水稻(Oryza sativa)细菌性穗枯病是世界性的重要病害之一, 严重威胁全球范围水稻的高产稳产。虽然该病目前仍被列为我国的检疫性病害, 但近几年的研究表明, 穗枯病随时有在内地蔓延的潜在危险, 因此除了加强检疫工作, 开展针对性的防控技术研发也十分必要。水稻细菌性穗枯病菌在侵染过程中涉及多种毒力因子, 同时, 水稻在与病原菌的长期互作过程中演化出了多种防卫机制, 抗性基因是主要的防卫机制之一。挖掘水稻基因组中抗细菌性穗枯病遗传位点并培育抗病品种是最安全且经济有效的防治途径。该文综述了水稻细菌性穗枯病的病原菌特性、发病特征、发病机制、病害循环和对水稻细菌性穗枯病的抗性研究现状, 以期为挖掘和分离水稻穗枯病抗性位点提供参考。

稻瘟病是世界上影响水稻(Oryza sativa)粮食生产的主要病害之一, 抗病基因的发掘与利用是抗病育种的基础和核心。随着寄主水稻和病原菌稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)基因组测序和基因注释的完成, 水稻和稻瘟病菌的互作体系成为研究植物与真菌互作的模式系统。该文对稻瘟病抗病基因的遗传、定位、克隆及育种利用进行概述, 并通过生物信息学分析方法, 探讨了水稻全基因组中NBS-LRR类抗病基因在水稻12条染色体上的分布情况, 同时对稻瘟病菌无毒基因的鉴定及无毒蛋白与抗病蛋白的互作进行初步分析。最后对稻瘟病抗病基因研究存在的问题进行分析并展望了未来的研究方向, 以期为水稻抗稻瘟病育种发展和抗病机制的深入理解提供参考。

复杂多变的自然环境使植物进化出许多适应策略, 其中由局部胁迫引起的系统响应广泛存在, 精细调节植物的生长发育和环境适应能力。植物系统响应的诱导因素首先引起植物从局部到全株范围的信号转导, 这类信号称为系统信号。当受到外界刺激时, 植物首先在受刺激细胞内触发化学信号分子的变化, 如茉莉酸和水杨酸甲酯等在浓度和信号强度方面发生变化; 进而, 伴随着一系列复杂的信号转换, 多种信号组分共同完成系统响应的激活。植物激素、小分子肽和RNA等被认为是缓慢系统信号通路中的关键组分, 而目前也有大量研究阐释了由活性氧、钙信号和电信号相互偶联组成的快速系统信号通路。植物系统信号对其生存和繁衍至关重要, 其精确的转导机制仍值得深入研究。该文综述了植物响应环境的系统信号转导研究进展, 对关键的系统信号组分及其转导机制进行了总结, 同时对植物系统信号传递的研究方向进行了展望。

磷脂酸(PA)是应答多种生理过程的第二信使, 其作为一个脂质信号快速积累从而响应多种环境。PA主要通过磷脂酶D (PLD)和磷脂酶C/甘油二酯激酶(PLC/DGK)途径产生。基于PLDs的生化特性、激活机制以及在不同类型胁迫下被激活的特定同种型的差异, 不同类型胁迫下会产生特定分子种组成的PA。PA在多种环境下起信号转导作用, 在调节气孔运动中, PA的作用模式主要是通过与多种蛋白结合, 激活或抑制这些蛋白的活性, 进而执行其信使功能。该文主要综述PA的生化特性以及信号途径中PA互作蛋白的研究进展, 并提出PA研究中亟待解决的问题及今后的重点研究方向。

近年来霜冻对我国果树产业的影响越来越大, 建立科学的模拟霜冻程序对于加强果树霜冻基础研究十分必要。基于对大田霜冻天气的实际观测, 分析了自然霜冻在降温速度、低温极限、升温速度以及霜后光照条件方面的特点, 建立了用于实验室环境下的霜冻处理程序。结果表明, 霜冻发生时气温的变化主要包括降温、低温维持和升温3个阶段。降温和升温阶段气温的变化近似线性; 霜后一般伴随较强的光照。经研究确定模拟霜冻条件为: 黑暗环境下, 气温在30分钟内从室温(20°C)降到5°C, 在5°C维持30分钟, 之后以0.8°C·h ^-1的速度降到-2°C, 在-2°C维持2小时, 再以4.7°C·h ^-1的速度回升到5°C结束霜冻处理。霜冻处理后的恢复条件为气温16°C及光强800 μmol·m ^-2·s ^-1。

以毛桃(Amygdalus persica)实生苗为试材, 研究干旱胁迫下, 钼酸铵处理对钼辅因子硫化酶编码基因(LOS5/ABA3)表达量、脱落酸(ABA)含量及抗旱相关生理指标的影响。结果表明, 干旱胁迫下, 喷施不同浓度钼酸铵处理毛桃实生苗叶片, 其含水量及叶绿素和脯氨酸含量显著高于对照, 且以0.04%钼酸铵处理效果最好; 电解质渗漏率显著低于对照。干旱胁迫下, 与对照相比, 喷施0.04%钼酸铵的毛桃实生苗叶片中LOS5/ABA3表达量显著提高; ABA含量、水分利用效率和净光合速率均高于对照, 蒸腾速率低于对照, 且差异显著; 叶片抗氧化酶活性显著升高, MDA含量显著降低; 离体处理的叶片质量损失减缓, 且差异显著。研究表明毛桃实生苗在干旱胁迫下喷施钼酸铵可通过上调钼辅因子硫化酶编码基因的表达水平, 提高叶片中ABA和脯氨酸含量及抗氧化酶活性, 从而缓解干旱胁迫下的细胞膜氧化伤害, 降低叶片失水速率, 减轻干旱胁迫对毛桃实生苗的伤害。

香叶基香叶基焦磷酸合酶(GGPPS)是植物二萜类次生代谢物合成过程中的重要调控位点。在药用模式植物丹参(Salvia miltiorrhiza)中, GGPPS基因家族成员SmGGPPS2的生物学功能及其在丹参酮有效成分合成过程中的作用尚不明确。分别在丹参植株中过表达和RNA干涉SmGGPPS2基因, 并对转基因丹参中丹参酮含量和丹参酮合成相关基因表达量 以及转基因植物生理指标进行检测, 结果表明, 过表达SmGGPPS2株系中的丹参酮IIA和铁锈醇等脂溶性成分含量高于野生型; RNA干涉SmGGPPS2株系中的丹参酮IIA和铁锈醇等脂溶性成分含量均低于野生型。调节表达SmGGPPS2后, 丹参株系中SmHMGR1和SmCPS1等多个关键酶基因的表达都呈现明显的变化。此外, 调节表达SmGGPPS2还影响丹参植株抗性。以上结果表明, SmGGPPS2在丹参酮等萜类物质的合成中起重要的调控作用。

为探究棉粕对盐碱胁迫下棉花(Gossypium hirsutum)的抗盐碱机理, 通过田间试验, 研究添加不同棉粕用量对8 g·kg ^-1盐碱胁迫下棉花生理及生长的补偿效应。结果表明, 添加棉粕能够增加盐碱胁迫下棉花不同器官对K ⁺的吸收, 降低对Na ⁺的吸收, 维持盐碱胁迫下细胞内K ⁺和Na ⁺的平衡, 显著促进棉花生长, 提高叶片叶绿素含量和光合作用效率, 有效缓解盐碱胁迫对棉花的伤害。其中, 以添加6 000 kg·hm ^-2棉粕处理的效果最显著, 且盐胁迫下棉粕的改良效果较好。主成分分析结果表明, 盐碱胁迫下棉花生长生理的主要影响因子为叶片K ⁺/Na ⁺比值、根长、鲜重、干重和胞间CO₂浓度(C_i)。

为鉴定水稻(Oryza sativa)响应缺铁的根冠长距离信号转导物质, 采用TMT标记技术分析了不同浓度铁处理下水稻韧皮部汁液的蛋白质组学变化, 共鉴定出206个差异蛋白, 其中54个蛋白表达丰度上调, 152个蛋白表达丰度下调。差异蛋白的KEGG通路分类主要包括激素信号代谢、谷胱甘肽代谢、碳代谢以及mRNA转运等代谢途径。此外, 对差异蛋白对应的生理指标进行测定, 发现激素、蔗糖、谷胱甘肽和转运蛋白等在缺铁条件下变化显著, 后续对这些差异蛋白的功能研究有助于揭示水稻响应铁素营养的长距离信号途径。

油菜素甾醇(BR)作为植物内源激素, 广泛参与植物的生长发育过程及逆境应答。虽然BR调控生长发育的分子机制目前已相对清楚, 但在水稻(Oryza sativa)中, BR在逆境反应中的功能还鲜有报道。该研究系统分析了BR在高盐胁迫过程中的作用, 表明盐胁迫和逆境激素脱落酸可抑制BR合成基因D2和D11的表达, 典型的BR缺陷突变体(如d2-2和d61-1)则表现出对盐胁迫敏感性增强。此外, 通过对BR核心转录因子OsBZR1的过表达株系进行分析, 发现BR可显著诱导OsBZR1的去磷酸化, 盐胁迫对OsBZR1蛋白的积累水平和磷酸化状态均有调控作用。转录组数据分析表明, BR处理前后差异表达基因中有38.4%同时受到盐胁迫调控, 其中91.5%受到BR和高盐一致调控, 并显著富集在应激反应过程中。研究结果表明, BR正调控水稻的耐盐性, 而盐胁迫通过抑制BR合成来限制水稻的生长。

蛋白磷酸化修饰是植物细胞信号调控的普遍机制。植物-病原微生物互作过程中, 关键调控蛋白的磷酸化状态影响免疫信号的激活。多种病原微生物通过干扰宿主蛋白的磷酸化状态攻击免疫系统, 以提高致病性。该文对植物免疫调控过程中关键元件的磷酸化修饰及其在免疫信号中的调控作用进行了综述。研究植物-病原菌互作过程中关键蛋白的磷酸化修饰, 有助于深入探讨植物-病原微生物互作的分子机理。该文将为寻找广谱抗病的新途径提供理论依据。

随着全球气候变暖加剧, 农作物面临更加严峻的高温威胁。高温胁迫影响作物生长发育各个阶段, 其中花粉发育过程对高温胁迫最为敏感, 因此花粉高温应答机制成为当前植物学研究热点。研究表明, 花粉可以通过质膜上的钙离子通道、内质网中的未折叠蛋白反应、活性氧积累以及H2A.Z等机制感知高温胁迫, 并通过调控热激蛋白表达、糖代谢、激素水平及活性氧清除能力适应高温胁迫。该文从高温对花粉发育的影响、花粉高温胁迫应答机制以及花粉高温胁迫研究的实验设计等方面进行综述, 旨在为相关研究提供借鉴。

NLR蛋白是存在于植物和动物中的一个免疫受体大家族, 具有核苷酸结合域并富含亮氨酸重复序列。植物NLR通过识别病原菌特异效应子开启免疫信号转导。第1个植物NLR抗性蛋白于25年前克隆, 但其激活机制仍不清楚, 至今仍未获得一个完整的NLR蛋白结构。最近, 柴继杰、周俭民和王宏伟实验室合作解析了第一个植物完整NLR ZAR1激活前后的结构, 研究成果以两篇论文形式发表在“科学”杂志上, 填补了NLR介导的免疫信号转导研究领域的空白。该文简要总结了相关研究进展, 讨论了NLR免疫信号转导研究领域尚需解决的问题。

以纳他霉素为抑菌剂, 实验测定了离体条件下不同浓度纳他霉素对胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)的孢子萌发及菌丝生长的抑制效果, 以及活体损伤接种炭疽病菌后, 纳他霉素对芒果(Mangifera indica)果实炭疽病的防治效果。通过测定纳他霉素处理后胶孢炭疽菌的细胞膜相对渗透率、可溶性蛋白含量、细胞膜完整性、孢子内活性氧水平和线粒体分布情况, 初步探明其抑菌机理。结果表明, 3 mg∙L ^-1纳他霉素可显著抑制胶孢炭疽菌孢子萌发、芽管伸长和菌落生长, 80 mg∙L ^-1纳他霉素可有效抑制芒果贮存过程中果实炭疽病斑的扩展。纳他霉素处理后胶孢炭疽菌细胞膜相对渗透率和可溶性蛋白含量增加; 2 mg∙L ^-1纳他霉素处理8小时, 处理组胶孢炭疽菌孢子细胞膜损伤染色率为33.6%, 对照组染色率为13.9%; 处理组胞内活性氧产生染色率达46.9%, 比对照组高39.7%; 同时观察到纳他霉素使胞内线粒体分布不均且荧光信号微弱。以上结果表明, 纳他霉素可以破坏胶孢炭疽病菌细胞膜, 诱导活性氧大量积累, 并降低线粒体活性, 从而干扰菌体正常生理活性, 使其代谢活动受影响, 从而达到抑菌目的。

高效准确鉴定苗期耐寒性是水稻(Oryza sativa)耐寒研究的前提。基于流动水浴温度均一这一特性, 建立了一种恒温水浴鉴定水稻幼苗耐寒性方法。该方法中环境温度设定为20°C, 水浴温度设定为4°C。根据对2个水稻亚种不同材料的处理结果, 总结出几种常见品种的低温处理时间与存活率参考值, 并对操作过程中的一些注意事项进行了说明。