光敏色素B在调控水稻苗期株高和生物量中的作用
光敏色素B正调控水稻叶绿素合成和叶绿体的发育
光敏色素B正调控水稻叶绿素合成和叶绿体的发育赵杰;周晋军;顾建伟;钱凤芹;谢先芝【期刊名称】《中国水稻科学》【年(卷),期】2012(26)6【摘要】水稻光敏色素基因家族包括3个成员,PHYA、PHYB和PHYC,它们在调控水稻去黄化、花期和育性等光形态建成中具有重要作用.我们比较了白光和红光条件下野生型、phyA、phyB和phyAphyB突变体中叶绿素含量.结果表明,phyB 感受红光正调控水稻叶绿素合成,phyA的作用仅仅在phyB功能缺陷时才能表现出来.叶绿素合成相关基因表达模式分析结果表明,水稻光敏色素介导的光信号主要通过调控原叶绿素酸酯氧化还原酶基因(protochlorophyll oxidoreductaseA,PORA)的表达而影响叶绿素的合成.同时,还分析了phyB介导的红光信号对叶绿体发育的影响,结果表明,phyB介导的红光信号在调控叶绿体数目、基粒数目及叶绿体膜发育中具有重要作用.%Phytochrome family in rice is composed of three members, PHYA, PHYB, and PHYC. Through characterizing the phytochrome mutants and wild type (WT) in terms of photomorphogenesis, roles of individual phytochromes have been preliminarily explored in regulating rice de-etiolation, flowering time and fertility. We compared the chlorophyll contents of wild type and phyA, phyB and phyAphyB mutants grown either in white light (W) or in red light (R). The results suggest that phyB perceives red light to positively regulate chlorophyll biosynthesis, while the role of phyA can be detected only in the phyB-deficient mutant. Analyses on the expression levels of genesinvolved in chlorophyll biosynthesis revealed that phytochromes affected chlorophyll biosynthesis by regulating protochlorophyll oxidoreducta.se ACPORA ) expression. The role of phyB in chloroplast development was analyzed. The results suggest that phyB perceive red light to regulate chloroplast development by affecting the number of chloroplasts and grana, as well as the chloroplast membrane system.【总页数】6页(P637-642)【作者】赵杰;周晋军;顾建伟;钱凤芹;谢先芝【作者单位】山东师范大学生命科学学院,山东济南250014;山东省农业科学院高新技术研究中心,山东济南250100;山东省农业科学院高新技术研究中心,山东济南250100;山东省农业科学院高新技术研究中心,山东济南250100;山东省农业科学院高新技术研究中心,山东济南250100;山东师范大学生命科学学院,山东济南250014;山东省农业科学院高新技术研究中心,山东济南250100【正文语种】中文【中图分类】Q945.11;Q343.5【相关文献】1.光敏色素互作因子（PIFs）对植物生长发育的调控 [J], 潘教文;赵术珍;张烨;李长生;王玉红;王兴军2.光氮耦合调控水稻叶绿素合成关键酶研究 [J], 肖琴; 徐炜; 杨淑君; 白本文; 朱开才3.光敏色素与转录因子结合直接调控植物基因表达和发育 [J], 马力耕;孙大业4.科学家揭示水稻高温逆境下调控叶绿体稳定发育的分子机理 [J],5.科学家揭示细胞质与叶绿体翻译的平衡调控叶绿体发育的新机制 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水稻光敏色素B抗体的制备及特异性检测
水稻光敏色素B抗体的制备及特异性检测闫丽华;卢楠楠;和亚男;尹海波;谢先芝【摘要】Phytochrome(PHY)is one of the important photoreceptors in plant.Phytochrome family mainly senses red and far-red lights.Rice phytochrome gene family is composed of three members known as PHYA,PHYB,and PHYC.Our previous studies has suggested that PHYB plays important roles in regulating rice growth and development as well as stress responses.However,absence of effective PHYB antibody greatly hinders the dissection of mechanisms of PHYB functions in rice.In this study,we selected the peptide specific to PHYB protein by comparing the amino acid identity among three rice phytochrome members.The cDNA fragment encoding specific PHYB peptide was isolated and cloned into prokaryotic expression vector pET16b.The PHYB antigen was obtained after isopropyl thio-beta-d-galactose(IPTG)induction and purification of expressed protein.The polyclonal PHYB antibody was prepared by immunizing New Zealand rabbits.Western blotting assays revealed that PHYB polycolonal antibody prepared in this study was specific to detect PHYB protein in rice extracts.The results from this study were necessary for comprehensively exploring the functional mechanism of PHYB in rice.%光敏色素是植物重要的光受体之一,主要感受红光和远红光.水稻光敏色素基因家族包括3个成员,即PHYA、PHYB 和PHYC.我们已有研究表明PHYB在水稻生长发育和胁迫反应中具有重要作用.然而目前缺乏有效的水稻PHYB蛋白质抗体,极大地制约着PHYB基因作用机制的解析.在本研究中,我们比较了水稻光敏色素家族3个成员氨基酸序列同源性,选取了PHYB蛋白质C端的特异多肽.在此基础上,分离了特异多肽对应的cDNA序列,将其克隆在原核表达载体pET16b上,利用异丙基硫代-β-D-半乳糖昔(IPTG)诱导、纯化获得了PHYB蛋白质特异性抗原,通过免疫新西兰大白兔,制备了PHYB蛋白的多克隆抗体.免疫印迹检测表明该抗体具有很高的特异性.本研究为深入解析PHYB基因在水稻生长发育中的作用机制提供了必要保障.【期刊名称】《山东农业科学》【年(卷),期】2017(049)008【总页数】6页(P1-6)【关键词】水稻;光敏色素;原核表达;抗体【作者】闫丽华;卢楠楠;和亚男;尹海波;谢先芝【作者单位】烟台大学生命科学学院,山东烟台 264005;山东省水稻研究所,山东济南 250100;烟台大学生命科学学院,山东烟台 264005;山东省水稻研究所,山东济南 250100;山东省水稻研究所,山东济南 250100;烟台大学生命科学学院,山东烟台 264005;山东省水稻研究所,山东济南 250100【正文语种】中文【中图分类】S511;Q78对高等植物而言，光不仅是光合作用的能量来源，也是一种重要的环境信号因子[1]。
光敏色素影响赤霉素调控的水稻幼苗光形态建成特征
2010年 第55卷 第24期：2384 ~ 2390 英文引用格式: Liu J, Liu Y M, Takano M , et al. Involvement of phytochromes in gibberellin-mediated photomorphogenesis in rice seedlings (in Chinese). Chi-nese Sci Bull (Chinese Ver), 2010, 55: 2384–2390, doi: 10.1360/972010-859论 文《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS光敏色素影响赤霉素调控的水稻幼苗光形态建成特征刘婧①, 柳艳梅②, TAKANO Makoto ③, 王宝山①, 谢先芝②④*① 山东师范大学生命科学学院, 济南 250014;② 山东省农业科学院高新技术研究中心, 济南 250100;③ National Institute of Agrobiological Sciences, Tsukuba, Ibaraki 305-8602, Japan; ④ 农业部黄淮海作物遗传改良与生物技术重点实验室, 济南 250100 * 联系人, E-mail: xzhxie2010@ 2010-05-04收稿, 2010-06-13接受国家自然科学基金资助项目(30870192, 30971744)摘要 赤霉素(gibberellin, GA)是一种重要的植物激素, 它与光敏色素协同调节拟南芥植株的光形态建成特征. 但是GA 对水稻幼苗光形态建成和暗形态建成的影响, 特别是在此过程中光敏色素与GA 之间的相互作用仍不清楚. 本研究利用野生型和光敏色素突变体(phyA 和phyB )水稻作为研究材料, 分析了GA 生物合成抑制剂多效唑(PAC)对黑暗和光照下生长的水稻幼苗胚芽鞘、地上部分和主根延伸以及光调控基因LHCB 表达的影响. 据此推测, 在暗生长条件下, PAC 处理能够抑制野生型水稻幼苗胚芽鞘的生长, 诱导LHCB 基因的表达; phyA 突变体对PAC 处理的反应不如野生型敏感; phyB 突变体和野生型反应基本相同. 在光照条件下, PAC 处理能够抑制水稻幼苗地上部分的生长, phyB 突变体对PAC 处理的反应不如野生型和phyA 突变体敏感. 此外, phyB 介导的光信号负调控PAC 诱导的主根延伸反应. 据此推测, GA 是维持水稻幼苗暗形态建成、抑制光形态建成所必需的; 另一方面, phyA 和phyB 或正或负调控PAC 所诱导的光形态建成反应. 本研究结果揭示了光敏色素和GA 在水稻幼苗生长发育中的相互作用, 为进一步研究光和GA 协同调控水稻发育的分子机制奠定了基础.关键词水稻 赤霉素 光敏色素 光形态建成 光调控基因根据萌发及萌发后生长条件的不同, 植物所经历的发育途径明显不同. 暗处生长幼苗表现出黄化特征, 如拟南芥下胚轴伸长、缺少叶绿素和光调控基因表达受抑制, 这些被称为暗形态建成特征(skotomorphogenesis); 光下生长的拟南芥表现出下胚轴被抑制、子叶变大、叶绿素合成和光调控基因表达的激活, 这些特征被称为光形态建成特征(photomorphogenesis). 在拟南芥中的研究表明, 光形态建成和暗形态建成均受到复杂严格的控制.在暗生长条件下, 拟南芥COP9信号复合体与COP1, COP10和DET1共同负调控光调控基因的表达, 抑制光形态建成的发生, 保证了拟南芥暗生长条件下的黄化特征[1]. 此外, 利用赤霉素(gibberellin, GA)生物合成抑制剂多效唑(paclobutrazol, PAC)处理暗生长拟南芥幼苗能够诱导部分的光形态建成特征, 如下胚轴伸长受到抑制、顶端钩打开、子叶部分打开和光调控基因如LHCB (light-harvesting chlorophyll a /b binding protein)和RBCS (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase small subunit)的诱导表达[2]. 拟南芥中, GA 合成缺陷型突变体ga1-3暗生长条件下表现出部分光形态建成特征[2]. 这表明植物激素GA 是维持暗形态建成所必需的.在光照条件下, 光能够诱导植物光形态建成发生. 光敏色素(phytochrome)主要感受红光/远红光, 在植物黄花苗中, 光敏色素以不具有活性的Pr 构象存在于细胞质中, 当植物受到光照射后, 光敏色素分子转变成具有生物活性Pfr构象. Pfr形式的光敏色素转移到细胞核中[3,4], 与核内的PIFs (phytochrome- interacting factors)转录因子相互作用, 诱导光调控基因的表达和光形态建成发生[5,6]. 然而, 如上面所述, GA抑制了光形态建成发生, 与光的作用正好相反. 近年来, GA和光敏色素在调控拟南芥光形态建成中拮抗作用的分子机制已有报道[7,8].黑暗生长的水稻幼苗表现出暗形态建成特征, 如长胚芽鞘、缺少叶绿素和光调控基因表达受阻; 然而光下生长的水稻幼苗表现出胚芽鞘抑制、叶绿素合成和光调控基因表达被激活等光形态建成特征. 水稻光敏色素基因家族包括3个成员, 即PHYA, PHYB和PHYC[9~12].日本农业生物资源研究所的研究者们筛选到了所有水稻光敏色素单突变体, 并通过杂交获得了所有的双突变体组合和三突变体[13,14]. 通过比较野生型和光敏色素突变体光形态建成特征, 我们发现水稻光敏色素phyA, phyB和phyC在幼苗光形态建成中具有重要作用, 如三种光敏色素介导的光信号均能够抑制胚芽鞘的延伸, 诱导光调控基因(LHCB和RBCS)的表达[14,15]. 最近Shimizu等人[16]的研究表明, phyA和phyB介导的光信号能够抑制水稻主根的延伸. 那么GA是否参与水稻的光形态建成和暗形态建成反应? GA和光敏色素在水稻幼苗发育中是否相互作用? 为了回答这些问题, 本研究比较了在不同生长条件(黑暗和光照)、不同浓度的GA生物合成抑制剂PAC处理下野生型和光敏色素突变体phyA和phyB 水稻幼苗生长发育特征, 包括胚芽鞘和主根延伸、地上部分生长和光调控基因LHCB表达特征. 我们的结果表明, GA是维持水稻暗形态建成所必需的, phyA和phyB影响水稻幼苗发育中GA调控的反应.1 材料与方法(ⅰ) 植物材料. 实验中所用到水稻光敏色素突变体phyA和phyB及其对应的野生型(WT)均为日本晴品种(Oryza sativa L., cultivar Nipponbare), 突变体的遗传背景分别是phyA4和phyB1[13,14].(ⅱ) 水稻幼苗的培育及其PAC和GA3处理. 野生型和光敏色素突变体水稻种子去壳、表面消毒后, 播种于含不同PAC (Wako)浓度(0, 10–7, 10–6, 10–5和10–4 mol/L) 0.3% (w/v)的琼脂培养基中, 在4℃放置过夜, 次日将其移至黑暗或者光照(28℃, 光照强度为7200 Lx)下培养8 d. 对于GA3处理实验, 我们同时在琼脂培养基中加入10–5 mol/L 或5×10–5 mol/L PAC和10–4 mol/L GA3 (Wako).(ⅲ) 水稻幼苗胚芽鞘及主根长度测量及计算.水稻幼苗在上述条件培养8 d后, 我们分别测量暗生长的水稻幼苗胚芽鞘和主根的长度、光下生长的水稻幼苗地上部分及主根的长度. 以WT, phyA和phyB突变体各自的无PAC处理的水稻幼苗作为100%, 分别计算这些参数的相对长度. 每个处理至少测量15棵幼苗, 实验数据使用Excel 2003进行分析, 每个实验重复至少3次.(ⅳ) RNA分析. 在暗室中快速收集PAC处理的幼苗地上部分, 在液氮中速冻. 按照TaKaRa RNAisoPlus (宝生物工程(大连)有限公司)说明书提取水稻RNA. 利用RNase-free DNase (TaKaRa)除去RNA中的DNA, 按全式金生物技术有限公司EasyScript First-Strand cDNA Synthesis SuperMix说明书进行逆转录反应. 内标ACTIN基因(AY212324)扩增的反应条件为: 94℃, 3 min, 94℃, 30 s, 54℃, 30 s, 72℃, 1 min, 共25个循环. LHCB基因家族2个成员Os03g0592500及Os09g0346500基因PCR扩增的反应条件为: 94℃, 3min, 94℃, 1 min, 50℃, 1 min, 72℃, 30 s, 共23个循环. 利用3.0%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物. 本研究中所用引物由北京赛百盛基因技术有限公司合成,序列如下: Os03g0592500 F1, 5′-TGAGCACAACGA-CACGAT-3′/R1, 5′-TCTCCTCGATCGATCACA-3′; Os-09g0346500F1, 5′-GTAGCTAGCAGTGGTTAATTGT-3′/R1, 5′-TCTTCATCTTCTTAGTGTACACAAC-3′;Actin F2, 5′-CAATGTGCCAGCTATGTATGTC-3′/R2,5′-TTCCCGTTCAGCAGTGGTAG-3′.2 结果与分析水稻胚芽鞘生长抑制和捕光色素蛋白编码基因(LHCB)的诱导表达是2个重要的光形态建成特征.为了分析赤霉素对水稻暗形态建成的影响以及在此过程中光敏色素是否与GA相互作用, 我们检测了赤霉素生物合成抑制剂PAC对暗生长野生型、phyA和phyB突变体水稻幼苗胚芽鞘、主根延伸以及LHCB基因表达的影响.2.1 PAC对黑暗生长野生型和光敏色素突变体胚芽鞘及主根延伸的影响如图1所示, 在黑暗条件下, 随着PAC浓度的增23852010年8月 第55卷 第24期2386大, 野生型水稻幼苗胚芽鞘长度逐渐减小, 直至10–5 mol/L PAC, PAC 对地上部分高度影响不大. 这表明胚芽鞘延伸对PAC 处理较为敏感. 为了检测光敏色素是否影响PAC 所诱导反应, 我们比较了野生型、phyA 和phyB 突变体中胚芽鞘和主根的长度.如图2(a) 所示, 野生型和phyB 突变体胚芽鞘相对长度减小的趋势基本相同. phyA 突变体胚芽鞘相对长度也逐渐降低, 但是变化趋势与野生型不完全相同, 如在PAC 浓度图1 全黑暗条件下野生型水稻幼苗的表型将野生型水稻(日本晴)种子播种在0.3%琼脂培养基(0)及含有不同浓度PAC (10–7, 10–6, 10–5和10–4mol ·L –1)的0.3%琼脂培养基中,在黑暗条件下培养8 d, 然后拍照图2 全黑暗条件下PAC 对WT, phyA 和phyB 水稻幼苗胚芽鞘和主根相对长度的影响将WT, phyA 和phyB 突变体水稻种子分别播种在0.3%琼脂培养基(0)及含有不同浓度PAC (10–7, 10–6, 10–5和10–4 mol ·L –1)的0.3%琼脂培养基中, 在黑暗条件下培养8 d 后测量胚芽鞘和主根的长度, 然后分别以WT, phyA 和phyB 突变体各自的无PAC 处理的水稻幼苗作为100%, 计算胚芽鞘相对长度(a)和幼苗主根相对长度(b). 误差线代表标准误差为10–5 mol ·L –1时, phyA 幼苗胚芽鞘的相对长度高于WT. 可见phyA 突变体对此浓度PAC 处理的敏感性低于野生型, 据此推测, phyA 可能正调控PAC 抑制胚芽鞘生长反应.在同样生长条件下, 低浓度(如10–7和10–6 mol ·L –1) PAC 能诱导野生型、phyA 和phyB 突变体主根的延伸(图2(b)); 随着PAC 浓度的增大(10–4 mol ·L –1), 水稻幼苗的主根长逐渐被抑制. 这种趋势在WT, phyA 和phyB 突变体中无明显差异. 这些结果不仅表明了主根和胚芽鞘延伸对PAC 处理的反应不同, 而且也表明了光敏色素不参与暗生长条件下PAC 调控的主根延伸反应.2.2 PAC 对暗生长野生型和光敏色素突变体LHCB 基因表达的影响为了分析GA 对光调控基因表达的影响, 我们比较了PAC 对暗生长野生型、phyA 和phyB 突变体中LHCB 基因家族两个成员Os03g0592500和Os09g03- 46500转录本水平的影响. 已有的研究表明, LHCB 基因的表达水平在暗生长的WT, phyA 和phyB 突变体中无明显差异, 因此我们用WT 的未处理材料代表了phyA 和phyB 突变体未处理材料[14,15]. 如图3所示, 相对于未处理的材料, 10–5和5×10–5 mol ·L –1 PAC 处理均能诱导这2个基因在野生型和phyB 突变体中大量表达, 而且表达水平在两种材料中无明显差异. 但是在phyA 突变体中, 10–5 mol ·L –1 PAC 不能明显诱导这2个基因的表达, 5×10–5 mol ·L –1 PAC 能够诱导2个基因的表达, 但表达水平低于野生型. 这个结果表明, 在黑暗条件下, PAC 处理能够诱导水稻幼苗中光调控基因的表达, phyA 可能影响水稻幼苗对PAC 处理的敏感性.那么PAC 对LHCB 基因的诱导是否与GA 有关? 我们分析了外源10–4 mol ·L –1 GA3对野生型水稻幼苗LHCB 基因表达的影响. 在图4可以看出, 10–5 mol ·L –1 PAC 处理诱导了光调控基因Os03g0592500的大量表达, 这个结果与图4一致. 当同时加入外源GA3时, 该基因的表达被抑制, 即逆转了PAC 的诱导效果. 这个结果表明, PAC 对LHCB 基因表达的诱导是通过影响GA 反应而导致的.综合上述结果, 我们可以看出PAC 处理能够抑制暗生长水稻幼苗胚芽鞘生长和诱导光调控基因的2387图3 黑暗条件下外源PAC 对WT, phyA 和phyB 水稻幼苗中LHCB 基因表达的影响将WT, phyA 和phyB 突变体水稻种子分别播种在0.3%琼脂培养基(0)及含有不同浓度PAC (10–5和5×10–5 mol ·L –1)的0.3%琼脂培养基中, 在黑暗条件下培养8 d 后取地上部分作为实验材料进行RT-PCR 分析.ACTIN 基因作为内标图4 外源GA3对野生型水稻幼苗中LHCB 基因表达的影响将WT 水稻种子分别播种在0.3%琼脂培养基(对照)、含有10–5 mol ·L –1 PAC (PAC) 或同时含有10–5 mol ·L –1 PAC 和10–4 mol ·L –1 GA3 (PAC/GA3)的0.3%琼脂培养基中, 在黑暗条件下培养8 d 后取地上部分作为实验材料进行RT-PCR 分析. ACTIN基因作为内标表达, 这些都是水稻光形态建成的特征, 据此推测, GA 是维持水稻暗形态建成特征所必需的, 而且 phyA 正调节水稻幼苗对PAC 处理的反应.2.3 PAC 对光下生长的野生型和光敏色素突变体水稻发育的影响光信号和GA 信号在水稻幼苗生长发育中是否相互作用呢? 我们分析了在光照条件下PAC 对phyA 和phyB 水稻幼苗地上部分和主根生长的影响. 如图5(a)所示, 光照条件下, PAC 处理明显抑制所有材料地上部分的生长. 在10–5 mol/L PAC 处理下, phyB 突变体相对长度较野生型和phyA 突变体大, 表明phyB 介导的光信号增强了PAC 对地上部分生长的抑制效果.浓度为10–7, 10–6和10–5mol/L 的PAC 能促进野生型和光敏色素突变体主根延伸. 而浓度为10–4 mol ·L –1的PAC 抑制了主根延伸(图5(b)). 值得注意的是, phyB 突变体的相对根长明显大于野生型和phyA 突变体. 据此推测, phyB 介导的光信号部分抵消了PAC 处理诱导效果.我们也分析了光照条件下PAC 处理对LHCB 基因表达的影响, 结果表明PAC 诱导LHCB 基因表达现象在野生型和光敏色素突变体中均没有出现(资料未显示), 这个结果表明, 光能够克服GA 对LHCB 基因表达的抑制.3 讨论3.1 GA 维持水稻幼苗的暗形态建成特征本研究结果表明, PAC 处理能够抑制暗生长水稻的胚芽鞘生长(图1和2(a))和LHCB 基因的表达(图3), 表明GA 是维持水稻暗形态建成, 阻遏光形态建成所必需的. 相似现象在拟南芥和豌豆中已有报道[2]. 在拟南芥和豌豆中, PAC 处理能够抑制暗生长幼苗下胚轴的延伸、子叶展开和光调控基因表达. 据此推测, 在暗生长植物幼苗中, GA 阻遏光形态建成 发生可能是植物的一种普遍现象. 值得注意的是, 尽管PAC 是植物体内赤霉素的生物合成抑制剂,同图5 全光照条件下PAC 处理对WT, phyA 和phyB 水稻幼苗地上部分和主根相对长度的影响将WT, phyA 和phyB 突变体水稻种子分别播种在0.3%琼脂培养基(0)及含有不同浓度PAC (10–7, 10–6, 10–5和10–4 mol ·L –1)的0.3%琼脂培养基中, 在光照条件下培养8 d 后测量地上部分和主根的长度, 然后分别以WT, phyA 和phyB 突变体各自的无PAC 处理的水稻幼苗作为100%, 计算地上部分相对长度(a)和幼苗主根相对长度(b). 误差线代表标准误差2010年8月 第55卷 第24期2388时它还可以使植物的内源激素发生改变(如IAA 降低、ABA 含量提高), 进而影响植物生长发育 [17]. 那么本实验PAC 处理所导致的胚芽鞘生长受抑制和LHCB 基因的诱导是否与其他激素变化有关? 在我们的实验中, 外源GA3处理能够完全恢复LHCB 基因的表达至未处理水平(图4), 这表明GA 是影响光调控基因表达的关键因素.GA 是如何维持植物的暗形态建成特征呢? 随着GA 信号传递途径DELLA 蛋白和光信号传导途径中PIF 转录因子的深入研究[6,18,19], 人们对GA 在拟南芥生长发育中作用的分子机制研究越来越深入. 特别是在2008年Nature 第451卷同一期上, 连续2篇研究论文揭示了GA 调节拟南芥光形态建成的作用模式[7,8]. 根据他们的研究结果, 在暗生长条件下, 细胞内GA 含量比较高, GA 与核内DELLA 蛋白相互作用, 导致DELLA 蛋白泛素化而降解, 这样PIF3或PIF4能够与靶基因的启动区结合, 启动靶基因表达, 促进细胞延长, 植株表现出较长下胚轴等暗形态建成特征. 当施加外源PAC 时, PAC 能够降低植物细胞内GA 含量, 这样当细胞内GA 含量较低时, DELLA 蛋白与PIF3或PIF4相互作用, 从而阻止PIF3或PIF4与靶基因的启动子相结合, 与细胞延伸相关的基因表达被抑制, 这样拟南芥表现出部分光形态建成特征, 如下胚轴被抑制等. 尽管水稻的DELLA 蛋白分子特征已经清楚[20,21], 但是关于水稻PIF 类转录因子与DELLA 蛋白之间相互作用的研究仍是空白. 因此暗生长条件下, GA 促进细胞延长的作用机理在水稻和拟南芥中是否相同仍需要进一步验证.在本研究中, 我们发现低浓度的PAC 处理能够促进暗生长水稻幼苗主根的延伸, 高浓度的PAC 抑制主根的延伸(图2(b)). 然而在地上部分, 低浓度和高浓度PAC 均能抑制胚芽鞘的延伸(图2(a)). PAC 对地上部分和主根生长影响的不同可能有以下2种解释: 第一种可能是参与地上部分和地下部分内源GA 代谢途径的基因不同, 因此对低浓度外源PAC 的应答也不同. Sakamoto 等人[22]的研究表明, GA 生物合成途径上基因在根和其他器官中的表达水平有明显差异. 在根部, 低浓度PAC 导致的反馈调节可能促进了GA 含量. 第二种可能是, 低浓度和高浓度PAC 处理导致其他激素的不同变化, 这些激素影响了主根延伸. 最近, 张幸福等人的报道表明, 低于0.5 μmol/L 的ABA 促进水稻幼苗根伸长, 超过此浓度的ABA 抑制根伸长[23]. 据此推测, 外源PAC 处理可能通过诱导水稻ABA 含量而影响主根的延伸.3.2 光敏色素与GA 在水稻幼苗生长发育中的相互作用在本研究中, PAC 处理对暗生长下的野生型和phyB 突变体的胚芽鞘生长的抑制和光调控基因表达的诱导无明显差异, 然而phyA 突变体对PAC 处理不如野生型敏感(图2(a)和图3), 也就是说phyA 参与PAC 诱导的LHCB 基因的表达和胚芽鞘生长抑制反应. 这个结果出乎我们的意料, 通常我们认为当植物受到光照射后, 光敏色素分子转变成具有生物活性Pfr 构象. Pfr 形式的光敏色素转移到细胞核中, 才能与核内的其他蛋白质相互作用, 从而调控光反应[24~27]. 那么在黑暗条件下, phyA 是如何参与PAC 诱导的反应呢? 目前研究表明, 尽管核转移是phyA 和phyB 发挥大部分生物学功能的必要条件, 但是拟南芥phyA 在细胞质中也能发挥生物学功能, 如负向地性反应 [28]. 此外, 水稻phyA-GFP 在黑暗条件下也有核定位现象(TAKANO Makoto, 个人通讯). 据此推测, 在暗生长条件下, 尽管极少量核定位phyA 不足以诱导光形态建成反应, 但是在PAC 处理后, 这些少量的核定位phyA 可能增强了低含量GA 对光形态建成的诱导效果.在光照条件下, PAC 处理所导致的地上部分生长抑制现象在phyB 突变体中较弱(图5(a)), 然而PAC 对主根延伸的诱导作用在phyB 突变体中更为明显(图5(b)). 可见, phyB 介导的光信号正调控PAC 抑制地上部分生长的反应, 负调控PAC 诱导主根延伸反应. 在拟南芥中的研究表明, 光敏色素对GA 途径的影响表现在两个方面: 在光照条件下核定位phyB Pfr 形式与PIF3或PIF4相结合, 导致它们泛素化而降解, 从而不能启动靶基因的表达, 细胞延长被抑制[7,8], 拮抗了GA 调控的细胞延长反应. 另一方面, 光敏色素介导的光信号能够抑制拟南芥下胚轴中GA 生物合成相关基因的表达, 诱导GA 分解基因的表达, 从而降低GA 含量, 这样DELLA 蛋白质与PIF3或PIF4相互作用, 阻止PIF3或PIF4与靶基因的启动子相结合, 拟南芥下胚轴伸长相关基因被抑制[18]. Reed 等人[29]的报道表明, 拟南芥phyB 降低幼苗对GA 的反应能力. 在本研究中, phyB 感受的光信号能够抑制水稻主根的延伸, 这种抑制作用抵消了PAC对主根延伸的诱导效果. 另外, Shimizu等人[16]的研究已表明, phyA 介导的光信号也能够抑制水稻主根的延伸, 据此推测, PAC对phyAphyB突变体的主根延伸诱导效果可能更明显.总之, 本研究结果表明GA是维持水稻幼苗暗形态建成所必需的, phyA和phyB影响水稻幼苗中GA调控的生长发育过程. 本研究中发现的暗生长条件下phyA对光形态建成影响的现象还未有报道, 这个发现需要我们对phyA核转移特征进行重新认识. 此外, 本研究中所发现的水稻phyA, phyB与GA调控反应之间的相互作用也未见报道, 因此我们的结果为研究水稻GA和光敏色素途径之间相互作用的分子机制奠定了基础.参考文献1Kim T N, Kim B N, von Arnim A G. Repressors of photomorphogenesis. Int Rev Cytol, 2002, 220: 185—2232Alabadí D, Gil J, Blázquez M A, et al. Gibberellins repress photomorphogenesis in darkness. Plant Physiol, 2004, 134: 1050—10573Nagy F, Schäfer E. Control of nuclear import and phytochromes. Curr Opin Plant Biol, 2000, 3: 450—4544Huq E, Al-Sady B, Quail P H. Nuclear translocation of the photoreceptor phytochrome B is necessary for its biological function in seed-ling photomorphogenesis. Plant J, 2003, 35: 660—6645Chen M, Chory J, Fankhauser C. Light signal transduction in higher plants. Annu Rev Genet, 2004, 38: 87—1176Castillon A, Shen H, Huq E. Phytochrome interacting factors: Central players in phytochrome-mediated light signaling networks. TrendsPlant Sci, 2007, 12: 514—5217Feng S, Martinez C, Gusmaroli G, et al. Coordinated regulation of Arabidopsis thaliana development by light and gibberellins. Nature,2008, 451: 475—4798De Lucas M, Davière J M, Rodríguez-Falcón M, et al. A molecular framework for light and gibberellin control of cell elongation. Nature,2008, 451: 480—4849Kay S A, Keith B, Shinozaki K, et al. The sequence of the rice phytochrome gene. Nucleic Acids Res, 1989, 17: 2865—286610Dehesh K, Tepperman J, Christensen A H, et al. PhyB is evolutionarily conserved and constitutively expressed in rice seedling shoots.Mol Gen Genet, 1991, 225: 305—31311Tahir M, Kanegae H, Takano M. Phytochrome C (PHYC) gene in rice: Isolation and characterization of a complete coding sequence.Plant Physiol, 1998, 118: 153512Basu D, Dehesh K, Schneider-Poetsch H J, et al. Rice PHYC gene: Structure, expression, map position and evolution. Plant Mol Biol,2000, 44: 27—4213Takano M, Kanegae H, Shinomura T, et al. Isolation and characterization of rice phytochrome A mutants. Plant Cell, 2001, 13: 521—53414Takano M, Inagaki N, Xie X, et al. Distinct and cooperative functions of phytochromes A, B, and C in the control of deetiolation andflowering in rice. Plant Cell, 2005, 17: 3311—332515Xie X, Shinomura T, Inagaki N, et al. Phytochrome-mediated inhibition of coleoptile growth in rice: Age-dependency and action spectra.Photochem Photobiol, 2007, 83: 131—13816Shimizu H, Tanabata T, Xie X, et al. Phytochrome-mediated growth inhibition of seminal roots in rice seedlings. Physiol Plant, 2009, 137:289—29717Rademacher W. Growth retardants: Effets on gibbeerllin biosynthesis and other metabolic pathways. Annu Rev Plant Physiol Plant MolBiol, 2000, 51: 501—53118Achard P, Liao L, Jiang C, et al. DELLAs contribute to plant photomorphogenesis. Plant Physiol, 2007, 143: 1163—117219Oh E, Yamaguchi S, Hu J, et al. PIL5, a phytochrome-interacting bHLH protein, regulates gibberellin responsiveness by binding directlyto the GAI and RGA promoters in Arabidopsis seeds. Plant Cell, 2007, 19: 1192—120820Itoh H, Ueguchi-Tanaka M, Sato Y, et al. The gibberellin signaling pathway is regulated by the appearance and disappearance of SLEN-DER RICE1 in nuclei. Plant Cell, 2002, 14: 57—7021Ueguchi-Tanaka M, Nakajima M, Katoh E, et al. Molecular interactions of a soluble gibberellin receptor, GID1, with a rice DELLA pro-tein, SLR1, and gibberellin. Plant Cell, 2007, 19: 2140—215522Sakamoto T, Miura K, Itoh H, et al. An overview of gibberellin metabolism enzyme genes and their related mutants in rice.Plant Physiol,2004, 134: 1642—165323张幸福, 韩栓, 王伟, 等. ABA和GA刺激的ROS代谢调节水稻幼根伸长分析. 河南大学学报(自然科学版), 2010, 1: 62—6624Quail P H. Phytochrome photosensory signalling networks. Nat Rev Mol Cell Biol, 2002, 3: 85—9325Wang H. Signaling mechanisms of higher plant photoreceptors: A structure-function perspective. Curr Top Dev Biol, 2005, 68: 227—26123892010年8月 第55卷 第24期239026 Rockwell N C, Su Y S, Lagarias J C. Phytochrome structure and signaling mechanisms. Annu Rev Plant Biol, 2006, 57: 837—858 27 Kevei E, Schafer E, Nagy F. Light-regulated nucleo-cytoplasmic partitioning of phytochromes. J Exp Bot, 2007, 58: 3113—3124 28 Rösler J, Klein I, Zeidler M. Arabidopsis fhl /fhy1 double mutant reveals a distinct cytoplasmic action of phytochrome A. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104: 10737—1074229 Reed J, Foster K, Morgan P, et al. Phytochrome B affects responsiveness to gibberellins in Arabidopsis . Plant Physiol, 1996, 112: 337—342Involvement of phytochromes in gibberellin-mediated photomorphogenesis in rice seedlingsLIU Jing 1,2, LIU YanMei 2, TAKANO Makoto 3, WANG BaoShan 1 & XIE XianZhi 2,41College of Life Sciences, Shandong Normal University, Jinan 250014, China;2High-Tech Research Center, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China; 3National Institute of Agrobiological Sciences, Tsukuba, Ibaraki 305-8602, Japan; 4Laboratory of Crop Genetic Improvement and Biotechnology, Huanghuaihai, Ministry of Agriculture, Jinan 250100, ChinaGibberellin (GA) is an important plant hormone, which, together with phytochrome-mediated light signals, regulates Arabi-dopsis thaliana development. However, roles of GA and its interaction with phytochromes in mediating skotomorphogenesis and photomorphogenesis remain unclear in rice. In the present study, the lengths of coleoptiles, seminal roots and up-ground parts were measured in either dark- or white light-grown seedlings treated with GA biosynthesis inhibitor PAC in wild type and rice phytochrome mutants. Meantime, transcript levels of light-regulated genes LHCB were also analyzed. It was ob-served that PAC treatment caused the inhibition of coleoptile elongation and induction of LHCB genes in dark-grown seed-lings. Moreover phyA mutant exhibited less sensitive to PAC than wild type and phyB mutant in dark-grown seedlings. In white light-grown seedlings, growth of up-ground parts was inhibited by PAC while phyB mutant exhibited less sensitive than wild type and phyA mutant did. In addition, phyB antagonistically affect the inductive responses of root elongation triggered by PAC in light-grown seedlings. These results suggest that GA is necessary to maintain skotomorphogenesis and to suppress photomorphogenesis in dark-grown rice seedlings. In addition, phyA and phyB either negatively or positively affect re-sponses caused by PAC treatment in rice seedlings. For the first time, our findings reveal the interaction between phyto-chrome- and GA-mediated pathways which lays the foundation for dissecting the molecular mechanism of coordinated regu-lation of rice development by light and GA.rice, gibberellin, phytochromes, photomorphogenesis, light-regulated genesdoi: 10.1360/972010-859。
光敏色素B在调控水稻苗期株高和生物量中的作用
光敏色素B在调控水稻苗期株高和生物量中的作用
光敏色素B在植物中起着重要的作用，它能够感知光强度和光周期信号，进而调节植
物的生长、发育和胁迫响应等生理生化过程。
通过控制植物的光形态和光能量利用效率，
光敏色素B对于调节植物的形态和生长具有至关重要的作用。
而在水稻苗期的株高和生物
量调节过程中，光敏色素B也发挥着重要的作用。
光敏色素B能够通过准确感知光信号，促进水稻的生物量积累和株高增长。
一方面，
在光周期较长或光强度较低的情况下，光敏色素B能够促进植株的伸长生长，使水稻苗期
产生更高的株高。
另一方面，光敏色素B还能够促进光合作用的进行，提高植株的光合产
物积累能力，从而使水稻苗期生物量得到有效的提高。
同时，光敏色素B的调控作用还与植物激素的调节息息相关。
在水稻生长发育过程中，植物激素如赤霉素和生长素等都能够与光敏色素B相互作用，共同调控水稻的生长和发育。
其中，赤霉素对水稻苗期的株高影响较大，而生长素则对水稻苗期的生物量积累影响较大。
因此，通过调节赤霉素和生长素等植物激素的水平，能够有效地调节光敏色素B的作用，
进而实现水稻苗期的株高和生物量的优化调控。
除此之外，光敏色素B与其它逆境适应分子和信号途径也存在着协同作用。
如在水稻
受到干旱和高温等逆境胁迫的情况下，光敏色素B通过协同作用，能够促进水稻的逆境适
应和应对能力，从而保障水稻的正常生长和发育。
光对激素调控水稻幼苗主根生长的影响
光对激素调控水稻幼苗主根生长的影响作者：刘倩倩等来源：《山东农业科学》2013年第10期摘要：本研究利用日本晴水稻作为研究材料，分析了黑暗和光照条件下不同植物生长调节剂对植物主根生长的影响。
结果表明，IAA、JA、ACC、KT和2，4-EBL均抑制水稻幼苗主根的生长，抑制效果与浓度呈正相关；黑暗和光照条件下生长的水稻幼苗对植物生长调节剂的敏感性不同，IAA、JA、KT和2，4-EBL对黑暗条件下生长的水稻幼苗主根的抑制效果更为明显，而ACC对光下生长的水稻幼苗主根的抑制效果更明显，据此推测，光影响水稻幼苗对植物激素的敏感性。
关键词：水稻；激素；植物生长调节剂；光；主根中图分类号：S511.01 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）10-0043-05植物生长和发育过程是一个复杂的生理生化及物质代谢过程，植物激素在植物的生长和发育过程中起着重要的调控作用[1，2]，几乎参与了植物生命周期的所有阶段。
外部或内部激素对植物进行一系列调控，从而直接或间接影响植物的营养生长和生殖生长，进而影响植物的生物产量、营养品质和生物安全性等[3～5]。
因此，研究植物生长物质（激素）对植物生长发育的调节具有重要的理论和实践意义[6]。
目前报道的植物激素至少有7类，脱落酸（Abscisic acid，ABA）、生长素（Auxin）、油菜素内酯（Brassinosteroid）、细胞分裂素（Cytokinin）、乙烯（Ethylene）、赤霉素（Gibberellin， GA）和茉莉酸（Jasmonate， JA）[3， 7]。
光不仅是光合作用的能量来源，同时也是一种重要的环境信号[8]。
植物感受不同光质、光强等信号，不断调整自身的生长发育，从而最大限度适应不断变化的环境。
已有大量研究表明，光影响植物从种子萌发到果实成熟过程中的多个发育过程[9，10]。
近几年来，关于光与植物激素信号途径交叉作用的报道越来越多[11]。
紫外线(UV-B)照射对水稻产量及稻米蛋白质含量的影响
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 紫外线 (UV2B) 照射对水稻产量及稻米蛋白质含量的影响
9 09
强的反应不同 。Teramura 等[2] (1991) 以 16 个水稻品 种为材料 ,发现其中有 1Π3 的品种 UV2B 照射后生长 受到抑制 ,而且不同地区品种对 UV2B 的反应有差 异 。Sato 等[3] (1993) 发现不同生态型及同一生态型 内不同的品种对 UV2B 的反应不同 ,发现日本的粳 稻群和 boro 生态型中抗 UV2B 品种的比率较高 ,但 随后发现两个亲缘关系很近的品种 Sasanishiki 和 Norin 1 ,对紫外线的抗性差异很大 ,前者为抗 ,后者为 敏感 ,然后 ,他们以这两个品种为材料 ,对水稻抗紫外 线的遗传 、生理机理进行了深入研究[4～8] 。在国内 , 林文雄等[9] (1999) 以对 UV2B 抗 、中 、感的水稻品种及 其 F1 为材料 ,研究水稻抗紫外线的遗传生理机理 。
Key words Rice ( Oryza sativa L. ) ; UV2B ; Yield ; Protein content
紫外线根据波长和生物学效应的不同 ,划分为 UV2A ( 320 ～ 400 nm) 、UV2B ( 280 ～ 320 nm) 、UV2C (210～280 nm) 。太阳光中的紫外线在穿过大气层 中的臭氧层时 ,在 260 nm 处臭氧层有一个吸收峰 , 这种吸收作用一直延续到 340 nm 波长的 UV2A 光 域 。由于臭氧层的这种吸收作用 ,使得 300 nm 以下 的短波紫外线不能到达地球表面 ,从而对地球上的 生物起到保护作用 。可是 ,随着工业化的发展 、排放
2022届河北省邯郸市高三下高考二模生物试题(含详解)
B. 木兰围场国家森林公园中，捕食者往往捕食个体数量多的物种，这就是所谓的“精明的捕食者”策略
C. 木兰围场国家森林公园中生物多样性形成的原因是生物间的共同进化
D. 木兰围场国家森林公园能调节气候体现了生物多样性的间接价值
A.PAC处理对地上部分生长有抑制作用
B.PAC浓度小于10-5mo1/L时，对主根生长起促进作用
C. 色素A对地上部分的生长几乎无影响
D. 在一定PAC浓度范围内，光敏色素B对主根生长起促进作用
10.河北木兰围场国家森林公园的森林覆盖率达86．6%，动植物种类繁多，有维管束植物793种，脊椎动物323种。下列相关叙述正确的是（）
D. 杂草与作物间的地上竞争主要是对光的竞争，其竞争能力主要取决于它们对地上空间的优先占有能力及株高和叶面积等
三、非选择题
19.“碳中和”是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放。实现二氧化碳的“零排放”，被定为我国未来40年发展的国家战略。中国科学家团队已在实验室中首次实现了从CO2到淀粉的全合成。
A. 隐性性状是生物体不能表现出来的性状，而显性性状是杂合子表现出来的性状
B. 孟德尔揭示的两条遗传基本规律的精髓是：生物体遗传的不是性状的本身，而是控制性状的遗传因子
C. 桃园中一株桃树的绝大多数花瓣呈粉色，少数花瓣呈红色，这种现象叫做性状分离
D. 表现型是生物体表现出来的性状，与之相关的基因组成即是基因型，它们之间是一一对应关系
A. 突触后膜上Na+通道的打开离不开信息分子——神经递质的作用
B. 通过测定血液中某些信息分子的含量，可检测内分泌系统的疾病
光敏色素在水稻生长发育中的作用
（ ｅ ａ ｔ ｎ ｆ ＢｚＰ ｇ Ｐ ｇ，Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕＵｎｖ ｒｉ Ｄ ｐ ｒｍｅ ｔ ｎ Ｐｒ” ｏ ｏ ｈ ｎ ｚ ｏ ｉｅｓｔ ｙ，Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ４ ０ ０ ，Ｃ ｉａ Ｈｉ ｈ Ｔ （ ｓ ｒｈ Ｃ ｎｅ ， ｈ ｎ ｏ ｇＡｃ ｄ ｍ Ｊ ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ １ ｈｎ ；。 ｇ — ｈ Ｒｅｅ ｃ ｅ ｔｒ Ｓ ａ ｄ ｎ ａ ａ ｅ ｙｏ Ａｇ ｉｕｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃｓ Ｊ ｎ ｎ２ ０ Ｏ ，Ｃ ｉａ ｒ ｌ ａ ｉｎ ｅ ， ｉａ ５ １ ０ ｈ ｎ ；。 ａ ｏａ ｏ ｙ ｏ ｒ ｐ Ｇｅ ｅｉ Ｉ ｒｖ ｍｅ ｔａ ｄ Ｂ ｏｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｈｕ ｎ ｈ ａｈ ｉ ￣ ｕ Ｓ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｎ ｉｔｃ ｎ ｌｇ ｃ ａ ｇ ｕ ｉａ ，Ｍｉ ｉ ｒ ｆ ｎｓ ｙｏ ｔ
光 敏色素二 聚体 的形 成 以及 与下游 信号分子 的相互 作 用ｌ引。通常认 为 ， ４ ＿ 暗生长 的黄 化苗 中， 光敏 色素
以 不 具 有 活 性 的 红 光 吸 收 形 式 （ —ｂ ｏ ｂｎ ｏｍ ， Ｒ ａ ｓｒ ｉｇ ｆｒ Ｐ ） 在 于 细 胞 质 中 ； 红 光 下 ， 敏 色 素 分 子 转 变 ｒ存 在 光 成 具 有 生 物 活 性 的 远 红 光 吸 收 形 式 （ Ｒ ａ ｓｒ ｉｇ Ｆ —ｂｏ ｂｎ
化 ， 断 调 节 自身 的 生 长 发 育 ， 不 以最 大 限 度 适 应 周 围
Ｐ ＨＹ） Ｃ 端 功 能 域 可 划 分 为 Ｐ — Ｐ — 和 ； ＡＳＡ、 ＡＳＢ
ＨＫＲ Ｄ亚功能 域［ｌ １。Ｎ 端功 能 域 主要 与 光 敏 色素
的光感受 和光信 号传 导 有关 ， ｃ端 功 能域 主 要参 与
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光敏色素B在调控水稻苗期株高和生物量中的作用
光敏色素B是一种重要的光感受器，它在植物的生长和发育过程中起着重要的调控作用。
光敏色素B具有感光和传导光信号的功能，通过与光激活的蛋白质结合，参与植物生
长发育的调节。
本文将重点介绍光敏色素B在调控水稻苗期株高和生物量中的作用。
光敏色素B可以促进水稻苗期的伸长生长。
光敏色素B吸收到红光后，会激活蛋白质，进而促进植物的伸长生长。
在水稻苗期，光敏色素B的活性高，能够感知到红光的存在，
从而增加了水稻苗期的伸长生长速度。
研究表明，光敏色素B突变体秆长较短，而光敏色
素B过表达的水稻苗期株高较高，说明光敏色素B在水稻苗期伸长生长中起着重要的调控
作用。
光敏色素B对水稻苗期生物量的积累也有一定影响。
光敏色素B能够调节植物的碳代
谢和光合作用过程，从而影响植物的生物量积累。
研究发现，光敏色素B的突变体在水稻
苗期生物量较低，而光敏色素B过表达的水稻苗期生物量较高。
在水稻苗期，光敏色素B
参与了植物的光合作用和光信号传导过程，提高了植物的光能转化效率，从而增加了植物
的生物量积累。
光敏色素B在水稻苗期株高和生物量中起着重要的调控作用。
光敏色素B能够促进水
稻苗期的伸长生长，影响水稻的生物量积累，并且参与了水稻苗期的开花调控。
光敏色素
B被认为是水稻苗期生长发育的关键调控因子，对于深入理解水稻的生长发育规律和提高
水稻产量具有重要意义。