朱健康老师非生物胁迫

干旱胁迫研究盐胁迫温度胁迫重金属胁迫营养利用效率0304050102主要内容1.1 干旱胁迫研究进展ABA功能ØABA参与干旱、冷、高盐胁迫ØABA参与种子成熟、休眠、萌发，植株发育，根瘤发育，衰老ABA的合成及转运：Ø早期合成在叶绿体中Ø第一个限速酶VP14；Ø非活性状态ABA-GE存在液泡中；ØABA转运子大多定位在细胞膜上，只有AtABCC1/2定位在液泡膜上；Ø在水缺乏条件下，ABA首先在叶中积累，后续在根和保卫细胞中出现；图1 植物细胞中ABA的合成及转运1.1 干旱胁迫研究进展ABA信号传递及转录调控：Ø复合物PYR/PYL/RCAR-ABA-PP2C，保守性高；ØSnRK2：ABA信号传递核心酶；ØPP2C抑制SnRK2活性，成为复合物后失去抑制能力；ØFER：正调控生长素，负调控ABAØ比较转录组：拟南芥、水稻、大豆中响应干旱最保守的基因启动子核心位点ABRE (ACGTGG)Ø重要的转录因子家族：AP2/ERFs，NAM, ATAF,CUC (NAC)ABA介导的气孔变化Ø细胞膜上的核心转运子SLAC1Ø苹果酸在气孔打开时浓度增加，其浓度对于保卫细胞维持渗透平衡非常重要图2 ABA转录信号及气孔变化1.2 干旱胁迫仍待研究的科学问题Ø1.如何将关于ABA信号传递以及干旱已有的科学研究应用到实际育种中；Ø2.如何在功能基因组时代准确的评价主要作物抵抗干旱能力；Ø3.之前的研究主要注重于干旱调控的基因表达和ABA信号传递，那么根系在干旱下是如何生长发育调控的？植物抗旱/抗涝相关代谢物待解决的科学问题表型相关代谢物抗旱脯氨酸，苯丙素、苯丙酸、类胡萝卜素和玉米黄质；渗透相关：半乳糖，棉籽糖；植物激素：脱落酸（ABA）等抗涝游离氨基酸、葡萄糖和蔗糖，海藻糖-6-磷酸1.3 利用转录+代谢进行干旱研究的相关文献资料方法文献名文献名年份期刊物种转录+代谢Drought resistance is mediated by divergent strategies in closelyrelated Brassicaceae 不同物种拟南芥的抗旱性是有不同策略介导的2019New Phytol拟南芥转录+代谢Transcripto me and metabolite profiling reveals that prolongeddrought modulates the phenylpropanoid and terpenoid thephenylpropanoid and terpenoid pathway in white grapes (Vitisvinifera L.)转录组和代谢产物分析长期干旱调节白葡萄的苯丙酸和萜类代谢途径2016BMC PlantBiology白葡萄脂质组Lipidomic reprogramming associated with drought stress priming-enhanced heat tolerance in tall fescue (Festuca arundinacea) 与干旱胁迫相关的脂质体重编程——提高高羊茅的耐热性2018plantCell&Environment高羊茅代谢组+CHIP-se Acetate-mediated novel survival strategy against drought in plants乙酸盐介导的植物抗旱新机制2017Nature Plant拟南芥转录+代谢Transcriptome Analysis in Chinese Cabbage(Brassica rapa ssp. pekinensis) Provides the Role ofGlucosinolate Metabolism in Response to Drought Stress大白菜转录组分析提供了芥子油苷代谢在干旱胁迫中的作用2018Molecules大白菜转录+代谢Transcriptome and metabolite profiling reveals that prolongeddrought modulates the phenylpropanoid and terpenoid pathway inwhite grapes (Vitis vinifera L.)转录+代谢研究长期干旱对白葡萄中苯丙酸和萜类代谢通路的影响2016BMC PlantBiology葡萄转录+代谢+蛋白Drought resistance is mediated by divergent strategies in closelyrelated Brassicaceae不同抗旱机制调控的十字花科植物2019NewPhytologist十字花科植物2.1 盐胁迫研究进展-Na+转运子①SOS1ØSOS1编码Na+/H+逆向转运子ØSOS1的结构可能被环核苷酸调控Ø环核苷酸被认为是重要的信号分子②HKT-type 转运子Ø拟南芥中只存在一个AtHKT1，减少Na+在叶中的积累，该基因可增强抗盐能力，同时可以保证盐胁迫条件下的繁殖Ø单子叶植物中存在多种HKT-type 转运子，水稻中OsHKT1;5活性受Mg2+ 转运子OsMGT1调控.③NHX-type转运子ØNHX-type Na+/H+逆向转运子Ø位于液泡膜上，参与液泡与细胞质中离子转运Ø受Ca2+的调控④CNGCsØ受Ca2+抑制，被cNMP激活图3 Na+转运子及调控Na+吸收、释放调控子2.2 盐胁迫仍待研究的科学问题待解决的科学问题1.原位准确定量Na+/K+浓度2.各种作物响应盐胁迫产生的自然变异3.盐土植物相应盐胁迫产生的盐囊泡的分子机制4.植物如何感知盐胁迫植物盐胁迫相关代谢物表型相关代谢物抗盐海藻糖，甜菜碱，组氨酸，脂质等2.3 利用转录+代谢进行盐胁迫研究的相关文献资料方法文献名文献名年份期刊物种物质检测+qPCR Effect of sodium nitroprusside treatment on shikimateand phenylpropanoid pathways of apple fruit硝普纳处理对苹果果实莽草酸和苯丙烷途径的影响2019FC苹果转录+代谢Identification of Metabolites and Transcripts Involvedin Salt Stress and Recovery in Peanut转录+代谢解析花生盐胁迫机理2018Frontiers inplant science花生转录+代谢Metabolites and transcripts related to plant physiologyin salt stress conditions, especially to the recoveryprocess were disclosed in peanut花生盐胁迫及恢复过程中代谢及转录的变化2018Frontiers inPlantScience花生转录+代谢A systems biology view of wood formationinEucalyptus grandistrees submitted to differentpotassium and water regimes系统生物学观点解释桉树不同水和钾条件下的生长状态2019NewPhytol桉树脂质组Involvement of Phosphatidylserine and Triacylglycerol in the Response of Sweet Potato Leaves to Salt Stress 甘薯叶片对盐胁迫的响应中磷脂酰丝氨酸和三酰甘油的参与2019Frontiers inPlantScience甘薯代谢Metabolic reprogramming in nodules, roots, andleaves of symbiotic soybean in response to irondeficiency共生大豆的根瘤、根和叶片在缺铁状态下的代谢重编程2018Plant CellEnvironment大豆转录组学+代谢组学Metabolomics and transcriptomics reveal defensemechanism of rice (Oryzasativa) grains under stress of2,2′,4,4′-tetrabromodiphenyl ethe代谢组学和转录组学揭示了水稻的防御机制 2019EnvironmentInternational水稻3.1 温度胁迫研究进展-冷胁迫调控机制1表观调控Ø组蛋白去乙酰化酶调控COR转录ØLncRNA:SVALKA 抑制 CBF1表达2转录调控ØCBF/DREB1是重要的低温胁迫调控通路Ø植物激素与CBF互作参与调控低温胁迫3转录后调控ØCCA1可变剪切ØLOS4参与核mRNA 转运4蛋白修饰ØICE1泛素化、磷酸化植物响应低温胁迫：冻害影响细胞壁，导致细胞脱水；冷害影响代谢平衡；图4 植物相应低温胁迫调控机制3.2 温度胁迫研究进展-拟南芥热响应机制转录因子HsfA1s：•在真核中保守性高，可激活下游转录因子、酶、伴侣蛋白的表达；•HsfA1s是耐热调控的主要转录因子，激活热响应基因表达：HsfA7s,HsfA2, HsfBs，MBF1c，DREB2A，促进折叠不完全蛋白的降解和ROS清除相关基因的表达；•VE正向调控miRNA，增强植物耐热性；蛋白质平衡：•HSP蛋白的表达被迅速激活：HSP100, HSP90, HSP70,HSP60,sHSPs，用于降解未折叠蛋白；•自噬也是一种重要的细胞内平衡调控机制；ROS平衡•APXs和CATs是两种重要的ROS清除酶系统；•植物通过激活ROS清除系统获得耐热性；图5 植物相应高温胁迫调控机制1.冷胁迫如何调控CAMTA活性，CAMTA与Ca2+离子之间的联系，其他冷胁迫感知物质2.冷胁迫中增强的泛素化机制？3.表观调控机制？4.不依赖于HsfA1的耐热相关物质5.在蛋白质平衡中自噬的生物功能植物抗寒/耐热的机制LncRNA检测LncRNA从表观水平上解析植物调控表达的机制mRNA从表达水平上解析植物响应的代谢机制代谢组检测代谢物水平上辅助寻找调控的核心LncRNA和表达的核心mRNA3.3 温度胁迫仍待研究的科学问题待解决的科学问题转录组+代谢组学研究抗寒/耐热高温胁迫ROS反应增强SOD酶活性上调O 2-增多H 2O 2含量增多直接与抗坏血酸盐结合，进入抗坏血酸盐-谷胱甘肽循环系统（AsA-GSH)POD酶系统：①自身酶活降低；②底物含量降低：黄酮、酚胺化合物CAT酶活降低H 2O+O 2细胞程序性死亡异常ROS 爆炸图6 ROS清除系统3.4 温度胁迫研究相关物质及ROS 清除系统胁迫类型相关物质高温胁迫TCA循环代谢产物，糖类如果糖、葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖、棉子糖,糖醇；氨基酸如缬氨酸、亮氨酸和天冬酰胺；谷胱甘肽途径；植物激素水杨酸低温胁迫多胺类，腐胺、精胺、亚精胺；蔗糖，海藻糖，塔格糖，纤维二糖，果糖，棉子糖，乙烯，黄酮，脂质；激素，ABA温度胁迫相关代谢物3.5 利用转录+代谢进行温度胁迫研究的相关文献资料方法文献名文献名年份期刊物种转录+代谢Integrated transcriptomics and metabolomics analysis to characterize coldstress responses in Nicotiana tabacum 综合转录组学和代谢组学分析来表征烟草中的冷应激反应2017BMC烟草转录+代谢Molecular signatures of increased freezing tolerance due to lowtemperature memory in Arabidopsis 拟南芥由于低温记忆而提高抗冻性的分子特征2019Plant CellEnviron拟南芥转录+代谢The arginine decarboxylase gene ADC1, associated to the putrescinepathway, plays an important role in potato cold-acclimated freezingtolerance as revealed by transcriptome and metabolome analyses转录组和代谢组学分析显示，与腐胺途径相关的精氨酸脱羧酶基因ADC1在马铃薯的冷驯化抗冻性中起重要作用2018Plant J马铃薯转录+代谢Integrated analysis of rice transcriptomic and metabolomic responses toelevated night temperatures identifies sensitivity- and tolerance-relatedprofiles基于夜间高温胁迫的转录组与代谢组分析解释水稻抗性水稻与敏感水稻的分子机制2017Plant，Cell&Environment水稻转录+代谢Effects of long-term exposure to elevated temperature on Zea maysendosperm development during grain fill 长期高温暴露对玉米籽粒灌浆期胚乳发育的影响2019The PlantJournal玉米激素Root-derived GA12 contributes to temperature induced shoot growth inArabidopsis 根源GA12促进拟南芥中温度诱导的芽生长2019NaturePlants拟南芥转录+代谢The arginine decarboxylase gene ADC1, associated to the putrescinepathway, plays an important role in potato cold-acclimated freezingtolerance as revealed by transcriptome and metabolome analyses转录组和代谢组学分析显示，与腐胺途径相关的精氨酸脱羧酶基因ADC1在马铃薯的冷驯化耐寒性中起重要作用2018the plantjournal马铃薯转录+代谢Male Sterility in Maize after Transient Heat Stress during the Tetrad Stageof Pollen Development 花粉发育四价体阶段短暂高温胁迫后导致玉米雄性不育2019PlantPhysiol玉米4.1 重金属胁迫研究进展-重金属污染类型及待解决的科学问题镉Cd污染•用于吸收镉的转运子与转运必须元素（Fe,Zn,Mn）类似,如水稻中的OsNRAMP5；•进入根系的镉在重金属ATP酶（eg:AtHMA2、AtHMA4）的作用下通过木质部经过长距离运输到茎;•植物激素（JA/ABA/SA）与植物响应镉胁迫有关砷As污染•土壤中的砷存在不同形式：无机As(III)As(V)研究的最多；•As(V)可以通过P转运子进入植物中；As(III)通过硅酸转运子和水通道蛋白进入图7 植物中重金属解毒系统待解决的科学问题1.植物是否有感知重金属特殊的感受因子？2.如何在不影响必须元素吸收的情况下限制重金属的积累？5.1 营养利用效率研究进展微生物群体动态营养+气候N/P等多种离子协作营养与生物胁迫协作•植物生长发育过程中的动态营养需求-离子组结合标记基因•气候变化如何影响植物营养吸收动态营养+气候•植物基因型、根系分泌物与微生物相互影响的机制-优势菌群促进植物吸收营养物质•PHR1：P胁迫核心调控子微生物群体•N/P协作核心调控复合体：OsSPX1OsSPX4–OsPHR2•P/Fe相互依存，两者平衡决定幼根生长N/P等多种离子协作•P胁迫增强植物抗虫能力•PHR1：整合营养、免疫、生物胁迫信号核心节点营养与生物胁迫协作1.变化的土壤肥力对于动态营养的影响机制还不清楚2.对于土壤中营养的吸收以及根系的健康中根-微生物互作的遗传机制3.在气候变化时如何调整植物生长和代谢共调控来提高植物对营养的利用效率4.营养在植物抗虫抗病中发挥的协同作用机制5.需要开发最大化营养利用效率+最小化积累有害物质的育种策略植物营养利用相关研究植物代谢组检测代谢物与优势菌群进行相关性分析，找到核心的代谢通路植物转录组检测利用代谢组-转录组联合分析，筛选调控根-微生物互作的表达基因土壤微生物组检测筛选优势菌群，可用于实际生产促进植物利用土壤肥力多组学学研究植物营养利用5.2 营养利用仍待研究的科学问题待解决的科学问题方法文献名文献名年份期刊物种转录+代谢Integration of metabolome and transcriptome analyses highlightssoybean T roots responding to phosphorus deficiency by modulatingphosphorylated metabolite processes代谢组和转录组整合分析表明大豆通过磷酸化代谢物来相应磷缺乏2019PlantPhysiologyandBiochemistry大豆代谢组Metabolomics Reveals How Cucumber (Cucumis sativus) ReprogramsMetabolites to Cope with Silver Ions and Silver Nanoparticle-InducedOxidative Stress.代谢组学揭示黄瓜如何应对银引起的氧化胁迫2018Environ SciTechnol.黄瓜转录+代谢Transcriptome and metabolome analysis provide insights into root and root released organic anion responses to phosphorus deficiency in oat 利用转录组和代谢组揭示燕麦根部在缺磷环境下的离子响应机理2018.05Journal ofExperimentalBotany燕麦5.3 利用多组学进行营养胁迫研究的相关文献资料6.1 抗逆相关代谢物数据库部分展示物质分类Function4-香豆酸类黄酮Virulent ResistanceD-氨基葡萄糖糖类Magnaporthe griseaD-葡萄糖糖类Inset Small Brown PlanthopperL-蛋氨酸氨基酸及衍生物Inset Small Brown PlanthopperL-精氨酸氨基酸及衍生物Fusarium head blight苯甲酸苯甲酸衍生物Salt Stress丁香苷酚类Fusarium head blight对香豆酸类黄酮Salt Stress二氢杨梅素类黄酮Virulent Resistance反式咖啡酸酚类UV-B6.2 抗逆客户文章研究方向物种英文名称中文名称盐胁迫碱蓬Analysis of widely targeted metabolites of the euhalophyte Suaeda salsa under salineconditions provides new insights into salt tolerance and nutritional value inhalophytic species盐条件下盐地碱蓬抗盐机制相关代谢物的鉴定冷胁迫血橙Retrotransposon promoter of Ruby1 controls both light- and cold-inducedaccumulationof anthocyanins in blood orangeruby1的转座子启动子控制着光诱导和冷诱导的花青素在血橙中的积累营养胁迫水稻Mutation of the chloroplast-localized phosphate transporter OsPHT2;1 reducesflavonoids accumulation and UV tolerance in rice 水稻叶绿体磷酸转运体的突变降低了类黄酮的积累和抗紫外线能力营养胁迫大豆Integration of metabolome and transcriptome analyses highlights soybean rootsresponding to phosphorus deficiency by modulating phosphorylated metaboliteprocesses大豆根系通过调节磷酸化代谢过程来应对磷缺乏冷/热胁迫茶Transcriptomic and metabolomic profling of Camellia sinensis L.cv. ‘Suchazao’exposed to temperature stresses reveals modifcation in protein synthesis andphotosynthetic and anthocyanin biosynthetic pathways油茶叶片在温度（高温+低温）胁迫调控机制提供一下内容检测广泛靶向代谢组初生代谢组次生代谢组中药代谢组黄酮代谢组萜类代谢组生物碱代谢组脂肪酸检测木质素小分子植物激素类胡萝卜素花青素检测糖类检测定制化靶向检测挥发性代谢物植物脂质组代谢组+转录组+蛋白组研究代谢组+基因组研究植物科技服务内容动物全谱代谢组广泛靶向代谢组广泛靶向脂质组非靶向代谢组绝对定量脂质组氧化脂质检测胆汁酸检测短链脂肪酸检测能量代谢组代谢组+转录组研究代谢组+基因组研究动物科技服务内容代谢组+微生物组。