植物开花时间：自然变异与遗传分化

开花时间是植物的重要生活史性状。对模式植物的研究表明： 从感受内外环境信号开始到最终分化形成功能性花器官的过程涉及复杂的信号转导途径和调控网络; 开花时间受多种因子的调控, 而FT基因作为整合途径成分起到非常关键的作用。植物的花期变异在物种、群体和个体水平上具有复杂的自然变异模式, 且不同植物的花期变异随全球环境变化而具有不同的变异趋势。植物个体之间通过传粉进行的基因交流需要功能性开花时间的一致或重叠, 而花期变异会导致群体之间或群体内部亚群体之间的基因流障碍和遗传分化, 并可能导致邻域或同域的物种形成。该文分析了植物花期变异与群体遗传分化的关系, 认为决定开花时间的基因在物种分化中可能起到关键的作用, 而对开花时间自然变异模式的研究对于揭示晚近分化快速辐射物种的进化模式具有重要意义。     

植物开花时间的遗传调控通路研究进展

开花时间对植物的繁殖成功至关重要。广泛分布的物种经常发生开花时间的分化, 从而能够更好地适应不同的环境条件。为了探索植物开花行为发生适应性分化的分子机制, 首先要明确调控开花行为的遗传通路。本文梳理了植物各类群调控开花时间的遗传通路, 以期为开花时间适应性分化的分子机制研究提供依据。 植物从营养生长向繁殖转变时, 其开花行为主要受到光照、温度、水分等外界环境因子和赤霉素等内在因素的影响。通过对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和其他类群的研究, 总结出了调控植物开花时间的6条通路, 包括日照长度和光质影响开花的光依赖通路, 长时间冷暴露后促进植物开花的春化通路, 高温或低温环境影响开花的温度通路, 以及赤霉素通路、年龄通路和自主通路3条内部调节过程。植物开花时间调控的6条上游通路信号传递到下游的开花整合基因FT(FLOWERING LOCUS T)和SOC1(SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1), 整合基因将这些复杂的调节因子整合后进一步传递到下游花分生组织, 从而启动开花。此外, 非编码RNA、转座子对开花时间的调控也具有重要作用。部分遗传通路被证实在植物适应环境的过程中起到了重要作用。目前对植物开花调控的研究已经有一百多年历史, 理论相对成熟。然而, 仍然存在许多具有争议和未解决的问题, 如开花基因的表达方式、开花行为的特殊调控机制、开花时间变异的适应性意义等等, 需要更进一步的研究。     

植物CO基因研究进展

CO(constans)是植物开花时间光周期调控途径中的一个重要基因.目前从拟南芥、水稻、油菜、马铃薯等多个物种中都已经克隆到CO同源基因.CO基因在不同物种中具有保守的锌指结构和核定位区域,但是不同植物中的作用机理并不完全相同.序列分析表明该基因在被子植物与裸子植物之间、双子叶植物与单子叶植物之间以及不同科、属的植物之间均有明显分化,说明CO基因可能在植物进化中起到了重要作用.本文综述了近年来有关植物CO基因的研究进展,并对其在物种中的进化进行分析,为CO基因进一步研究提供参考.     

模式植物拟南芥开花时间分子调控研究进展

植物从营养生长到生殖生长的转变是开花发育的关键，在合适的时间开花对植物的生长和繁衍极为重要，植物开花时间的调控对农业生产发展意义重大。植物开花是由遗传因子和环境因子协同调节的一个复杂过程。近年来，对不同植物开花调控的研究，特别是对模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.）的开花调控研究取得了显著进展，已探明开花时间分子调控的6条主要途径分别是光周期途径、春化途径、自主途径、温度途径、赤霉素途径和年龄途径。各遗传调控途径既相互独立又相互联系，构成一个复杂的开花调控网络。本文综述了模式植物拟南芥开花时间调控分子机制相关研究的最新进展，并对未来的研究进行了展望。     

数量分析方法在种内变异研究中的运用

现代生物分类知识和进化理论的发展,已使越来越多的系统分类学家清醒地意识到:组成同一物种的不同个体或群体并非同一模式原封不动的拷贝,相反,在这些个体与个体之间、群体与群体之间,存在形形色色程度不同的形态变异。这些变异有些源自基因的重组或突变,有些则是环境诱导的产物。对这些形态变异进行研究,不仅有助于我们了解物种形成与进化的机制和途径,揭示各自然因素在物种进化中的作用;同时,对分类学而言,亦将有助     

光和温度调控开花时间的研究进展

光和温度作为最重要的环境信号调控植物的生长与发育.植物在进化中具备了应对和适应各类环境改变的策略.它们通过整合外源信号与内源信号,继而调控各类生理过程,包括开花时间.在模式植物拟南芥中至少存在5种不同的开花调控途径:光周期途径、春化/温度响应途径、自主开花启始途径、赤霉素途径以及年龄途径.其中光周期途径与温度/春化途径主要感知外界环境信号调控开花时间,而自主途径与年龄途径则介导了植物内源信号调控开花启始.在许多植物物种中,开花时间受到光(光周期)和温度的精确调控,确保植物在特定环境下的最佳时机开花以确保产量.通过正向和反向遗传途径的研究,人们揭示了光和温度调控开花的部分分子机制,本文概述了最近的一些重要进展.     

濒危植物夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis)的开花物候与传粉成功

野外定点观测了夏蜡梅在3个群体的开花物候进程,分别计算了结实率和结籽率,并分析了始花日和开花同步性等开花物候指数对其传粉成功的影响,还进一步从个体水平分析了开花时间对传粉成功的影响.结果如下:夏蜡梅的花期在5月上旬到6月下旬,开花物候参数在不同群体间存在较明显的差异,而各群体的开花进程均呈明显的"单峰型",且开花同步性高,为"大量开花模式".群体内各开花物候参数与传粉成功相关性不明显;群体间开花物候参数中的始花日和开花中值日与结实率呈极显著的负相关,终花日与结实率和结籽率分别呈极显著和显著的负相关.个体水平不同开花时间对结实率有着显著影响(F=15.960,df=3,P＜0.01),而对结籽率影响不大(F=2.358,df=3,P=0.073).相同海拔高度小生境不同对夏蜡梅的传粉成功影响不大,但不同海拔高度对夏蜡梅的传粉成功影响显著.作为一种濒危物种,夏蜡梅这种"集中开花模式"可以吸引更多的传粉昆虫,有助于其获得更多的传粉成功,但增加了其花粉在个体内及邻近个体间的传递,不利于花粉在群体间的扩散,而导致了一定程度的自交和近交衰退,这可能是夏蜡梅群体遗传变异性低、遗传分化明显及濒危的一个原因.     

水稻开花期调控的分子机理研究进展

水稻准确地感知外部环境信号,通过内部复杂的基因网络做出反应,在一年中最适合的时候开花繁殖。与长日促进长日模式植物拟南芥开花相反,短日促进短日模式植物水稻开花。通过对水稻和拟南芥的开花期调控机理的对比分析,发现水稻和拟南芥有着一些相对保守的开花期控制基因,其调控机理也是相似的。另外,水稻也有一些独特的开花期控制基因和开花途径。本文着重从光周期对水稻开花期的调控途径和作用机理角度进行了阐述,并对水稻开花期的自然变异与其育种应用、生物钟关联基因、光中断现象和临界日长现象以及开花期与产量的关系进行了总结。     

马尾松和黄山松两个核基因位点的群体遗传多样性和种间分化

利用两个核基因座位C3H和GI, 对重叠分布于中国东南部的两个松属(Pinus)物种马尾松(P. massoniana)和黄山松(P. hwangshanensis)的22个群体88个个体进行了遗传多样性和种间分化模式研究。在这两个核基因座位上, 两种植物都表现出较低的核苷酸多样性水平(马尾松π_sil = 0.001 71; 黄山松π_sil = 0.003 40), 但是马尾松要显著低于黄山松; 在种内分化水平上, 马尾松的种内遗传分化也明显低于黄山松(马尾松F_ST = 0.059; 黄山松F_ST = 0.339)。这可能是由于黄山松的海拔分布高于马尾松, 而高海拔分布使黄山松的分布区域更加片段化, 促使其形成较高的种内遗传多样性和遗传分化。分子变异分析(AMOVA)发现, 两物种基于两个核基因座位的种间差异为48.86%, 而GI基因座位上的种间差异明显高于C3H座位(GI: 77.24%, C3H: 20.48%), 同时, 基因谱系显示两物种的共享单倍型仅在C3H座位上存在。结合这两个基因的功能, 推测GI基因可能在物种形成过程中受到了一定的选择压力, 因为GI基因参与调控植物的开花时间, 而C3H与木质素表达水平的调控有关。不同的选择压力使得GI的进化速度相对较快, 从而加速了黄山松和马尾松的物种分化。     

高等植物开花时程的调控与光受体Ⅱ.光受体调控开花时程的分子机制与昼夜节律时间钟

系统评述了高等植物开花时程的调控与植物光受体的联系.重点说明了控制开花时程的遗传途径以及光周期途径的有关基因的研究进展.而且对植物光受体调控高等植物开花里程的分子机制作了深入的探讨.高等植物从营养生长向生殖生长及发育转变的时程具有重要意义.控制高等植物开花时程及其性别表达的关键就在此过程中.植物光受体参与了高等植物开花时程的调控并起到了重要作用.植物光受体主要包括植物光敏素受体(光敏素A、B、D、E受体)和隐色素受体.近5年左右的时间通过对拟南芥及其一系列突变体的研究展示了这一热门领域的广阔的理论与应用前景.     

植物开花的组蛋白甲基化调控分子机理

开花是指植物从营养生长转变到生殖生长的生理过程, 是植物个体发育和后代繁衍的中心环节, 既受遗传基础决定,同时又受到温度和光周期等多种环境因素的调控。在拟南芥中, 已经分离了大量的与开花相关的基因, 从遗传学上已初步形成了一个开花调控的网络。组蛋白甲基化是植物发育过程的重要调节方式, 近年来关于其参与开花调控的研究有了重要进展。本文综述了具有代表性的组蛋白H3赖氨酸甲基化修饰参与调控植物开花发育的机制, 提出该研究领域的发展方向和前景。     

植物开花时间调控的信号途径

开花是植物从营养生长到生殖生长的一个重要转折点。花启动的时机对生殖生长的成功至关重要。开花时间受内在因子和环境因子的共同调节。通过对拟南芥的分子遗传学研究,确定至少存在4条调控开花时间的信号途径,即光周期途径、春化途径、自主途径和赤霉素途径。本文以拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 为主要研究对象简要综述了近年来在开花时间调控领域的研究进展。     

Genetics of flower initiation and development in annual and perennial plants

Flowering is an integral developmental process in angiosperms, crucial to reproductive success and continuity of the species through time. Some angiosperms complete their life cycle within a year (annual plants), and others have a longer reproductive life, which is characterized by the generation of new flowering and vegetative shoots every year (perennial plants). Despite the differences in their lifespan, the underlying genetics of flower induction and floral organ formation appears to be similar among these plants. Hence, the knowledge gained from the study of flowering mechanism in Arabidopsis thaliana can be used to better understand similar processes in other plant species, especially the perennials, which usually have a long generation time and are not amenable to genetic analysis. Using Arabidopsis as a model, we briefly discuss the current understanding of the transition from vegetative to reproductive growth and the subsequent formation of individual floral organs, and how this knowledge has been successfully applied to the identification of homologous genes from perennial crops. Although annuals appear to share many similarities with perennials in terms of gene function, they differ in their commitment to flowering. Once an annual reaches the reproductive phase, all meristems are typically converted into either floral or inflorescence meristems. In contrast, each year, each meristem of a mature perennial has the choice to produce either a vegetative or a reproductive shoot. The physiology and genetics of flowering in Citrus are used to highlight the complexity of reproductive development in perennials, and to discus possible future research directions.     

植物开花的组蛋白甲基化调控分子机理

开花是指植物从营养生长转变到生殖生长的生理过程,是植物个体发育和后代繁衍的中心环节,既受遗传基础决定,同时又受到温度和光周期等多种环境因素的调控。在拟南芥中,已经分离了大量的与开花相关的基因,从遗传学上已初步形成了一个开花调控的网络。组蛋白甲基化是植物发育过程的重要调节方式,近年来关于其参与开花调控的研究有了重要进展。本文综述了具有代表性的组蛋白H3赖氨酸甲基化修饰参与调控植物开花发育的机制,提出该研究领域的发展方向和前景。     

Long-range signalling in plant reproductive development

Animals and plants produce regulatory signals at specific places of their bodies, in order to regulate developmental events which take place at a distance. Plants use this mechanism to adjust their development to the changing environment. Flowering and tuber formation are controlled by signals generated in the leaves that travel throughout the plant to reach their target tissues: the shoot apical meristem for flowering and the underground stolons for tuberization. Although the existence of these long-distance plant messengers was postulated almost seventy years ago, their chemical nature is still not clear. These leaf-derived signals are graft-transmissible and move through the plant vascular system. Presumably they are very similar or even identical for flowering and tuberization and common to most plant species. It is generally accepted that their composition is complex and includes positive and negative regulators. Many different substances, including classical plant hormones and metabolites have been postulated to be components of these mobile signals, but conclusive evidence of this is still lacking. Recent work has positioned these signals within the genetic network that regulates flowering time and suggests roles for specific genes in the generation, transport or response to the signalling molecules. Current knowledge of long-range signalling mechanisms in other physiological and developmental events, together with the finding of common regulators involved in flowering, tuberization and other processes like pathogen and wound responses, should help to establish the biochemical composition of these elusive messenger signals.     

Trends in flower symmetry evolution revealed through phylogenetic and developmental genetic advances

A striking aspect of flowering plant (angiosperm) diversity is variation in flower symmetry. From an ancestral form of radial symmetry (polysymmetry, actinomorphy), multiple evolutionary transitions have contributed to instances of non-radial forms, including bilateral symmetry (monosymmetry, zygomorphy) and asymmetry. Advances in flowering plant molecular phylogenetic research and studies of character evolution as well as detailed flower developmental genetic studies in a few model species (e.g. Antirrhinum majus, snapdragon) have provided a foundation for deep insights into flower symmetry evolution. From phylogenetic studies, we have a better understanding of where during flowering plant diversification transitions from radial to bilateral flower symmetry (and back to radial symmetry) have occurred. From developmental studies, we know that a genetic programme largely dependent on the functional action of the CYCLOIDEA gene is necessary for differentiation along the snapdragon dorsoventral flower axis. Bringing these two lines of inquiry together has provided surprising insights into both the parallel recruitment of a CYC-dependent developmental programme during independent transitions to bilateral flower symmetry, and the modifications to this programme in transitions back to radial flower symmetry, during flowering plant evolution.