共生根瘤的固氮效率受外界氮素的严格调控。除固氮酶活性外, 豆血红蛋白(Lb)浓度亦是反应固氮能力的重要指标。为明确氮水平对生物固氮作用的影响, 以大豆(Glycine max)为材料, 在低氮(0.53 mmol·L^-1)条件下接种根瘤菌, 30天后再进行高氮(5.3、10、20、30和40 mmol·L^-1)处理7天, 分析Lb浓度、固氮酶活性及类菌体发育状态。结果表明, 随着外界氮浓度的增加, 根瘤由红变绿, 且红色Lb明显减少而绿色Lb急剧增加; 固氮酶活性显著被抑制, 类菌体中侵染细胞数目和面积显著下降, 表明高氮引起Lb形态的改变与固氮能力关系密切。利用生物信息学及公开表达谱等数据进行分析, 发现大豆根瘤中主要含有4个共生Lb基因, 即GmLb1、GmLb2、GmLb3和GmLb4。4个GmLbs亲缘关系很近且位于进化树的同一分支。进一步分析GmLb1-4转录水平对氮的响应, 结果表明, GmLb1-4的表达显著受高氮抑制。研究结果可为揭示氮介导根瘤衰老机制及生物固氮的应用提供依据。

转录因子MYB77与信号分子一氧化碳(NO)是侧根发育的重要调节因子, 但MYB77和NO在干旱胁迫下侧根发生中的作用及机制尚不明确。该文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型、AtMYB77缺失突变体Atmyb77-1及过表达株系AtOE77-1和AtOE77-3为材料, 研究了MYB77和NO在干旱胁迫下侧根发生中的作用。结果表明, AtMYB77受干旱胁迫诱导, AtMYB77缺失导致干旱胁迫下侧根发育相关基因CYCA2;1和CDKA;1表达下调, 同时Atmyb77-1的侧根数目和长度显著低于野生型, AtMYB77过表达则作用相反, 表明AtMYB77参与干旱胁迫下侧根发育的调控过程。干旱胁迫下, 拟南芥根系NO含量显著升高, NO合成关键酶NO合酶(NOS)和硝酸还原酶(NR)活性及基因表达上调, Atmyb77-1中NO含量、NOS和NR活性及基因表达量显著低于野生型, 而AtOE77-1和AtOE77-3根系NO含量及合成酶活性和基因表达量显著高于野生型。外施NO供体硝普钠(SNP)能缓解AtMYB77缺失对CYCA2;1和CDKA;1表达及侧根生长的抑制, NO清除剂或合成抑制剂则削弱AtMYB77过表达对侧根生长的促进作用。上述结果表明, AtMYB77通过促进NO合成参与干旱诱导的拟南芥侧根生长过程, 研究结果为深入解析干旱诱导侧根生长的信号转导机制和培育耐旱植物奠定了理论基础。

ABI3是ABA信号通路中关键的转录调控因子, 参与种子休眠、质体发育及苔藓耐干等重要生理过程, 在植物抗逆中发挥关键作用。以荒漠耐干苔藓——齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)为材料, 克隆了抗逆基因ScABI3并获得3个独立的pCAMBIA1301-ScABI3转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)纯合株系。结果表明, 转基因拟南芥叶片气孔孔径增大, 单位面积气孔数量减少, 植株水分利用效率提高; 在干旱处理14天后转基因拟南芥植株存活率显著高于野生型, 离体叶片失水率显著低于野生型。进一步研究发现, ScABI3转基因拟南芥通过提高自身活性氧(ROS)清除能力增强植株抗旱性。研究结果可为开发利用荒漠植物基因资源培育抗逆作物品种奠定基础。

舒茶早(Camellia sinensis cv. ‘shuchazao’)是皖西南产区一种茶树品种。为研究茶蚜取食为害诱导的茶树挥发物释放特征, 运用气相色谱-质谱联用技术, 比较了健康茶梢和蚜害茶梢的挥发物组成和相对含量。结果显示, 健康茶梢挥发物种类(16种)和相对含量较少, 而蚜害茶梢挥发物种类(24种)较为丰富且相对含量增大。对具有显著性差异的挥发物种类进行无监督式聚类分析, 结果表明, 健康茶梢和蚜害茶梢挥发物具有明显的聚类特征。基于差异显著挥发物建立了偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)模型。经实验验证, 此模型可较好地区分健康和蚜害茶梢(R²X=0.903, R²Y=0.875)。通过计算变量重要性投影, 结果表明, α-蒎烯、长叶烯-(V4)、苯甲醛、反-2-甲基-2-丁烯酸环丙烯酯、3-己烯醛、莰酮和癸醛这7种重要挥发物的相对含量整体变化对判别健康与蚜害茶梢具有重要作用。研究初步揭示了茶蚜为害茶树挥发物含量变化的特征, 可为制定茶蚜防控策略提供新的理论依据。

基因内部的简单重复序列(Genic-SSR)可在植物适应环境变化中发挥重要作用。通过对阿拉善5个样点多枝柽柳(Tamarix ramosissima)的转录组进行测序、组装和比较, 经CandiSSR软件分析, 共鉴定出代表157个基序类型的1 185个多态性Genic-SSR位点, 位于1 123个转录本中。其中, 三核苷酸重复序列(596, 50.30%)最多, 其次是二核苷酸重复序列(486, 41.01%)。定位分析表明, 分别有411、239和163个Genic-SSRs位于相应基因的CDSs、5′UTRs和3′UTRs; 78.47%的三核苷酸重复SSRs位于基因的CDSs, 94.07%的二核苷酸重复SSRs位于基因的UTRs; 在CDS中, AGC/GCT、AGG/CCT、AAG/CTT、CCG/CGG和ATC/GAT重复相对丰富, 占所有Genic-SSRs的64.48%; AG/CT和AT/AT是UTRs中最丰富的重复类型, 占UTR中所有Genic-SSRs的55.22%。功能注释表明, 含有多态Genic-SSRs的基因可注释到多个与植物逆境应答相关的GO条目和KEGG通路中。在随机选取的15个多态性SSR位点中, 14个被成功扩增, 共检测到64个等位基因。遗传多态性估算表明, 它们的期望杂合度(He)、观测杂合度(Ho)和多态性信息含量(PIC)平均值分别为0.553、0.421和0.493, 均属于中、高多态SSR标记, 表明利用RNA-seq技术开发SSR标记可行。

以芍药(Paeonia lactiflora)品种粉玉奴花药为外植体, 研究不同浓度2,4-D对愈伤组织诱导、体胚发生及植株再生的影响, 采用组织细胞学方法观察愈伤组织以及体细胞胚发育过程, 采用根尖染色体法鉴定再生植株倍性。结果表明, 芍药花药愈伤组织诱导的最适培养基为MS+1 mg·L^-12,4-D+1 mg·L^-1 NAA+0.1 mg·L^-1 KT+30 g·L^-1蔗糖+6.5 g·L^-1琼脂, 愈伤组织诱导率为14.7%。转入体细胞胚诱导培养基上, 历经球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚阶段, 体胚诱导率为52.1%; 在成苗培养基中能够长出真叶并得到完整植株, 成苗率为47.1%。经根尖染色体法鉴定出单倍体和二倍体植株。该研究初步建立了通过体细胞胚间接发生途径实现植株再生的培养体系, 可为芍药属其它品种的花药培养提供借鉴, 获得的再生植株是芍药遗传学研究和育种工作的重要材料。

为建立郁金樱(Cerasus serrulata var. lannesiana cv. ‘Grandiflora’)再生体系, 以多年生母株小叶、一年生嫁接苗小叶、腋芽诱导小叶和增殖一代小叶为外植体, 探讨不同外植体和植物激素组合对郁金樱愈伤组织诱导、不定芽分化、增殖和生根的影响。结果表明, 4种外植体均可诱导出愈伤组织, 除多年生母株小叶外皆分化出不定芽, 外植体幼化程度越高, 后期培养潜力越大。以增殖一代小叶为外植体效果最佳, 其最适愈伤组织诱导培养基为MS+0.5 mg·L^-16-BA+1.0 mg·L^-12,4-D, 诱导率达96.22%; 最佳分化培养基为MS+1.0 mg·L^-16-BA+0.1 mg·L^-12,4-D+0.1 mg·L^-1TDZ, 分化率达78.14%; 最佳增殖培养基为MS+1.0 mg·L^-16-BA, 增殖系数可达7.85; 最佳生根培养基为不含任何激素的1/2MS培养基, 生根率达100%。不同外植体获得的再生植株移栽成活后生长差异显著, 以增殖一代小叶诱导的再生植株长势最佳。

高等植物叶绿体中的基粒是由多个圆盘状类囊体堆叠在一起形成的特殊结构, 它的形成可以将光合蛋白复合体分配在类囊体膜的不同位置, 使类囊体膜具有横向异质性, 能有效进行光合作用。促进基粒形成的关键是使类囊体膜弯曲, 目前发现导致膜弯曲的关键因子是CURT1蛋白。该文对近年在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和蓝藻(Cyanobacteria)中有关CURT1蛋白的研究进展进行综述, 并对未来类囊体膜结构与功能的动态调控研究进行展望。

环境塑造的植物次生代谢产物富于变化, 也可能带有系统演化的信息。由于完整或具有系统学代表性的专属植物收集存在较大困难, 使得次生代谢产物与系统学的关联研究尚不多见。通过文献汇总获得了存在于丁香属(Syringa)植物根、茎、叶和花中的10类377个次生代谢产物, 主要涉及甲戊二羟酸途径、脱氧木酮糖磷酸酯途径以及莽草酸途径。在叠加丁香属的系统演化背景后发现: 在先分化的组系中特定类型次生代谢产物的优势度较高, 后继分化的组系成分优势度降低, 化学多样性呈增加趋势, 各类次生代谢产物的相对占比趋于均衡; 苯丙素类和环/裂环烯醚萜类化合物的表达具有明显的系统保守性。在叠加了地理分布跨度后发现: 部分后继分化的局域种比在先分化的广布种具有更为多样的次生代谢成分; 木脂素类成分的占比优势与环境胁迫相关。该文为化学多样性与进化的关联研究及次生代谢调控的系统性研究提供了新的启示。

植物病害严重威胁全球粮食生产, 研究植物对病原菌防御机制和病原菌对寄主作物的侵染过程和分子机制, 有助于改良植物种源使其获得持久抗性。近年来, 日渐增多的研究表明, 一些抗病蛋白需要转移到细胞核内才能启动免疫反应, 进而发挥抗病防御作用, 而细胞核质转运受体是实现这些抗病蛋白核质转运必不可少的“载体”。因此, 细胞核质转运及转运受体在抗病防御中发挥重要作用。该文在介绍植物抗病防御反应机制的基础上, 综述了细胞核质转运及核质转运受体在植物抗病防御反应中的作用研究进展, 并对未来的研究方向进行了展望。

种子休眠与萌发是截然不同而又紧密联系的两个生理过程, 也是植物生命周期中的关键阶段, 对自然状态下的植物物种繁殖与地理分布以及农业生产均具有重要意义, 且两个过程受不同内源激素和环境信号之间的精确互作调控。大量研究表明, 蛋白质磷酸化修饰作为一种重要的翻译后修饰方式, 参与调控种子休眠与萌发以及植物逆境胁迫响应等过程并发挥重要作用。该文简要介绍了蛋白质磷酸化、去磷酸化修饰过程及其功能, 系统总结了蛋白质磷酸化修饰在种子休眠与萌发过程中的调控作用, 并展望了未来的研究方向。

多光谱成像(MSI)技术是一种新兴的成像检测技术, 通过将光谱与成像合二为一, 可实现植物结构、生理、生化表型的定性定量分析及其特征分布的评估。近年来, 与数学建模分析结合的MSI技术具有强大的信息捕获能力, 在植物学研究中展现出强劲的应用潜力。该文介绍了MSI技术的成像原理, 总结了近年来MSI技术在植物损伤鉴定、病害研究、代谢物质生化特征及生理进程鉴定方面的应用, 展望了该技术在植物研究领域的前沿性发展, 以期使MSI技术在植物研究中得到更好的应用。