植物向重力反应中PIN-FORMED介导的生长素极性运输调控

植物的向性,即植物对光或重力等环境刺激信号产生的定向生长反应。在向重力性反应中,植物器官将重力感知为定向环境信号,来控制其器官的生长方向以促进生存。植物激素生长素及其极性运输在植物向重力反应中起着决定性的调控作用。质膜定位的生长素输出蛋白PIN-FORMED(PIN)通过动态的亚细胞极性定位,改变生长素运输的方向以响应环境刺激,由此植物器官间建立的生长素浓度梯度是细胞差异化伸长和器官弯曲的基础,来调控植物的形态建成和生长发育过程。本文主要讨论发生在植物重力感受细胞内早期重力感知和信号转导机制的最新研究进展、PIN介导的生长素极性运输、PIN的极性定位以及质膜蛋白丰度的调控机制等。     

生长素介导环境信号调控植物的生长发育

植物是一类营固着生活的自养型生物, 如何更好地适应周围环境对植物的生存至关重要。生长素是调控植物生长发育的重要激素之一。近年来的研究发现, 生长素不仅能够响应内在的发育信号, 而且能够介导各种环境信号, 参与植物生长发育和生长反应的调控。该文主要从光信号、温度信号、重力信号、营养元素和金属离子信号等方面重点阐述生长素如何介导上述各种不同的环境信号, 从而调控植物的生长发育。     

植物重力反应的分子调控机制

重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因子。植物感受到重力刺激后可以通过重力反应来协调自身各个器官的生长方向与重力方向之间的最适角度。植物重力反应过程分为重力信号的感受、重力信号的转导、生长素不对称分布的形成和重力反应器官的弯曲生长4个阶段。近年来,随着大量重力反应缺陷突变体的鉴定及其控制基因的功能解析,重力信号的感受和生长素不对称分布的分子机制等方面的研究取得了重要进展。作为植物适应环境变化的重要手段之一,重力反应还可以通过调节水稻(Oryza sativa L.)的分蘖角度实现对水稻株型和产量的调控。因此,研究植物的重力反应,不仅有助于解析植物生长发育的调控机制,对于作物株型的改良也具有重要的指导意义。然而,重力反应的分子机制及其调控网络仍不清楚。本文综述了近年来植物重力反应的调控机理及其调控水稻分蘖角度的作用机制,并对该领域未来的研究方向和热点进行了展望。     

生长素调控根向重力性在植物激素实验教学中的应用

根是植物重要的器官,其向重力生长是由生长素的浓度与分布所调控的,是植物对环境信号作出的生理反应。本文对模式植物拟南芥的根进行改变重力方向的刺激,借助含有响应生长素的分子标记的DR5rev:GFP、DR5:3xVenus和DR5:GUS转基因株系,可视化在重力方向改变刺激下根尖两侧的生长素不对称分布,同时观察生长素极性运输载体的相关突变体pin2-T、aux1-T在重力方向改变刺激下的表型,帮助学生深入理解生长素调控拟南芥根向重力生长的生理机制。     

生长素在微生物调控根发育过程中的作用

很多微生物通过分泌生长素和生长素前体与植物建立了有益的关系并改变植物根系的形态结构,此外,微生物分泌的其他代谢产物也能改变植物生长素信号通路。因此,生长素和生长素信号通路在微生物调控植物根系发育的过程中起着至关重要的作用。该文从生长素合成、生长素信号和生长素极性运输3个方面总结了生长素在微生物调控植物根系发育过程中的作用,主要包括微生物增加了植物内源生长素的含量、增强了生长素的信号和调控PIN蛋白的表达水平,进而如何调控植物生理和分子水平来适应微生物对其根系的改变,为进一步开展该方面的研究奠定了基础。     

植物非经典生长素信号转导通路解析

植物激素生长素参与调控植物生长发育的各个过程,包括胚胎发育、器官发生和向性运动等。植物通过协调生长素的合成代谢、极性运输以及信号转导来实现对不同生长发育过程的精准调控。生长素的功能依赖于其信号被感知后经由信号转导通路转换为下游复杂多样的反应。经典的生长素信号转导通路阐明了细胞核内从SCF~(TIR1/AFB)受体到Aux/IAA蛋白的泛素化降解最终通过ARF转录因子调控基因转录的完整生长素响应过程。该核内信号通路揭示了生长素转录调控生长发育的诸多分子机制,但植物生长发育调控过程中仍有许多生长素响应过程无法通过该经典信号通路解析。重点阐述生长素非经典信号通路的调控机制及其对植物生长发育的重要作用,并讨论和展望生长素非经典信号通路研究目前所面临的挑战以及研究前景。     

生长素与乙烯信号途径及其相互关系研究进展

长期的研究表明,生长素在调节植物生长发育的各种生理活动中起关键作用,但对它如何调控这些生理活动却缺乏系统和深入的了解。最近,细胞核内生长素信号途径的发现为揭示其作用机制带来了曙光。乙烯参与果实成熟及植物对逆境的反应等生理活动,其信号途径也已得到部分阐明。越来越多的证据表明,乙烯的作用与生长素对植物生长发育的调控之间有密切的联系。该文概述了生长素与乙烯信号途径的研究进展及其相互关系,讨论了生长素在植物三重反应中的作用;并对生长素与乙烯相互关系研究中存在的问题及研究前景进行了探讨。     

生长素与乙烯信号途径及其相互关系研究进展

长期的研究表明, 生长素在调节植物生长发育的各种生理活动中起关键作用, 但对它如何调控这些生理活动却缺乏系统和深入的了解。最近, 细胞核内生长素信号途径的发现为揭示其作用机制带来了曙光。乙烯参与果实成熟及植物对逆境的反应等生理活动, 其信号途径也已得到部分阐明。越来越多的证据表明, 乙烯的作用与生长素对植物生长发育的调控之间有密切的联系。该文概述了生长素与乙烯信号途径的研究进展及其相互关系, 讨论了生长素在植物三重反应中的作用; 并对生长素与乙烯相互关系研究中存在的问题及研究前景进行了探讨。     

生长素调控植物气孔发育的研究进展

气孔是分布于植物表皮由保卫细胞围成的小孔, 是植物体与外界环境进行水分和气体交换的重要通道, 通过影响光合作用、蒸腾作用及一系列生物学过程来促进植物适应环境的变化。生长素是最早被发现的植物激素, 在植物生长发育中发挥重要作用。近年来的研究表明, 生长素通过载体蛋白-TIR1/AFB受体-AUXIN/IAA-ARFs信号通路, 调控STOMAGEN的表达; 之后, 经STOMAGEN-类LRR受体蛋白激酶ERf-MAPKs级联反应激酶-SPCH转录因子信号通路, 启动气孔的发育进程。EPF1、EPF2和类LRR受体蛋白激酶TMM不是该过程的必需元件。生长素对气孔的调控受光信号影响, 光信号通路组分E3泛素连接酶COP1位于MAPKs激酶的上游, 参与气孔的发育调控。     

类黄酮调节生长素的极性运输(综述)

生长素在植物体内是通过极性运输方式输送的,这个运输过程是一个严格调控的过程.目前对其调控机理尚不了解.植物体内广泛存在的类黄酮类物质影响生长素运输,对生长素运输起负调控作用.     

Plant mortality varies with arbuscular mycorrhizal fungal species identities in a self-thinning population

Because arbuscular mycorrhizal fungal (AMF) species differ in stimulating the growth of particular host plant species, AMF species may vary in their effects on plant intra-specific competition and the self-thinning process. We tested this hypothesis using a microcosm experiment with Medicago sativa L. as a model plant population and four AMF species. Our results showed that the AMF species Glomus diaphanum stimulated host plant growth more than the other three AMF species did when the plants were grown individually. Glomus diaphanum also induced the highest rate of mortality in the self-thinning plant populations. We also found a positive correlation between mortality and growth response to colonization. Our results demonstrate that AMF species can affect plant mortality and the self-thinning process by affecting plant growth differently.     

Identification of a male sterile gene Ms in Brassica rapa L.

Molecular Breeding - Flowering time is an important agronomic trait, which is of great significance to the plant growth process. Salicylic acid (SA) is a key hormone that regulates plant growth and...     

A Genomic and Molecular View of Wood Formation

Wood formation is a process derived from plant secondary growth. Different from primary growth, plant secondary growth is derived from cambium meristem cells in the vascular and cork cambia and leads to the girth increase of the plant trunk. In the secondary growth process, plants convert most of photosynthesized products into various biopolymers for use in the formation of woody tissues. This article summarizes the new developments of genomic and genetic characterization of wood formation in herbaceous model plant and tree plant systems. Genomic studies have categorized a collection of the genes for which expression is associated with secondary growth. During wood formation, the expression of many genes is regulated in a stage-specific manner. The function of many genes involved in wood biosyntheses and xylem differentiation has been characterized. Although great progress has been achieved in the molecular and genomic understanding of plant secondary growth in recent years, the profound genetic mechanisms underlying this plant development remain to be investigated. Completion of the first tree genome sequence (Populus genome) provides a valuable genomic resource for characterization of plant secondary growth.     

肌动蛋白微丝与生长素浓度梯度分布

生长素参与植物生长发育的各个阶段,如胚胎发生、发育,营养器官发生与形态建成,极性与轴向的建立,维管组织分化,生殖器官的发育等。虽然生长素在植物的各组织器官和细胞中发挥着重要的作用,植物内源生长素的生物合成却是在特异的组织——细胞快速分裂的幼嫩组织中完成的,然后通过韧皮部或受严格控制的细胞—细胞运输系统运送至植物各个部分。生长素的极性运输导致其积累在某些局部组织和细胞内,形成特定梯度分布。生长素对植物生长发育众多方面的调节正是依赖于这一特性。该文综述了近年来有关植物生长发育过程中生长素浓度梯度的形成和相应的生理功能,以及细胞骨架中的微丝参与调控生长素极性运输的研究工作。     

Genome-wide Expression Profiling in Seedlings of the Arabidopsis Mutant uro that is Defective in the Secondary Cell Wall Formation

Plant secondary growth is of tremendous importance, not only for plant growth and development but also for economic usefulness. Secondary tissues such as xylem and phloem are the conducting tissues in plant vascular systems, essentially for water and nutrient transport, respectively. On the other hand, products of plant secondary growth are important raw materials and renewable sources of energy. Although advances have been recently made towards describing molecular mechanisms that regulate secondary growth, the genetic control for this process is not yet fully understood. Secondary cell wall formation in plants shares some common mechanisms with other plant secondary growth processes. Thus, studies on the secondary cell wall formation using Arabidopsis may help to understand the regulatory mechanisms for plant secondary growth. We previously reported phenotypic characterizations of an Arabidopsis semi-dominant mutant, upright rosette （uro）, which is defective in secondary cell wall growth and has an unusually soft stem. Here, we show that lignification in the secondary cell wall in uro is aberrant by analyzing hypocotyl and stem. We also show genome-wide expression profiles of uro seedlings, using the Affymetrix GeneChip that contains approximately 24 000 Arabidopsis genes. Genes identified with altered expression levels include those that function in plant hormone biosynthesis and signaling, cell division and plant secondary tissue growth. These results provide useful information for further characterizations of the regulatory network in plant secondary cell wall formation.     

氮源受限条件下植物病原真菌氮调控基因表达特性

研究证实植物病害的发生往往是由于植物病原真菌分泌的效应子诱导引起的,在此过程中,调控效应基因表达能够了解病原菌的侵染过程。细胞的营养状况据推测对于效应基因的表达起着重要的作用。已有研究表明在氮胁迫条件下相同效应基因的诱导作用在植株体内和体外是一致的,表明氮源缺乏的环境在植物体进化的早期就已经存在了。文章阐述了在氮受限条件下真菌致病系统中效应基因调控机制及其已经发现的氮调节基因特异性表达研究结果,通过对比几个病原菌中氮调控基因的功能,比较寄主植物体内和体外在氮限制条件下基因的诱导效应,从而揭示出氮的有效性在寄主植物病害发展过程中起到重要作用。     

果树成花转变途径与调控研究进展

植物成花转变是营养生长向生殖生长转变的过程,木本果树过长的童期严重制约了育种的进程.相对于模式植物,目前对果树成花转变与调控的研究相对较少.因此,了解并掌握果树成花转变的途径及调控方法,对于缩短果树童期、调控开花,加速果树育种具有重要意义.基于近年来国内外相关研究,本文系统总结了果树的成花途径,阐述了果树栽培措施、植物...     

黄土丘陵半干旱区柠条林株高生长过程新模型

黄土丘陵半干旱区柠条林的株高生长不随时间单调增加,在生长末期因生长动力小于生长阻力,株高随时间小幅度减小。采用宁夏固原上黄生态站柠条林的生长观测资料,以经典Logistic方程为基础,添加了生长阻力因素,建立了柠条林生长的改进模型,使得生长速率在生长末期出现负值;并以高密度柠条成林多年生长观测数据为依据,建立了连年生长模型。用数学建模和统计检验的方法对数据进行处理,其结果表明,改进模型较Logistic方程具有更高的拟合度和相关系数。建立的模型与传统生长方程不同,由于微分方程中引入了阻力因子,故生长曲线中存在极值坐标且不具有严格单调性。将多年的株高生长曲线综合到一个坐标系内后,新模型中位置参数a与内禀生长率b的比值随着生长呈现逐渐增大的趋势。改进模型的生长顶点出现在8月,与柠条林株高的实际生长过程吻合;计算了新模型的生长顶点与生长期结束时的株高的差值,并将该值记为生长损失。由于柠条林的灌丛较为矮小,在越冬时干梢现象对株高的影响不可忽略,该过程导致生长方程中第二年初始点小于第一年最末点;在考虑了该现象后所建立的连年生长模型中,2002年和2003年干稍现象的终止点位于2月,与植物生长的节律吻合。本研究为描述半干旱区灌木林生长过程提供了依据。     

棉花衰老和熟相形成的生理生态与调控研究进展

衰老是棉株或其某些器官发生导致生命活动自然终止的败坏过程,是棉株生长发育过程的必然归宿,熟相则是棉株吐絮成熟期的表现,是衰老的表现形式和结果,有早衰、贪青晚熟和正常成熟之分.衰老和熟相都是基因型与环境互作的结果.本文总结评述了棉花衰老的生理生态和分子生物学方面的研究进展,提出了依靠选育稳发型棉花品种、合理使用植物生长调节剂并综合运用农艺栽培措施调控棉株生长发育和衰老,实现正常熟相,进而提高棉花产量和品质.     

Integration and scaling of UV‐B radiation effects on plants: from molecular interactions to whole plant responses

A process based model integrating the effects of UV‐B radiation to molecular level processes and their consequences to whole plant growth and development was developed from key parameters in the published literature. Model simulations showed that UV‐B radiation induced changes in plant metabolic and/or photosynthesis rates can result in plant growth inhibitions. The costs of effective epidermal UV‐B radiation absorptive compounds did not result in any significant changes in plant growth, but any associated metabolic costs effectively reduced the potential plant biomass. The model showed significant interactions between UV‐B radiation effects and temperature and any factor leading to inhibition of photosynthetic production or plant growth during the midday, but the effects were not cumulative for all factors. Vegetative growth were significantly delayed in species that do not exhibit reproductive cycles during a growing season, but vegetative growth and reproductive yield in species completing their life cycle in one growing season did not appear to be delayed more than 2–5 days, probably within the natural variability of the life cycles for many species. This is the first model to integrate the effects of increased UV‐B radiation through molecular level processes and their consequences to whole plant growth and development.