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
03
0405
01
02
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ABA
Ø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SLAC1
Ø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 closely
related 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 prolonged
drought modulates the phenylpropanoid and terpenoid the
phenylpropanoid and terpenoid pathway in white grapes (Vitis
vinifera 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 Plant
Biology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2018
plant
Cell&Environ
ment
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 of
Glucosinolate 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 prolonged
drought modulates the phenylpropanoid and terpenoid pathway in
white 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 Plant
Biology葡萄
转录+代谢+蛋白Drought resistance is mediated by divergent strategies in closely
related Brassicaceae
不同抗旱机制调控的十字花科植
物2019
New
Phytologist十字花科植物
2.1 盐胁迫研究进展-Na+转运子
①SOS1
ØSOS1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
④CNGCs
Ø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 shikimate
and 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 Involved
in Salt Stress and Recovery in Peanut转录+代谢解析花生盐胁迫机理2018Frontiers in
plant science
花生
转录+代谢Metabolites and transcripts related to plant physiology
in salt stress conditions, especially to the recovery
process were disclosed in peanut
花生盐胁迫及恢复过程中代谢及转录的变
化2018
Frontiers in
Plant
Science
花生
转录+代谢
A systems biology view of wood formation
inEucalyptus grandistrees submitted to different
potassium 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2019
New
Phytol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2019
Frontiers in
Plant
Science
甘薯
代谢Metabolic reprogramming in nodules, roots, and
leaves of symbiotic soybean in response to iron
deficiency
共生大豆的根瘤、根和叶片在缺铁状态下
的代谢重编程2018
Plant Cell
Environme
nt
大豆
转录组学+代谢组学
Metabolomics and transcriptomics reveal defense
mechanism of rice (Oryzasativa) grains under stress of
2,2′,4,4′-tetrabromodiphenyl ethe
代谢组学和转录组学揭示了水稻的防御机
制 2019
Environme
nt
Internation
al
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mRNA
3.3 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 cold
stress 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 low
temperature memory in Arabidopsis 拟南芥由于低温记忆而提高抗
冻性的分子特征2019
Plant Cell
Environ拟南芥
转录+代谢The arginine decarboxylase gene ADC1, associated to the putrescine
pathway, plays an important role in potato cold-acclimated freezing
tolerance 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 to
elevated night temperatures identifies sensitivity- and tolerance-related
profiles
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
2017
Plant，
Cell&Enviro
nment
水稻
转录+代谢Effects of long-term exposure to elevated temperature on Zea mays
endosperm 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2019
The Plant
Journal玉米
激素Root-derived GA12 contributes to temperature induced shoot growth in
Arabidopsis 根源GA12促进拟南芥中温度诱
导的芽生长2019
Nature
Plants拟南芥
转录+代谢The arginine decarboxylase gene ADC1, associated to the putrescine
pathway, plays an important role in potato cold-acclimated freezing
tolerance 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 plant
journal马铃薯
转录+代谢Male Sterility in Maize after Transient Heat Stress during the Tetrad Stage
of 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2019
Plant
Physiol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 highlights
soybean T roots responding to phosphorus deficiency by modulating
phosphorylated 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
2019
Plant
Physiology
and
Biochemistry
大豆
代谢组Metabolomics Reveals How Cucumber (Cucumis sativus) Reprograms
Metabolites to Cope with Silver Ions and Silver Nanoparticle-Induced
Oxidative Stress.
代谢组学揭示黄瓜如何应对
银引起的氧化胁迫2018
Environ Sci
Technol.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
2018.05
Journal of
Experimental
Botany
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Function
4-香豆酸类黄酮Virulent Resistance
D-氨基葡萄糖糖类Magnaporthe grisea
D-葡萄糖糖类Inset Small Brown Planthopper
L-蛋氨酸氨基酸及衍生物Inset Small Brown Planthopper
L-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-B
6.2 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 saline
conditions provides new insights into salt tolerance and nutritional value in
halophytic 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-induced
accumulation
of anthocyanins in blood orange
ruby1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 reduces
flavonoids 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 roots
responding to phosphorus deficiency by modulating phosphorylated metabolite
processes
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 and
photosynthetic 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。