东北林业大学研究生院|东北林业大学盐碱地核酸分子生物学研究方向简介

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环境逆境伴随在植物的生长过程中，它的存在会激发一系列植物的应答
反应：从改变基因的表达及细胞内代谢，到改变生长速率以及作物产量。 
  目前，以干旱、NaCl逆境为代表的植物抗旱、耐盐机理的研究已取得了
很大的进步，对植物适应环境的各种机制有了较丰富的认识。
  主要包括：
  1、对经典的渗透压调节物质合成酶的研究(proline, glycine, betaine, 
sugar)；
  2、关于酶、蛋白质、核酸保护因子LEA (Late Embryogenesis Abundant 
Protein)；
  3、水通道蛋白，膜蛋白，热激蛋白；
  4、植物在逆境中多余的活性氧的产生使植物的生长发育受到严重的障碍， 
即对植物活性氧(active oxygen species, AOS)解毒系统相关酶的研究；
  5、与Na+侵入途径相关的离子泵的研究；6、对逆境胁迫下植物细胞所引发
的分子反应和信号传递的研究。 
在以上研究的基础上，本实验室通过对各种盐逆境，特别是碳酸盐逆境(carbonate stress)，进行系统的
分析和研究，提出了通过：强化植物细胞的pH调控系统、强化活性氧的解毒系统、提高植物细胞的电子传
递系统的机能安定性，从而提高植物的耐盐碱能力（图1）。

 
  碳酸盐逆境不同于普通的NaCl盐逆境，它是Na+以及CO32-, HCO3-水解导致的pH值的变化共同作用的特殊环
境逆境（图2）。研究细胞内pH调控系统与植物抗性的关系，是探讨细胞内pH调控系统在植物长期的进化过程中
获得的抗逆机制的关键。细胞内pH是控制活体细胞内生物化学反应的十分重要的因子之一,它控制着在细胞内蛋
白质、DNA、RNA等的合成，膜上离子的交换等形形色色的生物化学反应（图3）

  环境逆境下，电子的异常传递产生
了活性氧，同时氢离子的运输，代谢产
生障碍，致使细胞内pH值异常（图4）。

  基于以上机理，通过在以碳酸盐为
代表的盐逆境等环境逆境下，克隆植物
中与逆境相关基因，利用分子生物学的
手段，从基因表达特性、体内体外蛋白
质的特性及对转基因植物对逆境的敏感
性等方面进行深入细致的研究，从而揭
示植物抗逆性的分子机制，为植物抗逆
分子育种奠定理论基础，进而开发出新
的耐盐碱植物资源。 对于植物中与逆境相关基因的研究，主要从以下几个方面进行的。
  首先，利用点杂交技术来初步确定克隆得到的基因与环境逆境的相关性（图5）。
  对于与逆境相关基因表达特性的研究，主要是从它的转录水平入手，看其在不同逆境条件以及同一逆境不同
胁迫程度下，表达量是否有所变化以及趋势（图6）。

  对于基因所编码蛋白特性的研究，也有助于对该基因进行更为细致的功能解释。利用大肠杆菌体外表达技术，
体外纯化获得功能蛋白，从而对其相关酶学等特性进行研究（图7）。

  酵母是一类单细胞真核生物，将外源基因在酵母中适
量表达，从而进行抗性研究（图8）。 
  另外，由于酵母是一类与植物有相似亚细胞结构的一
类真菌，因此，利用酵母，来观察基因的亚细胞定为具有
一定的可行性。EGFP(增强型绿色荧光蛋白)，是一类组成
型表达的蛋白，由于其在生物体内没有特异性，并且利用
488nm波长的光激发， 可以使表达EGFP或EGFP融合蛋白的
组织、器官、或更细微的亚细胞结构发出绿色荧光。利用
这一原理，将研究的基因与EGFP在酵母中融合表达可以观
察其亚细胞位置（图9）
  同样，根据以上原理，利用植物转基因技术，可以在
模型植物中观察该基因的亚细胞定位（图10）

  对于基因与环境逆境之间的关系，最终要通过转基因植物的抗性分析来进行研究。利用烟草、拟南芥等模式
植物进行转基因研究，获得优良的，具有抗性的植株，从而确定其是否在逆境中，在植物体内发挥着作用（图11）。










 

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