近日，植物学报发布了主编评述“中国植物科学若干领域重要研究进展”。该文对中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了概括性评述, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域的发展前沿和热点, 展示中国科学家所取得的杰出成就。我们从评述中节选了植物环境胁迫应答调控方面的进展，以方便从事该领域相关研究的朋友们查看。
环境胁迫的应答调控
盐碱胁迫
土壤盐碱化极大地限制了粮食作物的稳产增收。如何将盐碱地变为高产粮田, 成为当下农业科学家研究的热点方向, 而解析植物应答盐碱胁迫的分子机制是提高植物抗盐碱的有效手段。朱健康研究组发现, 细胞壁LRX (Leucine-rich repeat extensins) 蛋白家族多突变体植株表现出对盐胁迫非常敏感的表型。进一步研究发现, LRX蛋白与RALF多肽以及细胞膜受体类激酶FERONIA形成一个元件调控植物生长和耐盐性(Zhao et al., b)。该研究为培育抗逆高产作物指明了方向。此外, 朱健康和王镇研究组还探明了ABA对植物抗旱性的影响, 揭示了开花抑制子SVP (Short vegetative phase) 通过调控ABA代谢提高拟南芥的抗旱性机制 (Wang et al., r)。植物类受体激酶能感受外界环境胁迫信号, 并通过胞内激酶域激活下游效应子活性和调控细胞相关生理生化过程, 从而降低或消除逆境胁迫的影响。刘选明和林建中研究组破译了一个能降低土地盐碱化对水稻产量影响的类受体胞质激酶1 (salt tolerance receptor-like cytoplasmic kinase 1, STRK1), 其可通过磷酸化和激活CatC调节H2O2体内平衡来改善盐以及氧化胁迫的耐受性 (Zhou et al., e)。该研究为进一步解析植物耐盐的分子机制奠定了基础。范六民研究组报道了MYB亚家族转录因子RSM1 (Radialis-like sant/myb 1)蛋白与HY5/HYH蛋白互作, 并作用于ABI5启动子区,调控ABA和非生物逆境(盐)胁迫相关基因的应答(Yang et al., a) 。黄 俊 丽 研 究 组 则 对 水 稻MADS-box家族转录因子OsMADS25蛋白进行了研究, 发现其可与谷胱甘肽S-转移酶基因OsGST4的启动子直接结合, 通过ABA介导的调控通路和ROS清除共同调控水稻的根系生长和耐盐性(Xu et al.,d)。蒋才富研究组利用QTL克隆了调控叶片Na 含量的主效基因ZmNC1 (Na content 1)。该基因编码1个Na 选择性离子转运蛋白ZmHKT1, 其可通过抑制Na 由根向地上部运输提高玉米的耐盐能力(Zhang et al., g)。郝玉金研究组则发现苹果葡萄糖感知因子己糖激酶MdHXK1可磷酸化Na /H 交换蛋白MdNHX1, 以提高其蛋白稳定性, 进而增强苹果的耐盐性(Sun et al., b)。
干旱胁迫
植物的生长离不开合适的水分条件。干旱由于其发生频率高、周期长和影响范围广等特点, 成为我国农业生产的主要气象灾害。碱性亮氨酸拉链bZIP转录因子参与植物发育与胁迫响应。然而, 其在玉米中的功能研究尚少。张举仁研究组发现, 玉米bZIP转录因子ZmbZIP4不仅正调控逆境激素ABA的合成, 还通过调控根发育相关基因的表达, 正调控侧根的数量及主根伸长, 从而增强玉米抵抗干旱和盐胁迫的能力(Maet al., b)。李自超研究组报道了ERF家族转录因子OsLG3正向调控水稻的干旱抗性, 揭示了OsLG3优质等位基因是水稻抗干旱品种育种研究中重要的遗传资源(Xiong et al., )。宋纯鹏研究组分离出一种与野生型植株相比气孔变小且抗旱性增强的拟南芥突变体bzu1。BZU1编码1种已知的乙酰辅酶A合成酶ACN1, 其在过氧化物酶体中乙酸转化为苹果酸代谢途径的第1步起作用。研究表明, BZU1/ACN1介导的乙酸-苹果酸旁路通过控制拟南芥保卫细胞的膨压进而调节其抗旱性(Dong et al., b)。熊立仲和杨万能研究组通过GWAS (genome-wide association study)方法分析了529个代表性的水稻种质资源,为遗传解析和发现抗旱基因提供了一种新方法(Guoet al., d)。同时,熊立仲研究组还探究了植物逃旱的分子机制, 发现轻度水分胁迫可诱发水稻发育早期提早开花和减少分蘖数, 阐明了水稻逃旱性由依赖以及不依赖ABA的多条途径协调控制(Du et al.,a)。
温度胁迫
随着全球气候的变化, 极度低温天气频发, 阶段性和局地性冷害加重, 严重影响了作物产量。因此, 开展作物耐低温研究意义重大。储成才研究组和王喜萍研究组合作发现了1个在进化过程中受到强烈选择的粳稻耐低温基因bZIP73。该基因编码区第511位单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism, SNP)决定了籼、粳分化及低温的耐受性差异(Liu et al.,a)。种康研究组则发现水稻MADS-box转录因子家族OsMADS57协同其互作蛋白OsTB1调控水稻的低温耐受性; 并发现二者对低温防御反应的调控依赖其共同靶基因OsWRKY94。常温下OsMADS57与OsTB1蛋白互作, 抑制独脚金内酯受体基因D14的转录, 促进水稻侧芽分化及分蘖形成; 低温下, OsMADS57与OsTB1通过直接激活OsWRKY94的转录,启动防御反应。因此, OsMADS57具有平衡器官发生和防御反应的分子开关特性(Chen et al., f)。郝玉金和王小非研究组鉴定了苹果的R2R3-MYB转录因子MdMYB23, 发现过表达MdMYB23的转基因苹果愈伤组织和拟南芥耐寒性增强。MdMYB23可与MdCBF1和MdCBF2的启动子结合并激活其表达, 也能与原花青素生物合成的关键调节基因MdANR的启动子互作, 促进原花青素的积累和活性氧清除(An etal., a)。该研究揭示了MYB转录因子的功能及其在植物耐冷性调节中的潜在机制。宋波涛和谢从华研究组揭示了马铃薯精氨酸脱羧酶调控的腐胺合成是响应低温的重要途径, 首次证明转录因子CBF信号途径参与ADC1基因调控的马铃薯驯化抗寒(Kou et al.,)。杨淑华研究组则发现了新生多肽链偶联蛋白复合体β亚基BTF3L (Basic transcription factor 3like)正调控植物的低温应答。低温条件下, BTF3L蛋白被蛋白激酶OST1磷酸化, 导致BTF3L与CBFs蛋白互作增强, 提高了CBFs蛋白的稳定性, 进而增强植物的抗冻能力(Ding et al., b)。该研究揭示了OST1-BTF3L蛋白复合体调控植物响应低温胁迫的分子机制, 加深了人们对植物低温应答调控机理的理解。何跃辉研究组揭示了植物特异性支架蛋白FRI (FRIGIDA)介导拟南芥越冬习性形成的分子机制, 阐明了FRI通过超级复合体改变FLC位点的局部染色质环境, 从而激活FLC的表达, 促进转录延伸和共转录加工, 防止植物过冬前开花, 需经历冬季低温锻炼后才具备开花的潜力(Li et al., k)。
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/CN/10.11983/CBB19165
