生长素信号转导途径与植物胁迫反应相互作用的证据

生长素影响植物多种生理过程,有报道显示生长素可能影响植物对逆境胁迫的反应。我们利用cDNA阵列技术鉴定拟南芥（Arabiopsis thaliana (L.)Heynh.）的生长素应答基因,发现多个胁迫应答基因受生长素抑制,包括Arabidopsis homolog of MEK kinasel（ATMEKK1）,RelA/SpoT homolog 3(At-RSH3),Catalase 1(Cat1)和Ferriitn 1(Fer1)。说明生长素可调节胁迫应答基因的表达,此外,我们还证明吲哚乙酸（LAA）合成途径中的腈水解酶基因nitrilase 1(NIT1)和nitrilae 2（NIT2）受盐胁迫诱导,提示在逆境条件下1AA的合成可能随之增加,我们利用生长素不敏感突变体研究生长素与逆境反应相互作用的信号转导,发现胁迫应答基因在野生型和生长素不敏感突变体auxin resistant 2（axr2）中可被盐胁迫诱导,而在auxin resitant1-3（axl-3)中则不被诱导,说明生长素与逆境胁迫反应的相互作用可能发生在泛素途径。     

生长素信号转导途径与植物胁迫反应相互作用的证据(英)

生长素影响植物多种生理过程 ,有报道显示生长素可能影响植物对逆境胁迫的反应。我们利用cDNA阵列技术鉴定拟南芥 (Arabidopsisthaliana (L .)Heynh .)的生长素应答基因 ,发现多个胁迫应答基因受生长素抑制 ,包括ArabidopsishomologofMEKkinase1(ATMEKK1) ,RelA/SpoThomolog 3(At_RSH3) ,Catalase 1(Cat1)和Ferritin 1(Fer1) ,说明生长素可调节胁迫应答基因的表达。此外 ,我们还证明吲哚乙酸 (IAA)合成途径中的腈水解酶基因nitrilase 1(NIT1)和nitrilase 2 (NIT2 )受盐胁迫诱导 ,提示在逆境条件下IAA的合成可能随之增加。我们利用生长素不敏感突变体研究生长素与逆境反应相互作用的信号转导 ,发现胁迫应答基因在野生型和生长素不敏感突变体auxinresistant2 (axr2 )中可被盐胁迫诱导 ,而在auxinresistant1_3(axr1_3)中则不被诱导 ,说明生长素与逆境胁迫反应的相互作用可能发生在泛素途径。     

生长素信号转导途径与植物胁迫反应相互作用的证据

生长素影响植物多种生理过程,有报道显示生长素可能影响植物对逆境胁迫的反应.我们利用cDNA阵列技术鉴定拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)的生长素应答基因,发现多个胁迫应答基因受生长素抑制,包括Arabidopsis homolog of MEK kinase1 (ATMEKK1),RelA/SpoT homolog 3 (At-RSH3),Catalase 1 (Cat1) 和Ferritin 1 (Fer1),说明生长素可调节胁迫应答基因的表达.此外,我们还证明吲哚乙酸(IAA)合成途径中的腈水解酶基因nitrilase 1 (NIT1) 和nitrilase 2 (NIT2) 受盐胁迫诱导,提示在逆境条件下IAA的合成可能随之增加.我们利用生长素不敏感突变体研究生长素与逆境反应相互作用的信号转导,发现胁迫应答基因在野生型和生长素不敏感突变体auxin resistant 2 (axr2) 中可被盐胁迫诱导,而在auxin resistant 1-3 (axr1-3)中则不被诱导,说明生长素与逆境胁迫反应的相互作用可能发生在泛素途径.     

AtWRKY40参与拟南芥干旱胁迫响应过程

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型、AtWRKY40缺失突变体和过表达株系为材料,研究AtWRKY40在植物干旱胁迫响应过程中的作用及其生理和分子机制。结果显示,AtWRKY40受干旱胁迫诱导;AtWRKY40缺失导致干旱胁迫下种子萌发率降低,叶片失水加剧,而AtWRKY40过表达植株呈现出相反的表征;干旱胁迫下,At WRKY40缺失突变体植株叶片过氧化氢(H_2O_2)、超氧阴离子(O_2~-·)及丙二醛(MDA)含量显著高于野生型及其过表达株系,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性、脯氨酸(Pro)和可溶性糖含量以及相关基因AtCu/ZnSOD、AtCAT1、AtP5C1S、AtG6PD5和AtBAM4表达量显著低于野生型,同时AtWRKY40过表达株系的渗透物质含量和保护酶活性及其基因表达量则高于野生型。由此说明,AtWRKY40通过调节植株抗氧化能力及渗透调节能力参与拟南芥干旱胁迫响应过程。     

拟南芥SPL1基因参与调节低磷条件下的根际酸化反应

根际酸化是植物适应低磷胁迫的重要策略, 但植物是如何感知和转导低磷信号, 进而促进根际酸化的分子机制至今还不十分清楚。利用pH指示剂(溴甲酚紫)显色法从拟南芥(Arabidopsis thaliana) T-DNA插入突变体库中分离得到了1株低磷诱导根际酸化缺失突变体spl1。在含溴甲酚紫的低磷培养基上培养8小时, 野生型拟南芥根际培养基的颜色变为黄色, 而突变体spl1根际培养基的颜色没有明显变化, 表明spl1的低磷根际酸化反应能力降低。当低磷胁迫处理延长20天, spl1叶片的花青素积累明显高于野生型。同时也出现, 即使在磷营养正常条件下, spl1突变体也表现出根毛数量与长度增加的特征。进一步的研究表明, 在低磷条件下, spl1突变体根部的磷含量略高于野生型, 与磷转运相关基因的表达量明显高于野生型。分子遗传学分析结果表明, SPL1基因受低磷胁迫诱导, 主要在拟南芥的叶片和花等组织中表达, 其编码的蛋白广泛分布在细胞的各个部位。以上结果表明, SPL1参与介导低磷诱导的拟南芥根际酸化反应, 调节多种低磷胁迫反应及低磷条件下磷饥饿诱导基因的表达。     

H2S位于SOS上游参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥野生型、SOS突变体印tsosl、Atsos2和Atsos3）、H2S合成相关酶L-／D-半胱氨酸脱巯基酶（L-／D-CDes）基因缺失突变体（Atl-cdes和Atd-cdes）和过表达株系（OEL—CDes和OED-CDes）为材料研究了H,s和SOS信号转导途径在盐胁迫诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其相互关系。结果表明,盐胁迫能够引起拟南芥叶片H,S含量、L-／D-CDes活性及其基因表达量显著升高,诱导野生型拟南芥和OEL—CDes和OED．CDes叶片气孔关闭,但对Atl-cdes和Atd-cdes气孔开度无显著影响;而H2S清除剂次牛磺酸（hypotaurine,HT）可减弱盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭的作用,表明H2S参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭过程。外源H2S诱导野生型拟南芥气孔关闭,但对SOS突变体气孔开度无显著影响;同时盐胁迫下Atsosl、Atsos2和Atsos3亦表现出H2S含量及L-／D-CDes活性显著升高,且与野生型相比,盐胁迫对Atl-cdes和Atd-cdes叶片AtSOS基因表达量无显著影响。表明盐胁迫诱导气孔关闭过程中H2S位于SOS上游。     

H2S位于SOS上游参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭

以拟南芥野生型、SOS突变体(Atsos1、Atsos2和Atsos3)、H2S合成相关酶L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-CDes)基因缺失突变体(Atl-cdes和Atd-cdes)和过表达株系(OEL-CDes和OED-CDes)为材料研究了H2S和SOS信号转导途径在盐胁迫诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其相互关系。结果表明,盐胁迫能够引起拟南芥叶片H2S含量、L-/D-CDes活性及其基因表达量显著升高,诱导野生型拟南芥和OEL-CDes和OED-CDes叶片气孔关闭,但对Atl-cdes和Atd-cdes气孔开度无显著影响;而H2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine,HT)可减弱盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭的作用,表明H2S参与盐胁迫诱导的拟南芥气孔关闭过程。外源H2S诱导野生型拟南芥气孔关闭,但对SOS突变体气孔开度无显著影响;同时盐胁迫下Atsos1、Atsos2和At-sos3亦表现出H2S含量及L-/D-CDes活性显著升高,且与野生型相比,盐胁迫对Atl-cdes和Atd-cdes叶片AtSOS基因表达量无显著影响。表明盐胁迫诱导气孔关闭过程中H2S位于SOS上游。     

拟南芥ANAC055基因突变体对高盐和渗透胁迫的响应

高盐和渗透等非生物胁迫是影响农作物产量和品质的重要因素,非生物胁迫发生时,植物通过体内各类转录因子启动胁迫应答反应,进而降低非生物胁迫对植物的损伤。本研究筛选出植物特异性转录因子ANAC055编码基因的纯合T-DNA插入突变体SALK_152738,测序分析发现T-DNA插在ANAC055基因的3'UTR区域。实时荧光定量PCR结果表明叶中ANAC055基因表达量最高;与野生型相比,突变体叶、茎和花中ANAC055基因表达量分别下降了40%、50%和70%。高盐胁迫后,野生型和突变体叶中ANAC055基因表达量分别比对照上升了320%和55.4%;而渗透胁迫时,该基因叶中的表达量分别比对照下降了47.7%和56.3%;电子表达谱分析发现该基因根中的表达可受高盐和渗透等多种非生物胁迫的诱导表达。高盐和渗透胁迫时野生型和突变体幼根的生长均受到明显抑制,但高盐胁迫对突变体根生长的抑制作用比对野生型根生长的抑制作用更大。上述分析表明拟南芥ANAC055基因可受高盐和渗透等非生物胁迫的诱导表达,并且其在拟南芥幼根的生长发育过程中具有一定的作用,本研究有助于进一步明确其在非生物胁迫过程中的作用。     

磷脂酶Dα在拟南芥低温驯化过程中的作用途径分析

本研究对低温驯化和未经低温驯化的磷脂酶α基因敲除突变体与野生型拟南芥植株进行冻害胁迫处理后,通过观测植株表型和膜离子渗漏率的变化,鉴定两种基因型植株的抗冻性.结果发现,低温驯化后,PLDα敲除突变体的抗冻性明显低于野生型,表明PLDα参与植物的低温驯化过程.对其作用途径进行分析发现,PLDα不参与低温驯化过程中ABA信号转导作用,也没有参与SOD、CAT和POD等3种抗氧化酶活性的调节,但是参与低温驯化过程中膜稳定性调节和渗透调节过程.     

拟南芥类受体蛋白激酶基因CRK45对外源钙离子的响应

以拟南芥野生型和类受体蛋白激酶基因CRK45的T-DNA插入突变体crk45为材料,采用差异基因表达筛选技术检测ABA处理后野生型和crk45中基因表达的差异。结果显示:(1)crk45突变体中有1个基因的表达比野生型高约4倍。(2)NCBI数据库检索表明,该基因编码的蛋白具有EF手型结构,蛋白序列全长为130个氨基酸,是典型的Ca2+结合蛋白,故命名为CRK45抑制的钙离子结合蛋白(CICBP)。(3)Northern blotting分析结果显示,ABA处理后crk45突变体中CICBP的表达明显升高,证明CICBP基因的确受ABA诱导,且其表达受CRK45的抑制。(4)外源75mmol/L的Ca2+处理后,crk45突变体的萌发率(30.8%)显著高于野生型(17.16%),说明在Ca2+介导下CRK45的功能是抑制种子萌发。(5)qRT-PCR检测显示,野生型中CRK45的表达受Ca2+诱导明显升高,而crk45突变体中的表达一直保持很低,说明crk45突变体是一个基因敲除突变体;Ca2+处理后crk45突变体中CICBP基因表达上调,而野生型中CICBP的表达反而降低,说明Ca2+处理下CRK45抑制CICBP基因的表达。研究表明,ABA或Ca2+处理后,CRK45通过负调控CICBP基因的表达,从而抑制拟南芥种子萌发。     

NaCl 胁迫下小麦突变体和野生型叶片中一些有机溶质累积和基因表达差异

盐胁迫下突变体和野生型叶片中的脯氨酸累积量均有显著的增加,野生型的增加幅度不及突变体。至９６ ｈ ,两者含量均下降,但突变体的脯氨酸含量仍高于野生型。１００ｍ ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＣｌ 胁迫７２ ｈ ,突变体叶片中可溶性糖的含量有显著的增加,增加量随盐浓度增加而降低。至９６ ｈ,各个盐浓度处理的突变体可溶性糖的含量基本恢复到其对照的水平;除１００ ｍｍｏｌ／Ｌ 盐胁迫处理组外,野生型叶片中可溶性糖含量均大幅度下降。盐胁迫下突变体和野生型叶片细胞可溶性蛋白组分有明显的差异。ｍＲＮＡ 差异显示结果表明,突变体有６ 个差异性的ｃＤＮＡ 片段     

盐分和水分胁迫对芦荟幼苗渗透调节和渗调物质积累的影响

用不同浓度NaCl和等渗聚乙二醇(PEG 6000)处理芦荟(Aloe vera L.)幼苗,10 d后测定叶片相对生长速率和厚度、叶片中主要有机溶质、无机离子含量及渗透调节能力.结果表明,-0.44、-0.88 MPa NaCl和PEG处理使芦荟叶片的相对生长速率和叶片厚度明显下降,且盐胁迫对幼苗生长的抑制和叶片含水量降低的效应明显高于等渗的水分胁迫,其叶片渗透调节能力随处理渗透势的降低而增加, -0.88 MPa PEG胁迫的芦荟幼苗的渗透调节能力高于等渗盐分胁迫.在主要渗透调节物质可溶性糖、有机酸、K 、Ca2 和Cl-中,-0.88 MPa PEG处理下含量比相同渗透势的NaCl处理下显著增加的是有机溶质,因此推断有机溶质含量高是PEG胁迫下渗透调节能力较强的主要因素.     

渗透胁迫诱导的小麦叶片细胞程序性死亡

用20%PEG6000（-0.63MPa）溶液对小麦（Triticumaestivum）根系进行渗透胁迫,在DNA琼脂糖凝胶电泳图谱上观察到明显的梯状DNA条带,表明PEG处理诱发了DNA核小体间的断裂,从而表现出典型的细胞程序性死亡的生化特征;末端脱氧核糖核酸转移酶介导的3′-OH末端标记法（terminal deoxynucleotidyl transferase(TdT)-mediated dUTP nick end     

C02倍增对渗透胁迫下小麦叶片抗氧化酶类及细胞程序性死亡的影响

经渗透胁迫后 ,CO2 倍增条件下小麦叶片的SOD、POX和CAT的活性均显著高于对照 ,上升或稳定时期较长 ;在渗透胁迫后期MDA含量和电解质泄露率增加较慢 ,显著低于对照 ;H2 O2 含量一直高于对照但进行PEG胁迫后增长较慢。CO2 倍增条件下 ,小麦细胞出现DNA梯的时间较晚而且持续的时间较长 ,DNA梯出现时抗氧化酶和H2 O2 处于相对稳定状态。结果表明在渗透胁迫下CO2 倍增使小麦的抗氧化能力增强从而减轻了对细胞膜和DNA的损伤 ,并且干旱条件下小麦的细胞程序性死亡可能是由于细胞内氧化过强所致     

Metabolome and water status phenotyping of Arabidopsis under abiotic stress cues reveals new insight into ESK1 function

Metabolomic investigation of the freezing-tolerant Arabidopsis mutant esk1 revealed large alterations in polar metabolite content in roots and shoots. Stress metabolic markers were found to be among the most significant metabolic markers associated with the mutation, but also compounds related to growth regulation or nutrition. The metabolic phenotype of esk1 was also compared to that of wild type (WT) under various environmental constraints, namely cold, salinity and dehydration. The mutant was shown to express constitutively a subset of metabolic responses which fits with the core of stress metabolic responses in the WT. But remarkably, the most specific metabolic responses to cold acclimation were not phenocopied by esk1 mutation and remained fully inducible in the mutant at low temperature. Under salt stress, esk1 accumulated lower amounts of Na⁺ in leaves than the WT, and under dehydration stress its metabolic profile and osmotic potential were only slightly impacted. These phenotypes are consistent with the hypothesis of an altered water status in esk1 , which actually exhibited basic lower water content (WC) and transpiration rate (TR) than the WT. Taken together, the results suggest that ESK1 does not function as a specific cold acclimation gene, but could rather be involved in water homeostasis.     

Transgenic tomato plants overexpressing chloroplastic monodehydroascorbate reductase are resistant to salt- and PEG-induced osmotic stress

RNA gel hybridization showed that the expression of monodehydroascorbate reductase (MDHAR) in the wild type (WT) tomato was decreased firstly and then increased under salt- and polyethylene glycol (PEG)-induced osmotic stress, and the maximum level was observed after treatment for 12 h. WT, sense transgenic and antisense transgenic tomato plants were used to analyze the antioxidative ability to cope with osmotic stresses. After salt stress, the fresh mass (FM) and height of sense transgenic lines were greater than those of antisense lines and WT plants. Under salt and PEG treatments, sense transgenic plants showed a lower level of hydrogen peroxide (H₂O₂) and malondialdehyde (MDA), a higher net photosynthetic rate (P _N), and the maximal photochemical efficiency of PSII (F_v/F_m) compared with WT and antisense transgenic plants. Moreover, sense lines maintained higher ascorbate peroxidase (APX) activity than WT and antisense plants under salt- and PEG-induced osmotic stress. These results indicate that chloroplastic MDHAR plays an important role in alleviating photoinhibition of PSII by elevating ascorbate (AsA) level under salt- and PEG-induced osmotic stress.     

小麦叶片光合作用与其渗透调节能力的关系

在缓慢干旱条件下,小麦叶片渗透调节能力在一定范围内随胁迫程度的加剧而增加,而在快速干旱下,渗透调节能力丧失。小麦叶片通过渗透调节使光合速率和气孔导度对水分胁迫的敏感性降低,叶片维持较高的电子传递能力、RuBP羧化酶活性和叶绿体光合能量转换系统活性,并推迟了小麦叶片光合速率受气孔因素限制向叶肉细胞光合活性限制转变的时间。