杂种优势在提高作物产量和适应性方面已得到广泛应用。然而, 由于杂交种后代不能稳定遗传, 每年均需利用不育系和恢复系亲本配置杂交种子, 不仅制种成本高, 而且存在制种纯度问题, 限制了杂种优势利用的推广范围。近期, 中国科学家通过对减数分裂和受精过程关键基因进行编辑, 获得了杂种F₁的克隆种子, 为进一步固定杂种优势、实现“一系法”水稻杂种优势利用带来了曙光。

虾青素是一种红色的类酮胡萝卜素, 与其它类胡萝卜素或维生素E相比具有更强的抗氧化活性, 在延缓衰老、提高免疫力、防治糖尿病和心血管疾病等方面均有功效, 目前已广泛应用于制药、保健和日化等行业。但其合成必需基因BKT仅存在于部分微藻、细菌和酵母中, 大多数高等动、植物中并不存在。人类仅可以从三文鱼、贝类和鳟鱼等海洋生物中少量摄取虾青素。水稻(Oryza sativa)作为世界上最重要的粮食作物, 是全世界近1/2 (我国2/3)人口的主粮。稻米中缺乏类胡萝卜素前体, 因此无法自主合成虾青素, 且多年来在水稻中人工合成虾青素的尝试均未获得成功。近期, 中国科学家首次利用自创的多基因垛叠表达系统, 成功获得了富含β-胡萝卜素的黄金米, 富含角黄素的角黄素米和富含虾青素的赤晶米, 实现了从前体、中间产物到终产物的精准合成。

光照是影响植物生长发育的重要环境因子, 开花是高等植物生活史上最重要的事件。植物通过光受体感知外界环境中的光照变化, 激活一系列信号转导过程从而适时开花。该文介绍了高等植物光受体的种类、结构特征和生理功能的研究进展, 并系统阐述了红光/远红光受体光敏色素、蓝光受体隐花色素以及FKF1/ZTL/LKP2等介导光信号调控植物开花的分子机制, 包括光受体对CO转录及转录后水平调控和对FT转录水平的调控等。此外, 还介绍了光受体整合光信号与温度和赤霉素等信号调控植物开花的研究进展, 并展望了未来的研究方向。

氮素是参与植物生长发育的一种重要元素, 对植物的产量和品质具有重要作用。自噬是真核生物中一种保守的细胞组分降解-循环再利用途径, 在植物生长发育和籽粒形成期间的氮素再动员过程中发挥作用。我们鉴定到水稻(Oryza sativa)自噬核心基因OsATG8b, 并获得2个独立的35S-OsATG8b转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)纯合株系。研究表明OsATG8b基因响应低氮胁迫处理, 过表达OsATG8b基因促进转基因拟南芥的生长发育, 使莲座叶增大, 单株产量显著提高(15.16%)。进一步研究表明, 过表达OsATG8b能够显著增强缺氮胁迫下转基因拟南芥叶片中的自噬活性, 从而有效缓解氮胁迫和碳胁迫对转基因拟南芥造成的生长抑制。因此, OsATG8b是提高氮素利用效率和产量的候选基因。

利用杜鹃红山茶(Camellia azalea)转录组数据和前人研究中获得的12个高多态性的SSR位点, 采用荧光毛细管电泳分析了21个茶花杂交新品种的基因型。结果显示, 12对SSR引物都能获得稳定清晰的扩增产物, 且上述12个SSR位点的基因型能够完全区分上述21个茶花新品种。其中, 来自同一杂交组合后代的多个品种, 基因型间有差异的位点数为2-10个, 来自不同杂交组合后代的品种间, 其基因型有差异的位点数为5-12个。研究结果表明, 上述21个茶花新品种均获得了独特的基因型标记, 能准确地进行品种身份鉴定, 这对以扦插或嫁接扩大生产的茶花品种的鉴定和品种权保护具有重要意义。

蛋白磷酸酶催化的蛋白质可逆磷酸化反应是叶片衰老的关键环节。该研究筛选并克隆了1个新的参与水稻(Oryza sativa)叶片衰老调控的PP2C基因OsSAPP3。研究表明, OsSAPP3的启动子在Pro_OsSAPP3-GUS转基因拟南芥(Arabidopsis thaliana)的莲座叶中有活性, 并且活性以依赖叶龄方式增加。利用CaMV 35S启动子驱动组成型异源过表达OsSAPP3导致转基因拟南芥无法正常生长。用可诱导型启动子GVG系统驱动OsSAPP3异源过表达导致转基因拟南芥出现莲座叶变小、数量增加、叶片早衰及抽薹开花提前等早衰表型。外源诱导OsSAPP3基因异源过表达后, 利用实时荧光定量PCR检测到SAG12、WRKY6和NAC2等衰老标志基因显著上调表达。研究结果表明, OsSAPP3是参与水稻叶片衰老的正向调控因子。

采用SRAP标记法对183份茄子(Solanum melongena)种质资源的遗传关系和群体结构进行分析。结果表明, 33对多态性SRAP引物组合共扩增出215条清晰稳定的多态性条带, 平均每对引物组合产生7条多态性条带。183份茄子种质的遗传相似系数介于0.276-0.813之间, 平均值为0.623, 表明茄子种质资源间遗传背景存在一定的差异。在遗传距离为0.345 6处可将183份茄子种质分为4组。通过群体结构分析可将种质划分为4个群体, 不同群体间的界限十分明显, 且群体间的基因渗透较高。

该文主要探讨了光照时间、光照强度、温度及昼夜温差等保存条件对卓越红花槭(Acer rubrum cv. ‘Somerset’)限制生长保存的影响。结果表明, 在为期182天的保存过程中, 离体材料前期以分化生长为主, 后期以营养生长为主, 并呈现一定的低温适应性。温度对离体材料生长的影响达极显著水平(P<0.01); 光照时间和光照强度影响持久, 二者交互作用达显著水平(P<0.05); 昼夜温差对平均出芽数和生根率都有显著影响。研究表明, 保存效果最好的条件是T3 (25°C, 12小时光照, 62.50 μmol·m ^-2·s ^-1)和T7 (25°C, 12小时光照, 31.25 μmol·m ^-2·s ^-1)处理组, 但最佳保存条件的选择标准并不唯一, 其核心是保证种质材料的分化能力。

怀山药(Dioscorea opposita)遗传转化是对其进行基因功能分析和遗传改良的基础, 但目前国内外尚未见相关报道。以怀山药优良品种铁棍山药(D. opposita cv. ‘Tiegun’)的微型块茎为受体材料, 对影响遗传转化的因素进行优化, 建立了由根癌农杆菌介导的山药遗传转化体系。过表达质粒载体pCAMBIA1301-DoSERK2含GUS标记基因和潮霉素(Hyg)抗性筛选基因, 沉默质粒载体pART27-DoSERK2含卡那霉素(Kan)抗性筛选基因。根癌农杆菌抑制剂特美汀(Tim)的最佳浓度为500 mg·L ^-1; 再生芽和生根时, Hyg的最佳浓度分别为15和20 mg·L ^-1, Kan的最佳浓度分别为120和160 mg·L ^-1。对转化植株进行PCR和GUS组织化学检测, 结果显示外源基因已整合到铁棍山药转基因株系的基因组中并在细胞中表达。该研究建立了一套取材便利的铁棍山药遗传转化方法, 对其它品种山药的转化也具有参考价值。

真核生物通过双层膜结构包裹细胞内受损的蛋白、细胞器或外源物质, 经溶酶体(或液泡)将内含物降解并进行循环利用, 这种高度保守的生物学过程称为自噬。活性氧是细胞有氧代谢的副产物, 作为一种信号分子广泛参与不同生物学过程的调控。研究表明, 真核生物中自噬与活性氧之间存在密切联系。该文结合近年的研究进展, 对植物细胞中活性氧的种类及作用和自噬的分子机制等进行概述, 旨在探讨活性氧对自噬的调控作用。

紫色酸性磷酸酶(PAPs)是一类广泛存在于植物体内的金属磷酸酯酶, 其羧基端含有1个保守结构域, 由5个保守基序和7个氨基酸残基构成。作为一种特殊的酸性磷酸酶, PAPs在酸性环境下能够有效催化磷酸酯或酸酐的水解, 释放出植物可以利用的磷酸基团。此外, PAPs在调节植物碳代谢、细胞壁合成和抵御病菌侵染等方面也发挥重要生理作用。该文简要介绍了PAPs的结构、家族成员及其调控因子, 并着重总结了近年来对PAPs生物学功能的研究进展, 为今后系统开展PAPs功能研究提供了理论参考。

多种有机和无机离子作为重要的营养物质、渗透物质、辅酶和信号分子, 参与植物生殖、生长发育和逆境反应等多种生物学过程。离子通道是离子跨质膜和内膜运动的重要渠道和动态调控因子, 直接影响和调控细胞内离子浓度及亚细胞分布的动态变化。目前, 植物尤其是模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的多个离子通道家族被先后鉴定出来, 其中部分离子通道蛋白定位在细胞质膜上, 其基本生物学功能, 诸如蛋白结构、离子选择性和通透性、门控特点、活性调控机理以及不同离子通道之间的协同关系等均取得重要进展。该文概要介绍近年来植物细胞质膜离子通道方面的研究进展。

硫氧还蛋白(Trx)属于巯基-二硫键氧化还原酶家族, 通过作用于底物蛋白侧链2个半胱氨酸残基之间的二硫键(还原、异构和转移)来调控胞内蛋白的结构和功能。叶绿体Trx系统包括Trx及Trx类似蛋白、铁氧还蛋白(Fd)依赖的硫氧还蛋白还原酶(FTR)和还原型烟酰腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH)依赖的硫氧还蛋白还原酶C (NTRC)。除了基质蛋白酶类活性变化及叶绿体蛋白的转运受Trx系统调控之外, 在叶绿体中还存在1条跨类囊体膜的还原势传递途径, 把基质Trx的还原势经跨膜转运蛋白介导, 最终传递给类囊体腔蛋白。FTR和NTRC共同作用维持叶绿体的氧化还原平衡。该文对叶绿体硫氧还蛋白系统的调节机制进行了综述, 同时讨论了叶绿体硫氧还蛋白系统对维持植物光合效率的重要意义。

花青素是广泛存在于植物中的一类重要的类黄酮化合物, 在植物生长发育和人类营养保健方面具有重要价值。花青素的生物合成途径已经解析得比较清楚, 但花青素的代谢调控网络还在不断完善。调控花青素生物合成的转录因子主要包括MYB、bHLH和WD40三大类, 这些转录因子通过激活或抑制CHS、ANS和DFR等花青素途径关键结构基因的表达水平, 进而决定花青素积累的部位与水平。该文结合国内外花青素生物合成与转录调控方面的研究进展, 简要介绍了花青素的生物合成途径, 归纳总结了模式植物中花青素代谢调控的分子机理, 尤其是MYB、bHLH和WD40三类主要转录因子的调控机理, 以及这些转录因子在观赏植物和水果等经济作物花青素代谢工程中的应用。该文将为系统阐明花青素的转录调控机制和利用代谢工程改良花青素的相关研究提供有益参考。