RNA干扰 (RNAi) 途径是植物广谱抗病毒的天然防御机制, 病毒则通过效应蛋白实现反防御。独脚金内酯 (strigolactones, SLs) 作为新型植物激素, 调控植物株型、耐逆性、菌根真菌共生及寄生病害, 但其抗病毒机制尚不明确。最新研究发现, 独脚金内酯信号在病毒与植物“攻防博弈”中发挥关键作用, 通过诱导转录因子 ONAC131 的表达, 与病毒响应蛋白 MID1 协同作用, 增强抗病毒 RNAi 反应; 而水稻草状矮化病毒 (RGSV) 的效应蛋白 P3 通过干扰独脚金内酯受体 D14 与 D3 的结合, 抑制独脚金内酯信号感知以削弱宿主防御; 精准编辑 D14 能有效提升 RGSV 抗性且不影响水稻 ( Oryza sativa) 产量, 研究揭示了独脚金内酯信号通路与 RNAi 途径协同抵御病毒入侵的新机制, 为作物抗病毒育种提供了精准靶点, 是植物病毒学领域的重大突破。鉴于此, 该文梳理了抗病毒 RNAi 途径及独脚金内酯途径的研究进展, 重点探讨独脚金内酯等植物激素在植物-病毒互作攻防中的调控功能并展望未来, 为靶向激素信号枢纽基因实现作物精准抗病育种提供新思路。

生长素响应因子 (ARFs) 作为生长素信号转导的核心转录因子, 深度参与生长素调控的植物花器官发育的全过程。该文综述了 ARFs 通过响应生长素信号, 在调控花器官分化 (如花原基起始和分生组织维持) 和形态建成 (萼片、花瓣、雄蕊、心皮发育及器官边界调控) 中的关键作用, 同时阐述了 ARFs 与 ABCDE 模型中的 MADS-box 基因之间的协同调控机制, 并揭示了其通过受 miRNA 的转录后调节以及与细胞分裂素等激素信号互作所形成的调控网络, 共同维持花发育稳态的分子基础, 为解析植物花发育的分子机制奠定理论基础, 为花卉分子育种提供理论依据。

为研究大豆( Glycine max)株型发育和形成的分子机制, 以大豆品种Williams 82为材料, 分别取长短日照下不同发育时期植株的顶芽和腋芽, 提取RNA后等量混合, 采用Gateway方法构建酵母双杂交核系统cDNA文库, 并对文库进行转录本多样性分析。结果表明, 构建的文库库容为1.2×10⁷ CFU, 插入片段重组率达100%且平均长度大于1 000 bp, 包含29 170个基因, 符合建库标准, 可用于后续的酵母双杂交筛选。以大豆开花期和株型重要调控因子SOC1a为诱饵, 构建pGBKT7-SOC1a诱饵蛋白表达载体, 经毒性和自激活活性检测后, 利用构建的大豆顶芽和腋芽cDNA文库进行筛选, 共获得32个阳性克隆。进一步通过DNA测序、BLAST比对和功能注释分析, 得到14个与SOC1a互作的候选蛋白。其中, 克隆了5个候选蛋白编码基因, 并将其构建到pGADT7载体上, 然后分别与pGBKT7-SOC1a进行一对一回转验证, 结果显示其中2个候选蛋白与SOC1a发生互作。进一步通过免疫共沉淀和荧光素酶互补实验证实了SEP2蛋白与SOC1a蛋白的互作关系。综上, 该研究成功构建了大豆顶芽和腋芽酵母双杂交核系统cDNA文库, 鉴定到与SOC1a互作的蛋白, 为从分子水平探究SOC1a调控大豆株型发育的机制奠定理论基础。

近年来, UGTs基因在植物响应非生物胁迫中的作用被逐渐揭示。基于转录组数据, 筛选出2个在低温胁迫下显著上调, 且与茶树( Camellia sinensis)花青苷合成相关的糖基转移酶基因 CsUGT73B4(CSS0039619)和 CsUGT85K5(CSS0047548)。为探究这2个基因在响应低温胁迫下调控茶树花青苷代谢的分子机制, 克隆了 CsUGT73B4和 CsUGT85K5并进行生物信息学分析, 通过拟南芥( Arabidopsis thaliana)过表达和茶树瞬时沉默实验验证其功能。结果显示, 低温胁迫下 CsUGT73B4/ CsUGT85K5基因的表达与花青苷积累呈正相关; 过表达拟南芥植株的花青苷含量和抗氧化酶活性显著提高, 丙二醛含量和相对电导率则显著下降; 在茶树中瞬时沉默 CsUGT73B4或 CsUGT85K5后, 花青苷含量及其合成相关基因的表达水平均显著下调。该研究初步探讨了茶树 CsUGT73B4和 CsUGT85K5基因的功能, 揭示了其通过调控花青苷代谢提高茶树抗寒性的分子机制, 为茶树抗寒分子育种提供了相关候选基因。

锰(Mn)是植物必需矿质元素, 其缺乏或过量均影响植物生长发育。鉴定植物中介导锰积累的关键基因并揭示其作用机制, 对于作物遗传改良以及锰污染生物修复具有重要意义。从镉(Cd)/锌(Zn)超积累植物伴矿景天( Sedum plumbizincicola)中克隆到1个阳离子扩散促进子(cation diffusion facilitator, CDF)家族成员基因 SpMTP10。其在酵母( Saccharomyces cerevisiae)中表达后能够极大地增强转化子对过量锰胁迫的耐受性, 同时转化子中锰积累增加, 但对镉、锌、铜(Cu)、铁(Fe)等其它金属元素过量胁迫的耐受性以及积累的作用不显著。亚细胞定位分析表明其定位于内质网膜。在拟南芥( Arabidopsis thaliana)中异源表达 SpMTP10使植物根部锰积累减少, 地上部锰积累增多, 且对过量锰胁迫更敏感。研究结果表明, SpMTP10可能通过促进锰向内质网的区隔增强酵母对过量锰毒害的耐受性。而在植物中表达后, SpMTP10介导锰向内质网转运则可能促进了内质网腔中锰通过胞间连丝进行细胞间迁移, 从而促进锰向根部维管组织移动并向茎部转运。

拟南芥 WRI1 ( WRINKLED1)是AP2/EREBP类转录因子基因, 调节糖酵解和脂肪酸生物合成途径之间的碳分配, 在植物生长发育和应激反应中起重要作用。通过构建野生型(WT)、 WRI1突变体( wri1-4)和过表达株系( WRI1-OE), 利用qRT-PCR和表型分析, 发现在热胁迫早期 WRI1显著上调表达, 高温下其过表达株系幼苗存活率较野生型增高且活性氧积累减少, 同时激活热激转录因子HSFA2及其下游 HSP101基因可减轻高温对种子萌发和根生长的抑制作用。研究结果表明, WRI1可增强幼苗耐热性, 主要通过调动核心调控因子 HSF-HSP以及降低活性氧含量减轻氧化损伤。该文揭示了 WRI1基因在高温胁迫下的跨通路调控功能, 为阐明植物响应高温胁迫的分子机制提供了新思路, 为培育耐高温品种提供了重要理论指导。

植物根系分泌的碳水化合物影响土壤微生物的碳源供给与代谢活性。为揭示耐盐植物根系分泌碳水化合物对盐胁迫强度的响应机制, 以耐盐牧草长穗偃麦草( Thinopyrum ponticum)为研究对象, 设置对照、轻度、中度和重度(土壤含盐量分别为0%、0.2%、0.4%和0.6%)四个盐(NaCl)胁迫强度, 采用非靶向代谢组学技术解析根系分泌碳水化合物的组成变化, 并探究其与根际土壤理化性质的关系。结果表明: (1) 与对照相比, 盐胁迫显著降低糖苷、氨基糖苷、D-氨基葡萄糖、2-O-甲基-L-岩藻糖及半乳糖苷5类碳水化合物的含量, 而显著增加葡萄糖含量; (2) 长穗偃麦草根系分泌的主要碳水化合物为糖苷, 相对丰度占比达(79.63±8.19)%, 其余5类化合物占比在(3.40±0.53)%–(4.57±1.61)%之间; (3) 轻度、中度和重度盐胁迫下根系分泌碳水化合物与对照相比均存在显著差异, 但轻度、中度、重度处理间无显著差异; (4) 根际土壤电导率和硝态氮含量是5类碳水化合物丰度下调的关键因素, 而土壤pH值是葡萄糖丰度上调的关键因素。综上, 长穗偃麦草可通过调节根系分泌碳水化合物的含量适应盐胁迫环境, 且这种调节作用与根际土壤理化性质密切相关。

红砂 ( Reaumuria soongorica) 是我国西北荒漠区广泛分布的耐盐旱生小灌木, 具有极强的生境适应性, 是研究植物抗逆分子机制的理想材料。以红砂基因组为参考, 鉴定其 AP2/ ERF基因家族成员, 并分析其系统发育、基因结构、保守基序、顺式作用元件、基因复制事件以及该家族成员在盐胁迫下的表达模式。结果表明, 红砂基因组中有70个 AP2/ ERF基因, 系统发育分析显示其可分为 AP2、 ERF、 DREB和 RAV亚家族; 其启动子区含有多种光响应、胁迫响应、生长发育和激素响应等顺式作用元件。红砂 AP2/ ERF基因非均匀分布在其基因组的11条染色体上, 其中63个基因由不同基因复制事件演化而来, 全基因组复制和分散复制是该基因家族扩张的主导因素。在盐胁迫下, 红砂 AP2/ ERF基因呈现不同的表达模式, 6个基因显著差异表达, 可能在红砂响应盐胁迫过程中发挥积极作用。该研究从基因组水平鉴定和分析了红砂 AP2/ ERF基因家族的特征, 旨在为进一步解析其在逆境适应中的分子功能奠定基础。

枸杞 ( Lycium barbarum) 是重要的经济林树种, 其扦插繁殖效率与不定根形成密切相关, 但枸杞不定根形成相关分子机制尚不明确, 制约了枸杞的规模化繁育及高效利用。以3种生根能力不同的枸杞品系 (L、M和H) 为材料, 通过水培实验分析其不定根发生过程中的转录水平差异。结果显示, 转录组分析鉴定出6 448个差异表达基因 (DEGs), 其中L-vs-H组DEGs数量最多, 达4 413个, 包括2 583个上调和1 830个下调基因。转录因子分析鉴定出281个转录因子, 以MYB、AP2/ERF和bHLH家族为主, 且表达模式存在差异。GO富集分析发现1 714个DEGs被富集到32个GO条目中, KEGG富集分析表明DEGs主要富集于苯丙烷生物合成和植物激素信号转导通路。其中, MYB19 (Lba07g01820) 是苯丙烷通路中的核心基因, TIR1 (Lba08g00069) 是植物激素信号转导通路中的核心基因, 推测它们在枸杞不定根发生过程中发挥重要作用。此外, 通过qRT-PCR验证了转录组数据的可靠性。该研究解析了枸杞不定根形成的转录调控网络, 初步揭示了枸杞不定根形成的分子机理, 为枸杞及其它木本植物的遗传改良提供了新的视角。

MicroTom番茄( Solanum lycopersicum ‘MicroTom’)是一种矮化模式植物, 因其具有较短的生命周期和清晰的遗传背景而广泛用于植物基因功能研究。传统基于组培的MicroTom番茄遗传转化体系存在效率低、转化周期长及操作复杂等缺陷, 限制了该体系的应用。该研究以2周龄MicroTom实生苗为材料, 在切除顶端子叶与真叶后, 用根癌农杆菌( Agrobacterium tumefaciens)菌液浸润下胚轴切口并诱导再生芽, 成功构建了一套高效的MicroTom番茄非组培遗传转化体系。结果显示, 切口处再生芽阳性率为28.6%, 4–5个月即可收获T ₀代番茄种子, T ₁代植株中外源基因表达比例达73.5%。与传统组培遗传转化体系相比, MicroTom番茄非组培转化体系转化效率显著提高, 转化周期缩短且操作流程简单, 为番茄果实性状基因功能解析提供了高效的技术平台, 对加快番茄分子育种进程具有重要意义。

以绣球花筑紫之风 ( Hydrangea macrophylla ‘Chikushi-no-kaze’) 无菌苗叶片为外植体, 探究不同叶位、暗培养时间及植物生长调节剂等对愈伤组织诱导、不定芽再生和增殖、壮苗生长及生根的影响。结果表明, 筑紫之风组培苗第3–5位叶 (中部成熟叶片) 为最佳取样叶位, 暗培养10–14天有利于愈伤组织诱导和不定芽再生, 最适培养基为MS+3.0 mg·L^–1 CPPU+0.1 mg·L^–1 2,4-D, 诱导率和再生率分别为97.78%和93.33%; 不定芽增殖最适培养基为MS+2.0 mg·L^–1 6-BA+0.1 mg·L^–1 IBA, 增殖系数达8.33; 壮苗生长最适培养基为MS+1.0 mg·L^–1 6-BA+0.1 mg·L^–1 IBA, 幼苗平均茎高为4.10 cm; 采用MS+0.3 mg·L^–1 IBA培养基进行生根培养, 生根率可达87.20%。该研究建立了绣球花筑紫之风离体再生技术体系, 为种苗快繁、品种改良和基因功能研究提供了技术支撑。

独花兰 ( Changnienia amoena) 是兰科单种属植物, 被列为国家二级珍稀濒危植物。独花兰既是珍贵的药用植物和潜在可开发的优良野生花卉资源, 也是研究兰科植物系统发育的优良材料。但由于独花兰野生资源匮乏, 目前缺少对其再生体系的研究。该研究以独花兰假鳞茎为外植体, 探索不同消毒方式、外植体切块方式、不同采集时间及植物生长调节剂浓度对外植体灭菌效果、不定芽诱导和组培苗生根的影响, 初步建立了独花兰再生体系。结果表明, 用 75% 乙醇处理 30 秒再用 0.1% 升汞溶液消毒 12 分钟为独花兰假鳞茎最佳消毒方法; 用不同切块方式处理假鳞茎皆能诱导不定芽, 但完整假鳞茎的诱芽率显著高于切块处理后的假鳞茎; 每年 5 月采集假鳞茎进行不定芽诱导效果最好。独花兰假鳞茎不定芽诱导最适培养基为 1/2MS+1.0 mg·L^–1 6-BA+0.5 mg·L^–1 NAA, 诱导率为 75.56%; 最适生根培养基为 1/2MS+0.4 mg·L^–1 6-BA+1.0 mg·L^–1 NAA, 生根率可达 93.33%; 组培苗经 50 mg·L^–1 6-BA 处理后移栽到腐殖土中覆膜炼苗 7 天, 可显著提高成活率, 最终成活率达 94.44%。

多肉植物形态多样、附加值高且抗逆性强, 但其产业化进程受制于繁殖系数低和种子量小等因素, 组织培养技术为突破这一困境提供了新路径。然而不同品种多肉植物所用的培养基不同增加了快繁体系构建的难度。因此, 该研究选取颜色和形状具有多样化的2个科3个属的多肉植物(红宝石( Echeveria ‘Pink Rubby’)、赤鬼城( Crassula fusca)以及鼠尾掌( Disocactus flagelliformis))为实验材料, 建立叶(或茎)普适的外植体消毒法、不定芽分化、不定芽生根(传统和开放式组培法)和移栽的组织培养体系, 以及多肉植物的冰冻切片技术, 以便分析组培苗与盆栽苗的解剖结构差异。结果表明, 最适通用叶(或茎)分化芽和芽生根培养基分别为MS+3.0 mg·L^–1 6-BA+0.8 mg·L^–1 NAA(诱导率达95%以上)以及MS+4.0 mg·L^–1 IBA+2.0 mg·L^–1 NAA+0.4 mg·L^–1 KT(开放式培养时添加0.3 mL·L^–1 S206, 生根率达90%以上); 最适通用移栽基质为草炭土:沙=2:1(v/v), 成活率达99%以上。3种多肉植物组培苗的上表皮厚度均显著小于实生苗, 仅1种植物(鼠尾掌)维管束面积远小于实生苗, 而在维管束数量方面组培苗占据优势。建立的冰冻切片技术采用普通胶水包埋, 价格低廉且简便易操作, 普适性强。该研究为多肉植物的快速繁殖和移栽驯化提供了实践参考。

丛枝菌根真菌 (AMF) 能与约 80% 的陆生植物形成共生关系, 通过根内独特的丛枝结构与宿主细胞紧密接触, 建立双向养分交换界面。这种互惠机制不仅增强了植物的抗逆性, 还重塑了生态系统的养分循环。与病原真菌类似, AMF 的细胞壁也主要由几丁质和 β-葡聚糖组成, 它们均是诱导宿主植物免疫反应的主要模式分子。菌根真菌如何有效躲避宿主植物的免疫反应目前尚不清晰, 但病原真菌分泌的效应蛋白对抑制植物的免疫反应具有重要作用。在丛枝菌根共生过程中, 大量效应蛋白被诱导表达, 这些效应蛋白可能也会抑制植物的免疫反应, 促进菌根真菌对宿主植物的侵染过程。该文对 AMF 效应蛋白的研究现状进行了阐述和总结, 展望了未来的研究方向与挑战。对效应蛋白的研究有助于阐明 AMF 对共生过程建立和维持的调控机理, 加深对互作双方的全面了解, 选育具有最适共生效率的菌株和植物品种, 从而促进农业可持续发展。

叶色突变体是由于基因突变致使叶绿素合成或降解异常, 进而导致叶片颜色改变的突变类型。叶色突变体不仅是解析光合与叶绿体发育机制的工具, 还是挖掘药用成分合成调控网络的关键材料, 在功能基因组学研究、分子标记辅助育种及高活性成分药用种质创制中应用前景广阔。尽管叶色突变体研究已取得一定成果, 但仍面临突变体筛选效率低、部分基因功能不明及多组学数据整合不足等问题。该文聚焦药用植物叶色突变体, 系统阐述其诱发途径、突变分子机制及特色应用, 凸显药用植物在次生代谢调控中的研究价值。叶色突变体诱发方式分为自发突变和人工诱发突变, 后者涵盖物理、化学和生物诱变, 各有优劣。在分子机制上, 叶绿素合成与降解关键基因突变导致色素代谢失衡, 叶绿体发育相关基因异常影响叶绿体结构与功能, 光合作用基因变异改变光能捕获与转化效率, 转录因子与光信号/激素通路协同调控叶色。在药用植物中, 叶色突变常伴随光合效率变化, 通过能量供应、碳氮分配及代谢前体共享, 重塑叶绿素代谢-次生代谢网络, 进而调控黄酮类、萜类及生物碱等药用次生代谢产物的合成与积累。未来需依托CRISPR基因编辑等技术, 结合多组学整合与人工智能筛选, 重点突破药用成分合成的光调控机制, 以期推动濒危物种遗传改良及高活性成分品种培育。