表明:棉铃虫取食不同基因型番茄叶片后,多酚氧化酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶和脂氧合酶活性在35S∷prosys植株中最高,在WT植株中次之,在spr2植株中最低.荧光定量PCR检测表明,棉铃虫取食不同基因型番茄叶片后,脂氧合酶基因、丙二烯氧化物环化酶基因和蛋白酶抑制剂基因的转录水平在35S∷prosys植株中最高,在WT植株中次之,而在spr2植株中这些抗性基因的表达未受到虫害的诱导.生物测定表明,取食spr2的棉铃虫体重是取食WT和35S∷prosys棉铃虫体重的2.17和2.96倍.可见,茉莉酸信号途径介导了番茄对棉铃虫的抗性.

光与茉莉酸信号介导的萜类化合物合成分子机制

萜类化合物在医药、农业、食品和日化等领域具有重要的应用价值,但其在药用植物中的天然含量普遍较低,限制其规模化发展。光和茉莉酸信号是调控植物萜类化合物合成中常用的诱导子。本文综述光与茉莉酸信号介导的药用植物萜类化合物合成的分子机制,提出了未来药用植物萜类化合物可重点研究的方向。

GhMYB43负调控木质素的生物合成和茉莉酸信号

【目的】棉花黄萎病是由土壤传播的植物维管束真菌病害,导致每年棉花产量和品质的严重损失。本研究通过鉴定抗病基因,研究抗病机制,为棉花多抗种质资源创新提供理论基础。【方法】利用酵母单杂交(Yeast one hybrid)筛选到1个GhLac1上游的调节因子,并通过构建系统进化树、氨基酸序列多重比对、定量逆转录聚合酶链反应(Reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)、烟草瞬时转化、双荧光素酶检测系统、病毒诱导的基因沉默技术、棉花遗传转化技术等对该转录因子相关功能进行验证。【结果】Gh_D12G0544与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中AtMYB43同源性最高,将其编码基因命名为GhMYB43。GhMYB43位于陆地棉Dt亚组第12号染色体上,编码1个含376个氨基酸的蛋白质,含有2个MYB结构域;RT-qPCR分析发现GhMYB43在茎中优势转录,受水杨酸和过氧化氢诱导上调表达,而受茉莉酸甲酯诱导下调表达,转录水平会受大丽轮枝菌(Verticilium dahliae)诱导;亚细胞定位结果显示,GhMYB43蛋白定位于细胞核中;双荧光素酶检测系统验证该基因具有转录激活活性;抗病性鉴定发现抑制GhMYB43转录会增强棉花植株对黄萎病菌的抗性;超表达GhMYB43增强了棉花对黄萎病菌的敏感性;木质素组织化学染色和含量测定结果表明,超表达GhMYB43转基因系的木质素含量明显低于对照材料。RT-qPCR分析表明,GhMYB43负调控木质素合成途径中关键酶基因的转录水平,并且负调控茉莉酸信号路径相关基因的转录。【结论】GhMYB43负调控木质素合成和茉莉酸信号。

镁毒害抑制茉莉酸信号通路增加拟南芥对南方根结线虫敏感性的研究

【目的】研究镁毒害胁迫下拟南芥生理过程及响应南方根结线虫侵染的变化及相关分子机理。【方法】以贫营养的蛭石为培养基质,通过盆栽试验分析镁毒害胁迫(15 mmol/L MgCl2)下拟南芥叶绿素合成变化及拟南芥对南方根结线虫侵染抗/感性变化;通过转录组测序策略分析镁毒害胁迫下拟南芥基因上、下调变化关系;对表达差异显著的基因进行实时荧光定量PCR验证。【结果】镁毒害胁迫下,拟南芥叶绿素合成受到显著影响,其叶片叶绿素含量均显著或极显著低于对照(P<0.05或P<0.01)。拟南芥线虫敏感性分析显示:镁毒害处理组接种线虫30 d后,根内发育形成的雌成虫数及根表形成的根结数均显著多于对照(P<0.05),表明镁毒害胁迫增加了拟南芥对南方根结线虫侵染的敏感性。转录组测序结果显示:镁毒害胁迫下,拟南芥中8个与氨基酸、碳水化合物、脂类、维生素和次级代谢产物等代谢相关的基因显著上调;下调基因中,有5个基因均属于信号转导过程,分别涉及茉莉酸生物合成通路和茉莉酸介导的防卫反应通路。实时荧光定量PCR验证表明:分别用2个内参基因校正后,各上、下调基因表达趋势一致,与转录组测序数据吻合。【结论】镁毒害胁迫干扰了拟南芥植株以叶绿素合成为代表的正常生理过程,抑制了拟南芥细胞茉莉酸生物合成和信号传导相关关键基因的表达,增加了拟南芥对南方根结线虫侵染的敏感性。镁可能是参与拟南芥中茉莉酸介导抗南方根结线虫防卫反应的重要矿质元素。

茉莉酸信号通路中的转录因子对药用植物次生代谢调控的研究进展

莱莉酸类物质作为植物体内源激素，能够诱导萜类、生物碱和黄酮类等多种药用活性成分在植物体内的生物合成，在植物次生代谢过程中发挥着非常重要作用。茉莉酸信号通路中的转录因子能通过与靶基因启动子中的顺式作用元件相互作用，激活或抑制植物次生代谢生物合成途径中多个关键酶基因的表达，有效地启动或关闭次生代谢生物合成途径，调控特定次生代谢产物的生物合成过程，从而影响次生代谢产物的积累。该文主要综述了莱莉酸信号通路中的转录因子（包括AP2／ERFs，bHLH，MYB，WRKY）在植物次生代谢中的调控作用等方面的研究进展，并探讨了转录因子在提高药用活性成分方面的潜在应用价值，为解析茉莉酸信号通路调控植物内的次生代谢过程提供参考和依据。

茉莉酸信号及其在木本植物中的研究进展

茉莉酸作为一种重要的植物内源激素,广泛参与植物生长发育调控、防御反应、开花时间调节及花发育进程等生物学过程.此外,茉莉酸可以介导果实品质和调节植物体内代谢物含量,在农林经济生产中具有重要作用.针对近年来茉莉酸信号领域取得的研究进展,本文总结了茉莉酸信号在植物胁迫响应、防御反应、开花时间调控、花器官发育、色泽品质和代谢成分变化中的作用及信号转导机制,并阐述了茉莉酸信号在木本植物生长发育中的功能及机制.提出在木本植物中研究茉莉酸信号途径,应扩大茉莉酸通路中关键因子的互作蛋白筛选,同时兼顾茉莉酸与其他激素信号转导途径间的交叉关系,考虑不同品种、不同基因型之间的差异,以充分揭示茉莉酸信号调控途径的多样性和转导机制的复杂性,挖掘其在林木中的潜在功能.

植物的环境信号分子茉莉酸及其生物学功能

茉莉酸信号分子参与植物生长发育众多生理过程的调控,尤其是作为环境信号分子能有效地介导植物对生物及非生物胁迫的防御反应。迄今已知具有信号分子生理功能的至少包括茉莉酸(jasmonic acid,JA)以及茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,Me JA)和茉莉酸-异亮氨酸复合物(jasmonoyl-isoleucine,JA-Ile)等茉莉酸衍生物,统称为茉莉酸类化合物(jasmonates,JAs)。从环境信号分子角度介绍了茉莉酸信号的启动(环境信号感知与转导、茉莉酸类化合物合成)、传递(局部传递、维管束传输、空气传播)和生物学功能(茉莉酸信号受体、调控的转录因子、参与的生物学过程)。

植物防御中茉莉酸信号通路抑制与终止的作用机制

茉莉酸(jasmonate,JA)作为重要的植物激素,在平衡植物生长发育和响应外界胁迫中发挥着重要作用。植物响应外界胁迫主要是通过激活信号转导通路实现信号传递的级联放大信号进而实现防御响应。然而,植物防御是一个高能耗过程,防御的适时抑制与终止有利于植物的生长发育。针对植物茉莉酸信号通路的抑制与终止研究,总结参与防御相关茉莉酸信号通路抑制与终止的主要调控因子,阐述茉莉酸ZIM结构域蛋白(jasmonate ZIM-domain,JAZ)、髓细胞组织增生蛋白2(myelocytomatosis 2,MYC2)、JA相关类MYC2蛋白(JA-associated MYC2-like,JAM)和MYC2直接调控bHLH蛋白(MYC2-targeted BHLH,MTB)等对茉莉酸信号通路进行抑制与终止的作用机制,总结抑制茉莉酸信号通路的茉莉酸代谢途径,最后对茉莉酸信号通路抑制与终止机制的研究方向进行展望。

薄荷MhWRKY57基因克隆及响应茉莉酸信号的表达分析

【目的】分析薄荷转录因子MhWRKY57的基因和氨基酸特性、亚细胞定位、转录活性、组织表达及茉莉酸甲酯处理下的基因表达水平,为揭示MhWRKY57响应茉莉酸信号调控薄荷精油合成的分子机制提供理论依据。【方法】利用薄荷转录组数据,采用RT-PCR方法获得MhWRKY57基因编码序列,利用生物信息学分析其基因和氨基酸特性,烟草叶片瞬时表达系统进行亚细胞定位,酵母双杂交系统分析转录激活活性,实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术分析MhWRKY57基因在各组织及茉莉酸甲酯诱导下的表达模式。【结果】获得薄荷MhWRKY57基因的编码序列(CDS),编码276个氨基酸,具有典型的WRKY结构域,含34个磷酸化位点,属于非跨膜亲水蛋白,定位于细胞核且具有转录激活活性。系统进化分析表明,薄荷MhWRKY57与大豆Glyma.01G056800.2.p亲缘关系最近。qRT-PCR分析结果表明,MhWRKY57基因在幼叶、成熟叶、花、茎、根中均表达,在根和叶中均明显受到茉莉酸甲酯诱导表达。【结论】MhWRKY57是一个响应茉莉酸信号的转录因子,可能参与茉莉酸信号介导调控的薄荷精油合成过程。

拟南芥茉莉酸信号途径突变体jar1的灰葡萄孢菌抗性分析

为研究拟南芥JAR1(At2g46370)基因在灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)抗性反应中的作用,从拟南芥生物资源中心获得其功能下降突变体jar1(SALK_030821)。以纯合突变体为材料,将灰葡萄孢菌的孢子悬浮液接种到4周龄的拟南芥叶片上,统计接种后一周内植株病情指数。通过实时荧光定量RT-PCR测定灰葡萄孢菌肌动蛋白基因(B.cinerea actin)在拟南芥叶片中的表达量,分析了病原物的繁殖情况。结果发现,从接种后的第2天开始,jar1植株的病情指数显著高于野生型。qRT-PCR检测结果表明,在接种后的第三天,野生型植株中B.cinerea actin的表达量是对照的6.9倍,而jar1植株中B.cinerea actin的表达量是对照的20.2倍,说明病原物在jar1突变体叶片上的繁殖速度显著高于在野生型中的。本研究的结果初步表明JAR1基因参与拟南芥对灰葡萄孢菌的抗性调控。

植物伤反应中的茉莉酸类信号

植物伤反应包括伤信号的产生、传递、感知和转导。植物伤反应信号通路是一网络系统。茉莉酸类是植物伤反应中的重要信号分子 ,乙烯、ABA、系统素、水杨酸、过氧化氢等也参与伤信号转导。伤反应信号通路与其他生物、非生物胁迫反应信号通路交互作用 。

茉莉酸甲酯调控牛大力有效成分积累及相关基因表达

目的:研究外源茉莉酸甲酯(methyl Jasmonate,MeJA)对牛大力有效成分含量的影响,探究其对异黄酮生物合成以及茉莉酸(jasmonate,JA)信号通路关键酶基因的调控模式。方法:以牛大力幼苗为材料,采用HPLC法分析MeJA对有效成分含量的影响,利用Illumina HiSeq平台进行转录组测序,并利用qRT-PCR技术验证相关基因的表达量。结果:外源MeJA诱导提高了牛大力有效成分芒柄花素与高丽槐素的含量。基于牛大力参考基因组数据库,鉴定出20727个差异基因(DEGs),其中9091个为上调基因,主要富集在植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、异黄酮生物合成等代谢通路,qRT-PCR结果验证了转录组测序结果准确可靠。外源MeJA激活了部分异黄酮生物合成和JA信号通路关键酶基因的表达,其中异黄酮生物合成途径基因CHS、HIDs、I3′Hs、VR、PTR、CYP81E7、7IOMT、PTS等呈上调表达;JA信号通路基因LOXs、AOSs、OPR、ACXs、JAZs和MYCs等呈上调表达。结论:牛大力在响应外源MeJA诱导的过程中可激活CHS、HID-1、VR等异黄酮生物合成途径和LOX、MYC等JA信号通路关键酶基因,从而正向调控其有效成分芒柄花素与高丽槐素含量。

茶树茉莉酸合成与转导途径关键基因在乌龙茶加工过程中对萜类物质的影响

对茶树茉莉酸合成与信号转导途径关键基因进行分析,并探究其在乌龙茶加工过程中的表达模式和对萜类物质形成的影响。结果表明,茶树茉莉酸合成与信号转导途径中共11个关键基因家族,包含133个候选基因;顺式作用元件分析显示,该途径关键基因的启动子区域包含大量的顺式作用元件,包括茉莉酸响应、损伤响应和厌氧诱导响应等元件;qRT-PCR分析表明,该途径大多数基因在萎凋过程呈上升趋势,在二摇后达到最高,四摇过程显著下调,杀青前略有回升,且关键基因可响应乌龙茶加工过程中多种胁迫;顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用(HS-SPME-GC-MS)检测出73种萜类物质,主要包括芳樟醇、香叶醇和α-法尼烯等呈花果香型物质;相关性分析表明,CsLOX11、CsLOX12、CsAOS2、CsAOC1、CsACX4、CsACX8、CsMYC2-4、CsMYC2_15和CsMYC2_21与β-蒎烯、柠檬烯和月桂烯等呈正相关,CsOPR2、CsTPL6和CsLUG4与反式-橙花叔醇、α-法尼烯和紫罗兰酮等呈正相关,其中CsTPL6与35种萜类化合物呈极显著正相关。明确茶树茉莉酸合成与信号转导途径关键基因参与调控乌龙茶加工过程中萜类化合物的形成,为探明乌龙茶加工过程香气形成的分子机制奠定基础。