最新研究发现, 茄科植物中的番茄组与类马铃薯组的祖先物种, 通过一次古老的同倍杂交物种形成事件, 产生了具有“马铃薯/土豆”这一创新性状的马铃薯组祖先物种。这一杂交事件不仅带来了关键创新性状, 还触发了新生态位的开拓, 并最终导致马铃薯组物种的爆发式产生。该研究连同近年来的相关案例, 共同揭示了“交替继承双亲高分化等位基因以产生创新性状”这一同倍杂交物种形成分子机制的普适性。这些发现对于修订传统的二分枝物种形成模型以及推动生物人工育种范式的革新具有重要意义。

该研究旨在建立万寿菊(Tagetes erecta)花冠高效瞬时转化体系并探究调控花器官对称性形成关键基因TeCYC2c启动子活性。以CaMV35S启动子与GUS基因的融合表达载体瞬时转化万寿菊花冠, 探究菌株类型、菌液浓度、侵染时间和共培养时间对GUS基因瞬时转化效率的影响, 结果显示GV3101菌株的侵染效率最高; 菌液浓度OD₆₀₀为1.0转化效率最高; 侵染时间对瞬转效率无显著影响; 共培养1天为最佳培养时间。基于建立的万寿菊花冠瞬时转化体系, 对TeCYC2c基因启动子活性进行探究。克隆了TeCYC2c基因上游1 735 bp序列, 并通过PlantCARE预测的元件分布位置及数量构建了4个启动子缺失表达载体, 以GUS基因为报告基因瞬时转化万寿菊花冠进行不同长度启动子活性研究。结果显示, 启动子核心区域位于ATG上游–650– –1 bp, 推测该区域内的光响应元件正调控下游基因表达, 而pTeCYC2c (–1735)和pTeCYC2c (–140 6)所特有的植物激素响应元件和逆境响应元件可能具有抑制启动子驱动下游基因表达的功能。通过结合万寿菊花冠瞬时转化体系的建立和TeCYC2c启动子的活性分析, 为进一步快速解析花发育相关基因的功能奠定了技术基础。

黄缨菊(Xanthopappus subacaulis C. Winkl.)是菊科(Asteraceae)、黄缨菊属(Xanthopappus)的一种多年生高原特有单属种药用植物, 具有重要的经济、生态和药用价值。为了确定适合黄缨菊全基因组测序的技术策略, 本研究利用流式细胞术和Survey分析评估黄缨菊基因组大小、杂合率、重复序列比例、GC含量和LTR-REs等信息。结果表明: (1) 以长裂太行菊和番茄为参考物种, 流式细胞术预估黄缨菊为二倍体, 基因组大小分别为1.94 G和1.75 G, DNA-C值为0.99 pg; (2) 高通量测序得到约106.6 G下机数据, 经质控后Clean reads的Q20均大于97.1%, Q30均高于90.8%, AT和GC碱基含量无明显分离, GC含量为38.5%, 测序质量良好; (3) K-mer分析显示黄缨菊基因组大小为2,198.50 Mb, 杂合度为0.69%, 重复序列占比为80.15%, 属于微杂合、高重复序列的复杂基因组; (4) LTR-REs鉴定表明Copia家族数量最多, 占全基因组的30.72%, Gypsy家族和Unknown分别占全基因组的33.66%和16.54%, 插入时间始于约3 Mya, 在1 Mya内产生大量扩增。因此, 本研究认为LTR的大量插入是导致黄缨菊基因组复杂化的重要原因之一, 全基因组de novo测序建议采用二代与三代混合测序组装策略, 这为黄缨菊高质量基因组遗传图谱构建和关键功能基因挖掘提供了重要参考数据。

14-3-3蛋白广泛参与植物生长发育、代谢和非生物逆境信号转导过程。本研究克隆了小麦(Triticum aestivum) 14-3-3蛋白TaGRF3-D基因, TaGRF3-D基因编码261氨基酸残基的蛋白, 在单子叶植物中高度保守, 与乌拉尔图小麦(Triticum urartu)的TuGF14d和大麦(Hordeum vulgare)的HvGF14a氨基酸序列完全相同; TaGRF3-D启动子区含有脱落酸等激素响应元件和多个非生物胁迫响应元件。亚细胞定位结果显示, TaGRF3-D蛋白主要定位于细胞膜与细胞核。通过转化获得TaGRF3-D基因过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)转基因株系, 对转基因株系ABA敏感性及干旱胁迫耐受性分析发现, TaGRF3-D过表达拟南芥在PEG和ABA处理下根长显著大于野生型, 干旱胁迫后存活率显著高于野生型。进一步利用酵母双杂交试验(yeast two-hybrid, Y2H)对TaGRF3-D蛋白与小麦AREBs/ABFs (ABA-responsive element binding proteins/ABA-responsive element binding factors)蛋白进行互作分析, 结果表明, TaGRF3-D蛋白与TaABF3-B、TaABF4-A、TaABF15-D、TaABF16-B、TaABF17-D和 TaABF18-B存在相互作用; 而与TaABF1-D、TaABF2-A和 TabABF19-A 不互作。以上研究结果表明, TaABF3-D可能通过与TaABFs蛋白互作响应ABA信号, 从而提高转基因植株干旱胁迫的耐受性。本研究为小麦TaGRF3-D基因逆境胁迫响应功能研究奠定了基础。

根内皮层分化的质外体屏障在植物抗逆和养分吸收均起到重要作用, 其中木栓层发育成为近年研究的热点。本研究以烟草栽培品种中烟100为材料, 通过0.1–4.0 mmol∙L^–1钾浓度梯度水培实验, 探讨供钾水平对根内皮层木栓化发育的影响及其生理分子机制。结果表明，低钾胁迫(0.1 mmol∙L^–1)显著增强内皮层木栓化: 完全木栓化区域绝对长度由对照的0–2 cm延伸至4–6 cm, 相对占比从0–15.0%提升至33.2–44.3%, 表明木栓化是烟草响应低钾胁迫的关键形态适应机制之一。表型分析显示, 低钾胁迫下植株根系伸长但生物量下降, 地上部与根系钾离子含量及积累量分别减少, 木质部汁液流量及钾离子浓度运输效率降低。内源激素含量检测发现, 低钾胁迫提高根系内源脱落酸含量, 并抑制乙烯和茉莉酸甲酯含量, 形成特异性激素调控网络。转录组数据进一步佐证木栓化发育的分子基础, 木栓质合成与转运相关基因(如CYP86、GPAT、ABCG)及其上游正调控因子MYB36/41/92/93显著上调。因此, 本研究首次阐明烟草低钾胁迫通过ABA介导的激素信号, 调控木栓化发育程序, 为解析作物钾胁迫适应机制提供了全新视角。

炭疽病是芒果主要病害之一, 是由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)侵染引起。发病后影响果实品质从而缩短果实货架期。该研究从生物防治角度出发, 以贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)和从芒果果实中分离出的炭疽菌进行实验, 用贝莱斯芽孢杆菌菌悬液(CB)处理芒果果实, 并利用平板对峙法观察CB对胶孢炭疽菌的抑制效果。通过发酵液(CF)处理胶孢炭疽菌, 结果表明发酵液能够有效抑制胶孢炭疽菌的孢子萌发并缩短芽管长度, 显著抑制菌丝生长, 其中发酵液(CF)浓度为2%和4%时, 对炭疽菌菌丝抑制率分别为75.18%和80.96%。果实活体接种实验表明, CB (菌悬液)和CF (发酵液)能有效抑制果实病斑直径的增大, 抑制率分别为44.33%和65.00%; 与对照组相比, 处理组可溶性固形物含量显著降低, 减缓了可滴定酸含量的降低, 对果实品质未造成负面影响; 同时也延缓了果实总酚和类黄酮含量的降低。实验表明, 贝莱斯芽孢杆菌菌株能够抑制芒果炭疽病的发生, 在芒果保鲜方面有较大的应用潜力。

阐明谷子(Setaria italica var. germanica)杂种优势的生理机制是提高谷子杂交种产量的重要基础。于2023–2024年, 以3个高产谷子杂交种长杂谷466、长杂谷2922和长杂谷333及其亲本为供试材料, 测定杂交种及其亲本的产量性状及生理指标, 对杂交种的产量优势及其影响因子进行系统分析, 初步解析了杂种优势的生理机制。结果表明, 在整个生育期内, 3个杂交种的叶绿素含量均高于双亲, 其中长杂谷466在拔节期的叶绿素含量最高, 达13.86 mg∙g–1 FW。在苗期和拔节期, 3个杂交种的根系活力均显著高于双亲, 其中长杂谷466在苗期的根系活力值最高, 为1.76 mg∙g–1∙h–1, 为其父母本的7.8倍和5.5倍; 长杂谷2922在苗期的根系活力较父母本分别高0.38和0.66 mg∙g–1∙h–1; 而长杂谷333在拔节期优势更为显著, 较父母本分别高0.31 和0.62 mg∙g–1∙h–1。在产量形成性状方面, 与双亲相比, 杂交种的灌浆速率和颖花数均显著提高, 长杂谷466在花后19天灌浆速率达最大值, 为1.58 g∙d–1 per panicle; 长杂谷466和长杂谷333颖花数极显著高于其亲本, 长杂谷2922颖花数显著增加。此外, 杂交种根系的氮素积累量和氮素转运效率也表现出一定的优势, 其中长杂谷2922根系氮素积累优势最强且氮素转运效率(近56%)最高, 显著高于其父本M22。综上表明, 长杂谷系列杂交种通过提高光合能力、养分吸收利用能力、籽粒灌浆速率和颖花数实现产量增加。

为加强野生蕨类植物的保护和开发, 优化星蕨(Microsorum punctatum)孢子萌发方法及条件, 比较分析不同因素对原叶体增殖、孢子体诱导, 绿色球状小体(GGBs)诱导及其发育为幼孢子体的影响, 建立人工高效快速繁育技术体系。以成熟孢子为材料, 以MS、1/2 MS、1/3 MS和1/4 MS为基本培养基在无菌条件下进行萌发; 通过进行L₉(3⁴)正交试验, 研究无机盐浓度、植物生长调节剂及其质量浓度对原叶体发生和增殖的影响。当原叶体增殖到一定数量时, 以MS、1/2 MS、1/3 MS和1/4 MS为基本培养基筛选出适宜诱导孢子体的培养基; 随后, 以幼孢子体为材料诱导GGBs发育为新的幼孢子体并进行炼苗移栽。适宜孢子萌发的培养基为1/2 MS, 原叶体在MS+ 0.3 mg·L^–1 6-BA + 1.5 mg·L^–1 NAA中大量增殖, 60天后增殖系数约为9.6; 将原叶体切割后接入1/4 MS培养基中, 加无菌水培养90天后幼孢子体发生系数约为10.0; 幼孢子体在1/2 MS+1.5 mg·L^–1 6-BA + 0.1 mg·L^–1 NAA中可诱导出绿色球状小体GGBs, 诱导率达93.3%, GGBs在此培养基中增殖系数可达32.0; 1/2 MS培养基对GGBs的分化成苗率较高, 最高分化成苗率约为92%; 试管苗经炼苗后移栽成活率在90%以上。该研究分别建立了原叶体-受精-孢子体和幼孢子体-GGBs-幼孢子体2个体系, 尤其是GGBs的产生, 极大缩短了植株的再生周期, 从而创建星蕨完整的人工快繁技术体系。 研究结果可为保护星蕨野生资源、优质种苗繁育提供技术支撑, 也可为其它蕨类植物的人工繁育提供参考。