光对高等植物基因表达的调控作用

光是高等植物生长发育及其分化过程中的一个极为重要的环境因子。除利用光能来转化和贮藏能量的光合作用这一高能反应外,植物对光的另一个低能反应——光形态建成反应已日益受到研究者们的重视。植物的光形态建成反应实质上是受光调控的植物的生长、发育和分化的过程。这个过程中,光的几个参数都很重要,它们是:光谱质量(光质)、光照度(光强)、光照频率(单位时间的照光次数)和持续时间、以及光照的空间对称性与非对称性。从40年代发现光敏色素至今,人们对于植物对光的反应的研究已分别从植株、器官、组织、细胞及分子水平进行了大量的工作。去年10月在日本召开的第16届国际植物学会议,专门讨论了植物光敏色素及植物的光形态建成,会议的论文几乎都是从分子水平上进行的,特别是其中有相当数量的报道是关于高等植物的基因表达受光调控方面的研究成果,表明植物光生物学的研究益已进入分子生物学时代。     

植物激素调控研究进展

近年来, 随着大量植物激素合成与信号途径突变体的分离鉴定及其相应基因的克隆, 人们对植物激素的合成、运输、信号转导和降解及其在植物生长中的作用开始有了比较深入的了解. 植物激素研究在激素受体分离鉴定、激素间相互作用以及激素调控植物生长发育的分子机理等方面取得了一系列突破性进展. 全面深入地了解这些调控途径及其分子机制将帮助人们更好地理解激素如何在植物生长发育中发挥作用. 本文综述了植物激素调控领域在这些方面取得的最新研究进展.     

油菜素甾醇类信号转导研究进展

动物体系中的甾醇类激素在动物细胞的生长发育中发挥重要调控作用, 其信号转导途径主要是通过核受体直接调控基因表达. 近年来, 人们研究发现植物细胞中也存在甾醇类激素, 并发现了膜受体复合物的重要组成部分BRI1和通过膜受体介导的信号转导途径, 使得油菜素甾醇类信号从膜上被感知一直到在核内诱导特异基因表达的信号转导途径有了一个基本的轮廓. 本文简要介绍了该领域的最新进展并进行了讨论.     

光质对垂盆草茎段离体培养中生长发育的影响

植物的个体发育过程中均存在一个需光的光形态建成过程,光作为一种重要的植物生长发育的调控因子,对植物的生长发育有很大的影响。光作为一种因子用于调控植物的组织培养虽有一段研究历史,并一致认为光对植物组织培养有一定的调节作用,但其作用的机理仍在探讨之中。     

水稻乙烯信号转导

乙烯在植物生长发育过程中以及在应对多种环境胁迫的防御反应中起着重要的调控作用.其发挥作用的分子机制在以拟南芥为主的双子叶植物中得到了系统研究,已建立了一个线性信号转导模型.与拟南芥相比,人们对水稻等单子叶植物中乙烯作用机制还了解较少.本文介绍了水稻乙烯信号转导目前取得的研究进展,并与拟南芥及其他植物进行了比较.拟南芥乙烯信号转导通路中的大多数组分在水稻中已找到了同源序列,包括5个乙烯受体,OsCTR1,OsEIN2,OsEIL1和OsERFs等.与拟南芥的同源组分相比,水稻乙烯受体家族各成员在功能上可能更具有特异性.但是OsEIN2和OsEIL1对水稻乙烯反应只表现了有限的调控作用.ERF类转录因子OsERF1和OsEBP-89可能也参与水稻乙烯反应,但它们是否被OsEIN2-OsEIL1介导的信号途径激活并不清楚.鉴于水稻的乙烯反应在多方面与拟南芥不同,推测水稻中或许存在着新的信号传递组分或新机制.筛选水稻乙烯反应突变体并鉴定相应基因将可能初步揭示水稻乙烯信号转导的新机制。     

干旱、高盐及低温诱导的植物蛋白激酶基因

干旱、高盐和低温是严重影响作物生长发育及产量的3种不同形式的环境胁迫因子,它们都影响细胞的水分状态,使植物缺水遭受危害. 最近从模式植物拟南芥中克隆了一些同时受干旱、高盐及低温诱导的蛋白激酶编码基因,分别编码受体蛋白激酶、促分裂原活化蛋白激酶、核糖体蛋白激酶以及转录调控蛋白激酶. 着重介绍这些环境胁迫诱导基因的表达特性以及它们的编码产物在植物对上述环境胁迫反应和信号传递中的调控作用.     

植物生物钟研究的历史回顾与最新进展*

生物钟几乎参与调控了植物体所有的新陈代谢、生长发育过程,使植物体与外界环境条件达到时间和空间的同步,极大地增强了植物环境适应性和竞争能力。笔者首先从植物生物钟的研究历史入手,回顾了中国古代农业生产中对节律性的认识和应用;然后介绍了现代植物生物钟研究的起源、基本概念和理论知识;最后重点论述了本领域的最新研究进展,揭示了植物生物钟作为复杂的信号转导网络的“整体水平”调控特性和“牵一发而动全身”的独特性。     

植物的“眼睛”在哪里?

地球上的生命经过漫长的演化,形成了目前的动物和植物。通常,动物可利用眼睛感知光线,然后将光信号转换为电脉冲传送到大脑来解释所看见的东西。此外,动物还能根据环境的变化和自身的需求自主移动。植物的生长发育和生活方式与动物存在显著差别,它们没有眼睛和大脑,终生固着在一个地方生活而不能自主移动。然而,植物拥有自己的优势。它们生命力旺盛,繁殖力超强,可拥有动物难以企及、高达几千甚至几万年的超长寿命。除了使地球丰富多彩以外,植物还为动物提供赖以生存的食物。植物虽然不会动,却也能洞悉世间万象变化,并且不同植物之间还存在着竞争与合作。更神奇的是,植物虽然没有眼睛,但也能看见光,甚至能看见我们人类眼睛看不到的光,并对不同的光照周期作出反应。     

microRNA对植物生长发育和病毒侵染的调控

microRNA (miRNA)是一类在真核生物中广泛存在的大小约22 nt的非编码小分子单链RNA, 它可以通过对靶标RNA的剪切或抑制靶标RNA的翻译调控靶标基因的表达. miRNA不仅参与了植物器官的形态建成, 还参与调控植物的信号转导系统等与生长发育相关的基因表达调控过程. 与植物抗病毒RNA沉默途径一样, miRNA途径也受到病毒沉默抑制子的干扰. 本文简述了miRNA介导的RNA调控途径和siRNA介导的RNA沉默路径的异同, 并对近几年miRNA在植物生长发育调控以及与病毒相互作用的研究进展进行了综述, 以求进一步理解真核生物基因表达调控的多层次性及复杂性.     

乙烯信号转导通路研究

作为5大类植物激素之一的乙烯一直是科学家关注和研究的焦点。虽然结构简单,但是气态激素乙烯在植物的生长发育以及胁迫反应中具有重要的作用。通过近20年的研究,科学家已经描绘出一条近似线性的乙烯信号转导通路。在模式植物拟南芥中,这条通路的最上游是由一个多基因家族编码的乙烯的5个受体ETR1, ETR2, ERS1, ERS2和EIN4。与之相结合并共同定位于内质网上的是一个类似Raf的蛋白激酶CTR1。在没有乙烯存在的条件下,受体和CTR1的结合能够协同抑制下游乙烯信号。在这两类负调控因子的下游是乙烯信号的正调控因子EIN2。如果EIN2基因突变,即使有高浓度乙烯存在,植物黄化苗也将表现出完全的乙烯不敏感表型,显示出EIN2在乙烯信号通路中的核心地位。在EIN2的下游是乙烯信号的转录因子家族EIN3以及EILs,它们在响应乙烯信号之后会起始乙烯相关基因的表达。研究还发现,乙烯的转录因子受泛素化降解途径调控,负责识别及结合EIN3等转录因子的F box蛋白是EBF1和EBF2。EIN5是一种5’→3’外切核酸酶,它能够通过促进EBF1和EBF2的mRNA的降解来拮抗这两个F box蛋白对EIN3的负反馈调控。最近,有研究表明EIN2同样是一个半衰期很短并经由泛素化降解途径调控的蛋白,而执行调控EIN2任务的是另外两个F box蛋白ETP1和ETP2。虽然人们对于乙烯信号转导通路的认识取得了巨大进步,但是该信号通路的精细调节机制以及乙烯信号与其他植物激素信号之间的交叉反应还需进行更为深入的研究。     

信号转导与诺贝尔奖

信号转导是生命科学前沿领域之一,至今已有多项成果荣获诺贝尔奖。从最初的信号分子,到第二信使和可逆磷酸 化,再到G 蛋白和G 蛋白偶联受体,直到今天的信号网络系统,这些研究极大地拓展了人们对生命现象的理解和认识,从 而为多种疾病的治疗提供了新的选择。笔者以经典信号通路研究历程为主线回顾了信号转导研究的发展简史,全面地介绍了 诺贝尔奖相关成果的研究背景、历程、意义和应用。     

小肽激素调控植物生殖发育的研究进展

近30年来,长度为几十个氨基酸的植物小肽激素被发现广泛参与到植物生长发育过程的调控。小肽激素在极低浓度下起作用,主要介导相邻细胞间通信。在植物生殖发育过程中,雌性器官和雄性器官之间存在复杂的相互作用过程,很多种小肽被发现参与到雌雄互作过程中。文章对柱头和花粉互作过程中的一些小肽家族的功能、信号转导途径和进化等研究进展加以介绍。     

细胞骨架和高等植物的向重力性

地球上的生物,在漫长的进化过程中,逐渐适应了地球上普遍存在的重力场环境,并利用重力场作为调控生长发育的一个重要环境因子。人们对植物向重力性反应的研究已经有一个多世纪,但是它的细胞学与分子生物学机制至今仍然不清楚。细胞骨架被认为在调控向重力性反应的早期的信号感受和传导的过程中起着重要的作用。大量的研究证据表明,微丝在生长素极性运输中起调控作用,并最终引起植物表现出向重力性的不对称生长。在植物向重力性生长过程中微管排列发生重组,但是微管重组在调控不对称生长中的作用仍不清楚。当前的细胞、分子和生物化学技术的发展为研究这一困难问题提供了可能,同时大量的最新发现的植物细胞骨架结合蛋白为我们分析植物向重力性过程中信号传导的调控因子提供了丰富的信息。本文着重介绍植物细胞骨架的功能及其在植物向重力性反应在作用,以及空间植物生物学研究的最新进展。     

内耳毛细胞静纤毛高度调控分子机制

内耳毛细胞(hair cell)是动物感知听觉和平衡信息的感受器细胞,负责将机械能信号转换为电信号(即机械-电转换,简称为MET),因位于其上表面的细胞突起——纤毛束(hair bundle)而得名。每个毛细胞的纤毛束包括一根以微管蛋白为骨架的动纤毛(kinocilium)和多根以肌动蛋白为骨架的静纤毛(stereocilia)。动纤毛在纤毛束的发育过程中发挥重要作用,而静纤毛对于机械-电转换必不可少。每个毛细胞中的静纤毛组织成多排高度不同的阶梯状结构,其发育和维持受到严格调控。近年来,随着蛋白质组学、转录组学、超高分辨显微镜等技术的发展,人们对静纤毛高度调控分子机制的认识越来越深入,但仍有很多问题亟待回答。文章对目前已知的静纤毛高度调控的分子机制进行简要介绍。     

群落水平上传粉生态学的研究进展

同地开花的植物共享传粉者,传粉者通常在多种植物上觅食,这些事实激发人们在群落水平上开展传粉生态学研究.与以单种植物为对象的传粉研究相比,从群落水平研究植物与传粉者、植物与植物之间的互作,有利于阐明传粉者与植物间关系的演化、探讨传粉过程在群落构建中的作用.对植物与传粉者互利关系的研究,已经从访问网络的结构动态,深入到网络的构建机制和对群落植物繁殖的切实影响上.从群落水平研究传粉者对花部特征的选择,分析共存植物的系统发育关系,可为花部特征演化提供更有力的证据.植物与植物之间由传粉者介导的互作研究,已经由成对或者少数几种植物之间,发展为在群落内的多种植物之间进行.由于传粉者对植物雄性和雌性功能的影响不同,植物之间互作表现出不同规律.相关研究从传粉者效率、植物柱头的花粉干扰和传粉过程的花粉丢失等多角度研究传粉者对植物雄性和雌性功能的作用.传粉作为一项基本生态服务,受到了多种人类活动的显著影响,尤其是外来物种入侵、生境破碎化等因素的不利影响.群落水平的传粉生态学研究在我国已有开展,今后的研究有必要在不同时空尺度上进行多层次调查和实验性工作,才能深入研究植物与传粉者、植物与植物的互作模式,从更大尺度揭示群落的构建机制、种间关系和花部特征演化.     

内耳毛细胞静纤毛高度调控分子机制

内耳毛细胞(hair cell)是动物感知听觉和平衡信息的感受器细胞,负责将机械能信号转换为电信号(即机械-电转换,简称为MET),因位于其上表面的细胞突起——纤毛束(hair bundle)而得名。每个毛细胞的纤毛束包括一根以微管蛋白为骨架的动纤毛(kinocilium)和多根以肌动蛋白为骨架的静纤毛(stereocilia)。动纤毛在纤毛束的发育过程中发挥重要作用,而静纤毛对于机械-电转换必不可少。每个毛细胞中的静纤毛组织成多排高度不同的阶梯状结构,其发育和维持受到严格调控。近年来,随着蛋白质组学、转录组学、超高分辨显微镜等技术的发展,人们对静纤毛高度调控分子机制的认识越来越深入,但仍有很多问题亟待回答。文章对目前已知的静纤毛高度调控的分子机制进行简要介绍。     

乙烯调控果实成熟的分子生物学研究进展

乙烯是一种可促进果实成熟的内原植物激素．随着分子生物学的发展，已克隆出几个与乙烯合成有关的果实成熟基因，并获得了反义基因转化植株。本文简要综述了用基因工程手段调控果实的成熟，基因工程技术对认识果实成熟机理的贡献，以及乙烯调控果实成熟的分子机理．     

G蛋白偶联受体的结构生物学研究

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR)在细胞信号传导过程中发挥关键作用,其三维结构的解析对于深入理解GPCR的结构与功能关系具有重要意义。2000年以前,GPCR的高分辨率结构解析一直是困扰科学家们的一个难题。近年来,GPCR的结构生物学研究实现了飞跃式的发展。本文简要综述了GPCR结构解析的方法与创新点,并以CCR5和P2Y1R两种受体的结构解析为例阐述GPCR结构对于功能研究和药物研发的重要性。