植物进化发育生物学是最近十几年来才兴起的一门学科, 它是进化发育生物学的主要分支之一。进化发育生物学的产生经历了进化生物学与胚胎学、遗传学和发育生物学的三次大的综合, 其历史可追溯到19世纪初冯.贝尔所创立的比较胚胎学。相关研究曾沉寂了近一个世纪, 直到20世纪80年代早期, 动物中homeobox基因被发现, 90年代初花发育的 ABC模型被提出, 加之对发育相关基因研究的不断深入, 才使基因型与表型联系了起来, 进而促进了进化发育生物学的飞速发展。目前进化发育生物学已成为21世纪生命科学领域的研究热点之一。本文详细阐述了进化发育生物学产生和发展的历程, 综述了最近十几年来植物进化发育生物学的主要研究进展。文中重点介绍了与植物发育密切相关的MADS-box基因在植物各大类群中的研究现状, 讨论了植物进化发育生物学领域的研究成果对花被演化、花对称性以及叶的进化等重要问题的启示。

MADS-box基因家族成员作为转录调控因子在被子植物花发育调控中发挥关键作用。本文以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana) 和水稻 (Oryza sativa)为例, 综述了近10年来对被子植物(又称有花植物)两大主要类群——核心真 双子叶植物和单子叶植物花同源异型MADS-box基因的研究成果, 分析MADS-box基因在被子植物中的功能保守性和多样性,同时探讨双子叶植物花发育的ABCDE模型在多大程度上适用于单子叶植物。

进化发育生物学的一个重要任务就是揭示形态多样性的分子基础, 该领域的研究包含形态、形态发育相关基因和形态所属类群等三个要素。花/花序是进化发育生物学研究的首要对象, 系统发育重建和个体发育剖析的结合将促进认知花的形态进化。发育相关基因的进化表现为等位基因遗传或表观遗传的突变, 基因家族生与死的进化, 不同基因组拥有独特的基因。运用形态学或序列分析方法很大程度揭示了禾本科植物花进化过程中的基因进化。试从学科问题、思路方法以及具体例子介绍植物进化发育生物学。

胚珠作为被子植物的有性生殖器官一直为植物学家所关注。19世纪以来, 人们从形态结构、发生发育、起源及分子生物学等方面对胚珠进行了大量的研究。近年来, 随着研究手段的不断改进, 研究者对许多关键性的问题, 如胚珠的起源、胚珠发生发育的分子机制已经有了一定的认识, 但是这些问题并未得到圆满的解决。对此, 本文对前人的研究内容进行了回顾,并综述了最新研究进展, 在此基础上提出了今后对胚珠研究的建议。

基因的重复(duplication)及其功能的多样性(diversification)为生物体新的形态进化提供了原材料。MADS-box基因在植物(特别是被子植物)的进化过程中发生了大规模的基因重复事件而形成一个多基因家族。MADS-box基因家族的不同成员在植物生长发育过程中起着非常重要的作用, 在调控开花时间、决定花分生组织和花器官特征以及调控根、叶、胚珠及果实的发育中起着广泛的作用。探讨MADS-box基因家族的进化历史有助于深入了解基因重复及随后其功能分化的过程和机制。本文综述了MADS-box基因家族基因重复及其功能分化式样的研究进展。

“同源性(homology)”是生物学中最基本的概念之一。近年来, 随着分子生物学、生物信息学、发育生物学以及进化发育遗传学等学科的快速发展, 同源性一词在形态性状的比较、核苷酸和氨基酸序列的分析以及探讨形态性状进化的分子机制等方面都有广泛应用。然而, 由于不同的研究者对同源性概念的理解有所不同, 在实际应用中难免会出现不恰当使用“同源性”一词并得出错误结论的情况。本文从不同的角度介绍了如何对同源性进行判断以及影响同源性判断的因素。并指出正确理解同源性这一概念的含义, 以及通过综合各方面的证据对同源性进行推断对于揭示基因型和表型的进化以及二者之间的关系非常重要。

本文运用扫锚电子显微镜(SEM)观察了黄连属(Coptis)植物花的形态发生和发育过程, 结果表明, 该属植物所有的花部器官均为螺旋状发生, 雄蕊为向心式发育, 花瓣原基有微弱的延迟发育, 心皮原基为对折型(即马蹄形), 子房为半封闭类型, 子房柄是在发育过程中形成的。通过与其它具T-型染色体类群在花形态发生上的比较, 认为黄连属表现出了某些原始的性状, 这一结果与分子系统学研究认为黄连属为毛茛科的基部类群的结论一致。

选取铁线莲属 (Clematis) 尾叶铁线莲组(sect. Campanella)中37个种以及西南铁线莲组 (sect. Bebaeanthera) 中的2个种为内类群, 以Clematis alternata作为外类群, 通过对全世界10个标本馆的近2 000份腊叶标本的形态学特征统计, 选取了35个性状进行编码, 利用PAUP 4.0 beta 10 软件进行系统发育重建。通过最简约法(maximum parsimony)分析共得到182棵最简约分支树, 树长为182步, 一致性指数(CI)=0.385, 保持性指数(RI)=0.685。结果表明: (1)尾叶铁线莲组并非是一个单系类群; (2)以花序发生位置这一性状建立的sect. Bebaeanthera不能成立, 应并入尾叶铁线莲组; (3)本研究结果不支持 在尾叶铁线莲组中建立subsect. Henryianae或ser. Henryianae; (4) C. ranunculoides等萼片外面具纵翅的一群植物与本组中萼片红色的种类C. lasiandra和C. dasyandra有较近的亲缘关系; (5)C. otophora、C. pogonandra、C. repens和C.barbellata等几个种聚为一支, 且支持率很高, 它们具有一系列的共衍征, 即萼片质地较厚, 花丝扁平, 宽条形, 被短柔毛, 花药被黄色短毛, 药隔先端凸起, 因此不支持建立Ser. Pogonandrae; (6)本组中非洲分布的2个种无论从形态上还是从地理分布和生境上都十分特殊, 是本组植物的特化类群。

在纯化棕色棉纤维色素的基础上, 测定了天然棕色棉纤维色素的紫外-可见光谱(UV光谱)、红外光谱(IR光谱)以及分析了pH值、浓度、诊断试剂对天然棕色棉纤维色素UV光谱的影响, 发现天然棕色棉纤维色素UV光谱随着pH值和浓度不同而变化, 诊断试剂对纤维色素UV光谱也有影响, 但并不符合黄酮类化合物对诊断试剂的反应规律, 红外光谱的主要吸收波数是3 554、3 477、3 414、3 289、1 638、1 618、1 386、1 073、617、478 cm-1。结合化学性质鉴定, 以及和已知的白色棉种皮色素比较, 初步推断棕色棉色素的化学结构, 认为棕色棉纤维中的色素是由单宁物质氧化形成的醌类化合物。最后解释了棕色棉纤维 具有颜色是因为棉纤维发育后期缩合单宁接触空气后氧化的结果。

脂肪酸去饱和酶是催化脂肪酸链特定位置形成双键和产生不饱和脂肪酸的酶类。植物脂肪酸去饱和酶主要有5种(FAD2、FAD3、FAD6、FAD7和FAD8), 可分为ω-3型 (FAD2、FAD6)和ω-6型(FAD3、FAD7、FAD8)两大类。其编码基因(FAD2、FAD3、FAD6、FAD7和FAD8)在植物中一般有多个拷贝。同种基因在不同植物中拷贝数不同, 同一植物中相同基因的不同拷贝间在序列特征、表达调控和功能等方面也存在显著差异。本文根据国内外对脂肪酸去饱和酶基因及编码产物的研究现状, 分别从它们的分类、拷贝数、结构、作用机制、表达调控等方面的研究进展进行了详细的分类阐述。

Ca2+作为植物细胞中最重要的第二信使, 参与植物对许多逆境信号的转导。在非生物逆境条件下, 植物细胞质内的钙离子在时间、空间及浓度上会出现特异性变化, 即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋白进行感受和转导, 进而在细胞内引起一系列的生物化学反应以适应或抵制各种逆境胁迫。目前在植物细胞中发现Ca2+/CDPK、Ca2+/CaM和Ca2+/CBL 3类钙信号系统, 研究表明它们与非生物逆境胁迫信号转导密切相关。本文通过从植物在非生物逆境条件下钙信号的感受、转导到产生适应性和抗性等方面, 介绍钙信号转导分子机制的一些研究进展。