生物大分子凝聚体(biomolecular condensates)是由相分离(phase separation)驱动形成的具有特定功能的无膜细胞器(MLOs),为特定的生化反应提供微环境,对细胞生命活动进行精细的时空调控.相分离是一种高度动态的过程,对温度、pH、盐浓度等理化因素的变化非常敏感.因此,相分离可以快速响应外界刺激,作为生物感受器感知压力信号,参与胁迫应答.近年来,相分离在植物中的应用受到越来越多的关注,特别是在胁迫感知和逆境响应方面.本文基于近期关于相分离响应胁迫的研究,探讨了相分离在胁迫信号感知和应答中的机制,综述了相分离在植物响应胁迫的研究成果,旨在为进一步研究植物胁迫感知和逆境响应中相分离的作用提供参考依据.

低温胁迫是影响植物生长、发育及作物产量的重要环境胁迫之一.植物通过感知低温信号并快速启动低温应答,以降低低温胁迫对其损伤.近年来,低温潜在感受器和低温调控网络逐渐被解析.植物可以在多个层面感知低温信号,但具体机制依然不清楚.当植物感知低温信号后,一些低温诱导的次级信号分子(如钙离子和活性氧)被植物解码并传递,以激活下游低温应答基因表达.同时,蛋白翻译后修饰可调控蛋白活性和稳定性,在植物早期低温信号传递中起关键作用.本文重点阐述植物感知和传递低温早期信号的分子机制,并讨论和展望低温胁迫领域面临的挑战及研究方向.

植物细胞壁不仅起着支撑和保护细胞的作用,还被认为是植物抵抗逆境胁迫环境的第一道屏障.作为限制农业生产的一个主要非生物胁迫因子,盐胁迫能造成植物细胞壁的组分和结构发生改变,而植物可以通过细胞壁完整性感受器如CrRLK1Ls、LRXs和WAKs等蛋白来感知这些变化并启动下游盐胁迫响应.在细胞内,植物通过盐胁迫诱导的Ca2+内流、植物激素等信号促进细胞壁多聚糖合成和修饰相关基因的表达,从而有助于维持细胞壁的完整性,增强植物盐胁迫适应性.本文概述了植物初生细胞壁多聚糖的主要组分和各组分之间的相互结合关系,并且阐述了盐胁迫对细胞壁各组分的影响,以及盐胁迫下植物感知和维持细胞壁完整性的分子机制,最后讨论了盐胁迫下细胞壁完整性感知和调控研究领域还需要解决的科学问题.

CIPK是植物钙感受器钙调磷酸酶B类似蛋白特定靶向的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶.根据拟南芥AtCIPK8基因序列,利用同源克隆的方法从抗逆性较强的小麦品种石4185中克隆了一个编码序列全长为1350 bp的蛋白激酶基因TaCIPK8(GenBank号:KJ561804.1).序列分析表明该基因编码的蛋白含有449个氨基酸,分子量为52.24 kD,理论等电点为7.16,具有CIPKs家族蛋白所特有的N端激酶域和C端NAF/FISL结构域;与拟南芥AtCIPK8蛋白序列相似度达83.5％.为进一步研究其功能,采用Real-time PCR方法检测该基因在胁迫条件下的响应情况,发现TaCIPK8基因受高盐、外源ABA和低温(4℃)胁迫诱导表达.利用植物启动子数据库PlantCARE和PLACE对TaCIPK8基因启动子序列进行分析,结果显示TaCIPK基因启动子存在大量应答脱水胁迫、干旱、低温和ABA的顺式作用元件,也存在一些响应激素GA和茉莉酸甲酯的元件.利用酵母双杂交方法研究TaCIPK8和TaCBL家族蛋白的互作,结果显示,共转化含有TaCIPK8和TaCBL3基因载体的酵母菌能够在SD/-Trp/-Leu、SD/-Trp/-Leu/X-α-Gal/AbA和SD/-Trp/-Leu/-Ade/-His/X-α-Gal/AbA三种培养基上生长,且在后两种培养基上长出蓝色菌落.结果说明TaCIPK8与TaCBL3发生了互作,进而引起了报告基因MEL1、AUR1-C、HIS3和ADE2的表达.该研究结果对于研究TaCIPK8基因的功能以及与CBL蛋白的互作调控网络具有一定的参考作用.

[目的]研究黑腹果蝇Drosophila melanogaster对高盐的产卵避性,并通过高盐下后代生存率和发育历期的变化来揭示这一现象的生物学意义.[方法]应用产卵双选择装置,检测黑腹果蝇和雅库巴果蝇D.yakuba雌成虫分别对含有0.25和1 mol/L NaCl的培养基的产卵选择性;利用产卵装置,检测黑腹果蝇对1 mol/L NaCl的位置效应;通过强迫产卵实验检测钠盐胁迫下黑腹果蝇的产卵能力;通过毛细管摄食法和观察口器延伸,检测钠盐胁迫下黑腹果蝇的摄食行为.利用黑暗条件和突变体Orco2分别探究视觉和嗅觉对高盐的产卵选择性.通过外科手术法摘除黑腹果蝇前足部分味觉感受器,并使用成味突变体Ionotropic Receptor 76b(IR76b),研究介导该行为的感觉系统.在含有不同浓度NaCl(O,0.25,0.50,0.75和1 mol/L)的培养基上培养黑腹果蝇,探究NaCl对黑腹果蝇后代的发育历期和存活率的影响.[结果]雌性黑腹果蝇产卵对高盐产生避性反应,对0.25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为-0.45和-0.59;雅库巴果蝇对高盐的反应与黑腹果蝇相同,对0.25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为-0.78和-0.99;并且两种果蝇均对0.25和1 moL/L KCl和CaCl2产生产卵避性反应.黑腹果蝇避开含0.25和1 mol/L NaCl培养基,位置指数分别为-0.74和-0.88.高盐不影响黑腹果蝇的生育能力,其对0,0.25和1 moL/L NaCl的产卵指数分别为5.59,6.63和5.41.黑腹果蝇对0.25和1 mol/L NaCl摄食产生明显排斥反应,摄食指数分别为-0.37和-0.41,且随浓度增大食欲越低.同时在黑暗条件下,黑腹果蝇对0.25和1 mol/L NaCl仍产生了显著的避性反应,产卵偏嗜指数分别为-0.49和-0.59,摘除前足的黑腹果蝇对0.25 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数为-0.05,IR76b突变体对高盐的产卵避性反应消失,对0.25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为0.46和0.39.0.25 mol/L NaCl明显延长了后代成蛹时间0.40 d,后代幼虫存活率降低了16.5％,而在1 mol/L NaCl上后代卵完全不能形成蛹和成虫.[结论]黑腹果蝇雌成虫通过成味感觉器官感知高盐而产生产卵避性反应,以促进后代的生长发育和提高后代的幼虫存活率.

类钙调素蛋白(Calmodulin-like protein)是高等植物中最重要的Ca2+感受器之一,该家族蛋白参与植物对环境的适应过程.为了探究类钙调素蛋白是否参与到植物对逆境条件的响应过程,以天山雪莲低温转录组为依据,克隆获得SikCML7,生物信息学分析表明SikCML7的开放阅读框(ORF)为450 bp,编码149个氨基酸,含有4个钙结合区域(EF-hands).系统进化树分析表明SikCML7与拟南芥AtCML9进化亲缘性较为接近.实时定量PCR结果显示,天山雪莲在经过不同低温(4℃/-2℃)、干旱和盐胁迫处理后,SikCML7的表达均呈上调趋势,但在冷害胁迫和冻害胁迫条件下的表达模式差异巨大,对干旱和盐胁迫也有一定的响应.SikCML7参与了天山雪莲对低温、干旱和盐胁迫响应的过程.

植物能够快速适应非生物胁迫归功于体内复杂的响应和调控机制.钙离子(Ca2+)作为第二信使,负责传递外界刺激信号.钙调磷酸酶B类似蛋白(CBL)是钙离子感受器的一种,其特异性互作蛋白被称为CIPK.CBL-CIPK复合体通过蛋白磷酸化过程参与植物中大多数钙离子信号通路,在植物响应非生物胁迫的过程中发挥着重要的调控作用.本文综述了CBL-CIPK信号系统的结构性质和作用机理及其在植物应对各种非生物胁迫下的研究进展,并对CBL-CIPK信号系统的研究前景做了展望.

植物激素是植物生长发育的关键,而紫外线B(UV-B)对植物激素路径的控制及两者间的相互作用,可导致植物光形态效应和胁迫效应的发生.本文通过紫外光感受器UVR8整合机制对UV-B信号转导涉及的各种植物激素响应进行总结,该机制中UVR8通过调控下游转录因子或与蛋白相互作用来控制植物激素的响应.此外,UV-B信号通路还存在负反馈机制、抑制-去抑制机制及UVR8独立的信号通道来影响不同的植物激素路径.最后,本文通过植物激素的生物合成代谢、运输和信号转导3个方面来综述UV-B对植物激素的调控,以明确UV-B辐射控制下的植物激素路径及其相关蛋白和基因的响应.

盐胁迫对植物的生长和发育造成严重影响,其危害包括渗透胁迫、离子毒害等,严重损害了农业生产和粮食安全.在盐胁迫下,植物相关感受器接受刺激,使得Ca2+通过细胞膜以及细胞内钙库膜上打开的Ca2+通道进入细胞质基质,导致细胞质内Ca2+浓度升高,产生钙信号.钙离子作为重要的第二信使,在植物细胞内和细胞间传递信号,信号往下游传递,在不同生长和发育阶段引起植物一系列的生理响应来应对盐胁迫影响.钙信号主要通过钙调蛋白(CaM)、钙调素样蛋白(CML)、钙依赖性蛋白激酶(CDPK)、钙调磷酸酶B样蛋白(CBL)和CBL互作蛋白激酶(CIPK)感知并将特异的钙信号信息传递到下游;从而激活植物盐胁迫生理响应.本文主要综述植物如何感知盐胁迫刺激,以及钙信号产生与传导机制,并对该研究领域需解决的问题进行了展望.

质外体是植物感受和应答环境胁迫(包括生物和非生物胁迫)的前沿区域.质外体的pH值是被严格调控的重要生理参数.环境胁迫(如细菌病害)等会引起植物细胞质外体碱化现象.然而,质外体pH如何协调根生长与免疫响应?其分子调控机制尚不清楚.最近,南方科技大学生命科学学院郭红卫团队与清华大学-德国马克斯普朗克研究所-科隆大学柴继杰团队以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究材料,通过遗传学、细胞生物学、生物化学和结构生物学等综合手段,发现细胞表面小肽-受体复合物可作为质外体pH感受器,感受和应答分子模式触发的免疫(PTI)引发的拟南芥根尖分生组织细胞质外体碱化.该研究揭示了植物根尖分生组织细胞质外体pH感受的蛋白质复合物及响应机制,以及免疫与生长之间的协调机制,加深了人们对植物如何平衡生长与免疫应答生物学反应过程的理解.