虚拟专辑 | 干旱响应与适应 | 整合生物学期刊集群跨刊组建 本专辑由整合生物学期刊集群通过跨刊检索遴选而成,聚焦生物对干旱胁迫的响应机制、及对干旱环境的适应性特征这一核心主题。研究对象涵盖森林木本植物、苔藓、农作物及微生物等多样类群,研究尺度从微观的基因表达延伸至宏观的生态系统功能。所收录文章均发表于2025年。
番茄(Solanum lycopersicum)在生长发育过程中常受到低温和干旱等多种非生物胁迫的影响。WRKY转录因子参与调控植物多种非生物胁迫响应过程, 而SlWRKY45在番茄非生物胁迫中的功能尚不清楚。基因表达分析发现, 低温、干旱和ABA处理均可显著诱导SlWRKY45的表达; 过表达SlWRKY45可提高番茄对干旱和低温的耐受性; 在干旱和低温处理下, 过表达株系的光合指标、抗氧化酶活性和脯氨酸(Pro)含量显著高于野生型(WT), 活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)含量显著低于WT。转录组数据分析显示, SlWRKY45主要通过调控抗氧化酶活性和胁迫响应途径介导番茄对低温胁迫的响应。双荧光素酶报告基因检测发现, SlWRKY45可直接激活SlPOD1的表达。酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)试验结果表明, SlWRKY45与SlWRKY46存在相互作用。综上表明, SlWRKY45可能通过直接调控抗氧化酶途径增强转基因番茄的抗逆性, 为番茄的遗传改良提供了重要的候选基因资源。
ABF转录因子是能够特异识别并结合ABA响应元件(ABRE)的碱性亮氨酸拉链蛋白的统称, 参与ABA信号转导。通过对甘蓝型油菜(Brassica napus) BnaABF2基因编码蛋白进行分析, 亚细胞定位结果显示, BnaABF2蛋白定位于细胞核; 酵母系统转录活性分析表明, BnaABF2无转录激活活性; qRT-PCR检测发现, BnaABF2在叶中的表达量最高。此外, 还发现ABA处理、模拟干旱和盐胁迫能够诱导BnaABF2的表达; BiFC结果显示, BnaMPK1/2/6/7/9/12/13能与BnaABF2相互作用。Dual-LUC结果表明, BnaMPK7可能通过磷酸化增强BnaABF2对下游靶基因的转录调控。该研究初步探索了转录因子BnaABF2的基本特性与互作蛋白, 对理解其功能与机制具有一定的理论价值。
CPSF家族蛋白是植物体内mRNA前体中多聚腺苷酸化信号识别、剪切和添加poly(A)的重要因子, 对开花时间调控、环境响应和种子发育等具有重要作用。目前, 甘蓝型油菜(Brassica napus) CPSF家族基因的功能尚不明确。为探究甘蓝型油菜CPSF家族基因的功能和表达模式, 从甘蓝型油菜品种中双11号中克隆得到BnaA02.CPSF6, 并对其进行生物信息学、编码蛋白质亚细胞定位、表达模式和基因功能分析。结果表明, BnaA02.CPSF6基因编码区全长1 938 bp, 编码646个氨基酸残基, 无内含子结构, 其在甘蓝型油菜中有6个同源基因; BnaA02.CPSF6启动子区存在多个参与光反应的顺式作用元件和MYB结合位点; BnaA02.CPSF6在根、茎、叶、花和不同发育时期种子中均有表达, 特别是在发育15-35天的种子中显著高表达, 其编码的蛋白定位于细胞核; BnaA02.CPSF6受盐和干旱胁迫诱导上调表达; 在ABA、IAA、GA3、SA和MeJA激素处理下, BnaA02.CPSF6基因表达先受到抑制再逐渐恢复至正常水平; 在正常条件下, 在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达BnaA02.CPSF6会出现提前抽薹开花的表型, 且莲座叶数量显著减少。综上所述, BnaA02.CPSF6参与非生物胁迫响应并受植物激素调控, 可能在开花调控中起促进作用。
植物根系在生长发育过程中响应各种非生物胁迫, 包括干旱、重金属、盐、冷、热以及生理性缺素等, 其中土壤结构特别是土壤紧实度会影响根系的生长与形态, 进而影响作物产量。高尔基体通过囊泡分泌参与根系的生长以及响应非生物胁迫。然而, 高尔基体如何参与根系响应土壤紧实度的机制还不清楚。前期研究发现拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtFTCD-L定位在高尔基体反面(trans Golgi network, TGN)上, 参与囊泡的分选和/或分泌, 调节根冠外周细胞中的黏液成分。在前期研究的基础上, 模拟土壤高紧实度生长条件, 观察稳定表达PINs-GFP的纯合体拟南芥植株表型, 通过观察生长素相关荧光信号, 发现AtFTCD-L突变体根尖以及根尖细胞在纵向上短于野生型等材料, 而在横向上宽于野生型等材料, 并且细胞形态明显异常。通过对PINs相关材料进行荧光信号收集, 发现突变体植株中PIN7低表达或不表达。综上表明, AtFTCD-L在拟南芥植株根系中通过调节PIN7的分布或表达来响应土壤紧实度。研究结果为揭示植物根系响应土壤紧实度胁迫的适应机制提供了理论指导。
14-3-3蛋白广泛参与植物生长发育、代谢和非生物逆境信号转导过程。该研究克隆了小麦(Triticum aestivum) 14-3-3蛋白TaGRF3-D基因, TaGRF3-D基因编码261个氨基酸残基, 在单子叶植物中高度保守, 其与乌拉尔图小麦(T. urartu)的TuGF14d和大麦(Hordeum vulgare)的HvGF14a氨基酸序列完全相同; TaGRF3-D启动子区含有脱落酸等激素响应元件和多个非生物胁迫响应元件。亚细胞定位结果显示, TaGRF3-D蛋白主要定位于细胞膜与细胞核。对过表达TaGRF3-D基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)转基因株系ABA敏感性及干旱胁迫耐受性分析发现, TaGRF3-D过表达拟南芥在PEG和ABA处理下根长显著大于野生型, 干旱胁迫后存活率显著高于野生型。进一步利用酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)实验对TaGRF3-D蛋白与小麦AREBs/ABFs (ABA-responsive element binding proteins/ABA-responsive element binding factors)蛋白进行互作分析, 结果表明TaGRF3-D蛋白与TaABF3-B、TaABF4-A、TaABF15-D、TaABF16-B、TaABF17-D和 TaABF18-B存在相互作用; 而与TaABF1-D、TaABF2-A和TabABF19-A不互作。综上表明, TaABF3-D可能通过与TaABFs蛋白互作响应ABA信号, 从而提高转基因植株对干旱胁迫的耐受性。研究结果为小麦TaGRF3-D基因逆境胁迫响应功能研究奠定了基础。