细胞自噬在植物应答盐胁迫中的作用研究

本研究以模式植物拟南芥为材料,利用生理学和遗传学手段分析了盐胁迫下细胞自噬基因和活性氧(ROS)变化的相关性.结果表明野生型拟南芥Col-0在遭受盐胁迫处理3d表现了叶片漂白的症状并且会诱导ROS的产生和积累了大量的细胞死亡.荧光定量PCR实验表明盐胁迫会诱导细胞自噬相关基因的表达,细胞自噬参与了调控植物的防御机制来响应盐胁迫.进一步的实验表明拟南芥细胞自噬突变体atg2和atg5在遭受盐胁迫处理3d表现了更加严重的叶片漂白症状并且积累大量的细胞死亡和ROS.初步表明细胞自噬主要是通过调控ROS的产生来应答盐胁迫.     

过量表达AtA PX2基因提高水稻抗逆性

拟南芥抗坏血酸过氧化物酶2 (Arabidopsis thaliana ascorbate peroxidase 2,AtAPX2)是APX基因家族成员,在拟南芥逆境胁迫应答中起着重要作用。文章通过AtAPX2基因过表达载体构建、农杆菌介导遗传转化,获得AtAPX2基因水稻过表达植株。对过量表达AtAPX2的转基因水稻阳性植株的分析结果显示,其抗过氧化氢能力提高,对高温、盐胁迫耐受能力显著增强,田间植株秕谷率也明显低于野生型。研究结果表明,拟南芥抗坏血酸过氧化物酶基因AtAPX2在水稻中的过量表达,可通过提高清除活性氧能力而用于增强水稻对多种非生物胁迫逆境的耐受能力。     

短命植物小拟南芥光周期调控基因CONSTANS的克隆与表达特征分析

目的光周期是影响植物生长发育的重要因素之一,CONSTANS (CO)是植物光周期开花途径中关键的基因。方法本研究基于短命植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)转录组数据库,获得1条与拟南芥CO基因At COL1基因序列高度相似的unigene,通过RT-PCR方法从小拟南芥中克隆了该CO同源基因,命名为Ap COL1;进行了基因的生物信息学分析及节律表达、组织表达和响应非生物胁迫的表达特征分析。结果研究结果表明Ap COL1具有两个Bbox和一个CCT结构域,氨基酸序列上与At COL1相似性高达86. 8%。系统进化分析表明Ap COL1与At COL1和琴叶拟南芥(Arabidopsis lyrata)的Al COL1亲缘关系较近,且属于第I亚组成员。qRT-PCR实验表明在长日照和短日照条件下Ap COL1具有相似的昼夜节律表达特征; Ap COL1在小拟南芥各组织中均有表达,但在果荚中表达量最高。250 mmol/L Na Cl胁迫和20%PEG-6000模拟干旱胁迫12 h明显抑制Ap COL1基因的表达,并且随着胁迫时间的延长Ap COL1表达水平没有显著差异。在高温(40℃)胁迫下,Ap COL1基因的表达在24 h内先下降后上升并达到最高,48 h又下降到对照水平。低温(4℃)胁迫24 h之前,Ap COL1基因的表达没有明显变化,但处理48 h表达水平显著下降。结论本研究表明Ap COL1基因能够响应盐、干旱、高温和低温等非生物胁迫,暗示该基因在小拟南芥抵抗逆境胁迫中起着重要作用。     

植物抗氧化系统对逆境胁迫的动态响应

植物体内存在着一套抗氧化系统,植物正常生长的情况下该抗氧化系统使植物体内活性氧处于动态平衡、逆境胁迫是导致植物体内活性氧失衡,植物抗氧化能力下降的主要原因.在逆境条件下,植物体内活性氧过度积累,抗氧化系统清除活性氧的能力相对不足,植物组织受到氧化损伤.本文综述、分析和归纳了逆境胁迫对植物中活性氧积累的影响,重点论述了植物中酶类抗氧化系统和次生代谢产物对盐、紫外、高温等逆境胁迫的动态响应.     

拟南芥对镉胁迫的生理响应

研究拟南芥对不同Cd2+浓度处理（0、20、40、60和80 μM）的生理响应，以探讨Cd2+对植物的毒性效应及植物的耐性机理.结果发现，各浓度Cd2+导致拟南芥过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性显著降低（P<0.05）、植物根部细胞DNA出现明显的损伤，拟南芥生物量及根长也显著降低（P<0.05），表明Cd2+对拟南芥体内的生物大分子产生了严重的胁迫效应.叶片光合色素含量随Cd2+浓度的升高而逐渐下降，在60和80 μM时处理效应达到显著水平（P<0.05），表明高Cd2+抑制植物的光合作用.拟南芥体内丙二醛及可溶性蛋白含量随Cd2+浓度的增加明显上升，在60 μM时处理效应显著（P<0.05），表明Cd2+胁迫导致其膜脂过氧化效应.在全部Cd2+处理下，拟南芥体内谷胱甘肽和植物螯合肽的含量均显著上升（P<0.01）；类黄酮、花色素苷等酚类物质也随Cd2+浓度的增加而上升，并在高Cd2+浓度（60和80 μM）下处理效应达到显著水平（P<0.05），表明拟南芥通过积累具有活性氧抗性的次级代谢产物提高其对Cd2+的耐受性.本研究的结果能够为深入研究Cd2+对植物毒害的分子机制以及植物对Cd2+耐性的分子机制提供实验依据.     

植物抗逆分子机制研究进展

随着分子生物学技术的不断发展,植物抗逆性机制成为当前研究的热点,对植物适应逆境机制的研究从生理水平步入分子水平,研究的目的在于从分子水平上解释植物适应逆境的机制及获得各种抗逆基因,用于作物的抗逆育种。在各种非生物胁迫逆境中,干旱胁迫、盐胁迫、低温胁迫对植物的影响尤为突出。本文就植物在抵御干旱、盐、低温胁迫等三方面的分子机制研究进展作以概述。     

短时盐胁迫对盐芥和拟南芥抗氧化物酶的影响

本文测定了24h盐胁迫下盐芥(6周)和拟南芥(3周)中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,分析了盐胁迫下3种抗氧化物酶在两种植物中的响应特征.结果表明,拟南芥叶片中3种酶活性的变化特征为随盐处理浓度增加,SOD呈逐渐上升趋势,CAT呈逐渐下降趋势,POD活性上升幅度较大,且在200mM NaCl处理条件下,SOD和POD活性达到最大;盐芥根中的SOD、POD、CAT本底活性皆高于叶片.随着盐处理浓度增加,SOD活性基本无变化,叶片中的POD活性逐渐降低,CAT活性逐渐增加.而根中的POD活性却出现递增、CAT为先增加后降低现象.盐芥中的SOD本底含量水平高于拟南芥.     

金发草GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶基因的克隆及功能分析

通过RACE-PCR技术克隆得到金发草GMP基因的cDNA全长序列,命名为PpGMPase(GenBank序列号:KF586841).该基因开放阅读框长度为1086bp,编码361个氨基酸,分子式为C1787H2874N474O509S17;DNA序列由4个外显子和3个内含子组成;该基因与玉米、水稻、猕猴桃、烟草、拟南芥、番木薯等植物GMP基因具有较高的同源性,与二穗短柄草亲缘关系最近.采用荧光定量PCR方法对该基因响应非生物胁迫(盐、干旱和冷胁迫)的表达模式进行分析,结果表明:在高盐、干旱及低温胁迫后GMP基因的表达量都有显著性增加,并且其催化产物抗坏血酸含量也随之增加.     

麝香草酚调控水稻幼苗根的耐盐作用

外源调控作物耐盐是保证盐渍化土壤中农作物安全生产的重要措施.新型植物源天然化合物麝香草酚作为一种医药活性物质已有大量报道,但其对植物的生理调控活性却鲜有报道.本文以水稻幼苗为研究材料,通过植物生理学、组织化学、生物化学等手段,探讨了麝香草酚调控水稻抗盐胁迫的作用方式.结果显示:(1)外源麝香草酚处理能够显著缓解盐胁迫对水稻幼苗根的抑制,并呈现出一定的浓度效应;(2)外源麝香草酚处理显著缓解了盐胁迫诱导的根尖细胞死亡效应;(3)外源麝香草酚处理有效清除了盐胁迫诱导根尖过量累积的过氧化氢和超氧阴离子;(4)盐胁迫显著抑制根尖超氧化合物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,而添加麝香草酚则显著提升了盐胁迫下这两种抗氧化酶的活力;(5)外源麝香草酚处理显著提高了盐胁迫下根尖抗坏血酸(As A)和谷胱甘肽(GSH)的含量.这些结果表明,麝香草酚能够通过提升水稻幼苗根尖的抗氧化能力,抵御盐胁迫诱导的氧化损伤和细胞死亡效应.本研究对盐渍化土壤中水稻的安全生产提供了重要的科学依据和技术手段.     

叶绿体信号通过诱导抗氧化酶和花青素参与拟南芥环境胁迫响应

本文研究了渗透胁迫和冷胁迫对于叶绿体信号缺失突变体gun1、gun5和abi4的影响.实验结果表明,叶绿体信号缺失突变体对胁迫的抵抗力下降,表现在植株含水量降低,电导率和丙二醛含量升高.并且发现叶绿体信号缺失突变体中抗氧化酶如POD、SOD、APX活性明显下降,活性氧(超氧离子)积累明显加重,此外叶绿体信号缺失突变体不能诱导植物体内花青素的合成.本文初步探讨了叶绿体信号与植物体内活性氧和花青素合成途径的关系,表明叶绿体信号可以通过诱导抗氧化酶和花青素从而抵抗环境胁迫.