FT (FLOWERING LOCUS T)是一种由叶片合成并可向顶端分生组织移动的信号蛋白, 作为成花素在开花诱导与发育转变中发挥核心作用。近年来, 围绕FT合成、运输以及成花素激活复合体(FAC)的组装和调控机制等方面的研究取得了重要进展, 为理解植物发育调控网络奠定了坚实基础。近日, 一项最新研究整合了蛋白-DNA互作、液-液相分离及发育时空表达等多重调控机制, 将传统的静态FAC模型拓展为动态、多层次的组装模型, 为理解植物如何整合环境信号以调控生殖发育提供了新的分子视角。鉴于此, 本文系统梳理了有关FT与FAC的研究进展和当前亟待解决的关键问题, 并展望了未来的发展方向, 以期为深入解析植物发育调控机制以及作物育种应用提供新思路。

植物体细胞胚胎发生是体细胞通过细胞命运重编程再现完整胚胎发育程序、实现全能性的典型过程, 并已成为植物生物技术中濒危物种繁殖与转基因作物培育的重要工具。然而, 该过程中确切的细胞起源与驱动重编程的分子机制仍不完全清楚。近期一项研究表明, LEC2-SPCH基因模块可通过协同作用, 局部激活生长素的生物合成, 引导子叶表皮气孔谱系前体细胞发生细胞命运转变, 进而发育成为体细胞胚。这项研究成果不仅完整捕捉到单个植物体细胞发育成为体细胞胚的全过程, 还为解析体细胞重编程提供了重要证据。该文以此为契机综述了体细胞胚胎发生过程中细胞命运重编程的调控机制, 重点探讨生长素信号与表观遗传重塑在其中的协同作用, 并展望了基于关键重编程因子改良作物再生体系的潜力与未来方向。

细胞壁是植物特有的组成结构。细胞壁包裹在植物细胞膜的外面，它的存在不仅对于植物细胞起到刚性支撑和保护的作用，同时也参与到了细胞间的信息交流，物质运输等生物学过程。近年来, 越来越多的关于细胞壁调控植物生长发育的证据引起了人们的广泛关注。目前已有的研究表明，细胞壁参与了分生组织调控，组织器官各向异性的建立等生物学过程。本文综述了近年来细胞壁对于植物生命进程的调控特别是在植物发育过程中的研究进展，同时对该领域尚未解决的重要生物学问题及未来可能的研究方向进行了讨论。

糖基水解酶家族在调控植物籽粒大小方面起关键作用。本研究通过克隆藜麦(Chenopodium quinoa)糖基水解酶家族LOC110717159基因, 并通过生物信息学、表达模式分析和拟南芥(Arabidopsis thaliana)异源表达实验, 解析其在籽粒充实过程中的生物学功能。生物信息学分析表明, 大、小粒藜麦种质LOC110717159编码序列全长为1 023 bp, 编码339个氨基酸, 存在1个碱基差异; 其启动子区 (~2 000 bp)含有119个顺式作用元件, 包括3个激素响应元件(茉莉酸甲酯、水杨酸和赤霉酸)。系统进化分析显示, 该基因与甜菜(Beta vulgaris)、菠菜(Spinacia oleracea)和苋(Amaranthus tricolor)的亲缘关系较近。qRT-PCR分析表明, 灌浆21天时, LOC110717159在大粒藜麦种质的籽粒中高表达。拟南芥过表达株系的千粒重显著低于野生型(P<0.05), 但粒长和粒宽无显著差异。单倍型分析发现, LOC110717159编码序列在17个藜麦种质中存在差异, 62.5%的千粒重大于4.0 g的种质与大粒藜麦种质碱基一致, 而77.8%的千粒重小于3.0 g的种质与小粒藜麦种质碱基一致。综上, LOC110717159可能负调控藜麦籽粒的充实过程。

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。

为提高甜高粱生物量并揭示其生理生态机制, 研究了栽培密度(15 000、75 000与135 000 plant∙hm–2)和刈割对植株形态、分蘖、冠层内光照强度、气体交换以及生物量的影响。结果表明, 随着栽培密度提高, 甜高粱主茎株高增加、茎粗与叶面积降低, 分蘖数减少。同时, 增加密植导致甜高粱冠层内光照强度降低、叶片光合性能下降、植株鲜重减少, 但鲜草产量显著增加。刈割能够显著增加各密度处理的分蘖数, 降低分蘖死亡率。而且, 刈割还明显改善密植甜高粱冠层内光照强度、叶片光合性能与植株鲜重, 进而提高鲜草产量。进一步分析表明, 冠层内平均光照强度和主茎功能叶净光合速率分别是影响主茎实际分蘖数和鲜重的主因子。因此, 密植是甜高粱高产的重要栽培措施; 刈割通过改善密植冠层光环境提高光合速率与单株分蘖数量, 从而增加鲜草产量。该研究能够为甜高粱等优质牧草高产栽培提供理论依据。

为了研究TCP转录因子家族在牡丹(Paeonia sect. Moutan)花瓣呈色过程中的作用, 为牡丹花色改良和分子育种提供候选基因。本研究对牡丹TCP家族进行鉴定、生物信息学分析, 并对可能参与花色调控的基因TCP13、TCP15a进行功能分析。研究结果表明: 在3个牡丹基因组中共鉴定出26个TCP家族成员, 分为2个亚族3个亚类, 不规则的分布在5条染色体上; 不同成员的理化性质、基因结构存在差异, 但均含有TCP保守结构域。矮牵牛(Petunia hybrida)花瓣瞬时表达TCP13、TCP15a, 发现TCP13对MYB57诱导的紫色表型无明显作用, 而TCP15a可显著抑制; 荧光定量PCR分析表明, TCP15a可以显著抑制MYB57诱导浸染的花瓣组织内花青苷合成酶基因CHSa、DFR、ANS的表达。进一步通过蛋白互作鉴定发现, TCP15a与MBW蛋白复合体成员WD40-1、WD40-2互作。TCP15a通过与MYB57竞争与WD40的相互作用, 影响了MBW复合体的形成, 进而抑制了MYB57对花青苷合成酶基因的调控作用。本研究为深入研究牡丹TCP家族基因功能奠定理论基础, 为牡丹花色定向育种提供了有价值的线索。

银缕梅(Parrotia subaequalis)是中国特有的珍稀濒危物种，属于国家一级重点保护野生植物。为缓解其濒危现状, 以银缕梅带芽茎段作为外植体, 探究不同消毒方式、基本培养基、植物生长调节剂种类与浓度等对侧芽萌发、增殖和不定根生长的影响, 建立了银缕梅组培快繁技术体系。结果表明, 外植体75%乙醇消毒后置于0.52% NaClO中浸泡5分钟, 接种成活率为83.33%; 基本培养基WPM上侧芽萌芽率最高, 为73%; 添加KT侧芽萌发率达91%, 但无丛芽增殖，而添加1.0 mg·L–1TDZ时丛生芽诱导率为48.63%; 添加1.5 mg·L–1 6-BA和0.003 mg·L–1 TDZ组合缕梅侧芽增殖效果最好, 增殖系数为4.17, 芽生长状态良好。银缕梅不定根诱导较困难, 高浓度生长素会导致芽苗褐化死亡, 在1/2MS基本培养基中添加0.2 mg·L–1 NAA, 获得最佳生根培养基, 生根率达60%。该研究建立了银缕梅组培快繁体系, 可有效缓解银缕梅濒危现状, 为科研和生产提供充足的植物材料。

为建立黑莓(Rubus fruticosus )‘APF-190T’体外再生体系, 其带芽茎段为外植体, 探讨消毒条件、培养基类型、植物生长调节剂的种类及浓度对初代培养、增殖培养和生根培养的影响, 进一步分析了不同基质对组培苗生长的影响。结果表明, 用75%乙醇消毒30秒配合2%次氯酸钠溶液消毒7分钟为黑莓茎段外植体最佳消毒处理条件; 初代培养最适培养基为MS+1.0 mg·L–1 6-BA+0.2 mg·L–1 NAA,芽诱导率达100%; 最佳增殖培养基为MS+0.8 mg·L–1 6-BA+0.1 mg·L–1 NAA; 最佳生根培养基为1/2MS+1.0 mg·L–1 NAA; 最佳移栽基质为草炭土: 蛭石=2:1。该研究建立了稳定的黑莓‘APF-190T’再生体系, 为规模化生产黑莓优质脱毒苗及种质资源创新奠定了基础。

为建立高效的农杆菌介导的花生(Arachis hypogaea)遗传转化体系, 选取了11个花生品种, 从中筛选出胚小叶芽丛诱导率最高的品种胚小叶为试验材料, 通过对农杆菌菌株、菌液OD值、AS (乙酰丁香酮)浓度、表面活性剂浓度、侵染方式及时间、共培养时间等影响因素进行筛选并优化, 获得花生胚小叶转基因植株。结果显示: 以花育9133胚小叶为受体, 利用含有eGFP (绿色荧光蛋白)和含GUS (β-葡萄糖苷酸酶)蛋白的重组农杆菌侵染转化, 发现侵染液为MS液体+LBA4404菌株+100 μmol∙L^-1 AS+150 mg∙L^-1表面活性剂Silwet-77+菌液OD600为0.7时, 侵染方式为抽真空15 min+浸泡20 min+共培养4 d时花生转化率最高, CaMV 35S:eGFP、AhUBQ4:GUS阳性率分别为52.67%、57.67%。经组织培养法诱导的转化再生植株, 其中含eGFP蛋白的经eGFP绿色荧光和PCR检测鉴定为转基因阳性植株, 含GUS蛋白的经GUS染色和PCR检测鉴定为转基因阳性植株。该研究成功建立并优化了花生遗传转化体系, 为花生基因功能研究、抗性品种的培育、品质改良、生物技术研究等提供参考。

白花草木樨(Melilotus albus)具有粗蛋白含量高、耐逆性强等特点, 是优良饲草、轮作和水土保持作物。然而, 白花草木樨稳定遗传转化体系以及基因编辑体系尚未建立, 限制了其基因功能分析及新种质的创制。本研究基于35S::MtLAP1表达盒可诱导再生体花青苷累积进而裸眼“显红色”的原理, 建立了白花草木樨下胚轴毛状根快速诱导和筛选体系, 毛状根诱导率达62%, 阳性率达30.8%。此外, 利用携带有35S::MtLAP1表达盒且由拟南芥AtUbiquitin-10强启动子启动Cas9和sgRNA模块协同表达的基因编辑载体, 能通过上述毛状根体系实现白花草木樨MaPDS (Phytoene Desaturase)的高效编辑, 编辑效率达42.5%。本研究为白花草木樨基因功能研究及高品质种质新资源培育奠定了基础。

旱区乡土豆科植物在维系干旱区域生态平衡以及推动农业可持续发展方面具有极为重要的作用。阐明旱区乡土豆科植物根际促生菌(PGPR)特征及应用潜力, 对提升干旱地区植物抗逆性、促进生态修复具有重要价值。通过深入挖掘旱区乡土豆科植物根际促生菌的功能多样性, 借助合成菌群的构建, 可帮助植物抵御干旱、盐碱等非生物胁迫, 修复受损的旱区土壤生态。然而, 目前针对旱区乡土豆科植物PGPR的系统性研究仍显不足, 有待完善。该文围绕我国旱区乡土豆科植物, 探讨了其地理分布及对旱区生态适应的优势, 阐明了豆科植物PGPR抗逆促生机制与提高植物抗逆能力的应用前景。同时, 提出未来应在深入挖掘菌种资源、明确不同干旱区土壤类型对乡土豆科植物适配性以及增强旱区乡土豆科植物PGPR推广应用等方面开展研究。该文对旱区精准构建并运用合成微生物菌群, 提升植物抗逆性, 保障旱区生态与农业的可持续发展, 具有重要的理论与实践价值。

玉米(Zea mays)是我国重要的粮食作物, 其雄穗分枝数对耐密株型和产量有显著影响, 而耐密株型是实现玉米增产的关键。近年来, 多个调控雄穗分枝数的关键基因已被克隆并鉴定, 这些基因多与植物激素信号通路紧密关联。本综述系统总结了生长素、细胞分裂素、独脚金内酯、赤霉素和脱落酸在调控玉米雄穗分枝数中的作用及其信号通路, 初步探讨了激素之间的交互作用机制, 以及环境因子对激素调控机制的影响, 梳理了玉米雄穗分枝数的激素调控网络。在此基础上, 提出了若干研究建议, 展望了植物激素整合环境因子调控玉米雄穗分枝数的研究方向, 旨在为揭示植物激素调控玉米雄穗分枝数的分子机制提供理论参考, 并为培育高产稳产的理想株型玉米新品种提供科学依据。

植物DA1肽酶是一种关键的蛋白酶, 在植物的生长发育和环境适应中扮演着至关重要的角色。近年来, 随着基因编辑技术的不断进步, DA1肽酶的作用机制和功能逐渐被阐释。研究表明, DA1基因的表达受到转录水平的调控, 而其蛋白活性则受到翻译后修饰的调控。尽管对DA1肽酶生物学功能的研究有很多, 但是缺少对DA1肽酶不同功能系统而全面的总结。因此, 本综述主要介绍了DA1肽酶的分子结构, 重点阐述了其在调控器官大小、参与盐胁迫、干旱适应以及免疫反应激活等胁迫响应中的生物学功能。此外, 我们还对DA1肽酶在维管形成层活性调节和生长素信号转导中的作用进行了总结。本文旨在加深人们对DA1肽酶复杂功能和调控网络的理解。