植物抗病性的分子机制和信号传导

植物抗病性的分子机制一直是植物病理学关注的焦点.近年来,国内外不少学者和实验室正在大量分离和培养与抗病有关的突变体,并且寻找和研究与抗病有关的基因和抗病机制.研究表明,在病原物与植物的相互作用、病原信号的传导和抗病性激发的过程中存在着一系列的调节因子和基因,并形成复杂的调控网络.综述了近年来国内外植物抗病性的分子研究进展,阐述了植物抗病性分子机制和信号传导.     

晚疫病过敏反应阻断突变体抗氧化酶与相关基因的变化分析

马铃薯抗晚疫病基因R3a和Avr3a互作符合基因对基因假说.为了解R3a和Avr3a基因互作后过敏反应(HR反应)发生机制,本实验利用一个在番茄中构建的MM-R3a-Avr3a系统,以两份筛选到的HR反应被阻断的突变体为材料,研究它们在喷施诱导剂地塞米松(DEX)诱导Avr3a基因表达后活性氧爆发、活性氧清除酶和抗氧化基因的变化情况.结果显示:MM-R3a-Avr3a在DEX处理后有O2-产生和H2O2累积并产生整株的HR反应并导致植株死亡,在突变体中也有O2-产生和H2O2累积却没有导致细胞死亡,说明突变基因与HR反应的发生关系密切;DEX处理后抗氧化酶基因SOD、PPO、CAT在转基因番茄MM-R3a-Avr3a和突变体中的变化有明显差异,由此推测番茄突变体中关键基因的突变导致活性氧清除酶和相关基因的表达发生变化.该研究为探索HR反应的发生机制及了解晚疫病抗病基因抗病机理的打下基础.     

ROS介导γ-氨基丁酸调控拟南芥根毛发育机制研究

以拟南芥根特异性表达的γ-氨基丁酸(GABA)合成酶基因(GAD1)突变体(gad1)为材料,探讨了GABA在根毛发育中的调控机制.结果表明,gad1突变体中根毛的长度明显高于野生型,外源GABA的添加会抑制拟南芥野生型和gad1突变体根毛的长度.活性氧(ROS)染色证实了gad1突变体根尖和根毛区域ROS的水平高于野生型, qRT-PCR实验表明gad1突变体中参与ROS清除基因(CSD1、CSD2和MSD1)的表达受到了抑制.研究初步证实了GABA代谢参与了ROS介导的根毛生长调控, GABA作为一种负调控信号参与了根毛生长的调节.     

过量表达URO基因抑制拟南芥次生细胞壁开关基因表达

植物次生细胞壁的发育受到一系列转录调控因子的调节.但关于这一过程如何与植物整体发育相整合,一直少有报道.拟南芥URO(UP-RIGHT ROSETTE)基因过量表达导致在相应突变体uro中自由态生长素浓度明显升高,并导致该突变体中次生细胞壁发育减弱.本研究利用突变体uro及其杂合子uro/+,通过定量PCR的方法,检测了一系列调控植物次生细胞壁分化相关基因的表达情况.结果表明,在uro/uro和uro/+中,植物次生细胞壁发育开关基因的表达受到明显抑制,而对于木质部导管细胞分化的开关基因没有明显影响.因此,URO基因是介导植物细胞壁次生加厚与植物生长发育状态关联的基因,URO基因通过抑制次生细胞壁发育达到维持细胞的生长状态的效果.     

番茄中一个抗病基因功能的研究

植物中最大的一类抗病基因(R)编码的蛋白质含有卷曲螺旋结构(coiled-coil,CC)、核苷酸结合位点(nucleotide-binding site,NBS)和富含亮氨基酸的重复序列(leucine-rich repeat,LRR)结构域。R基因以抗病著称。文章通过酵母双杂筛选方式获得了DDI3基因,该基因与番茄中重要功能基因DDB1具有相互作用,而又含有CC-NBS-LRR结构,预测具有R基因抗病性,参与植物抗病。研究中构建了DDI3过表达载体并通过根瘤农杆菌介导转化到野生型番茄中,筛选获得DDI3高表达的阳性转基因株系。通过病菌接种实验,观察植株发病情况和统计细菌菌落数,结果发现,转基因植株的抗病性明显高于野生型番茄。DDI3基因对提高番茄的抗病性有很高的价值,为采用基因工程方法改良番茄植株抗病性做出新的尝试,同时又与番茄DDB1基因具有相互作用,对研究DDB1基因在参与植物抗病途径中的功能研究提供新的方向。     

ATP参与缺氮诱导水稻主根伸长的研究分析

为揭示缺氮诱导植物主根伸长的机制,采用缺氮处理野生型和突变体Osgatb水稻.结果发现缺氮处理后野生型水稻主根变长,而短根突变体Osgatb主根变短,但地上部长度没有明显差异.进一步研究发现,缺氮后野生型和Osgatb突变体根中ATP含量均下降.这一结果表明,ATP可能参与缺氮诱导植物根伸长.     

利用两种方法筛选拟南芥uro突变体的回复子

拟南芥URO基因与生长素的代谢密切相关,为了深入了解URO基因的作用机制及其所参与的遗传途径,以拟南芥叶发育异常的半显性突变体uro(upright rosette)为材料,利用EMS诱变和Ac/Ds转座子系统这两种方法筛选uro突变体的回复子.通过这两种方法获得了一些回复子,并对这些回复子进行了验证和初步分析,为今后的研究工作奠定了良好的基础.     

拟南芥抗盐突变体的筛选

盐胁迫是影响植物生长发育的非生物胁迫因素之一,目前发现的盐胁迫信号途径的基因还非常有限.发掘新的耐盐相关基因对于了解植物的盐胁迫响应机制和改善作物的耐盐性具有非常重要的意义.从EMS突变体库中筛选突变体是一种经典的正向遗传学方法,有可能筛选到从T-DNA插入突变体库中无法发现的新基因.本实验用160mmol/L NaCl作为盐胁迫的筛选条件,以在含盐平板上长出绿色子叶作为筛选指标筛选抗盐(Salt Resistant,ST)的EMS突变体,初步筛选到了140株ST突变体,其中84株收到了种子,第二代进行抗盐表型确定后,得到了15株表型稳定的ST突变体,均表现出明显的抗盐表型,并对其中的一些突变体做了初步的表型及基因定位分析.     

植物角质层蜡质组成、生物合成及响应外界胁迫功能研究进展

为了探讨植物角质层蜡质在植物响应生物胁迫与非生物胁迫中的功能，为改良植物性状、提高作物品质及作物遗传育种提供新的资源，对植物角质层蜡质的组成、生物合成途径及功能进行综述：植物角质层蜡质主要由长链脂肪酸及其衍生物即烷烃、醛类、酮类、初级醇、次级醇和蜡酯等组成；生物合成途径可分为3个步骤，即C16、 C18脂肪酸的从头合成、 C16、 C18脂肪酸延伸形成长链脂肪酸和长链脂肪酸通过酰基还原途径和脱羰基；植物角质层蜡质在植物响应干旱、紫外线辐射和抗病虫害等非生物和生物胁迫中发挥重要功能。指出利用新的生物技术对蜡质功能及作用机制进行深入研究，探讨植物的抗逆性，是今后的研究方向。     

植物4CL基因家族结构功能与表达特性研究进展

4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）是植物苯丙烷衍生物,如类黄酮和木质素等,生物合成途径的一种关键酶,在大多数维管植物中4CL基因以基因家族的形式出现.4CL基因家族成员在植物组织中存在差异表达,并参与不同的苯丙烷类衍生物的生物合成.从4CL酶的基因结构、基因家族组成与表达特性等方面详细论述了当前最新研究进展,这将有助于更好地理解植物4CL基因参与苯丙烷类衍生物途径的合成与代谢机制.     

植物天然免疫系统研究进展

很多植物病原菌严重地损害植物的生长和繁殖。植物与病原体协同进化过程中,也逐渐形成了一系列复杂高效的保护机制来抵御病原物的侵染。植物中抵抗外界微生物刺激所形成的系统被称为植物天然免疫系统,可分为两个层次。第1个层次是植物模式识别受体(PRRs)识别病原相关分子模式(PAMPs),触发病原相关分子模式触发的免疫反应（PTI）,激活植物体中促丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路使植物产生早期应答反应。PTI适应性较广,可识别和响应包括非致病菌的许多类微生物。第2个层次是病原菌产生效应因子抑制基础免疫响应PTI,而植物产生针对性更强的抗性蛋白(R蛋白)识别效应因子,并通过效应因子触发型免疫(ETI)来重建植物的抗性。笔者综述了近年来植物天然免疫系统的研究进展,认为随着对植物天然免疫系统研究的深入,应重视PTI和ETI的结合利用,有效扩大植物抗菌谱,改良植物ETI抗性。     

β-Glucosidase treatment and infestation by the rice brown planthopper Nilaparvata lugens elicit similar signaling pathways in rice plants

β-Glucosidase has been reported to induce the production of herbivore-induced plant volatiles. However, how it works remains unclear. Here, we investigated the levels of salicylic acid （SA）, jasmonic acid （JA）, ethylene, and H2O2, all of which are known signaling molecules that play important roles in induced plant defense in rice plants treated with β-glucosidase, and compared these to levels in plants infested by the rice brown planthopper Nilaparvata lugens （Stal）. Results showed that wounding and treatment by β-glucosidase increased the levels of SA, ethylene, and H2O2, but not JA, in all plants compared to control plants. The signaling pathways activated by β-glucosidase treatment are similar to those activated by an infestation by N. lugens, although the magnitude and timing of the signals elicited by the two treatments are different. This may explain why both treatments have similar volatile profiles and are equally attractive to the parasitoid Anagrus nilaparvatae Pang et Wang.     

气相色谱法测定野生植物种子中的脂肪酸

为探索新的油料资源，对野生植物种子的脂肪酸组成进行了研究。以正己烷／乙醚（Ｖ／Ｖ＝４／３）作提取剂，０．４ｍｏｌ／Ｌ的氢氧化钾－甲醇溶液作甲酯化试剂，采用室温下快速酯交换法制备脂肪酸甲酯，气相色谱法测定了６种野生植物种子中的脂肪酸组成及含量。样品所含主要脂肪酸为棕榈酸、油酸、亚油酸。其中５种野生植物种子的亚油酸含量为６０．４５％～７９．９６％。与几种常见植物油的脂肪酸组成进行了对比，结果表明，被测样品的脂肪酸组成与常见植物油是类似的，但其亚油酸含量普遍高于植物油。同时还分析了几种水果子的脂肪酸含量。     

红树植物叶片中脂肪酸组成及其资源价值

采用气相色谱和色质联用仪分析发现我国不同地区主要红树植物种类叶片与非红树植物在脂肪酸组成上相似，但饱和脂肪酸含量相对较多，不饱和脂肪酸含量较少；脂肪酸不饱和指数较低；不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸含量的比值较小．红树植物体内多不饱和脂肪酸种类多而且廿碳四烯酸和亚油酸含量较高，是潜在的脂肪酸资源．红树植物叶片凋落物中的多不饱和脂肪酸为红树林生态系统中的鱼虾蟹提供必需脂肪酸，对提高近海水产的产量有重要的意义     

Positional distribution of fatty acids on the glycerol backbone during the biosynthesis of glycerolipids in Ectocarpus fasciculatus

The biosynthesis of glycolipids in E. fasciculatus was studied by ¹⁴C label and chase. The fatty acids in sulphoquinovosyl diacylglycerol (SQDG) were almost 16-car- bon and 18-carbon ones. In addition to the two fatty acids, monogalactosyl diacylglycerol (MGDG) and digalactosyl diacylglycerol (DGDG) contained 8.5 mol% and 31.0 mol% of eicosapentaenoic acid (20∶5), respectively, and this fatty acid was usually distributed in the sn-1 position of the glycerol backbone. When plants were incubated with [2-¹⁴C] acetate, differences existed in the positional distribution of the labeled fatty acids in sn-1 and sn-2 among the three glycerolipids. In SQDG, ¹⁴C-labeled fatty acids were distributed uniformly in the sn-1 and sn-2 positions. In DGDG, ¹⁴C-labeled fatty acids were mainly distributed in the sn-2 position. In MGDG, the radioactivity of fatty acids in sn-1 position was far greater than that in sn-2 position after a 30 min pulse label, and the difference in radioactivity between the two positions decreased rapidly. The above results indicated that differences in the positional distribution of ¹⁴C-labeled fatty acids between sn-1 and sn-2 positions might be related to 20∶5 and the biosynthesis of DGDG. Our results also suggested that E. fasciculatus had the same DGDG biosynthetic pathway as that in higher plants and galactosyl transferase was selective for MGDG.     

Isolation and characterization of rice lesion mimic mutants from a T-DNA tagged population

A rice ( Oryza sativa L. ssp. japonica cv. Nipponbare) T-DNA tagged population consisting of about 7000 individual lines was generated and screened for rice lesion mimic mutants in the T1 generation. Ten lines were found to develop spontaneous lesions in the absence of pathogen infection and displayed distinct lesion phenotypes. These mutants were tentatively designated as lm1 -lm10 (for lesion mimic), respectively. Lesion formation of lm mutants was developmentally regulated, and all the mutants showed stunted growth and reduced fertility. Genetic analysis demonstrated that all the mutations were recessive, and five partially fertile mutants (lm4-lm8) were derived from different loci. Mimic lesions occurring on the leaves of lm mutants resulted from cell death as revealed by trypan blue staining. Six of them ( lm3 -lm8 ) exhibited enhanced resistance to five bacterial blight isolates, indicating their wide-spectrum resistance to this pathogen. These results imply that some lesion mimic mutations of rice might be involved in disease resistance signaling pathways,and that isolation of these mutated genes may be useful for elucidating molecular mechanisms of plant disease resistance. Among the mutants, only one mutant, lm6, was preliminarily shown to cosegregate with the inserted T-DNA in its T1 generation, making it feasible to isolate the gene responsible for the phenotype of this mutant.     

植物寒冻抗性分子机理研究进展

耐冷植物的耐冷性是由未驯化时即拥有的"固有耐冷性"和"冷驯化后增加的抗冻性"两部分组成.固有耐冷性的形成主要是由于其细胞膜中含有较多的不饱和脂肪酸、细胞的抗氧化系统可满足其冷保护需求、细胞的骨架体系在低温胁迫时可进行适当的调整.而冷驯化后增加的抗冻性主要是由于启动了大量冷诱导基因的表达,合成了多种冷诱导蛋白,它们通过改善细胞的各种结构、调节细胞物质和能量代谢的平衡等过程使植物体的抗冻性得以大大提升.用50篇文献综述了植物抗冻性方面的研究成果,旨在为植物的防冻减灾以及抗冻育种提供理论指导.     

丙酮酸转运体AtMPC3介导植物干旱胁迫响应机理研究

在干旱胁迫下,植物通过自身复杂而有效的应对机制减少水分散失,其中关闭植物气孔降低蒸腾作用是一个重要环节。脱落酸(ABA)是植物响应干旱胁迫产生的可以诱导气孔关闭、减少水分散失的重要植物激素。丙酮酸是光合作用糖酵解的产物,需要借助线粒体丙酮酸转运体(MPCs)进入线粒体中进行后续物质和能量代谢。本研究发现拟南芥线粒体丙酮酸转运体AtMPC3参与介导植物干旱胁迫响应,在外源施加ABA条件下,AtMPC3基因缺失突变体的气孔较野生型开度更小,植物失水率更低,表现出更强的抗旱能力。结果说明AtMPC3在脱落酸促进植物气孔关闭及干旱应答过程中的重要作用,对于提高植物抗旱能力以及作物产量提升具有潜在应用价值及重要意义。     

Systemic defense signaling in tomato

The wound-inducible expression of proteinase inhibitors （PIs） genes in tomato provides a powerful model system to elucidate the signal transduction pathway of systemic defense response. An increasing body of evidence indicates that systemin and jasmonic acid （JA） work in the same signaling pathway to activate the expression of Pls and other defense-related genes. However, little is known about how systemin and JA interact to regulate cell to cell communication over long distances. Genetic analysis of the systemin/JA signaling pathway in tomato plants provides a unique opportunity to dissect the mechanism by which peptide and oxylipin signals interact to coordinate systemic expression of defense-related genes. Previously, it has been proposed that systemin is the long-distance mobile signal for systemic expression of defense related genes. However, recent genetic approach provided new evidence that jasmonic acid, rather than systemin, functions as the systemic wound signal, and that the peptide systemin works to regulate the biosynthesis of JA.     

杨树杂种膜脂脂肪酸组分与抗寒性的关系

<正>分析了杨树杂种膜脂脂肪酸组分。不同无性系的膜脂脂肪酸配比存在着明显的差异。不饱和/饱和脂肪酸比值反映了膜脂脂肪酸不饱和的高低,与抗寒性成正相关。杨树杂种膜脂脂肪酸的不饱和度是受遗传控制的。以不同产地小叶杨为父本的杂种后代,膜脂脂肪酸不饱和度差异显著,Ⅰ-69杨×山西小叶杨为最高。不饱和的亚油酸(18∶2)与饱和的棕榈酸(16∶0)的比值作为杨树无性系抗寒指标是可行的。