抗逆性与非生物胁迫

（三）NO与其他非生物胁迫
NO还可能作为臭氧胁迫下的信号分子,诱导水杨酸的合成,引起拟南 芥对臭氧的超敏感反应。
UV-B辐射也能通过提高NOS的活性诱发植物体内NO释放,外源NO供 体能够显著缓解紫外辐射造成的氧化损伤。 在拟南芥中, UV-B胁迫可以诱导产生NO和ROS,所诱导的查尔酮合成 酶基因(CHS)表达需要NO和NO合成酶的参与而不是ROS;外源的NO 供体也可以提高CHS的转录水平,暗示NO有可能在植物对UV-B响应 中具有调节基因表达的作用。
三、DEAD-box解旋酶
• DEAD-box 解旋酶是最大的解旋酶家族，在 DNA 复制、修复、重 组、转录，核糖体合成和翻译起始等几乎所有涉及 DNA/RNA 代 谢的细胞过程中均发挥重要作用。
源自文库• 近年研究表明，DEAD-box 解旋酶除具有持家基因功能外，还广泛 参与植物生长发育及胁迫响应过程。目前，由解旋酶介导的胁迫 应答具体机制依然不清晰
（四）DEAD-box解旋酶参与胁迫响应的机制及其表达调 控
1)移除胁迫响应过程中在mRNA的5' UTR 形成的二级结构，并影响 前体mRNA的正确剪接 2)同 DNA 多亚基复合物以及拓扑异构酶相互作用从而改变相关基 因的表达 3) 激活相关转录因子，从而调控胁迫应答基因的表达 4)影响 mRNA 的出核运输。植物胁迫响应相关基因的mRNA 出核运 输将直接影响相关基因 5)磷酸化或被蛋白激酶激活，从而在转录或翻译水平上调控基因的 表达 6)参与核糖体装载
（四）WRKY 转录因子
WRKY 转录因子因其具有高 度保守的 60 个氨基酸构成 的 WRKY 结构域而得名,植物 受到逆境胁迫时，胞外的信 号通过如 MAPK 激酶介导的 信号转导途级联放大进入胞 内，激活转录因子与下游靶 基因结合，在转录水平上促 进该基因的表达，从而响应 植物的应答反应.
（五）bZIP类转录因子
二、NO与非生物胁迫
• 事实上,低浓度的NO能减弱超氧阴离子O2-和lipid radical R,激活抗 氧化酶的活性,尤其是超氧化物歧化酶SOD。NO清除O2-导致了 ONOO-的产生,ONOO-在动物细胞中有很强的毒性而在植物细胞中 没有毒害作用。因此,NO的抗氧化作用主要依赖于它维持细胞内 氧化还原剂平衡和调节ROS毒性的能力，此外,NO还可能有降低植 物细胞内过量亚硝酸盐的作用,高浓度的亚硝酸盐对植物细胞有很 强的毒害作用。
（一）DEAD-box解旋酶在植物非生物胁迫中 的功能
• 数目众多的 DEAD-box 解旋酶家族成员广泛参与植物环境适应过 程的各个方面，包括盐胁迫，低温胁迫，热胁迫，渗透胁迫及氧 化胁迫等。 • 实际上，某个 DEAD-box 解旋酶并不仅仅参与单一的胁迫应答， 它可能同时参与多种胁迫响应过程，如已证实拟南芥STRS1/2、At RH9，水稻Os BIRH、SUV，豌豆 PDH45、MCM6等基因在多种胁迫 中均发挥重要功能。
• 碱性亮氨酸拉链（bZIP）类转录因子在植物生命活动中起着重要 的作用，对大豆GmbZIP1和GmbZIP132、水稻 OsABF1、Os ABF2和 OsbZIP23、小麦Wlip19和Wabi5、玉米ABP9和ZmbZIP72的研究均 证明 bZIP 类转录因子可提高转基因植株的耐盐性。 • Yang 等研究发现，运用 RNAi 技术抑制 AthZIP24 的转录可以提高 拟南芥的耐盐性。
四、转录因子与非生物胁迫
基因表达的转录调控在其中起着重要作用。转录因子是基因表 达中一类重要的调控因子, 通过与目标基因启动子中特定的DNA序 列即顺式作用元件结合, 激活或抑制靶基因的转录表达。
（一）SBP转录因子
• 许多植物中的 WRKY、b Zip 和 MYB 等转录因子都能够响应干旱、 盐碱、低温等逆境胁迫，提高植物对非生物胁迫 的 耐 受 力，SBP 基 因 ( Squamosa promoter binding protein，SBP) 是绿色植物特有的 一类转录因子，SBP 转录因子是近几年发现的一类植物特有的转录 因子，在植物的整个生长发育阶段都起着重要的作用。 。
（三）bHLH 转录因子
bHLH 保守结构域约含有 60个氨基酸，其N端为富含碱性氨基 酸的DNA 结合区，C端为α螺旋 1–环–α螺旋。第 1 个bHLH 转录因子 在玉米中被发现，其功能是参与了花青素的合成，bHLH 转录因子 可参与植物多个生长发育过程，而且在植物响应干旱、高盐、脱落 酸、低温、缺铁和低磷等非生物胁迫过程中也发挥重要作用。
（二）NAC转录因子
NAC转录因子是植物特有的一类转录因子，大部分NAC转录因 子都能提高转基因植物的逆境耐受性, 而且有些能增强一种以上的 胁迫耐受性, 转基因过表达水稻的Os NAC6、SNAC1、ONAC045提高 了转基因植物干旱和高盐的耐受性。转基因过表达小麦的TaNAC2 提高了转基因植物对盐、干旱、低温胁迫的耐受性。
• 2014 年，研究人员在豌豆中又发现一种重要的 DEAD-box 解旋酶 家族成员 p68，在烟草中超表达 p68 ，发现植株可以通过加强自 身生长、提高光合作用和抗氧化机制从而增强对高盐环境的耐受 性。
（三）DEAD-box解旋酶参与渗透和氧化胁迫 响应
已有证据表明脱落酸 (ABA) 可以促进活性氧的产生，在拟南芥中筛 选出的ABA超敏突变体 abo6 的线粒体中 ROS 的积累量较多，而 ABO6 基因在拟南芥中编码 DEXH-box RNA 解旋酶。 相似的，在水稻中超表达 PDH45 基因后发现盐胁迫耐受性增强， 转基因植株中的抗氧化酶，包括超氧化物歧化酶 (SOD)、抗坏血酸 过氧化物酶(APX)、愈创木酚过氧化物酶 (GPX) 和谷胱甘肽还原酶 (GR) 均有显著升高，说明水稻的盐胁迫耐受性是通过提高植物光合 作用和抗氧化机制来实现的。
（二）DEAD-box解旋酶参与盐和干旱胁迫响 应
• DEAD-box 解旋酶中耐盐性研究比较广泛的是豌豆 DNA 解旋酶 45 (PDH45) 基因，高盐、低温、ABA、脱水和机械损伤等处理下均能 诱导豌豆植株 PDH45基因的表达，超表达 PDH45 的 Binnatoa 植株 叶绿素含量显著升高，与野生型相比根的长度变短，且植株在幼 苗期和生殖期具有明显的盐耐受性。
（一）NO与干旱胁迫
• 干旱是限制农作物产量的主要因子。干旱能够提高了烟草和豌豆 中的NO含量;体外施加NO的供体硝普钠(SNP),能够减少离体小麦叶 片和幼苗在干旱条件下的水分缺失,同时降低了离子的亏缺、蒸腾 速率和干旱诱导的气孔关闭,由此提高了植物的耐干旱的能力。 • 据报道NO具有减轻渗透胁迫的作用;用NO供体SNP,处理分离自大 豆胚中的微体,超氧阴离子的含量迅速降低,但是H2O2含量并没有 受到影响。
五、植物对非生物胁迫的应答机制
• 首先,各种胁迫刺激信号被质膜上的受体感知,并作为起始因子传 递给IP3等第二信使。然后,由这些第二信使引发下游的信号转导, 将信号传递给胁迫应答转录因子，最后通过转录因子进行激活各 种胁迫应答反应,包括激活细胞重建内部水分动态平衡的应答机制, 积累相溶性溶质维持细胞渗透平衡。
（二）NO与植物的耐盐性
• 拟南芥Atnoa1突变体几乎丧失了NO合成酶(NOS)的活性,体内NO含 量比野生型明显降低,表现为对NaCl胁迫更敏感。对突变体体外施 加SNP则能减轻盐胁迫引起的氧化伤害;相反,在野生型植株中抑制 NO的积累则能使之像突变体一样对盐胁迫更敏感。盐胁迫下,突 变体苗中,有比野生型更高的Na+/K+;但是SNP处理能阻止Na+/K+的 提高。 • NO还可以提高玉米苗的耐盐能力,提高K+在根、叶和叶鞘中的积累, 降低Na+的吸收。进一步的研究发现NO和NaCl都能提高液胞膜H+ATPase和H+-PPase的活性,间接提高了质子的转运和钠氢交换率。 而且,NaCl诱导的H+-ATPase和H+-PPase活性的增加可以被NO清除剂 MB-1降低。
这样可以对特定的植物物种进行特定性状的改良，可以提供本 物种不存在的新性状，完成了跨物种杂交，大大提高了育种的精准 性。将 AP2/ERF 转录因子家族的 At DREB1A 基因导入到水稻中提高 了对非生物胁迫造成生长抑制的耐受性。将 At DREB1A基因导入到 番茄中提高了番茄对寒冷的耐受性.
• 利用Na+ /H+逆向转运蛋白重建细胞内的离子动态平衡；从而使细 胞产生胁迫耐受,存活下来,一旦细胞胁迫信号转导和基因激活过 程出现一步或几步错误,最终将不可逆地破坏细胞内的动态平衡, 使结构和功能蛋白质失活,导致细胞死亡。
六、基因工程对植物抵抗非生物胁迫的作 用
农杆菌介导的遗传转化技术是众多基因工程技术中的 1 种,其 原理是将控制目的性状的基因构建到一个植物表达载体中形成重组 质粒，再将重组质粒转入农杆菌中，借助农杆菌将含目的基因的重 组质粒转化入植物中，并整合到植物的染色体中，从而达到能够稳 定遗传的目的。
（六）顺式作用元件及转录因子
• 顺式作用元件是与结构基因串联的特定 DNA 序列，是转录因子的 结合位点，它们通过与转录因子结合调控基因转录的精确起始和 转录效率，在植物基因表达调控过程中起着重要的作用。 • 非生物胁迫诱导基因的表达受其上游启动子顺式作用元件及转录 因子的调控，目前已发现了多种与非生物胁迫相关的顺势作用元 件及转录因子，如DRE 元件及DREB类转录因子、MYB 元件及MYB 类转录因子、GT-1元件及GT-1 类转录因子等。顺式作用元件及转 录因子的研究对研究植物非生物胁迫相关基因的表达调控具有重 要意义
抗逆性与非生物胁迫
一、非生物胁迫类型
• 在植物生长过程中会受到各种各样的非生物胁迫或生物胁迫，其 中非生物胁迫包括盐碱胁迫、干旱胁迫、冷胁迫、热胁迫等等因 素。为了适应在各种不同胁迫条件下的生存环境，植物进化出了 响应不同胁迫信号刺激的调控途径。当植物受到这些胁迫条件胁 迫后，将会激活植物体内响应该胁迫的调控途径，使植物能够抵 抗该胁迫，从而生存下去。