园艺植物包括花卉、蔬菜、果树、部分瓜类(如西瓜(Citrullus lanatus)和甜瓜(Cucumis melo))和茶树(Camellia sinensis), 在植物分类上涉及大量物种。园艺植物的基因组学和遗传学研究具有重要的理论价值和经济意义。基因组测序技术及相关生物信息学工具的发展为园艺植物基因组和分子生物学研究注入了新的活力。睡莲是一种重要的花卉植物, 除了具有观赏价值, 其进化地位也非常特殊, 属于一种早期被子植物类群。最近, 蓝星睡莲(N. colorata)的高质量基因组图谱绘制完成。通过系统分析和比较睡莲基因组与其它被子植物的基因组, 研究者阐明了睡莲的进化位置及相关进化事件。所获得的高质量基因组序列将有助于园艺植物研究者开展深入的分子遗传学研究, 鉴定到控制和调控花器官、花色花香及品质等众多性状的功能基因, 从而推动基础研究的快速发展和加快新品种创制。

以半矮秆育种为代表的“绿色革命”极大地提高了作物产量, 但也带来氮营养利用效率降低的严重问题。“绿色革命”主要基于调控赤霉素的代谢和信号转导而实现。前期的研究发现, 赤霉素信号转导关键因子DELLA蛋白通过调控GRF4而负调控氮素的吸收利用, 为半矮秆品系氮利用效率低的问题提供了解决方案。最近的一项研究进一步揭示了GA信号途径与氮响应交叉互作的新机制。该研究发现水稻(Oryza sativa) NGR5是氮素调控分蘖数目的一个关键基因, 其表达受氮诱导。通过招募PRC2, NGR5对D14和OsSPL14等分蘖抑制基因所在位点进行H3K27me3甲基化修饰, 从而抑制其表达。而在半矮秆背景下超表达NGR5可以提高低氮水平下的水稻产量。NGR5同时也被发现为赤霉素受体GID1的一个新靶标, 受到其负调控。该研究发现了调控赤霉素信号通路的新机制, 并对高产高效的新一代“绿色革命”育种实践具有重要启示。

为明确昆虫抗冻蛋白基因转入甘薯(Ipomoea batatas)后是否能提升其抗冻能力, 进而为培育甘薯抗冻育种材料奠定基础, 将黄粉虫(Tenebrio molitor)抗冻蛋白基因TmAFP导入植物基因表达质粒, 经农杆菌介导的遗传转化获得抗冻甘薯新材料。以甘薯品种Huachano为受体材料建立甘薯植株高效再生体系, 并采用不同成分的体细胞胚成熟培养基培养胚性悬浮细胞。胚性愈伤组织对除草剂的敏感性测试结果表明, 转基因阳性植株筛选的最适培养基为MS+0.2 mg·L ^-12,4-D+0.8 mg·L ^-1GAP+100 mg·L ^-1Carb。将表达质粒分别转化Huachano后共获得7个胚性愈伤团并最终获得42株再生抗性植株, 其中转pSUIBEV3-AFP有23个株系, 转pCAMBIA-AFP有19个株系, 经PCR、Southern杂交和RT-PCR检测后证实TmAFP基因已整合至甘薯基因组中并获得表达。将转基因甘薯及对照植株在-1°C下处理15小时后转移至室温, 结果表明, 转基因甘薯植株的抗冻能力显著提升。

冬春季节低温伤害是影响茶树(Camellia sinensis)生产的重要因素。以茶树盆栽苗为试验材料, 通过喷施不同浓度的γ-氨基丁酸(GABA)、绿藻粉和竹醋液溶液, 研究低温胁迫下3种外源物质对茶树耐寒能力的影响, 并对蔗糖代谢关键基因SPS、SUS4、INV4和INV5表达量及耐寒相关生理指标进行分析, 解析外源物质影响茶树耐寒性的生理与分子机制。结果表明, 低温胁迫下, 用不同浓度GABA、绿藻粉和竹醋液喷施处理茶树盆栽苗叶片, 其冻害指数和相对电导率显著低于对照; 可溶性糖含量显著高于对照, 以10 mmol·L ^-1GABA、0.22 mg·mL ^-1绿藻粉及2.5 mg·mL ^-1竹醋液处理效果最佳。低温胁迫下, 与清水处理相比, 分别用10 mmol·L ^-1GABA、0.22 mg·mL ^-1绿藻粉或2.5 mg·mL ^-1竹醋液处理茶树盆栽苗后, 茶树苗丙二醛含量显著降低, 抗氧化酶活性显著提高; 叶片叶绿素、可溶性糖和脯氨酸含量显著增加, 蔗糖含量在处理72小时后分别增加了15.24%、11.39%和5.97%; SPS、SUS4、INV4和INV5基因的表达量显著升高。实验结果表明, GABA、绿藻粉和竹醋液能显著增强茶树的耐寒性。研究结果可为茶树抗寒剂的筛选提供理论依据。

前期研究发现线粒体交替氧化酶(AOX)呼吸途径对叶绿体光系统II (PSII)的光抑制有明显的缓解作用。线粒体内另一条呼吸途径——细胞色素氧化酶(COX)呼吸途径是否也具有光保护作用尚不清楚。该文通过荧光快速诱导动力学和荧光淬灭分析, 解析了烟草(Nicotiana tabacum)叶片中COX途径对PSII光保护的贡献及其与AOX途径的关系。结果表明, 强光处理后PSII活性在所有叶片中均下降。AOX途径受抑明显加速了叶片PSII活性的下降。而当COX途径受抑后, 叶片PSII活性的下降与水处理的对照叶片无明显差异。当AOX途径与COX途径同时受抑时, 叶片PSII活性的下降比单独抑制AOX途径时更严重。此外, 呼吸电子传递受抑均导致叶片非光化学淬灭(NPQ)增加, AOX途径受抑导致的NPQ上调比COX途径受抑时更明显, AOX和COX途径同时受抑时NPQ的增幅最大。上述结果表明, 烟草叶片中COX途径和AOX途径均参与PSII的光保护。当COX途径受抑时, 其光保护功能可以被AOX途径和NPQ补偿, 而AOX途径的光保护作用不能被COX途径和NPQ完全补偿。

MYB转录因子具有多种生物学功能, 在植物响应生物和非生物胁迫中发挥重要作用。该文从盐胁迫后的甘薯(Ipomoea batatas)水培苗转录组数据(RNA-seq)中筛选出2个受盐胁迫显著上调表达的MYB基因, 分别命名为IbMYB3和IbMYB4。多种非生物胁迫和植物生长物质处理下的基因表达分析显示, IbMYB3受逆境诱导显著上调表达, 暗示其可能参与甘薯非生物胁迫响应。生物信息学分析表明, IbMYB3开放阅读框长度为1 059 bp, 编码353个氨基酸残基, 蛋白分子量为39.41 kDa, 理论等电点(PI)为5.26, 为酸性带负电的亲水性蛋白。亚细胞定位结果表明, IbMYB3蛋白定位于细胞核, 具有较强的转录激活活性。上述结果表明, IbMYB3转录因子可能在甘薯非生物胁迫响应过程中发挥重要调控作用, 研究结果为进一步探明IbMYB3基因的功能奠定了基础。

盐胁迫是植物种子萌发与植株生长的重要限制因子。以羽衣甘蓝(Brassica oleracea var. acephala)名古屋为材料, 研究不同盐分对其种子萌发的影响, 探索水杨酸(SA)及其合成抑制剂氨基茚磷酸(AIP)处理对羽衣甘蓝种子萌发的调控效应。实验结果表明, 150与200 mmol·L ^-1 NaCl处理后的羽衣甘蓝种子活力显著降低。盐胁迫显著降低种子的吸水速率、种子活力与幼苗质量, 降低苯丙氨酸裂解酶活性与内源SA含量, 提高过氧化氢(H₂O₂)与超氧阴离子(O₂ ^-.)含量。SA可以缓解盐胁迫对羽衣甘蓝种子活力的抑制作用, 通过促进内源SA合成, 从而提高种子吸水率与种子活力, 促进种子对K ⁺、Mg ²⁺的吸收, 降低Na ⁺含量。此外, 外源施加SA能够显著增强超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性, 降低H₂O₂与O₂ ^-.的积累。相反, 氨基茚磷酸(AIP)处理能够增强盐胁迫对种子萌发的抑制作用, 推测这与AIP处理能够显著降低种子内源SA含量密切相关。研究表明外源SA主要通过提高保护酶活性、降低活性氧积累和维持体内离子平衡来增强羽衣甘蓝的耐盐性。

蛋白互作在细胞生命活动中发挥关键作用, 在不同时空层面上参与多种细胞学过程, 因此研究蛋白互作对理解分子调控网络至关重要。通常情况下, 利用酵母双杂交系统筛选植物蛋白互作必须通过体外和体内系统进行验证。Pull-down和Co-IP是验证植物蛋白互作的常用技术。Pull-down被广泛用于体外验证蛋白间的直接互作; 而在植物活体内, 利用本氏烟草(Nicotiana benthamiana)叶片瞬时表达蛋白, 继而通过Co-IP进行鉴定是目前验证蛋白互作最简单且最有效的方法之一。该文对GST Pull-down和烟草瞬时表达系统中Co-IP技术原理及实验方案进行详细描述, 以期为验证植物蛋白互作提供参考。

蛋白质-蛋白质相互作用在真核生物的各项生命活动中发挥重要作用。与其它蛋白质互作研究技术相比, 借助于烟草(Nicotiana benthamiana)瞬时表达系统的萤火素酶互补实验(LCA)具有简单、灵敏、可靠、高效和低背景等优点, 并可轻松扩展为大规模蛋白质互作的筛选和验证研究。该文介绍了萤火素酶互补实验的具体操作过程, 通过2种数据收集方法来定性并定量分析生物发光或发光强度, 从而检测植物目标蛋白之间的相互作用。

蛋白磷酸化是一种重要的蛋白质翻译后修饰方式, 几乎参与植物所有生命过程的调节。蛋白磷酸化过程主要指在蛋白激酶的催化作用下, 将三磷酸腺苷(ATP)上的γ位磷酸基团转移到底物蛋白特定氨基酸残基上的过程。底物蛋白上被磷酸化的常见氨基酸有丝氨酸、苏氨酸及酪氨酸, 磷酸基团与氨基酸中的羟基通过酯键连接。该文详细描述了几种常用的蛋白质体外及体内磷酸化的检测方法及注意事项。

SUMO化是一种重要的蛋白质翻译后修饰, 对植物正常生长发育不可或缺。到目前为止已筛选到上千个可能的SUMO底物, 但由于SUMO化修饰水平普遍很低, 其生物学功能研究相对较少。该文详细描述了检测蛋白SUMO化修饰的常用方法, 包括体外和体内SUMO化实验, 以及SUMO化修饰位点的检测方法, 旨在为深入研究植物蛋白SUMO化修饰提供技术支持。

为进一步优化怀牛膝(Achyranthes bidentata)细胞悬浮培养条件, 对接种量、继代周期、pH、光照及Cu ²⁺等多种影响因子的作用效果进行了研究, 以提高怀牛膝细胞生长量及牛膝多糖含量。结果显示, 接种量50 g·L ^-1、继代周期14天, pH5-6和光照培养可以使细胞保持良好的生长状态及多糖合成能力; 添加50 μmol·L ^-1Cu ²⁺, 细胞的干重最大, 可达44.63 g·L ^-1, 多糖含量也最高, 为4.02 mg·g ^-1。

自然界中植物的生长发育受到各种环境变化的影响。为了响应外界各种环境条件, 植物演化出一系列识别和传递环境信号的蛋白分子, 其中比较典型的是植物细胞质膜上的类受体蛋白激酶(RLKs)。凝集素类受体蛋白激酶(LecRLKs)是类受体蛋白激酶家族中的一个亚族, 它主要包含3个结构域: 细胞外凝集素结构域、跨膜结构域和细胞内激酶结构域。根据细胞外凝集素结构域的不同, LecRLKs可分为3种不同类型: L、G和C型。近年来, 研究表明LecRLKs在植物生物/非生物胁迫和发育调控中发挥非常重要的作用。该文综述了植物凝集素类受体蛋白激酶的研究历史、结构特点、分类以及生物学功能, 并重点阐述凝集素类受体蛋白激酶在植物生物/非生物胁迫响应和调控发育方面的功能。对不同类型和不同功能的植物凝集素类受体蛋白激酶进行阐述将有利于对该类蛋白开展功能研究, 并为作物改良提供有益借鉴。

薄壳山核桃(Carya illinoensis)富含酚类代谢物, 具有显著的抗氧化活性。近年来, 我国薄壳山核桃产业快速发展, 种植面积迅速扩大。明确薄壳山核桃中的酚类代谢物组成及保健功效对于促进健康产业发展具有重要意义。迄今为止, 从薄壳山核桃中已检测出酚类代谢物67个, 其中包括单宁36个、类黄酮22个、酚酸9个, 水解后检测出酚类代谢物苷元34个。该文主要对薄壳山核桃酚类代谢物的组成、提取方法、含量、药理活性及与采后贮藏特性的关系进行综述, 以期为今后深入研究薄壳山核桃酚类代谢物与其生理活性的关系及挖掘薄壳山核桃酚类代谢物的保健价值提供依据。