植物的向性,即植物对光或重力等环境刺激信号产生的定向生长反应.在向重力性反应中,植物器官将重力感知为定向环境信号,来控制其器官的生长方向以促进生存.植物激素生长素及其极性运输在植物向重力反应中起着决定性的调控作用.质膜定位的生长素输出蛋白PIN-FORMED(PIN)通过动态的亚细胞极性定位,改变生长素运输的方向以响应环境刺激,由此植物器官间建立的生长素浓度梯度是细胞差异化伸长和器官弯曲的基础,来调控植物的形态建成和生长发育过程.本文主要讨论发生在植物重力感受细胞内早期重力感知和信号转导机制的最新研究进展、PIN介导的生长素极性运输、PIN的极性定位以及质膜蛋白丰度的调控机制等.

目的 姜黄Curcuma longa主根形成中药姜黄,侧根形成药材郁金.为探知姜黄主根与侧根形成过程的差异和侧根生长膨大的分子机制,对姜黄主根与侧根进行转录组测序,挖掘促使侧根生长膨大的关键基因.方法 以姜黄主根和侧根为材料,采用Illumina HiSeq高通量测序平台进行转录组测序,组装与注释后进行差异表达基因筛选.结果 转录组测序共获得42.69 Gb clean data,共得到42 748条Unigene,其中35 456条被注释.主根和侧根中的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)有1551个,基因本体(gene ontology,GO)富集结果表明,姜黄主根与侧根的DEGs主要富集于代谢过程、细胞过程、催化过程、转运过程、结合等功能,COG富集结果表明,主根与侧根中DEGs主要富集于碳水化合物代谢和信号转导机制.KEGG富集分析显示,根中DEGs主要富集在淀粉和糖代谢、植物激素信号传递等代谢通路中.通过注释信息筛选出姜黄侧根生长膨大相关的差异表达基因,关键差异表达基因与通路分析表明侧根中蔗糖合成酶基因、生长素响应基因(SAUR32、SAUR76、SAUR50)的表达上调可能是姜黄侧根生长膨大的影响因素.结论 通过对姜黄主根与侧根高通量转录组测序,揭示了姜黄侧根生长膨大的关键基因,可以为姜黄根系生长的生物学机制提供参考.

ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporters)是一类普遍存在于原核生物和真核生物中的跨膜转运蛋白,在植物次生代谢物质的转运与积累、植物激素运输、脂质代谢、外源毒素的解毒、植物抗病等方面都起着关键作用.本研究基于铁皮石斛基因组和转录组数据,初步鉴定了88个铁皮石斛ABC转运蛋白,并预测了其功能及亚细胞定位.这些蛋白分为ABCA-ABCI等7个亚家族,包括4个ABCA、19个ABCB、12个ABCC、3个ABCD、9个ABCF、37个ABCG和4个ABCI,主要定位在细胞质膜、液泡及高尔基体上.结合转录组数据比较分析了铁皮石斛种子无菌及接菌共生萌发过程中ABC转运蛋白表达模式.结果表明ABCB和ABCG蛋白家族部分成员在种子接菌共生萌发过程中显著差异上调表达.荧光实时定量PCR结果显示,与无菌萌发相比,2个ABCG-PDR基因和2个ABCB11基因在铁皮石斛种子接菌共生萌发组中显著高表达(fold change≥10.0).基于蛋白同源性分析,预测这些蛋白主要参与了脱落酸、生长素等激素的运输,暗示这些蛋白在铁皮石斛种子萌发及与微生物相互作用过程中发挥重要作用.

植物细胞内膜体系与别的真核生物体系相似,由一系列连续的内膜结构组成,包括核膜、内质网、高尔基体、反式高尔基体、液泡、转运囊泡和细胞膜.其中,反式高尔基体和液泡具有植物细胞特有的结构特征和对应功能.从几个方面综述植物细胞内膜运输对植物发育的调控作用,包括内膜运输与生长素极性运输和稳态平衡之间的关系,内膜运输对根毛极性生长的作用机理,以及液泡运输在花粉管极性生长和种子萌发过程中的重要作用.旨在对致力于植物细胞内膜运输与发育调控的研究人员提供参考.

拟南芥内膜Na,K+/H+反向转运体(Endosomal NHX)的亚细胞定位、离子转运特性及生物学功能阐释取得了重要进展.拟南芥内膜Na+,K+/H+反向转运体包含AtNHX5和AtNHX6两个成员,它们的氨基酸序列相似性为78.7％.研究表明,AtNHX5和AtNHX6具有功能冗余,它们都定位在高尔基体(Golgi)、反面高尔基体管网状结构(TGN)、内质网(ER)和液胞前体(PVC),参与调控耐盐胁迫、pH平衡和K+平衡等.有报道显示内膜NHXs跨膜结构域存在能够调控自身离子活性的酸性保守氨基酸残基,对其自身功能具有决定性作用.最新研究结果表明,拟南芥内膜NHXs影响囊泡运输和蛋白存贮,并参与生长素介导的植物生长和发育.文中主要对拟南芥内膜NHXs的亚细胞定位、离子转运、功能及应用进展进行了概述.

利用3种拟南芥生长素极性运输外运载体突变体及4种转基因株系研究了二萜rabdosinate抑制拟南芥幼苗主根及侧根生长的作用机制.结果 显示,60～80 μmol·L-1的rabdosinate显著抑制野生型拟南芥幼苗主根生长及侧根形成,而对突变体pin1、pin2和pin3主根未显示明显的抑制效应,对侧根的抑制减弱;发现rabdosinate (60～80 μmol·L-)引起生长素报告株系根尖DR5活性升高,并增加融合蛋白PIN1-GFP丰度以及减少PIN3-GFP和PIN4-GFP的丰度.推断rabdosinate可通过增加PIN1丰度促进了根部生长素向顶运输,而减少PIN3丰度降低根尖部生长素的横向转运,引起了生长素在根尖部的累积及生长素浓度梯度的改变,进而抑制幼苗主根生长及侧根发育.

以实生桃(Prunus persica)苗为试材,探讨SnRK1对不同浓度蔗糖及处理时间的响应特性,揭示蔗糖对植株生长发育的影响,以期为果树生产提供理论依据及技术支持.结果 表明,施加5％蔗糖时,植株体内SnRK1酶活性最高,且在一定时间内,酶活性持续升高;与对照(清水和甘露醇)相比,5％蔗糖处理显著提高植株可溶性糖、淀粉和叶片叶绿素含量,增加植株地上部和地下部生物量,显著加快植株净光合速率;通过观察根系构型,发现5％蔗糖可以显著增加根系总表面积、总体积和侧根数量,并可促进根系加粗加长生长.qRT-PCR分析表明,外源蔗糖能促进根系中生长素的合成和转运.综上,一定浓度蔗糖可以提高植株体内SnRK1酶活性,影响植株碳代谢,促进植株生长发育,且增加根系生长素的合成与转运,进而影响根系构型.

ABC转运蛋白超家族结构和功能复杂多样,包含ABCA-ABCH八个亚家族.ABCB是ABC转运蛋白的一个亚家族,多数定位于质膜,少数定位于线粒体膜或叶绿体膜.ABCB与其它生长素转运蛋白(AUX1/LAX、PIN)共同参与调控植物生长素的极性运输,在植物生长发育的各个阶段发挥作用.此外,ABCB转运蛋白还调控植物的向性运动和重金属抗性等过程.近年来,随着越来越多植物全基因组测序的完成,ABCB亚家族在禾谷类单子叶植物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)和高粱(Sorghum bicolor)中的生物学功能开始有少量报道,然而多数ABCB转运蛋白的功能尚未得到阐释.该文对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和禾谷类作物ABCB转运蛋白的研究进展进行综述,以期为全面揭示ABCB亚家族生物学功能提供线索.

生长素释放肽(GHRP)是一种人工合成的促使垂体生长素的释放的促分泌肽类物质,对心脏有与生长素类似的作用.它对于心脏的作用主要是通过存在于心脏的一种特殊的受体介导的,而且与其促生长素释放的作用无关.海沙瑞林(Hexarelin)是一种高度稳定的GHRP修饰物.近些年的国内外实验研究表明Hexarelin对心脏具有较为全面的保护和调控作用;可以有效的减少心肌细胞Ca2+的转运并调控收缩耦联过程,增强心肌细胞对Ca2+的调控作用;可以控制血管高反应性,对心肌缺血损伤有相应的的保护作用;Hexarelin可以促进心肌细胞损伤后的修复,而且具有抑制心肌细胞凋亡作用;Hexarelin能有效的升高每搏输出量、增加心脏收缩能力和心脏指数,延缓心脏恶病质的进程发展,体现了对心脏的正性肌力作用.本文综述了Hexarelin对心脏作用的研究进展及在临床心血管疾病的治疗上的良好应用前景.

FAB1/PIKfyve是介导PI(3,5)P2(磷脂酰肌醇3,5-二磷酸)生物合成的磷酸肌醇激酶.在动物和酵母(Saccharomyces cerevisiae)中,PI(3,5)P2参与调控胞内膜运输,但在植物中的研究较少.该文通过分析拟南芥(Arabidopsis thaliana) FAB1的T-DNA插入突变体的表型解析PI(3,5)P2的生物学功能.拟南芥FAB1基因家族包含FAB1A、FAB1B、FAB1C和FAB1D四个基因.研究发现,fab1a/b呈现雄配子体致死的表型.利用遗传杂交获得fab1b/c/d三突变体,发现FAB1B、FAB1C和FAB1D功能缺失导致根毛相比野生型变短,经FAB1特异性抑制剂YM201636处理后的野生型中也观察到相似的短根毛表型.此外,fab1b/c/ d三突变体中DR5转录水平降低.同时,外源施加生长素类似物2,4-D和NAA能部分恢复fab b/ c/d植株短根毛的表型,但fab1b/c/d突变体对生长素转运抑制剂(1-NOA和TIBA)的敏感性与野生型相似.此外,FAB1B/C/D功能缺失使根毛中ROS的含量减少且影响肌动蛋白的表达.上述结果表明,FAB1B/C/D通过调控生长素分布、ROS含量和肌动蛋白的表达影响拟南芥根毛伸长.