生长素(IAA)作为一种重要的植物激素, 参与调节植物生长发育的许多过程, 其作用机理长期以来备受人们的关注。最近, 中国科学家在生长素信号转导的分子机理研究领域取得了突破性进展。

水稻(Oryza sativa)作为世界上最主要的粮食作物之一, 对其主要农艺性状调控机理的研究具有重要意义。分蘖是水稻生长发育过程中一种特殊的分枝, 它不仅是与水稻产量密切相关的重要农艺性状, 也是揭示高等植物侧枝生长发育机制的理想模型。独脚金内酯(strigolactone, SL)是一类新型植物激素, 能够抑制植物分枝的生长发育。近年来, 关于SL合成与信号在调控水稻分蘖方面的研究取得了重要进展, 但对其信号转导的下游组分的研究还相对匮乏。该文综述了SL合成途径、信号途径及下游靶基因调控水稻分蘖的研究进展, 并与在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、豌豆(Pisum sativum)和矮牵牛(Petunia hybrida)中的研究进行了比较, 同时还对如何挖掘SL途径的新组分进行了讨论。

紫菀亚科(Asteroideae)是菊科最大的一个亚科, 包含的种数多于被子植物的绝大多数科。目前, 紫菀亚科族间的系统发育关系主要依赖于叶绿体基因信息, 但是叶绿体基因为单亲遗传, 并不能完整反映进化历史。鉴于杂交现象在菊科普遍存在, 故利用核基因可以反映更完整的紫菀亚科进化历史。该研究首次使用从转录组数据(20个新测+11个从NCBI数据库下载)中筛选出的47个直系同源低拷贝核基因来研究紫菀亚科的系统发育关系, 共选取了29个物种, 代表了紫菀亚科20个族中的13个族。用超矩阵分析方法和溯祖推测分析方法各获得了1个稳定的紫菀亚科系统树, 每个树上绝大多数分支都得到了高度支持, 且2个树之间没有明显的冲突。新的紫菀亚科族间系统发育关系揭示了千里光超族应并入紫菀超族, 春黄菊族可能是千里光族与紫菀族杂交起源的, 金鸡菊族很可能也是杂交起源的。该研究结果显示低拷贝核基因可以更好地解决科以下分类阶元的系统发育关系, 对菊科乃至被子植物其它科的系统发育研究具有重要的借鉴意义。

以荚果蕨(Matteuccia struthiopteris)绿色球状体(GGB)为辐照材料, 使用不同剂量的⁶⁰Coγ射线进行辐照处理, 采用辐射诱变和组织培养技术相结合的方式进行荚果蕨GGB的辐射敏感性研究。结果表明, 荚果蕨GGB的存活率与⁶⁰Coγ射线辐照剂量之间存在显著的线性关系, 线性回归方程为: y=–0.797x+104.719, 计算得到半致死剂量约为69 Gy。随着辐照剂量的增加, 荚果蕨GGB的增殖和分化能力下降且分化时间延长。GGB ⁶⁰Coγ辐射的表型损伤表现为颜色变深、单个绿色颗粒死亡、增殖及分化受到抑制; 细胞学损伤表现为微核、细胞核解体和胚性细胞减少。

早期合子胚取材困难, 难以开展相关研究。前人的工作表明, 油菜(Brassica napus)裂外壁小孢子胚胎发生系统能够较好地模拟合子胚的分化模式, 因而可替代早期合子胚胎作为研究材料。但目前尚缺乏该胚胎发生系统中胚胎具有胚体/胚柄分化的分子水平的证据。该文首次证明了油菜WOX家族基因能够用于标记胚体/胚柄的分化过程, 利用胚柄标记基因BnWOX8的表达模式, 从分子水平上证明了带胚柄的裂外壁小孢子胚的确存在胚体/胚柄的分化。研究结果为充分利用油菜裂外壁小孢子胚胎发生系统, 解决早期胚胎取材困难的问题奠定了坚实的基础。同时, 建立了活体激光切割分离特定细胞的技术, 结合用于少量细胞RNA提取的活体特异细胞RNA提取技术, 为鉴定少量特异分化细胞的基因表达模式提供了一个可行且明确的解决方案。

以蚕豆(Vicia faba)表皮条为材料, 利用磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的抑制剂沃曼青霉素(WM)和LY294002 (LY)抑制磷脂酰肌醇3-磷酸(PI3P)的形成, 并结合气孔开度分析及激光扫描共聚焦显微镜技术, 探讨暗诱导蚕豆气孔关闭过程中PI3P与过氧化氢(H₂O₂)和一氧化氮(NO)之间的相互关系。结果表明, WM和LY显著抑制暗诱导的保卫细胞H₂O₂和NO的形成以及气孔的关闭, 但不能抑制外源H₂O₂和NO诱导的气孔关闭, 外源H₂O₂和NO处理能完全逆转WM和LY对暗诱导的气孔关闭的抑制效应。实验结果暗示, 在暗诱导的气孔关闭的信号转导途径中PI3P在信号分子H₂O₂和NO的上游起作用。

采用同步辐射X射线荧光分析(SRXRF)与亚细胞分布研究相结合的方法, 从细胞组织微区及亚细胞分布层面首次揭示了药用植物三七(Panax notoginseng)受砷(As)的毒害作用。研究结果表明, 三七根部的As元素多集中在表皮组织中, 且有向维管束运转的趋势; 细胞液是As主要富集的亚细胞组分, 用20 mg·L^-1 As处理的三七细胞液中As含量约为不加As的200倍; 分析三七主根亚细胞组分的As含量与营养液As浓度的曲线拟合方程, 确定了营养液As浓度直接影响细胞液组分的As含量; 各组分所占比例从大到小表现为: 细胞液>细胞壁>细胞质, 20 mg·L^-1 As处理的细胞液中砷含量约占三组分总量的65.78%, 达到最高比例, 细胞壁和细胞器中则始终维持较低的砷浓度。

为了判断芸芥(Eruca sativa)自交亲和性的变异情况, 采用套袋自交、剥蕾自交和开放授粉3种方法, 对来源于中国、伊朗和巴基斯坦的52份芸芥的自交亲和指数及相对亲和指数进行了统计分析。结果表明: (1) 芸芥为高度自交不亲和植物, 其不同品种(系)中存在自交亲和基因; (2) 芸芥不同品种间自交亲和性存在广泛的变异, 品种间自交亲和指数介于0-4.98之间, 品种内不同个体间自交亲和性也存在广泛的变异; (3) 参试材料分为4种类型, 即高自交亲和、自交亲和、自交不亲和(0<自交亲和指数<1.00)及高自交不亲和; (4) 芸芥自交亲和性因生态类型而异, 西南地区的材料自交亲和性最高, 西北地区次之, 华北地区最低。总之, 芸芥为一种高度自交不亲和植物, 其自交亲和性状存在广泛的变异, 共有4种变异类型。

土壤呼吸是土壤碳向大气排放的关键过程, 受土地利用变化的强烈影响。利用LI-840a静态箱法, 对放牧利用下赖草(Leymus secalinus)草地土壤呼吸速率日、季动态进行为期2年(2012-2013)的观测, 并分析其与大气、土壤温度和土壤含水量的相关性, 旨在为合理利用赖草草地提供依据。结果表明, 赖草草地土壤呼吸日、季动态均呈单峰型变化, 一天中的最高值出现在午间13点, 凌晨4点最低, 在生长季初的5-6月和生长季末的9月较低, 在生长旺盛期7-8月较高。放牧降低了土壤呼吸速率, 但并不改变土壤呼吸速率的变化趋势。土壤呼吸速率日变化与大气温度呈显著相关(P<0.05), 季节变化主要受0-10 cm土壤温度的调控。围封和放牧草地土壤呼吸速率可以分别用下列方程拟合: R_s=1.040 8e^0.086Ts (R²=0.91, P<0.01); R_s=1.016e^{0.075 2Ts} (R²=0.95, P<0.01)。经综合分析得出如下结论: 温度是影响赖草草地土壤呼吸速率的主要因素, 放牧通过改变土壤表层温度而降低土壤呼吸速率。

阐明花器官发育调控机理具重要的进化、发育和生态学意义。该文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)花瓣发育为例, 整合蛋白质互作、亚细胞定位、基因芯片和基因功能注释等数据库, 通过组建蛋白质互作可信预测模型, 获得拟南芥花瓣蛋白质互作网络, 以含有MADS-box结构域蛋白为诱饵在网络中进行一级拓展, 得到含38个蛋白质和67对互作的拓展网络。基于拓展网络, DAVID基因功能注释表明, 多数蛋白质涉及的生物学过程与花发育调控相关; 提取到19个候选四元互作, 涉及ABCDE模型基因之外的8个基因, 其中含MADS-box结构域的AGL16可能是B类基因新成员或其冗余; SEU、LUH、CHR4、CHR11、CHR17和AT3G04960为拟南芥花瓣AP1-AP3-PI-SEP四聚体的候选靶标基因。研究结果为深入解析拟南芥花瓣发育分子调控网络奠定了基础。

为获得黄花乌头(Aconitum coreanum)发根再生植株, 将其发根在添加0.5-5.0 mg·L^-1 6-BA及0-0.5 mg·L^-1 NAA的1/2MS固体培养基上进行光诱导培养, 发根经脱分化形成愈伤组织, 然后形成芽及芽丛, 最终获得发根再生植株。结果表明, 愈伤组织及不定芽分化的最适培养基为1/2MS+2.0 mg·L^-1 6-BA+0.2 mg·L^-1 NAA+3%蔗糖; 不定芽生根最适培养基为1/2MS+0.5 mg·L^-1 6-BA+0.1 mg·L^-1 NAA+5 mg·L^-1 GA+3%蔗糖。

溶解素基序(LysM)是一类普遍存在于大多数有机体中的蛋白质结构域。植物细胞中含有LysM结构域的蛋白能够识别不同种类含有N-乙酰葡糖胺结构的配体分子, 从而启动植物对病原菌的特异防御反应。作为一种重要的模式识别受体, LysM结构域蛋白通过不同形式的寡聚化、受体类胞质激酶BIK1和MAPK级联反应向下游传递信号, 而病原菌能够通过其分泌的效应蛋白特异性识别或修饰模式识别受体, 规避植物细胞中病原体相关分子模式诱导的免疫反应。该文主要综述受体激酶/蛋白在病原菌激发子识别和防卫反应启动中的作用。

生长发育是一个复杂的动态过程, 了解其发生细节是生命科学研究的重要内容。最新发展起来的微流芯片技术为实现这个目标提供了新的途径。动物及微生物中的应用表明, 该技术兼有实时定量监测和高通量整合处理的优势。在植物研究领域, 用针对根生长特点和要求设计的根微流芯片结合荧光共振能量转移探针已经成功地检测出拟南芥(Arabidopsis thaliana)根细胞内葡萄糖和游离的Ca²⁺、Zn²⁺的浓度。随着各种底物特异的荧光共振能量转移探针的开发和应用, 根微流芯片还可以用来检测植物细胞内激素或其它代谢中间产物的浓度及其动态变化过程。不仅如此, 以微流芯片为基础发展起来的Plant Chip和Tip Chip则为研究植物与微生物的相互作用以及植物花粉管极性生长和细胞分裂分化提供了理想的平台。作为了解遗传因素或环境刺激导致细胞生命活动变化细节的有力工具, 微流芯片技术有望为植物研究领域带来更多新的进展和突破。

半纤维素多糖木葡聚糖(XyG)存在于大多数植物的初生细胞壁中, 对细胞壁的结构组织和生长发育具有重要的调控作用。XyG在植物进化中存在结构的多样性。该文概述了参与XyG合成的糖基转移酶的最新研究进展, XyG合成需要多种糖基转移酶参与, 这些酶类很可能以蛋白酶复合体的形式存在并发挥作用, XyG的结构和组成的改变对植物的生长发育也产生影响。

SSR标记具有操作简便、共显性和重复性好等特点。该文总结了通过生物信息学技术、磁珠富集法及二代测序技术开发牡丹(Paeonia suffruticosa) SSR标记引物的方法, 并根据现有研究结果解析了牡丹基因组中SSR位点频率及分布, 详细阐述了SSR标记在牡丹种质资源的遗传多样性、亲缘关系和遗传关系等方面的应用概况, 旨在为今后牡丹SSR标记的研究与应用提供参考。

地黄(Rehmannia glutinosa)是一种具较高药用价值和经济价值的植物。有关地黄的种质资源、遗传育种、种植、化学成分和药效、有效成分的提取和分析、植物组织培养和脱毒快繁等已有很多报道, 但地黄核酸分子生物学研究尚少。该文从DNA分子标记、转录组学、基因功能和基因工程技术等方面对地黄核酸分子生物学研究进展进行综述, 并分析其发展趋势。