非生物逆境胁迫对ABA影响的研究现状
水田干旱胁迫下内源激素ABA的代谢动态研究

水田干旱胁迫下内源激素ABA的代谢动态研究随着全球气候的变化,农业生产受到越来越多的挑战。
其中,干旱是影响农作物产量和质量的重要因素之一。
干旱胁迫会导致水田中土壤水分不足,使得植物不能正常地吸收水分和养分,从而影响植物的生长和发育。
在这种情况下,内源激素ABA的代谢动态具有重要的生理学意义。
ABA(Abscisic Acid)是一种植物重要的内源激素,对植物的干旱逆境响应有着至关重要的作用。
ABA参与了植物的许多生理过程,如种子萌发、根生长、水分逆境响应等。
因此,对ABA代谢动态的研究,有助于深入了解植物在干旱逆境下的适应性机制。
研究发现,ABA的合成和代谢过程非常复杂。
ABA的合成途径主要有两条途径:一是通过甘氨酸途径合成,二是通过色素类物质途径合成。
ABA的代谢过程也很复杂,主要包括ABA的生物合成、转运、降解和转化。
因此,研究ABA的代谢动态要考虑到多个因素的影响。
近年来,许多学者通过利用高通量测序技术和代谢组学技术等手段,对水稻在干旱胁迫下ABA代谢动态进行了研究。
其中有些研究表明,ABA的含量在干旱胁迫下明显升高,但ABA的生物合成途径的基因表达水平并没有明显的上升趋势。
这表明,在干旱胁迫下,ABA的生物合成和代谢过程可能受到了不同的调节机制。
另外,一些研究还发现,ABA的转化代谢途径在干旱胁迫下也发生了显著变化,表明ABA的代谢动态在干旱胁迫下是一个复杂的过程。
除此之外,不同的水稻品种对ABA的响应也有所不同。
一些水稻品种在干旱逆境下明显增加ABA的含量,而另外一些品种的ABA含量有所下降。
这提示我们,ABA的代谢动态与不同品种之间的基因表达和调节存在密切关系。
因此,在ABA的代谢动态中还需要考虑到水稻品种间的差异,以实现更好的干旱逆境适应性。
在日益变化的环境中,研究水稻ABA的代谢动态,不仅有助于深入了解水稻对干旱逆境的适应性机制,还能够为改良农作物品种提供有益的参考。
未来,人们还需不断深入探究ABA的生物合成、转化和代谢途径,以更好地了解ABA在植物生长和发育中的作用,为发展高效耐旱的农作物品种提供理论指导。
植物 PP2C 蛋白磷酸酶 ABA 信号转导及逆境胁迫调控机制研究进展

植物 PP2C 蛋白磷酸酶 ABA 信号转导及逆境胁迫调控机制研究进展张继红;陶能国【摘要】蛋白磷酸酶(protein phosphatase,PP)是蛋白质可逆磷酸化调节机制中的关键酶,而 PP2C 磷酸酶是一类丝氨酸/苏氨酸残基蛋白磷酸酶,是高等植物中最大的蛋白磷酸酶家族,包含76个家族成员,广泛存在于生物体中。
迄今为止,在植物体内已经发现了4种 PP2C 蛋白磷酸酶。
蛋白激酶和蛋白磷酸酶协同催化蛋白质可逆磷酸化,在植物体内信号转导和生理代谢中起着重要的调节作用,蛋白质的磷酸化几乎存在于所有的信号转导途径中。
大量研究表明,PP2Cs 参与多条信号转导途径,包括PP 2C 参与 ABA 调控,对干旱、低温、高盐等逆境胁迫的响应,参与植物创伤和种子休眠或萌发等信号途径,其调控机制不同,但酶催化活性都依赖于 Mg2+或Mn2+的浓度。
植物 PP2C 蛋白的 C 端催化结构域高度保守,而 N 端功能各异。
文中还综述了高等植物PP 2C 的分类、结构、ABA 受体与 PP2Cs 蛋白互作、PP2C 基因参与 ABA 信号途径以及其他逆境信号转导途径的研究进展。
%Protein phosphatase is the most important and pivotal enzymes in reversible protein phosphorylation regula-ting mechanisms.While the PP2C phosphatase is a kind of serine/threonine residues of protein phosphatase,is the largest protein phosphatase family in higherplants,there are 76 family members,widely exists in living organisms. So far,four kinds of PP2C protein phosphatases have been found in plants.Protein kinase and protein phosphatase catalyzed reversible protein phosphorylation,play an important role in plant signal transduction and physiological me-tabolism,protein phosphorylation exist in almost thesignal transduction pathway.Numerous academic studies have shown that plant PP2Cs are involved in multiple signal transduction pathways including PP 2C involved in ABA sig-naling pathway,the response to drought,low temperature,salt stress,participated in the plant wound and seed dor-mancy or germination signal pathway,and exist the different regulation mechanism and the enzyme catalytic activity were dependent on the concentrations of Mg2+ or Mn2+ .In plant PP2Cs protein C-terminal,there are a highly con-served catalytic domains,as well as in their N-terminal,their function are different.The review would provide a brief overview of classification,structure of PP 2Cs ,the interaction between ABA receptor and PP2Cs protein,the recent progresses about their roles in ABA and other stress signal transduction pathway in higher plant.【期刊名称】《广西植物》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P935-941)【关键词】蛋白磷酸酶;ABA;信号转导;逆境胁迫;研究进展【作者】张继红;陶能国【作者单位】湘潭大学化工学院生物工程系,湖南湘潭 411105;湘潭大学化工学院生物工程系,湖南湘潭 411105【正文语种】中文【中图分类】Q945.78环境胁迫是限制植物生长和作物产量的重要因素,蛋白质激酶在植物逆境胁迫信号转导中的作用已有较多报道,而关于催化其可逆反应的蛋白磷酸酶与干旱等逆境胁迫的报道却不多,而且不一致(Schweighofer et al.,2004)。
ABA依赖和非ABA依赖响应渗透胁迫汇总

响应植物渗透胁迫
ABA-dependent and ABA-independent signaling in response to osmotic stress in plants
张文利
20161025
01 摘要
02 ABA依赖型信号通路 03 非ABA依赖型信号通路 04 两者录网络进行了研究,用微分网 络分析对非生物胁迫应答基因的表达作再分析,分析发现两个新基因, 他们的突变体对盐胁迫异常敏感。水稻和拟南芥在渗透胁迫下,对转录 组和代谢组关联分析揭示了ABA依赖型和非ABA依赖型信号转导在新陈 代谢改变中的作用。在这两种物种中,细胞分裂素信号传导在干旱胁迫 下表达下降。这一发现也揭示了ABA和细胞分裂素的相互作用在干旱中 起着重要作用。进一步转录组和代谢组分析发现,拟南芥在适度的渗透 胁迫下,发育中叶子的细胞增殖和扩展主要受乙烯和赤霉素的信号调节。 因此,研究植物在渗透条件下的耐受和生长分子机制,应该更多的把注 意力集中在除ABA以外的其他植物激素上。
SNS1 被 确 定 为 一 种 异 常 的 SnRK2 底 物 , 它 可 能 与 调 节 对 ABA的敏感度有关。
ABA依赖型通路
FBH3和CO 与气孔关闭有关, FBH3 被 确 定 为 AKS1(ABA 响 应 激 酶 底物)。
FBH3/ AKS1为KAT1的转录激活 物。KAT1激活内向钾离子通道,调 节气孔开闭。SnRK2介导的ABA信号 转导通过转录和转录后表达抑制气 孔张开。
非ABA依赖型通路
有研究表明,DREB2A的转录受 GRF7转录因子的阻遏。在无胁迫的 环 境 中 , 拟 南 芥 GRF7 与 DREB2A 的 启动子区域结合,抑制它的表达。 敲 除 GRF7 的 植 物 中 DREB2A 的 表 达 显著增强并增强了对盐胁迫的抗性。
ABA在植物与病原菌互作中的作用

ABA在植物与病原菌互作中的作用作者:韩淑鸿,罗锋,付嵘来源:《山西农业科学》 2014年第11期韩淑鸿1,罗锋1,付嵘2(1.山西省蚕业科学研究院,山西运城 044000;2.祁县农业委员会,山西祁县 030900)摘要:脱落酸(ABA)是一种重要的植物激素,在植物受到生物或非生物压力时,其对植物抵御这些压力具有重要作用。
脱落酸在生物胁迫下,通过干扰水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、乙烯(ET)防御信号途径,可负调控植物抗病性。
然而,近年来研究发现,脱落酸可通过诱导胼胝质积累正调控抗病性,但目前关于此方面的报道国内较少。
综述了近年来关于ABA对植物防御研究的一些进展,介绍ABA在植物防御中所起的作用及调节机制。
关键词:脱落酸;生物胁迫;植物防御;病原菌;调节机制中图分类号:S432.1 文献标识码:A 文章编号:1002-2481(2014)11-1236-03植物在生长发育过程中需要抵御一系列来自生物和非生物的压力。
植物根据所感知的压力种类,其复杂的调节信号网络系统会形成相应的抵御反应。
脱落酸(abscisic acid,ABA)是20世纪60年代被发现和鉴定出的一种植物激素,主要在种子休眠、萌发、气孔关闭及干旱、低温、高盐等非生物胁迫中起重要调控作用。
干旱、寒冷、高温、盐渍和水涝等逆境都能促使植物体内ABA增加,诱导ABA反应相关基因表达,增强植物的抗逆能力。
刘德兵等[1]通过试验发现,不同浓度的ABA均能不同程度地提高香蕉抗寒能力。
徐利利等[2]通过电导法试验得出,在其他条件相同的情况下,冰冻时间越长,植物受害越严重;在适度范围内,ABA浓度越高,植物受害程度越小,抗逆性越强;水培时间越久,植物受伤害程度越大。
然而,近年来的研究表明,ABA在抵御病原菌等生物胁迫中也起重要作用,但其防御机制不完全清楚。
而水杨酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸(jasmonate,JA)、乙烯(ethylene,ET)在植物防御反应中的作用已很明确。
ABA生物代谢及对植物抗逆性研究进展

ABA生物代谢及对植物抗逆性研究进展摘要脱落酸(丙烯基乙基巴比妥酸,Abscisic Acid,ABA)是一种重要的植物激素,因能促使叶子脱落而得名。
能引起芽休眠、叶子脱落和抑制细胞延长等生理作用的植物激素。
ABA在植物遭受生物胁迫和非生物胁迫时发挥重要作用。
本文综述了近些年来国内外有关ABA生物合成和分解的路径,介绍ABA在植物干旱、低温、高盐、病虫害等逆境胁迫反应中起重要作用,对植物保护和农林业生产中的应用有重要意义。
关键词:脱落酸;生物合成;抗逆性;胁迫引言近年来,随着全球气候、土壤和水分环境的逐渐恶化、干旱、高低温胁迫、盐胁迫及虫害等问题也日趋严重,对植物保护和农林业生产构成了一定程度的威胁,这引起了各国科研工作者的重视,特别是对激素抗逆机理的探索更为深入。
对于ABA 对植物的抗性生理机制的了解从微观到不断深入,伴随着分子生物学的发展,大量科学实验已经证实其合成关键基因受环境胁迫诱导。
1 脱落酸的发现分布及生物合成分解途径脱落酸(abscisic acid,ABA)是1963年美国艾迪科特等人从棉铃中提纯了一种植物体内存在的具有倍半萜结构的植物内源激素物质,能显著促进棉苗外植体叶柄脱落,称为脱落素II。
英国韦尔林也从短日照条件下的槭树叶片中提纯一种物质,能控制落叶树木的休眠,称为休眠素。
1965年证实,脱落素II和休眠素为同一种物质,统一命名为脱落酸。
ABA主要在叶绿体及细胞质中合成,然后转移到其他组织中积累起来。
研究发现不仅植物的叶片,根尖也能合成大量的脱落酸。
进一步研究发现,植物的其他器官,特别是花、果实、种子也能合脱落酸<1>。
植物体内的脱落酸是由一种植物色素—玉米黄质(zeaxanthin)合成,玉米黄质在玉米黄质环氧酶(ZEP)的作用下氧化成紫黄质(violaxanthin)。
紫黄质经两条路径在9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)作用下断裂形成黄氧素(Xanthoxin),NCED也是ABA 生成中的关键酶,黄氧素再经过修饰成为ABA。
脱落酸在植物逆境胁迫研究中的进展

脱落酸在植物逆境胁迫研究中的进展作者:范佳颖孔珍珍吕卓云来源:《东方教育》2017年第08期摘要:脱落酸作为一种植物内源激素,在植物应对非生物胁迫及调控方面发挥了非常重要的作用。
本文综述了ABA在调控植物在应对干旱胁迫、低温胁迫和盐胁迫中的作用及其研究进展。
关键词:脱落酸;植物逆境胁迫;干旱胁迫;低温胁迫;盐胁迫脱落酸(Abscisic acid,ABA)是上世纪60年代发现和鉴定出的一种植物内源激素,以异戊二烯为基本单位组成的倍半萜羧酸。
自从脱落酸被分离和鉴定之后,其生理功能不断被揭示出来。
起初人们认为脱落酸是一种生长抑制物质,现在发现它在控制植物生长、抑制种子萌发、促进器官衰老、调节基因表达和气孔运动等方面都有作用。
同时,研究发现,脱落酸作为一种“胁迫激素”,它是植物逆境信号转导的信号物质。
1 脱落酸的生物合成及代谢先前研究认为ABA的合成主要发生在叶绿体内,然后转移到其他组织中去。
研究发现不仅植物的叶片,根尖也能合成大量的脱落酸,植物的其他器官,特别是花、果实、种子也能合成脱落酸,ABA 在质体、内质网及液泡等部位都有合成[5]。
高等植物体内,ABA的积累主要受其生物合成、代谢和转运所控制。
一般认为高等植物体内ABA的合成途径有两条,一是C15直接途径:以甲羟戊酸(MVA)为前体,3个异戊烯单位聚合成15碳的法呢焦磷酸(FPP),由FPP经环化和氧化直接形成15碳的ABA。
二是高等植物中的C40间接途径——类胡萝卜素氧化裂解途径。
现在越来越多的证据表明高等植物ABA主要以间接途径合成[1-2],主要分为2个阶段,即异戊烯基焦磷酸(IPP)的合成和黄质醛的合成[3]。
近年研究表明,多种转录因子与NCED 相互作用,从而介导 ABA 生物合成的调控。
ABA的分解代谢主要是通过二大类反应,即羟基化和共轭作用。
通过氧化ABA环上的不同甲基原子团,羟基化作用可分为种(C-7′、C-8′、C-9′)。
植物生长和发育受到非生物胁迫的生理学研究

植物生长和发育受到非生物胁迫的生理学研究随着全球环境的变化和人类活动的影响,植物自然环境中所面临的非生物胁迫日益增加,如干旱、高温、低温、盐碱、重金属、紫外线辐射等。
这些因素对植物的生长和发育产生负面影响,直接威胁植物生存和生产力的繁衍。
因此,了解和探究植物生长和发育受到非生物胁迫的生理学机制,具有非常重要的科学意义和应用价值。
1. 干旱胁迫对植物生长和发育的影响干旱是非常常见的非生物胁迫之一,它对植物生长和发育产生严重影响。
在干旱环境下,由于水分供应不足,植物叶片会发生凋萎、黄化、闭合等现象,叶面积也会相应缩小。
除此之外,植物的根系也会受到干旱的影响,造成根系生长不良、表面积减少、根毛数量下降等现象。
植物在适应干旱环境的过程中,会自发地发生一系列生理和分子适应性反应。
例如在缺水情况下,植物会自主合成一些特定蛋白质,如水分散失蛋白、耐旱蛋白、脯氨酸等,从而增强其对干旱的抵抗能力。
除此之外,植物的细胞膜结构也具有一定的保护机制,缩短细胞膜磷脂的链长度,增加膜蛋白表达量、增强膜稳定性等,以应对干旱环境。
2. 盐碱胁迫对植物生长和发育的影响盐碱胁迫是非常普遍的非生物胁迫因素,他们极其影响植物的生长和发育,促进一系列生理和形态的变化。
在盐碱环境下,由于盐分的积累,植物细胞内部的水分会逐渐流失,导致细胞萎缩。
同时,盐分会进入到植物的细胞内部,影响细胞膜和代谢活动。
此外,由于盐碱胁迫会破坏土壤环境的平衡,从而导致植物营养物质的平衡失衡。
植物在应对盐碱胁迫的过程中,会启动一系列防御机制。
例如,滴灌盐分水的方式、利用离子自稳定等;同时,植物也会通过调控蛋白质合成,增加钾离子的流量、保障营养物质的稳定性等方法来适应胁迫环境。
3. 重金属、紫外线辐射等非生物胁迫对植物生长与发育的影响除了干旱、盐碱胁迫外,重金属、紫外线辐射等非生物胁迫也极大的影响着植物的生长和发育。
重金属污染会进入植物体内,导致植物细胞内无机离子的累积,进而抑制植物体内其他重要元素的吸收和利用。
香蕉中ABA醛氧化酶基因家族的鉴定及其表达分析

㊀山东农业科学㊀2023ꎬ55(10):15~21ShandongAgriculturalSciences㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2023.10.003收稿日期:2022-12-20基金项目:广东省基础与应用基础研究基金项目(2023A1515010336ꎬ2021A1515011236)ꎻ广东省普通高校重点领域专项(2022ZDZX4047)ꎻ韶关学院重点项目(SZ2022KJ05)ꎻ国家自然科学基金项目(31901537)ꎻ韶关学院博士启动基金项目(99000615)ꎻ国家级大学生创新创业训练计划项目(202310576009)作者简介:曾坚(1987 )ꎬ男ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ从事植物基因功能研究ꎮE-mail:zengjian@sgu.edu.cn通信作者:胡伟(1982 )ꎬ男ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ从事植物基因分子生物学研究ꎮE-mail:huwei2010916@126.com香蕉中ABA醛氧化酶基因家族的鉴定及其表达分析曾坚1ꎬ周洁薇1ꎬ王舒婷1ꎬ胡伟2(1.韶关学院广东省粤北食药资源利用与保护重点实验室/英东生物与农业学院ꎬ广东韶关㊀512005ꎻ2.中国热带农业科学院热带生物技术研究所ꎬ海南海口㊀571101)㊀㊀摘要:ABA醛氧化酶(abscisicaldehydeoxidaseꎬAAO)在植物生长发育和对生物/非生物胁迫的响应中起着重要作用ꎮ本研究从香蕉基因组中鉴定出3个MaAAOs基因ꎬ并对其遗传进化关系㊁结构域㊁理化性质及在不同组织㊁不同果实发育阶段和逆境处理下的表达情况进行了分析ꎮ结果表明ꎬ这3个MaAAOs分为两个亚族ꎬ相同亚族的基因呈现出类似的结构域组成和基因结构ꎬ与系统发育树的构建结果相一致ꎮMaAAO1基因在果实的发育和成熟阶段都表现出显著的高表达水平ꎬ暗示着其在香蕉果实发育过程中可能发挥着重要功能ꎮ另外ꎬMaAAO1和MaAAO2基因可能对渗透胁迫有响应ꎬMaAAO2基因还可能对Foc4病菌的侵染有响应ꎮ基于以上结果推断MaAAOs基因在香蕉的生长发育调控以及逆境响应中具有重要作用ꎮ该结果不仅丰富了我们对MaAAOs基因家族的认识ꎬ也为进一步揭示其在香蕉生长发育和应激响应机制方面的功能提供了线索ꎮ关键词:香蕉ꎻABA醛氧化酶(AA0)ꎻ基因鉴定ꎻ基因表达中图分类号:S668.1ꎻQ781㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2023)10-0015-07IdentificationandExpressionAnalysisofAAOGenesinBananaZengJian1ꎬZhouJiewei1ꎬWangShuting1ꎬHuWei2(1.GuangdongProvincialKeyLaboratoryofUtilizationandConservationofFoodandMedicinalResourcesinNorthernRegion/HenryFokSchoolofBiologyandAgricultureꎬShaoguanUniversityꎬShaoguan512005ꎬChinaꎻ2.InstituteofTropicalBioscienceandBiotechnologyꎬChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciencesꎬHaikou571101ꎬChina)Abstract㊀Abscisicaldehydeoxidase(AAO)playsimportantrolesinplantgrowthanddevelopmentandresponsetobioticandabioticstresses.InthisstudyꎬthreeAAOgenes(MaAAOs)wereidentifiedfrombananagenomeꎬandtheirgeneticevolutionaryrelationshipꎬstructuraldomainꎬphysicalandchemicalpropertiesꎬandexpressionpatternindifferenttissuesꎬatdifferentfruitdevelopmentstagesandunderdifferentstresstreatmentswereanalyzed.TheresultsshowedthatthethreeMaAAOgenescouldbedividedintotwosubgroupsꎬandthegenesinthesamegroupexhibitedsimilarcombinationsofstructuraldomainsandgenestructuresꎬwhichwereconsistentwiththefindingsfromphylogenetictreeanalysis.TheMaAAO1genedisplayedsignificantlyhighex ̄pressionlevelsduringfruitdevelopmentandripeningperiodsꎬsuggestingitspotentialimportanceinbananafruitdevelopment.FurthermoreꎬbothMaAAO1andMaAAO2mightexhibitsensitiveresponsestoosmoticstressꎬandtheMaAAO2genemightberesponsivetotheinvasionofFoc4pathogen.BasedontheseresultsꎬitwasinferredthatMaAAOgenesplayedpivotalrolesinregulatingbananagrowthꎬdevelopmentandresponsestobioticandabioticstresses.ThesefindingswouldnotonlyenhanceourcomprehensiontotheMaAAOgenefami ̄lyinbananaꎬbutalsoprovideareferenceforfurtherunravelingtheirmechanismsofactioningrowthꎬdevel ̄opmentandstressresponsesofbanana.Keywords㊀BananaꎻAbscisicaldehydeoxidase(AAO)ꎻGeneidentificationꎻGeneexpression㊀㊀脱落酸(abscisicacidꎬABA)属于六种植物激素之一ꎬ1963年首次在脱落果实中被鉴定为生长抑制剂[1]ꎬ随后发现其在种子休眠㊁萌发㊁气孔开合㊁果实发育等多种生理过程中发挥着重要作用[2-4]ꎬ在水杨酸介导的生物胁迫以及高盐㊁干旱和寒冷等非生物胁迫中也起着关键作用[3ꎬ5]ꎮABA的代谢过程已有相关研究综述进行了详细总结[6]ꎮABA合成过程主要涉及玉米黄质环氧化酶(zeaxanthinepoxidaseꎬZEP)㊁9-顺环氧类胡萝卜素双加氧酶(9-cis-epoxycarotenoiddioxygen ̄asesꎬNCEDs)㊁短链醇脱氢酶/还原酶(short-chaindehydrogenases/reductasesꎬSDR)㊁ABA醛氧化酶(abscisicaldehydeoxidaseꎬAAO)[7]ꎬ其中AAO参与ABA合成途径中的最后一步ꎮ虽然ABA合成相关基因的研究比较多[8]ꎬ但关于AAO基因的研究较少ꎬ目前只对少数几个物种如拟南芥[9]㊁水稻[10]㊁小麦[11]等的AAO基因家族进行了鉴定分析ꎮ如:在拟南芥中ꎬAtAAO3基因的突变会导致ABA含量降低[9]ꎻ番茄ABA缺陷型突变体中的AAO活性远低于野生型的[12]ꎬ大麦中也存在类似的AAO缺失或活性降低的现象[13]ꎮ香蕉(Musassp.)是世界上重要的热带水果之一ꎬ也是重要的粮食作物之一[14]ꎮ香蕉在生长过程中会遭受到低温㊁干旱㊁香蕉枯萎病等不同逆境的影响ꎬ对其产量和最终果实品质产生重要影响[15-16]ꎮABA在这些过程中都扮演着重要的角色ꎬ因此ꎬ研究香蕉AAO家族基因种类及其在不同逆境处理下的表达情况具有重要意义ꎮ本研究从香蕉基因组中鉴定得到了AAO家族基因ꎬ并分析了它们的进化关系㊁基因结构和蛋白结构域ꎬ同时分析了其在不同组织㊁果实发育和成熟的不同阶段及对非生物/生物胁迫响应的表达模式ꎬ以期为进一步明确MaAAOs基因在香蕉生长发育和胁迫反应过程中的功能提供参考ꎮ1㊀材料与方法1.1㊀试验材料选用口味优良的香蕉品种粉蕉(MusaABBPisangAwakꎬFJ)进行试验ꎮ将粉蕉组培苗种植于塑料盆中(无菌土壤)ꎬ培养于生长室(28ħꎬ70%湿度ꎬ光周期为16h光/8h暗ꎬ光照强度为200μmol m-2 s-1)ꎮ组培苗种植取样周期为2015年6月 2016年8月ꎮ1.2㊀试验处理与样品采集方法(1)不同组织样品采集:组培苗种植约70天后达到五叶期ꎬ此时选取叶和根ꎻ组培苗种植约10个月开始开花ꎬ于开花后0天(0DAF)㊁20DAF和80DAF选取果实ꎻ组培苗种植12~13个月后采收ꎬ选取采收后3天(3DPH)和6DPH的果实ꎮ每个样本进行两次生物学重复ꎬ用于分析基因在不同组织和果实发育不同阶段的表达情况ꎮ(2)非生物胁迫处理方法及取样:分别用300mmol L-1NaCl和200mmol L-1甘露醇灌溉五叶期香蕉幼苗ꎬ进行盐胁迫和渗透胁迫处理ꎬ处理7d后取样ꎻ将五叶期香蕉幼苗置于4ħ生长室(70%湿度ꎬ光周期为16h光/8h暗ꎬ光照强度为200μmol m-2 s-1)进行冷胁迫处理ꎬ22h后取样ꎮ采集对应处理时间后的叶片样本进行非生物胁迫处理下基因的表达分析ꎮ(3)尖孢镰刀菌侵染处理及取样:将五叶期香蕉幼苗根部浸泡在F.oxysporumrace4(Foc4)孢子悬液(106个分生孢子/mL)中2hꎬ以浸入无菌蒸馏水(ddH2O)中的为对照ꎻ然后移栽到装有无菌土壤的塑料盆中ꎬ在生长室中培养(28ħꎬ70%湿度ꎬ光周期为16h光/8h暗ꎬ光照强度为200μmol m-2 s-1)ꎻ培养2d后ꎬ采集根系样品进行基因表达分析ꎮ每份样本包含两个生物重复样61㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀本ꎮ1.3㊀香蕉AAO基因家族的鉴定及系统发育分析利用拟南芥AtAAOs基因的序列构建HMM模型ꎬ从香蕉A基因组中搜索得到香蕉AAOs序列ꎻ利用得到的香蕉AAOs序列构建新的HMM模型ꎬ利用新的HMM模型从A基因组中搜索鉴定MaAAOs基因ꎮ使用保守结构域数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd/)和PFAM数据库(ht ̄tp://pfam.sanger.ac.uk/)验证得到的MaAAOs基因ꎮ利用下载得到的AtAAOs和水稻OsAAOs蛋白序列ꎬ以MEGA-X中的MUSCLE方法进行序列比对ꎬ使用Neighbor-joining法构建系统发育树ꎬBootstrap值设置为1000ꎮ1.4㊀香蕉AAO基因家族的蛋白质特性和序列分析通过ExPASy数据库(http://expasy.org/)对分子质量和等电点等理化性质进行预测ꎮ利用MEME软件和InterProScan数据库对蛋白结构域序列进行鉴定ꎮ采用GSDS数据库对基因结构进行分析(http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)ꎮ1.5㊀转录组分析RNA测序中的RNA提取㊁文库制备和测序等工作均由美吉生物技术有限公司(中国上海)完成ꎮRNA-seq分析样本的收集过程参考前人的研究[17]ꎮ每个样本包含两个生物重复序列ꎮ测序平台为IlluminaGAII(IlluminaꎬSanDiegoꎬCAꎬUSA)ꎮFASTX(http://hannonlab.cshl.edu/fastx_toolkit/)和FastQC(http://www.bioinformat ̄ics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/)用于删除接头序列和低质量序列ꎮ通过TophatV.2.0.10将粉蕉样本的cleanreads与香蕉基因组进行比对[18]ꎬ使用Cufflinks进行转录组组装[19]ꎮ基因的表达值使用FPKM值表示ꎮ使用DEGseq工具鉴定差异表达基因(DEGs)(log2-basedfoldchange>1ꎻlog2-basedfoldchange<-1)ꎮ2㊀结果与分析2.1㊀MaAAOs基因的鉴定利用香蕉AAO基因序列的保守结构域构建HMM模型ꎬ从香蕉A基因组中鉴定得到了3个MaAAOs基因ꎬ分别命名为MaAAO1㊁MaAAO2㊁MaAAO3(表1)ꎬ其氨基酸残基数量分别为1365㊁1393㊁1399个ꎬ编码蛋白的分子量范围为15.05~15.26kuꎬ等电点范围是6.59~6.62ꎮ为分析MaAAOs的进化关系ꎬ分别下载了水稻和拟南芥AAO基因家族的蛋白质序列(表1)ꎬ采用NJ法构建了系统发育树(图1)ꎮ可见ꎬ所有AAO蛋白可以分成两类ꎬMaAAO2和MaAAO3与所有AtAAOs及大部分OsAAOs聚在一个亚类ꎬ而MaAAO1则与两个OsAAOs聚成一个亚类ꎮ㊀㊀表1㊀AAO基因信息基因名基因编号基因位置氨基酸数量/个分子量/ku等电点MaAAO1Ma06_t26720.1chr6:28580510-28613339136515.056.62MaAAO2Ma09_t10080.2chr9:6883097-6895047139315.196.37MaAAO3Ma09_t10100.1chr9:6896480-6908654139915.266.59AtAAO1AT5G20960.1chr5:7116455-7122747136814.966.34AtAAO2AT3G43600.1chr3:15511832-15517545132114.465.41AtAAO3AT2G27150.1chr2:11601727-11607199133214.676.63AtAAO4AT1G04580.1chr1:1252005-1257893133714.736.28OsAAOLOC_Os03g31550.1chr3:17985563-17998498137015.026.99LOC_Os03g31550.2chr3:17985563-17998498127313.997.27LOC_Os07g07050.2chr7:3476288-34718345486.037.47LOC_Os07g07050.1chr7:3476921-34717896056.688.44LOC_Os03g57680.1chr3:32877206-32869482135714.536.45LOC_Os03g57690.1chr3:32886266-32879566135614.516.17LOC_Os10g04860.1chr10:2358790-2368732135914.556.42LOC_Os07g18120.1chr7:10724599-10738019136614.857.24LOC_Os07g18154.1chr7:10748746-107608488459.216.65LOC_Os07g18154.2chr7:10748746-107608337277.926.78㊀㊀注:基因名中Ma代表香蕉ꎬAt代表拟南芥ꎬOs代表水稻ꎮ71㊀第10期㊀㊀㊀㊀㊀曾坚ꎬ等:香蕉中ABA醛氧化酶基因家族的鉴定及其表达分析图1㊀AAO家族蛋白系统进化树2.2㊀MaAAOs基因家族的结构域和基因结构分析利用MEME数据库从MaAAOs基因中鉴定得到10个保守结构域ꎬ并用InterPro数据库进行了注释ꎮ由结果(图2㊁表2)可见ꎬ3个MaAAOs基因表现出类似的结构域组成ꎬ仅MaAAO1缺少了Motif8ꎻ除了Motif7ꎬ其余9个Motif都含有结构域IPR016208ꎬ其功能被注释为醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶ꎮ随后对MaAAOs基因结构进行分析ꎬMaAAO2和MaAAO3有类似的基因结构ꎬ都有10个内含子ꎻ而MaAAO1的内含子则是14个(图3)ꎮ表明相同聚类有类似的结构域组成和基因结构ꎬ与系统发育树的分析结果相一致ꎮ图2㊀MaAAOs基因结构域㊀㊀表2㊀MaAAOs基因结构域的注释编号序列结构域(注释)Motif1CLTLLCSINFCSVITSEGLGNSKDGFHPIHERFAGFHASQCGFCTPGMCMIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)Motif2LRRPVRMYLDRKTDMIMTGGRHPMKINYSVGFKSDGKITALHVDIFINAGIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)Motif3EVEVDVLTGGTIILRTDLIYDCGQSLNPAVDLGQIEGAFVQGIGFFMLEEIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)Motif4AIPDEDNCILVYSSTQCPEIAQGVIAKCLGIPDHNVRVITRRVGGGFGGKIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)Motif5NSDGLVISDGTWTYKIPTIDBIPKQFNVKLLKSGHHEKRVLSSKASGEPPIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)Motif6KITKFEAEKAIAGNLCRCTGYRPIVDVCKSFAABVDLIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)Motif7GDAPEYTLPAJIDELASSADYLDRLEIIRHFNSCNKWRKRGISLVPVVY无Motif8ELHSNERLVFSKIADHMDKVASPFIRNMASLGGNLIMAQRSQFASDVATIIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)Motif9YNWGALSFDARICKTNFPTKSAMRGPGDVQGSFIAESVIEHIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)Motif10FTGPKLGCGEGGCGACVVLLSTYDPVSGQVKEFIPR016208(醛氧化酶/黄嘌呤脱氢酶)81㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀图3㊀MaAAOs基因的结构分析2.3㊀MaAAOs在粉蕉不同组织中的表达如图4A所示ꎬ粉蕉根中MaAAO1和MaAAO3基因高表达(FPKM>5)ꎬ叶中3个MaAAOs基因都表现出高表达ꎬ而果实(80DAF)中则只有MaAAO1表现出高表达ꎮ3个MaAAOs基因中ꎬ只有MaAAO1在粉蕉根㊁叶和果实中都呈现出高表达ꎮ图4㊀MaAAOs基因在香蕉不同组织(A)㊁果实不同发育阶段(B)㊁不同逆境处理(C)中的表达分析2.4㊀MaAAOs在粉蕉果实不同发育阶段中的表达为明确MaAAOs基因在香蕉果实发育过程中的功能ꎬ对其在不同发育阶段果实中的表达情况进行了分析ꎬ结果(图4B)显示ꎬ只有MaAAO1在果实发育早期(0DAF和20DAF)和后期(80DAF㊁3DPH)中表现出高表达(FPKM>5)ꎬ且以3DPH果实中的表达量最高ꎻMaAAO2在果实发育整个阶段的表达都极低ꎻMaAAO3在果实各发育阶段的表达水平相比MaAAO2要高ꎬ但除20DAF外均没有达到高表达ꎮ因此推测MaAAO1可能在果实发育过程中发挥着重要作用ꎮ2.5㊀MaAAOs在不同逆境处理下的表达为分析MaAAOs基因在粉蕉应对逆境胁迫中的功能ꎬ设置生物和非生物胁迫处理ꎬ分析3个MaAAOs基因在粉蕉植株根中的表达情况ꎬ结果(图4C)显示ꎬ在Foc4处理下ꎬMaAAO2基因表现出上调(log2-basedfoldchange>1)ꎻ在渗透胁迫下ꎬMaAAO1和MaAAO2基因表现出上调ꎻ在冷和盐胁迫下ꎬ3个基因均未表现出明显的上调表达ꎻMaAAO3基因在所有逆境处理中都没有表现出显著变化ꎮ3㊀讨论香蕉既是一种重要的热带和亚热带水果ꎬ也是全球130多个国家的主粮ꎬ但其研究进展相比其它作物要慢[20]ꎮABA在植物的生长发育和生物/非生物胁迫响应中起着重要作用[21]ꎬ而AAO是ABA合成途径中的重要合成酶ꎬ但香蕉AAO基因家族的情况仍不清楚ꎮ本研究从香蕉A基因组中鉴定出3个MaAAOs基因ꎬ保守结构域分析证明这3个基因属于AAO家族ꎬ并根据系统发育树将其分为两个亚类ꎬ其中MaAAO2和MaAAO3聚为一类ꎮ拟南芥的AAO基因数量是4个[9]ꎬ水稻中可能是5个[10]ꎬ小麦中是3个[11]ꎬ数量均较少ꎬ表明AAO蛋白可能属于小基因家族编码的蛋白质ꎮ91㊀第10期㊀㊀㊀㊀㊀曾坚ꎬ等:香蕉中ABA醛氧化酶基因家族的鉴定及其表达分析香蕉果实的发育和成熟过程决定着果实的品质和产量[14]ꎮ研究表明ꎬABA信号参与了果实的生长发育并影响着果实的成熟过程和最终品质ꎻ未成熟水果中的内源ABA含量通常较低ꎬ施加外源ABA能促进果实成熟及果肉软化ꎻ果实成熟过程中ABA合成相关基因的表达上调导致内源ABA大量积累[22]ꎮ这些结果表明ABA在水果成熟过程中发挥着重要作用ꎮ在本研究中ꎬ不同MaAAOs基因在粉蕉果实不同发育阶段表现出不同的表达模式ꎬMaAAO1基因在早期和晚期都表现出高表达ꎬ而MaAAO2和MaAAO3几乎不表达ꎻ此外ꎬMaAAO1在粉蕉叶㊁根㊁果实中均表现出高表达ꎬ推测MaAAO1基因在香蕉果实发育和成熟过程中可能具有重要作用ꎮ香蕉生长过程中常会遇到干旱㊁盐㊁寒冷以及枯萎病菌感染等非生物和生物逆境ꎬ对果实品质及产量造成影响[15-16]ꎮ在拟南芥中ꎬAtAAO3和AtAAO1基因表达明显受到干旱胁迫的诱导[9ꎬ23]ꎻ在拟南芥中过表达花生AhAAO2基因也能显著提高植株抵抗干旱胁迫的能力[24]ꎮ本研究发现ꎬMaAAO1和MaAAO2基因受渗透胁迫诱导上调表达ꎬ但受冷和盐胁迫的影响很小ꎻMaAAO3基因的表达在3种胁迫下均无显著变化ꎮ表明MaAAO1和MaAAO2基因可能在香蕉响应干旱胁迫中发挥作用ꎮ香蕉的种植生产也受到香蕉枯萎病的严重影响ꎮ有研究表明ABA能负向调控水杨酸(SA)介导的病原体反应ꎬ例如ꎬ提高植株中ABA的含量ꎬ会显著促进细菌的生长[25]ꎮ在本研究中ꎬ仅MaAAO2基因的表达显著受到Foc4处理的诱导ꎬ表明这个基因可能参与了响应Foc4侵染的过程ꎮ4㊀结论本研究从香蕉A基因组中鉴定得到了3个MaAAOs基因ꎬ经系统发育分析㊁蛋白结构域和基因结构分析ꎬ确定属于AAO基因家族ꎮMaAAOs基因参与了香蕉的生长发育㊁果实成熟和对生物/非生物胁迫的响应等过程ꎮ其中ꎬMaAAO1基因在果实发育早期和成熟阶段都表现出高表达ꎻMaAAO1和MaAAO2基因对渗透胁迫有响应ꎻMaAAO2基因的表达被Foc4诱导ꎬ可能响应该病菌的侵染ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[1]㊀EaglesCFꎬWareingPF.DormancyRegulatorsinwoodyplants:experimentalinductionofdormancyinBetulapubescens[J].Natureꎬ1963ꎬ199(4896):874-875.[2]㊀ChernysJTꎬZeevaartJA.Characterizationofthe9 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了很多工作。 在干旱胁迫方面 ,闺景利等通 过对豌豆进行干旱处理实验,通过 测定 A B A的含 量变 化 ,发现 A B A
的根源信 号的传导以及根冠互作的 影响 的相关研究有很多 ,但 A的研究 发展 趋势
植物的生理状态和形态来适应逆境 , 特别是 A B A的含量变化最大。 A B A即脱落酸 ,是 由植物体内 产 生的一种微量有机物质 ,但 对植 物 的生长发育调节起到很关键 的作 用。不但具有生长抑 制作用 ,而且 能够使植物在逆境 下能够快速反应 从而增强植物的抗 逆性 。尤其是在 抗旱 中,A B A可 以调节植物的生理 过程 ,在这一过程 A B A含量迅速增 多, 引起气孔关闭 , 减 少蒸腾作用 , 增强抗旱能力。由于 A B A具有对胁 迫环境快速应答和增强苗木抗逆性 的优点,越来越引起人们 的重视。 人们关于 A B A的产生 、传递、作用 以及非生物胁迫因子对 A B A的影响 都进行了一定 的研究 ,A B A的生理 机理 的深入了解和研究,能够提高 植物抗逆性 ,培 育具有抗性的优 良 品种 ,节约人力财力。
生 增 强植 物 抗 逆 性 的 蛋 白 ,通 过 反
提 出,科研人员逐渐认识到根 源信 号 的作用 ,而 A B A是 主要 的根源 信号物质 ,主要用于植物根源 信号 的传递和抗逆作用。这时人们 才发 现A B A除 了具 有抑 制植物 生长 作 用外 ,还有其他的一些促进作用 ,
于苗木和不利于植物 ,这些都不太 清楚。
A B A过去有 “ 衰老激素”之称 ,主 要其具有抑 制种子萌发 ,促进植物
生 长器 官老 化 脱 落 ,抑 制 植物 生长 发 育等作用。随着根冠通讯学说的
后根系 A B A含量迅速升高 ,均高于 对照 ,且切根 比例越大 , A B A增加 的量越 多,有研究发现 ,断根能提 高植物抗旱能力。
二 、AB A与 非 生物胁 迫
最初 A B A是人 们研 究在 研 究 关于植物的生长抑制物质时发现的 ,
含量均高于对照 ,且干旱胁迫 的程 度 越 大 ,A B A含 量越 高。 当 A B A 含量 升 高 ,通 过 控制 保 卫细 胞 的 K +通 道 ,降 低细胞膨 压减 少气孔 开度 ,有很多研究表明 : A B A升高 后可致气孔 导度降低 ,杨建 昌等研 究认为 ,气孔导度与叶片中 A B A的 含量呈极显著负相关。这 些都说明 了A B A作为根源信号 ,可以通过根 系感受土壤旱情 , 传递给地上部分 , 降低气孔导度 ,减少蒸腾作用,提 高苗木的保水能力和抗旱性 。 随后,潘根生等研 究发现植物 中A B A合成与养分、温度胁迫、机 械伤害等逆境条件有关 ,即在各种 逆境下 ,A B A都会大量增加 ,打破 原有 A B A的平衡 ,并引发一系列生 理变化以响应逆境胁迫。例如 ,在 低温胁迫方面 ,魏浞等 研究发现低 温胁迫下 A B A显著高于对照 ,王兴 等研究认为 A B A是冬小麦安全越冬 的重要激素 ,A B A含量越高 ,越有 利于越冬。很多研究发现 ,同一种 类植物,耐低温型显著 比低温敏感 型苗木 A B A含量高 ,通过喷施外源 A B A能 够提高 植物 内源 A B A的含 量和增强苗木 的抗寒能力。在机械
伤 害方 面 ,杨 喜 田 等研 究认 为 切 根
结合 A B A研 究工作 过程 中 的 研究现状以及存在 的问题 ,逆境 中 A B A的研究发展趋势如下。 1 . A B A检测技术需要不断改善, 有向多学科交叉方 向发 展。目前多
运 用酶联 免疫法 ( E L I S A)和高效 液相 色 谱法 ( HP L C)测 定 ,精度 高但检测过程复杂, 2 . A B A各个时期调节的机理需 要进一步 的探究。A B A是主要的根
三、A B A的 研 究 存 在 的 问 题和 发展 趋势
( 一) A B A研究存在的问题 目前 ,关于 A B A的研 究 主 要 存在一下 问题: 植物 A B A含量极少 , 提 取 困难 ,测 定 和 分析 过程 复 杂 ;
四、总 结 随着科研工作 的不断发展 ,人 们更加深入的了解 A B A受到逆境胁 迫的调控机理 以及其作用规律 ,应 用这一机理可以更好地指导植被恢 复 中的育苗、移栽等过程。第一 , A B A作为根源信号物质 ,对逆境胁 迫能够快速做 出应答 ,可以作为逆 境胁迫变化 的测量指标 ,比如 ,在 干旱下 A B A可以迅速传递旱情 。第 二 ,当苗木受到逆境胁迫时 ,会产
源 信 号 物 质 ,但 受 到逆 境 胁 迫所 发
生的一系列的生理变化 的过程是否 完全有 A B A这种信号因子来调节 , 这个还没有定论。当受到逆境胁迫 时 ,A B A含量迅速升高 ,避免苗木
受 到 伤 害 ,但 这 一 反应 作 用 于植 物 的时间 ,以及逆境胁迫那些程度利
N0NG YE Z ONG HENG
非生物进境胁迫时 ABA 影喻的砥宄现状
河 南农 业大 学林 学 院 杨 果 果 苗彩 云 杨喜 田
引言 逆境胁迫主要 指对植物的生长 发 育 有害 的各 种 环 境 因子 ,非 生物
一
、
A B A也 由过 去认 为 的衰 老 激 素转 为 抗性 激素,关于这方面 的研究也做
调节方式复杂,不易分清各个时期 A B A调节 的机理 ;对 以 A B A为主
逆境 主要包括干旱 、洪涝、低温、 高温 、盐害、机械伤害等。在 自然 界 中,由于植物固定一处 ,经常会 遭遇 以上 自然灾害 ,影响植物 的生 长和发育 ,严重时会使苗木死亡。 在逆境胁迫下 ,植物可以识别 胁迫 信号 ,通过信号传 导途径 ,促进植 物 内源激素含量的变化 ,进而调整