生长素响应因子(ARFs)作为生长素信号转导的核心转录因子, 深度参与生长素调控的植物花器官发育的全过程。该文综述了 ARFs 通过响应生长素信号, 在调控花器官分化(如花原基起始、分生组织维持)和形态建成(萼片、花瓣、雄蕊、心皮发育及器官边界调控)中的关键作用, 同时阐述了ARFs与ABCDE模型中的MADS-box基因之间的协同调控机制, 并揭示了其通过受miRNA的转录后调节、以及与细胞分裂素等激素信号互作所形成的网络, 共同维持花发育稳态的分子基础, 为解析植物花发育的分子机制提供理论基础, 为花卉分子育种提供理论依据。

近年来, UGTs基因在植物响应非生物胁迫中的作用逐渐被揭示。基于转录组数据, 筛选出两个在低温胁迫下显著上调, 且与茶树(Camellia sinensis)花青苷合成相关的糖基转移酶基因CsUGT73B4(CSS0039619)和CsUGT85K5(CSS0047548)。为探究两个基因在响应低温胁迫下调控茶树花青苷代谢的分子机制, 我们克隆了CsUGT73B4和CsUGT85K5并进行了生物信息学分析, 通过拟南芥过表达和茶树瞬时沉默实验验证其功能。结果显示: 低温胁迫下CsUGT73B4/CsUGT85K5基因的表达与花青苷积累呈正相关; 过表达拟南芥中, 花青苷含量、抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)显著提高, 而丙二醛和相对电导率显著下降; 在茶树中瞬时沉默CsUGT73B4或CsUGT85K5后, 花青苷含量及其合成相关基因的表达水平均显著下调。本研究初步探讨了茶树CsUGT73B4和CsUGT85K5基因的功能, 揭示了其通过调控花青苷代谢提高茶树抗寒性的分子机制, 为茶树抗寒分子育种提供了相关候选基因。

宁夏枸杞(Lycium barbarum)果皮蜡质是果实制干过程中水分正常散失的限制因子。为验证蜡质合成关键基因LbCER3的功能, 以宁夏主要栽培品种宁杞1号和宁杞5号为供试材料, 采用GC-MS、转录组学及分子生物学等方法, 开展了不同发育时期果实角质层外蜡和内蜡含量和组分变化规律研究, 并进行果实蜡质关键基因筛选与克隆和功能验证。结果表明, 果实发育和成熟过程中两种材料的角质层内蜡和外蜡含量均逐渐降低, 但宁杞1号总蜡质含量显著高于宁杞5号。转录组学和加权基因共表达网络分析(WGCNA)将LbCER3确定为关键基因, LbCER3基因CDS全长1 884 bp, 编码628个氨基酸, 含有1个C端WAX2结构域(Wax2_C)和脂肪酸羟化酶结构域(FA_hydroxylase)。进一步构建了LbCER3过表达载体, 在番茄(Solanum lycopersicum)中成功转化, 转基因株系T1代叶片叶绿素浸出率显著降低, 叶片蜡质含量显著增加, 蜡质组分烷烃和酸类含量显著增加。研究结果表明, LbCER3是枸杞果实蜡质合成的关键基因。

锰(Mn)是植物必需矿质元素, 其缺乏或过量都会影响植物的生长发育。鉴定植物中介导Mn积累的关键基因并揭示其作用机制, 对于相关作物遗传改良以及Mn污染生物修复都具有重要意义。本研究从超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)中克隆了一个阳离子扩散促进子(CDF, cation diffusion facilitator)家族成员基因SpMTP10 (metal tolerance protein 10)。其在酵母中表达后能够极大地增强转化子对过量Mn胁迫的耐受性, 同时转化子中Mn的积累增加, 但是对镉(Cd)、锌(Cd)、铜(Cu)、铁(Fe)等其他金属元素过量胁迫的耐受性以及积累的作用不明显。亚细胞定位分析表明其定位于内质网膜。在拟南芥中异源表达SpMTP10使植物根部Mn积累减少, 地上部Mn积累增多, 且对过量Mn胁迫更加敏感。综上所述, SpMTP10可能通过促进Mn向内质网的区隔增加酵母对过量Mn毒害的耐受性; 而在植物中表达后, SpMTP10介导的Mn向内质网的转运则可能增加了内质网腔中的Mn通过胞间连丝进行在细胞间的迁移, 从而在促进根部的Mn向维管组织的装载并往地上部转运的过程中发挥作用。

该研究旨在解析拟南芥WRI1基因在高温胁迫中的分子功能及其调控机制, 为作物耐热性改良提供理论依据。拟南芥WRI1(WRINKLED1)是AP2/EREBP类转录因子的一员, 调节糖酵解和脂肪酸生物合成途径之间的碳分配, 在植物生长、发育和应激反应中起着重要作用。通过构建野生型(WT)、WRI1突变体(wri1-4)和过表达株系(WRI1-OE), 结合RT-qPCR、表型分析等实验, 研究发现WRI1在热胁迫早期表达显著上调, 其过表达株系在高温下幼苗存活率较野生型提高且活性氧积累减少, 同时通过激活热激转录因子HSFA2及其下游HSP101基因, 减缓高温对种子萌发和根生长的抑制。研究表明, WRI1可以增强幼苗耐热性, 主要是通过调动核心调控因子“HSF-HSP”以及通过降低活性氧含量减少氧化损伤, 该文首次揭示了该基因在高温胁迫中的跨通路调控功能, 为研究植物响应高温胁迫的机制打开了新思路, 为农业生产培育耐高温品种提供重要的理论指导。

植物根系分泌的碳水化合物影响土壤微生物的碳源供给与代谢活性。为揭示耐盐植物根系分泌碳水化合物对盐胁迫强度的响应机制, 本研究以耐盐牧草长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)为对象, 通过添加NaCl设置对照、轻度、中度、重度(土壤含盐量分别为0%、0.2%、0.4%和0.6%)四个盐胁迫强度, 采用非靶向代谢组学技术解析根系分泌碳水化合物的组成变化, 并探究其与根际土壤理化性质的关系。结果表明: (1) 与对照相比, 盐胁迫显著降低糖苷、氨基糖苷、D-氨基葡萄糖、2-O-甲基-L-岩藻糖及半乳糖苷5类碳水化合物的含量, 而显著增加葡萄糖的含量; (2) 长穗偃麦草根系分泌的主要碳水化合物为糖苷, 相对丰度占比达79.63%±8.19%, 其余5类化合物占比在3.40%±0.53%–4.57%±1.61%之间; (3) 轻度、中度和重度盐胁迫下根系分泌碳水化合物与对照相比均存在显著差异, 但轻度、中度、重度处理间无显著差异; (4) 根际土壤电导率和硝态氮含量是5类碳水化合物丰度下调的关键因素, 而土壤pH是葡萄糖上调的关键因素。综上, 长穗偃麦草可通过调节根系分泌碳水化合物含量适应盐胁迫环境, 且这种调节作用与根际土壤理化性质密切相关。

为研究大豆(Glycine max)株型发育形成的分子机制, 以大豆“Williams 82”为材料, 分别取长短日照下不同发育时期植株的顶芽和腋芽, 提取RNA后等量混合, 采用Gateway方法构建酵母双杂交核系统cDNA文库, 并对文库进行了转录本多样性分析。实验结果表明, 构建的文库库容为1.2×10⁷ CFU, 插入片段重组率达100%且平均长度大于1 000 bp, 包含29 170个基因, 符合建库的标准, 可用于后续酵母双杂交的筛选。以大豆开花期和株型重要调控因子SOC1a为诱饵, 构建pGBKT7-SOC1a诱饵蛋白表达载体, 经毒性和自激活活性检测后, 利用构建的大豆顶芽和腋芽cDNA文库进行筛选, 共获得32个阳性克隆。进一步通过DNA测序及BLAST比对和功能注释分析, 得到14个与SOC1a互作的候选蛋白。其中, 克隆了5个候选蛋白, 并将其编码基因构建到pGADT7载体上, 然后分别与pGBKT7-SOC1a进行一对一的回转验证, 实验结果显示其中2个候选蛋白与SOC1a发生互作。进一步通过免疫共沉淀和荧光素酶互补实验证明了SEP2蛋白和SOC1a蛋白的互作关系。综上, 本研究成功构建了大豆顶芽和腋芽酵母双杂交核系统cDNA文库, 鉴定到的与SOC1a互作的蛋白将为从分子水平探究SOC1a调控大豆株型发育的机制提供理论基础。

红砂(Reaumuria soongorica)是我国西北荒漠区广泛分布的耐盐旱生小灌木, 具有极强的生境适应性, 是研究植物抗逆分子机制的理想材料。本研究以红砂基因组为参考, 鉴定了其AP2/ERF基因家族成员, 并进行了系统发育、基因结构、保守基序、顺式作用元件及基因复制事件等分析, 同时对该家族成员在盐胁迫下的表达模式进行了分析。结果表明, 红砂基因组中有70个AP2/ERF基因, 系统发育分析显示它们归类为AP2、ERF、DREB和RAV亚家族; 它们的启动子区有多种光响应、胁迫响应、生长发育和激素响应等顺式作用元件。红砂AP2/ERF基因非均匀分布在其基因组的11条染色体上, 其中的63个由不同基因复制事件演化而来, 全基因组复制和分散复制是该基因家族扩张的主导因素。在盐胁迫下, 红砂AP2/ERF基因呈现不同表达模式, 6个差异表达显著, 可能在该植物响应盐胁迫过程中发挥积极作用。本研究在基因组水平鉴定和分析了红砂AP2/ERF基因家族的特征, 为进一步解析它们在该植物适应生境中的分子功能奠定了基础。

枸杞(Lycium barbarum)是重要经济林树种, 其扦插繁殖效率与不定根形成密切相关, 但枸杞不定根形成相关分子机制尚不明确, 制约了枸杞的规模化繁育及高效利用。为探究枸杞不定根发生的转录组差异, 本研究以3种生根能力差异的枸杞种质为材料, 通过水培试验分析其不定根发生过程中的转录水平差异。结果显示, 转录组测序分析鉴定出6448个差异表达基因(DEGs), 其中L-vs-H组DEGs数量最多, 达4413个, 包括上调2583个和下调1830个。转录因子分析鉴定出281个转录因子, 以MYB、AP2/ERF和bHLH家族为主, 且表达模式存在差异。GO富集分析发现1714个DEGs被富集到32个GO条目中, KEGG富集分析表明DEGs主要富集于苯丙烷生物合成和植物激素信号转导通路。其中, MYB19 (Lba07g01820)是苯丙烷通路中的核心基因, TIR1 (Lba08g00069)是植物激素信号转导通路中的核心基因, 它们在枸杞不定根发生过程中发挥重要作用。qRT-PCR验证了转录组数据的可靠性。本研究首次在枸杞中解析了不定根形成的转录调控网络, 为木本植物根系发育机制提供了新见解, 初步揭示了枸杞不定根形成的分子机理, 为枸杞及其他木本植物的遗传改良奠定了重要的理论基础。

MicroTom番茄(Solanum lycopersicum cv. ‘MicroTom’)是一种矮化模式植物, 因其具有较短的生命周期和清晰的遗传背景而广泛应用于植物基因功能研究。传统基于组培的MicroTom番茄遗传转化技术存在效率低、转化周期长及操作复杂等缺陷, 限制了该体系的应用。该研究以2周龄MicroTom实生苗为材料, 在切除顶端子叶与真叶后, 用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)菌液浸润下胚轴切口并诱导再生芽, 成功构建了一套高效的MicroTom番茄非组培遗传转化体系。结果显示, 切口处再生芽阳性率为28.6%, 4–5个月即可收获T0代番茄种子, T1代植株中外源基因表达比例达73.5%。与传统组培遗传转化体系相比, 该MicroTom番茄非组培转化体系转化效率显著提高, 转化时间短且操作流程简捷, 为番茄果实性状基因功能解析提供了高效的技术平台, 同时对加快番茄分子育种进程具有重要实践意义。

以绣球花筑紫之风(Hydrangea macrophylla ‘Chikushi-no-kaze’)无菌苗叶片为外植体进行高效再生技术研究，探究不同叶位、暗培养时间及植物生长调节剂等条件对愈伤组织诱导、不定芽再生和增殖、壮苗生长及生根的影响。结果表明，筑紫之风组培苗的第3-5位叶(即中部成熟叶片)为最佳取样叶位，暗培养10-14天有利于诱导愈伤组织和再生不定芽，最适培养基为MS+3.0 mg·L-1 CPPU+0.1 mg·L-1 2,4-D，诱导率和再生率分别为97.78%和93.33%；不定芽增殖最适培养基为MS+2.0 mg·L-1 6-BA+0.1 mg·L-1 IBA，增殖系数可达8.33；壮苗生长最适培养基为MS+1.0 mg·L-1 6-BA+0.1 mg·L-1 IBA，幼苗平均茎高为4.10 cm；以MS+0.3 mg·L-1 IBA进行生根培养，生根率可达87.20%。本研究建立了绣球花筑紫之风高效离体再生技术体系，为种苗快繁、品种改良和基因功能研究提供了技术支撑。

独花兰(Changnienia amoena)被列为国家二级珍稀濒危植物, 作为兰科单种属植物, 既是珍贵的药用植物和潜在可开发优良野生花卉资源, 也是研究兰科植物系统发育的优良材料。但由于野生资源匮乏, 目前缺少对其再生体系的研究。该研究以独花兰假鳞茎为外植体, 探索消毒条件、外植体切块方式、不同采集时间及植物生长调节剂浓度对外植体灭菌效果、不定芽诱导和组培苗生根的影响, 初步建立了独花兰再生体系。结果表明, 用75%乙醇处理30秒再经过0.1%升汞溶液消毒12分钟为独花兰假鳞茎的最佳消毒方法; 用不同切块方式处理假鳞茎皆能诱导不定芽, 但完整假鳞茎的诱芽率远高于切块处理后的假鳞茎; 每年5月采集假鳞茎进行不定芽诱导效果最好。独花兰假鳞茎不定芽诱导最适培养基为1/2 MS+1.0 mg∙L–1 6-BA+0.5 mg∙L–1 NAA, 诱导率为75.56%; 最适生根培养基为1/2 MS+0.4 mg∙L–1 6-BA+1.0 mg∙L–1 NAA, 生根率可达93.33%; 经50 mg∙L–1 6-BA溶液处理后将组培苗移栽在腐殖土中覆膜炼苗, 可显著提高成活率, 成活率达94.44%。

丛枝菌根真菌(AMF)能与约80%的陆生植物形成共生关系, 其通过根内独特的丛枝结构与宿主细胞紧密接触, 建立双向养分交换界面。这种互惠机制不仅增强了植物抗逆性, 还重塑了生态系统养分循环。与病原真菌类似, AMF的细胞壁也主要由几丁质和β-葡聚糖组成, 这些都是诱导宿主植物免疫反应的主要模式分子。菌根真菌如何有效的躲避宿主植物免疫反应目前尚不清晰, 但病原真菌分泌的效应蛋白被发现对抑制植物免疫反应具有重要作用。在丛枝菌根共生过程中, 大量效应蛋白被诱导表达, 这些效应蛋白可能也会抑制植物的免疫反应, 促进菌根真菌对宿主植物的侵染过程。本文对AMF效应蛋白的研究现状进行了阐述和总结, 并展望了未来研究方向与挑战。对效应蛋白的研究有助于阐明AMF对共生过程建立和维持的调控机理, 加深对互作双方的全面了解, 选育具有最适共生效率的菌株和植物品种, 促进农业可持续发展。