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主编:王台
ISSN 1674-3466 CN 11-5705/Q
邮发代号:2-967
2019年, 第5期
刊出日期:2019-09-01

封面说明: 植物表型组学是研究植物生长、表现和组成的科学, 能够有效追踪基因型、环境因素和表型之间的联系, 是突破未来作物学研究和应用的关键领域。通过表型采集分析可为育种、栽培和农业生产实践提供基于大数据的决策支持, 揭示农作物的生长发育规律, 切实服务于农业生产。封面图片示植物表型采集分析经历的手工测量计数、特定测量工具辅助(数字化测量)的低通量阶段, 发展到以图像采集分析(二维、三维成像)为基础的高通量表型组学研究(包括高通量温室表型平台和高通量田间表型设施)三个阶段。详细内容见本期胡伟娟等558-568页的文章。

  
热点评
ZmFBL41 Chang7-2: 玉米抗纹枯病的关键利器
李伟滔,贺闽,陈学伟
植物学报. 2019, 54(5):  547-549.  doi:10.11983/CBB19166
摘要 ( 126 )   HTML ( 1 )   PDF (944KB) ( 164 )   收藏
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由真菌Rhizoctonia solani引起的纹枯病严重危害玉米(Zea mays)和水稻(Oryza sativa)等作物的安全生产。R. solani的宿主范围广且抗源少, 加之相关的抗性机制研究有限, 导致纹枯病的危害长期得不到有效控制。近期, 中国科学家通过对318份玉米自交系进行全基因组关联分析, 筛选到1个与纹枯病抗性相关的、编码F-box结构域蛋白的候选基因ZmFBL41 (GRMZM2G109140)。ZmFBL41蛋白是SCF (SKP1-Cullin-F-box) E3泛素连接酶复合体的一员, 能介导复合体对肉桂醇脱氢酶ZmCAD的降解, 从而降低木质素的积累, 使玉米易感纹枯病。玉米抗病自交系Chang7-2中, 蛋白ZmFBL41 Chang7-2因2个关键氨基酸的变异, 不能结合并降解底物ZmCAD, 使木质素含量增加, 从而提高玉米对纹枯病的抗性。该研究率先揭示了SCF复合体可通过降解肉桂醇脱氢酶来调控植物免疫反应的新型分子机制, 为提高玉米及其它作物对纹枯病的抗性提供了重要理论依据和基因资源。

长链非编码RNA基因Ef-cd调控水稻早熟与稳产
张硕,吴昌银
植物学报. 2019, 54(5):  550-553.  doi:10.11983/CBB19163
摘要 ( 181 )   HTML ( 1 )   PDF (684KB) ( 150 )   收藏
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水稻(Oryza sativa)育种中早熟和高产往往不能兼顾。最近一项研究分离鉴定了1个调控水稻早熟的基因Ef-cd (Early flowering-completely dominant)。Ef-cd编码一段长链非编码RNA (lncRNA), 该lncRNA与OsSOC1基因的一段反义转录本重叠, Ef-cd正调控H3K36me3的富集及OsSOC1基因的表达。在不同的纬度, 含有Ef-cd基因的品种及其杂交种与对照相比生育期缩短7-20天, 但产量不降低。对1 439份优质杂交稻品种的基因型分析显示, 含有Ef-cd基因的16份纯合子和299份杂合子均表现出明显的早熟特性。Ef-cd基因可能通过提高氮素利用率及光合效率来促进水稻早熟。因此, Ef-cd基因兼顾了水稻的早熟和产量, 在水稻分子育种中具有重要利用价值。

大刍草稀有等位基因促进玉米密植高产
刘杰,严建兵
植物学报. 2019, 54(5):  554-557.  doi:10.11983/CBB19119
摘要 ( 586 )   HTML ( 1 )   PDF (638KB) ( 298 )   收藏
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密植是提高作物单位面积产量、促进粮食增产的重要途径之一。叶夹角是影响玉米(Zea mays)密植的关键因子。中国农业大学田丰课题组最近克隆了2个调控玉米叶夹角的数量性状位点(QTL)——UPA1UPA2, 揭示了这2个位点的功能基因(brd1ZmRAVL1)通过油菜素内酯(BR)信号通路调控叶夹角。UPA2位于ZmRAVL1上游9.5 kb, 可与DRL1蛋白结合。另一个影响玉米叶夹角的蛋白LG1可以激活ZmRAVL1的表达; DRL1蛋白与LG1蛋白直接互作抑制LG1对ZmRAVL1的激活表达。玉米祖先种大刍草(teosinte)的UPA2位点序列与DRL1蛋白结合能力更强, 导致大刍草ZmRAVL1的表达受到更强的抑制, 下调表达的ZmRAVL1进一步使下游基因brd1的表达下调, 进而降低叶环区的内源BR水平, 导致叶夹角变小。将大刍草的UPA2等位基因导入到玉米中或对玉米中ZmRAVL1进行基因编辑, 在密植条件下均可显著提高玉米产量。上述发现为高产玉米品种的分子育种改良提供了重要理论基础和基因资源。

特邀综述
新一代植物表型组学的发展之路
胡伟娟,傅向东,陈凡,杨维才
植物学报. 2019, 54(5):  558-568.  doi:10.11983/CBB19141
摘要 ( 237 )   HTML ( 1 )   PDF (784KB) ( 45 )   收藏
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随着多种植物全基因组测序的完成, 科研人员越来越认识到植物表型研究的重要性, 并将其提升至“组学”的高度。植物表型组学是研究植物生长、表现和组成的科学, 能够有效追踪基因型、环境因素和表型之间的联系, 是突破未来作物学研究和应用的关键领域。该文介绍了植物表型采集分析经历的从手工测量计数的初始阶段到特定测量工具的辅助阶段再到高通量表型组学3个阶段; 提出了推动植物表型采集分析发展的3个要素: 表型组学研究设施、表型采集技术及图像数据分析方法; 进而详细阐述了表型组学设施的发展、国际上代表性的设施平台情况以及表型采集传感器和图像数据分析方法的发展, 并展望了植物表型组学未来的研究方向。

光信号与激素调控种子休眠和萌发研究进展
杨立文,刘双荣,林荣呈
植物学报. 2019, 54(5):  569-581.  doi:10.11983/CBB19038
摘要 ( 276 )   HTML ( 1 )   PDF (1575KB) ( 82 )   收藏
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休眠是种子植物在长期进化过程中产生的适应性性状, 通过抑制种子在不适宜的环境中萌发进而保证植物能够在逆境中生存。此外, 休眠有助于种子的长距离运输和扩散, 因此休眠对种子延续和物种保存具有重要意义。种子由休眠向萌发的发育转变不仅关系到物种的繁衍, 而且对保证农业生产中作物的产量和品质也具有重要作用。种子的休眠和萌发受到内源激素和外源光信号的共同调控。其中, 外源光信号主要通过调控内源ABA和GA的生物合成及信号转导进而调控种子休眠和萌发。该文系统综述了外源光信号和内源激素调控种子休眠和萌发的作用通路以及两类信号通路之间的交互作用, 旨在为农业生产中利用光和激素调控种子休眠与萌发提供参考。

植物DREPP基因家族研究进展
张洵,喻娟娟,王思竹,李莹,戴绍军
植物学报. 2019, 54(5):  582-595.  doi:10.11983/CBB19014
摘要 ( 239 )   HTML ( 1 )   PDF (3747KB) ( 60 )   收藏
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发育调节质膜多肽(DREPP)蛋白是一类与质膜相关的植物特异性蛋白, 具有结合磷脂酰肌醇磷酸(PtdInsPs)、Ca 2+/钙调蛋白(CaM)复合物、微管和微丝等多种功能, 在植物生长发育与逆境(低温和干旱等)应答过程中发挥重要作用。该文综述了植物DREPP家族成员的组成、蛋白质序列特征及其在发育与逆境应答过程中的生物学功能, 以期为深入认识DREPP参与的信号调控网络提供帮助。

研究报告
大叶铁线莲大小孢子发生及雌雄配子体发育
杨艺,王娜,王奎玲,刘庆华,李伟,郭霄,马颖杰,刘庆超
植物学报. 2019, 54(5):  596-605.  doi:10.11983/CBB18261
摘要 ( 146 )   HTML ( 0 )   PDF (4073KB) ( 25 )   收藏
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铁线莲属植物在花部形态和结构方面存在较大差异, 遗传背景相对复杂。因此, 在杂交育种前对其进行胚胎学研究具有重要意义。利用石蜡切片技术对大叶铁线莲(Clematis heracleifolia)大小孢子发生及雌雄配子体发育过程进行研究, 结果显示, 大叶铁线莲具雄株和两性花植株。雄花中, 雄配子体发育偶见败育现象; 而两性花中多数花粉发育异常, 形成功能性雌花。正常发育的两性花中, 雄蕊较雌蕊先发育完全。花药4室, 具腺质绒毡层, 偶见变形绒毡层。胞质分裂为同时型, 以四面体型四分体为主, 偶见左右对称型。成熟花药中, 花药壁由纤维状加厚的表皮及药室内壁构成, 花粉粒为2-细胞型, 近球状, 散沟型。子房1室, 内含少量退化胚珠及1个发育正常的胚珠, 倒生, 单珠被, 薄珠心, 蓼型胚囊, 具线形大孢子四分体及双核反足细胞。大叶铁线莲可能处于相对进化的过渡地位。在杂交育种中, 建议以雄花植株作为父本, 两性花植株仅用作母本; 在两性花花芽大小为0.5-0.8 cm时进行去雄处理。

水稻早衰突变体LS-es1的基因定位及候选基因分析
周纯,焦然,胡萍,林晗,胡娟,徐娜,吴先美,饶玉春,王跃星
植物学报. 2019, 54(5):  606-619.  doi:10.11983/CBB19053
摘要 ( 404 )   HTML ( 0 )   PDF (3748KB) ( 12 )   收藏
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衰老是植物发育末期自主发生且不可逆的适应性反应, 叶片早衰相关分子机制研究对水稻(Oryza sativa)遗传改良以及抗衰老品种培育有重要意义。LS-es1是通过EMS诱变粳稻品种TP309获得的稳定遗传的早衰突变体。对LS-es1及其野生型的表型观察和生理生化分析表明, LS-es1叶片中积累了大量活性氧且细胞死亡更多, 同时LS-es1与产量相关的农艺性状均显著下降, 这也验证了LS-es1早衰的特征。对LS-es1及其野生型幼苗进行外源激素处理, 结果表明LS-es1对水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸甲酯(MeJA)更敏感。用图位克隆方法将LS-es1基因定位在水稻第7号染色体长臂46.2 kb区间内, 该区间共包括8个开放阅读框(ORF)。对该区间内的基因进行生物信息学分析, 结果发现Os07g0275300Os07g0276000两个候选功能基因与早衰途径相关, 并且这2个基因的表达量在野生型和突变体中差异较大。研究结果为进一步克隆LS-es1基因并深入研究其生物学功能奠定了基础。

技术方法
染色体展片法观察拟南芥雄性减数分裂过程中的染色体形态
徐婉约,王应祥
植物学报. 2019, 54(5):  620-624.  doi:10.11983/CBB19127
摘要 ( 221 )   HTML ( 0 )   PDF (1610KB) ( 58 )   收藏
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减数分裂指DNA复制1次, 细胞核分裂2次, 产生染色体数目减半的单倍体配子, 是真核生物有性生殖所必需的环节。拟南芥(Arabidopsis thaliana)是分子遗传学研究的传统模式生物。近年来, 随着显微镜技术的快速发展, 利用细胞学方法观察拟南芥减数分裂过程中的染色体形态和同源染色体互作事件, 将有助于深入认识减数分裂的分子遗传机制。该文详细描述了染色体展片法观察拟南芥雄性减数分裂细胞中的染色体形态。

水稻两性生殖细胞的N-甲基-N-亚硝基脲诱变方法
田怀东,李菁,田保华,牛鹏飞,李珍,岳忠孝,屈雅娟,姜建芳,王广元,岑慧慧,李南,闫枫
植物学报. 2019, 54(5):  625-633.  doi:10.11983/CBB18243
摘要 ( 226 )   HTML ( 1 )   PDF (1972KB) ( 27 )   收藏
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N-甲基-N-亚硝基脲(MNU)被用于水稻(Oryza sativa)受精卵的诱变。通过水稻辽盐6号成熟生殖器官的MNU体内同步处理及后代群体筛查, 确立了水稻两性生殖细胞的MNU诱变方法。与辽盐6号受精卵的MNU处理相比, 各组条件下两性生殖细胞的MNU处理明显使M1群体生长发育的指标降低及M1-M2群体中突变性状的发生率升高。两性生殖细胞在含有1.5 mmol∙L -1 MNU和10 mmol∙L -1 PO4 3-的缓冲液(pH4.8)中处理60分钟, 突变性状发生率是基于受精卵MNU处理的3倍。进一步筛查M3群体, 获得了包含新型植株和籽粒突变体的纯合突变体系列。研究结果表明, 水稻两性生殖细胞的MNU诱变可显著提高广谱诱变效率。该技术的应用可为水稻的未知功能基因鉴定和育种所需的各种突变体规模化开发提供高效的技术支撑。

不同激素对青钱柳外植体和愈伤组织褐化的影响
冯莹,钱莲文,林庆良
植物学报. 2019, 54(5):  634-641.  doi:10.11983/CBB18193
摘要 ( 364 )   HTML ( 0 )   PDF (1667KB) ( 41 )   收藏
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以青钱柳(Cyclocarya paliurus)叶片为研究材料, 采用单因素完全随机试验法比较不同激素(6-BA、GA3和NAA)浓度组合对叶片外植体褐化的影响; 在此基础上, 分别采用二因素、单因素完全随机试验法比较6-BA+NAA不同浓度组合、不同基本培养基对愈伤组织褐化的影响。结果表明, 改良MS+1.0 mg∙L -1 6-BA+1.0 mg∙L -1 GA3+0.3 mg∙L -1 NAA是抑制青钱柳叶片外植体褐化的最佳培养基, 其褐化率为0, 愈伤组织诱导率100%; 改良MS+0.5 mg∙L -1 6-BA+0.2 mg∙L -1 NAA是抑制愈伤组织褐化的最佳培养基, 其褐化率为0, 愈伤组织增殖倍数达4.80倍, 愈伤组织呈黄绿色或黄色, 颗粒状, 颗粒小而紧密、质硬且表面干燥。该方法有效解决了青钱柳叶片外植体和愈伤组织褐化问题, 为青钱柳组织培养褐化控制提供了一条简单高效的离体培养途径, 也为青钱柳叶片离体再生体系的建立奠定基础。

专题论坛
胞泌复合体在植物中的功能研究进展
李彤辉,刘晓楠,徐静,李师鹏,蒋苏
植物学报. 2019, 54(5):  642-651.  doi:10.11983/CBB18260
摘要 ( 177 )   HTML ( 0 )   PDF (1533KB) ( 31 )   收藏
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囊泡运输是真核生物的一种重要的细胞学活动, 广泛参与多种生物学过程。该过程主要包括囊泡形成、转运、拴系及与目的膜融合4个环节。目前已知9种多蛋白亚基拴系复合体参与不同途径的胞内转运过程, 其中, 胞泌复合体(exocyst complex)介导了运输囊泡与质膜的拴系过程。对胞泌复合体调控机制的认识主要源于酵母(Saccharomyces cerevisiae)和动物细胞的研究。近年来, 植物胞泌复合体的研究也取得了较大进展, 初步结果显示复合体在功能方面具有一些植物特异的调控特点, 广泛参与植物生长发育和逆境响应。该文主要综述胞泌复合体在植物中的研究进展, 旨在为植物胞泌复合体功能研究提供参考。

小麦根系特征对干旱胁迫的响应
苗青霞,方燕,陈应龙
植物学报. 2019, 54(5):  652-661.  doi:10.11983/CBB19089
摘要 ( 218 )   HTML ( 0 )   PDF (1241KB) ( 45 )   收藏
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干旱胁迫时, 小麦(Triticum aestivum)根系率先产生应激响应, 同时向地上部发出信号, 诱导地上部发生生理反应, 从而提高植株抗旱能力。根系构型包括平面几何性状和立体几何结构(即拓扑构型), 具有遗传稳定性和可塑性。干旱胁迫影响根系理化特性, 如根源化学信号、根系细胞酶类和根系渗透作用的响应。根系通过调整其解剖学结构和水分吸收动力等来适应干旱胁迫。该文从根系构型、理化特性和解剖学结构3个方面, 系统阐述了小麦根系特征对干旱胁迫的响应, 并探讨了其与干旱胁迫的关系和当前研究中存在的问题, 以期为相关研究提供参考。

植物响应联合胁迫机制的研究进展
郭倩倩,周文彬
植物学报. 2019, 54(5):  662-673.  doi:10.11983/CBB19100
摘要 ( 243 )   HTML ( 3 )   PDF (1159KB) ( 70 )   收藏
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自然界中, 植物通常面对多重联合胁迫。在全球气候变化日益加剧的背景下, 多重联合胁迫对植物生长发育及作物产量形成的不利影响日益显著。阐明植物响应和适应联合胁迫的生理与分子机制, 对人们理解植物对自然环境的适应机理, 及培育耐受联合胁迫的新品种有重要意义。研究表明, 植物响应联合胁迫的机制是特异的, 不能简单地从单一胁迫响应叠加来推断。植物遭受联合胁迫时, 各种生理、代谢和信号途径相互作用, 使得植物响应联合胁迫非常复杂。该文综述了植物响应联合胁迫的生理与分子机理的最新进展, 并阐述了植物响应联合胁迫的研究方法。

书评
林业技术推广在生态林业中的应用与发展——评《现代林业技术》
王玉宝,高占英,王睿,陈国梁
植物学报. 2019, 54(5):  674-674. 
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植物蛋白质S-亚硝基化修饰的检测与分析
陈立超, 詹妮, 李彦莎, 冯健, 左建儒
2019, 54(4): 497-502
水稻减数分裂染色体分析方法
程新杰, 于恒秀, 程祝宽
2019, 54(4): 503-508
利用低温水浴鉴定水稻苗期耐寒性
刘栋峰, 唐永严, 雒胜韬,罗伟, 李志涛,种康, 徐云远
2019 Vol.54(4): 509-514
2018年中国植物科学若干领域重要研究进展
钱前, 漆小泉, 林荣呈, 杨淑华, 董爱武, 左建儒, 陈凡, 萧浪涛, 顾红雅, 陈之端, 白永飞, 王小菁, 王雷, 姜里文, 种康, 王台
2019 Vol. 54 (4): 405-440
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