生长素信号对植物侧根发育的调控

植物根系是汲取水分、营养的重要器官,而侧根是植物根系重要的组成部分。生长素是调控侧根生长发育的核心因子。该文综述了生长素信号在直根系模式植物拟南芥以及须根系模式作物水稻中侧根发育调控中的研究进展,对生长素信号调控侧根起始模型、Aux/IAA介导的生长素信号对植物侧根发育调控这两个方面进行了阐述,并对拟南芥与水稻的侧根发育进行比较,最后对该研究领域进行了展望。     

不同禾本科作物与花生混作对花生根系质外体铁的累积和还原力的影响

采用土培盆栽方法模拟玉米/花生、大麦/花生、燕麦/花生、小麦/花生、高粱/花生5种种植方式,研究混作对花生根系质外体铁的累积和还原力的影响.结果表明,当花生与5种分泌植物铁载体能力不同的禾本科作物混作时,花生新叶叶色正常,而单作花生则表现出严重的缺铁黄化症状,混作花生各部位的含铁量明显增加.与麦类作物(大麦、燕麦、小麦)混作的花生其各部位铁含量高于与玉米、高粱混作的花生,说明麦类作物改善花生铁营养的能力强于玉米、高粱,而两个玉米品种之间的能力差异不大,这主要是由于麦类作物分泌植物铁载体能力高于玉米、高粱.在花生生长至第50、60和70d时,混作花生根系质外体铁含量也随着逐渐增加,并始终高于单作花生.同时,混作明显地提高了花生根际土壤有效铁的含量,花生根系还原力也逐步提高.混作花生逐渐提高的还原力和介质中不断供给的易被花生还原吸收的铁,在改善花生的铁营养方面起了重要的作用.     

糖诱导拟南芥侧根发育的QTL分析

根系是植物吸收土壤中水分和矿质营养的重要器官,影响植物的整体生长发育。侧根是植物根系构型的重要因素。植物光合作用产物——糖在侧根原基(LRP)的起始、形成以及伸长阶段发挥了关键作用。本研究发现拟南芥(Arabidopsis thaliana)生态型Bayreuth(Bay-0)和Shahdara(Sha)在侧根发育对葡萄糖的响应中存在显著差异,利用Bay-0×Sha重组自交系(RIL)群体及分子标记遗传连锁图谱,在3号染色体短臂和5号染色体长臂定位到两个葡萄糖诱导侧根发育的数量性状位点(QTL),并在异源近亲代(HIF)中得到验证,为后续精细定位响应糖信号调控拟南芥侧根发育的主效基因奠定了基础。     

黄瓜中硅的生理功能及转运机制研究进展

硅是植物体的重要组成部分,尽管硅尚未被列为植物生长的必需元素,但它在促进植物生长发育、提高作物对非生物逆境（干旱、盐分和重金属等）和生物逆境（病虫害）抗性等方面都具有重要作用。硅不仅能改善植株对矿质营养的吸收,提高作物产量和品质,而且能沉积在叶片及叶鞘表皮细胞,形成硅化细胞和角质双硅层结构,增强寄主植物细胞壁的机械强度和稳固性,从而增强植物对真菌侵入和扩展的抵御能力,提高植物对金属离子毒害的抗性、缓解盐胁迫、增强抗高低温和抗紫外线辐射等。本文在植物硅素营养和转运机制研究的基础上,对硅素营养在黄瓜中生长发育、抗逆和吸收转运机制等方面的效应做了相关综述,并展望了黄瓜中硅研究的未来发展。     

植物细胞自噬基因的功能与转录调控机制

自噬(autophagy)是真核生物长期进化形成的一种高度保守的细胞内物质降解和周转途径, 通过形成双层膜结构的自噬体将包裹其中的待降解大分子物质, 如受损伤的蛋白质、蛋白质复合物和细胞器, 运送至液泡或溶酶体进行降解并产生可循环利用的降解产物。细胞自噬在植物生长发育和环境应答等过程中发挥重要作用。在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)等模式植物中已鉴定到40多个自噬基因, 并发现其中多个基因在植物叶片衰老、种子成熟等发育阶段以及营养饥饿、干旱和病原菌侵染等逆境胁迫响应过程中显著上调表达, 但具体的转录激活或抑制机制有待阐明。该文综述了自噬基因在植物生长发育和胁迫应答过程中的功能与转录调控网络。     

准噶尔盆地荒漠植物的叶片水分吸收策略

在干旱地区, 经常出现只能湿润植物地上部分和表层土壤的小量级降雨和凝结水输入, 此量级的水分输入无法通过入渗进入根区土壤而被植物根系吸收利用。最近研究发现, 叶片吸收水分是利用小量级降水和凝结水的主要方式。该研究通过鉴定和观测准噶尔盆地东南部5个自然植物群落中夏季地上部分仍存活的所有51种荒漠植物叶片的单位面积吸水量(LWUC)、叶片含水量增加率(Rw)以及其他7种植物功能性状, 探讨了这些植物功能性状与植物叶片吸收水分能力的关系。研究结果表明: (1)与Rw相比, LWUC是更加适合评价植物叶片吸收水分能力的指标; (2)植物生活型是相对合理的评价荒漠植物叶片吸收水分能力的植物性状; (3)荒漠植物地上(叶片)和地下(根系)部分吸收水分策略存在着权衡; (4)荒漠植物叶片耗水和吸水存在着权衡。总之, 叶片吸收水分策略对于荒漠植物, 特别是一年生草本植物最大限度地利用有限的水资源渡过持续的干旱并完成生活史具有重要的意义。     

不同禾本科作物与花生混作对花生根系质外体铁的累积和还原力的影响

采用土培盆栽方法模拟玉米／花生、大麦／花生、燕麦／花生、小麦／花生、高粱／花生5种种植方式,研究混作对花生根系质外体铁的累积和还原力的影响．结果表明,当花生与5种分泌植物铁载体能力不同的禾本科作物混作时,花生新叶叶色正常,而单作花生则表现出严重的缺铁黄化症状,混作花生各部位的含铁量明显增加．与麦类作物(大麦、燕麦、小麦)混作的花生其各部位铁含量高于与玉米、高粱混作的花生,说明麦类作物改善花生铁营养的能力强于玉米、高粱,而两个玉米品种之间的能力差异不大。这主要是由于麦类作物分泌植物铁载体能力高于玉米、高粱．在花生生长至第50、60和70d时,混作花生根系质外体铁含量也随着逐渐增加,并始终高于单作花生．同时,混作明显地提高了花生根际土壤有效铁的含量,花生根系还原力也逐步提高．混作花生逐渐提高的还原力和介质中不断供给的易被花生还原吸收的铁。在改善花生的铁营养方面起了重要的作用．     

根际高温对植物生长和代谢的影响综述

根系作为植株吸收、运输水分和养分的主要器官,其代谢直接影响植株地上部的生长和产量。适宜、稳定的根际温度是植物根系生长和代谢的重要保证。炎热夏季导致的根际高温逆境往往是影响作物生长和产量的一个重要原因。本文在阐明根际高温概念的基础上,综述了根际高温对植株生长方面的影响,分析了根际高温对植株体内水分关系、光合作用和干物质生产、呼吸作用和矿质吸收、根系激素代谢和抗逆酶系统等方面的影响,并指出了今后该领域需进一步研究的问题和控制根际高温的应用前景。     

甘蔗根系活力的研究

<正> 植物根系是吸收水分和矿质营养的主要器官,同时,也是体内许多重要有机物(包括某些生理活性物质)合成的场所。根系与地上部分正常的物质交流和循环,是植物生长正常的重要保证。就农作物而言,高产优质往往决定于根系的正常代谢;根系处于不良条件下代谢失调,常是减产的直接原因。因此,作物根系生理的研究,引起人们的广泛重视。由于根系深藏地下,要了解其活动本质,十分困难。自以提出可以利用植物伤流量来表明根系主动吸水和利用伤流分析来“诊断”植物营状况的观点后,国内外许多研究者把伤     

解析植物冷信号转导途径: 植物如何感知低温

低温胁迫(冷害和冻害)严重影响植物的生长发育和地理分布, 是制约作物产量和品质的主要因素之一。在自然界, 植物通过感知低温信号并启动一系列响应机制来抵御冷冻伤害。MAP蛋白激酶家族在植物响应逆境胁迫信号过程中发挥重要作用, 但其是否参与冷冻胁迫信号传递仍不清楚。最近, 朱健康、杨淑华和种康研究团队先后报道了拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)通过MAPK级联反应途径参与冷冻胁迫应答反应, 通过磷酸化ICE1来调控其稳定性, 并阐明了ICE1提高植物抗冷冻能力的分子机制。他们的研究完善了ICE1介导的低温应答网络, 是植物低温应答研究领域的重要突破, 并为未来的作物分子设计育种提供了强有力的理论依据。     

水稻根系遗传育种研究进展

根系作为水稻(Oryza sativa)植株的重要组成部分, 在水稻生长发育过程中发挥多种作用, 包括植物的固定、水分和营养物质的获取以及氨基酸和激素的生物合成等, 其形态结构和生理功能与水稻产量和稻米品质以及抗性等密切相关。目前, 通过遗传及生化等诸多手段, 已挖掘到较多水稻根系QTLs与控制基因。该文综述了水稻根系QTL和基因的研究进展, 并对未来根系研究进行展望, 以期为进一步克隆水稻根系基因和完善水稻理想株型模型提供参考。     

Chromatin architectural alterations due to null mutation of a major CG methylase in rice

Associations between 3D chromatin architectures and epigenetic modifications have been characterized in animals. However, any impact of DNA methylation on chromatin architecture in plants is understudied, which is confined to Arabidopsis thaliana. Because plant species differ in genome size, composition, and overall chromatin packing, it is unclear to what extent findings from A. thaliana hold in other species. Moreover, the incomplete chromatin architectural profiles and the low-resolution high-throughput chromosome conformation capture (Hi-C) data from A. thaliana have hampered characterizing its subtle chromatin structures and their associations with DNA methylation. We constructed a high-resolution Hi-C interaction map for the null OsMET1-2 (the major CG methyltransferase in rice) mutant (osmet1-2) and isogenic wild-type rice (WT). Chromatin structural changes occurred in osmet1-2, including intra-/inter-chromosomal interactions, compartment transition, and topologically associated domains (TAD) variations. Our findings provide novel insights into the potential function of DNA methylation in TAD formation in rice and confirmed DNA methylation plays similar essential roles in chromatin packing in A. thaliana and rice.     

Relative importance of an arbuscular mycorrhizal fungus (Rhizophagus intraradices) and root hairs in plant drought tolerance

Both arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and root hairs play important roles in plant uptake of water and mineral nutrients. To reveal the relative importance of mycorrhiza and root hairs in plant water relations, a bald root barley (brb) mutant and its wild type (wt) were grown with or without inoculation of the AM fungus Rhizophagus intraradices under well-watered or drought conditions, and plant physiological traits relevant to drought stress resistance were recorded. The experimental results indicated that the AM fungus could almost compensate for the absence of root hairs under drought-stressed conditions. Moreover, phosphorus (P) concentration, leaf water potential, photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance, and water use efficiency were significantly increased by R. intraradices but not by root hairs, except for shoot P concentration and photosynthetic rate under the drought condition. Root hairs even significantly decreased root P concentration under drought stresses. These results confirm that AM fungi can enhance plant drought tolerance by improvement of P uptake and plant water relations, which subsequently promote plant photosynthetic performance and growth, while root hairs presumably contribute to the improvement of plant growth and photosynthetic capacity through an increase in shoot P concentration.     

大麦NF-YC基因鉴定及在盐胁迫下的表达分析

核因子Y (NF-Y)是由NF-YA、NF-YB和NF-YC三个亚基组成的一类真核细胞转录因子, 主要参与植物生长发育调控和非生物胁迫信号传递。该研究利用生物信息学方法解析了大麦(Hordeum vulgare) NF-YC基因家族功能。首先, 基于大麦基因组数据库鉴定出11个HvNF-YC成员, 分布在除第2号染色体以外的其余6条染色体上, 内含子0-5个。系统进化分析显示, 大麦、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa) NF-YC基因家族成员可分为5个亚家族。基因复制分析显示, 6个HvNF-YC基因存在片段复制, 3个HvNF-YC基因存在串联复制。启动子顺式作用元件分析显示, 大多数HvNF-YC基因启动子含有与非生物胁迫及激素响应相关的顺式作用元件。对HvNF-YC家族成员在不同组织不同时期的表达模式分析表明, 不同成员的时空表达存在明显差异, 其中HvNF-YC9和HvNF-YC11可能在籽粒发育初期发挥重要作用。通过分析耐盐型和盐敏感型大麦品种根和叶中HvNF-YC表达量变化, 发现HvNF-YC3、HvNF-YC6和HvNF-YC10主要在盐胁迫初期的根中行使功能, HvNF-YC9主要在长期盐胁迫处理后期的根中起作用。综上所述, 推测HvNF-YC9、10、11三个基因可作为后续探究大麦NF-YC参与耐盐作用机制的候选基因。该研究结果为进一步解析HvNF-YC在大麦中的耐盐调控功能奠定了基础。     

植物细胞质外体pH感受机制的解析

质外体是植物感受和应答环境胁迫(包括生物和非生物胁迫)的前沿区域。质外体的pH值是被严格调控的重要生理参数。环境胁迫(如细菌病害)等会引起植物细胞质外体碱化现象。然而, 质外体pH如何协调根生长与免疫响应? 其分子调控机制尚不清楚。最近, 南方科技大学生命科学学院郭红卫团队与清华大学-德国马克斯普朗克研究所-科隆大学柴继杰团队以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究材料, 通过遗传学、细胞生物学、生物化学和结构生物学等综合手段, 发现细胞表面小肽-受体复合物可作为质外体pH感受器, 感受和应答分子模式触发的免疫(PTI)引发的拟南芥根尖分生组织细胞质外体碱化。该研究揭示了植物根尖分生组织细胞质外体pH感受的蛋白质复合物及响应机制, 以及免疫与生长之间的协调机制, 加深了人们对植物如何平衡生长与免疫应答生物学反应过程的理解。     

新疆北部拟南芥自然居群表型变异与协变

拟南芥(Arabidopsis thaliana)自然居群的表型特征代表其在自然环境下的适应状况, 不同居群间特征的对比可以为了解拟南芥表型变化规律, 进而分析其形成过程和机制提供重要线索。本研究以分布于新疆北部天山、塔尔巴哈台山和阿尔泰山的10个种群的9个表型性状为基础, 对比分析了小尺度、局域尺度和区域尺度环境下原生境拟南芥种群表型性状的变化。结果发现, 不同性状对环境变化的反应不同, 其中株高、株重、根重、根长、单个果实重、果实开裂力度在3种环境尺度下种群间的差异均达到极显著水平, 而分枝数、果实长度的种群间变化不显著, 种群间的表型分化系数较低。不同环境尺度下株重、根重、单株果数均表现出一致的协变格局, 反映了生理功能性状之间整合对拟南芥适应环境的重要性。同时, 各种群间整体的性状协变差异性明显, 根长、单个果实重、分枝数、果实长度、果实开裂力度等特征与其他特征协变具有明显的局部性, 局域尺度和区域尺度环境之间的变化较大。聚类分析发现区域尺度上的不同种群聚合在一起的现象非常突出, 进一步表明拟南芥的表型特征受微环境的强烈影响。Mantel检验表明, 小尺度上10个种群株高、株重、根重、单个果实重、果实长度、果实开裂力度6个性状变化存在显著的空间相关性, 而分枝数、根长的相关性却不显著。因此, 我们认为拟南芥表型变化受小尺度环境的影响强烈, 但在表型层面并非所有性状都与原生境气候存在遗传关联。     

WIND转录因子在植物响应伤口胁迫和器官生长发育中的研究进展*

伤口诱导的去分化因子(WOUND INDUCED DEDIFFERENTIATION,WIND)是AP2/ERF家族成员之一。植物AP2/ERF (APETALA2/ETHYLENE RESPONSE FACTOR)是一个庞大的转录因子基因家族,存在于所有的植物中。目前大部分关于WIND转录因子的研究都局限在模式植物拟南芥中,在其他植物中鲜有研究。总结了近年来WIND基因在植物伤口信号响应、愈伤组织形成、植物生长和代谢及表观遗传调控中的作用,为后续进一步探究该基因的功能及其应用提供理论基础。     

白桦BpSPL2基因启动子的克隆及表达分析

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,研究表明其在参与发育阶段转变、花和果实发育等方面起着重要作用。利用PCR技术从白桦基因组DNA中扩增获得BpSPL2基因上游1 960 bp启动子序列,使用PLACE和Plant CARE在线软件分析序列,发现BpSPL2基因启动子序列中含有与开花、非生物胁迫及激素响应等相关的顺式作用元件,暗示其在植物的生长发育和胁迫应答中起重要作用。进而构建了BpSPL2基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,并利用农杆菌介导将其瞬时转化至白桦和拟南芥,通过GUS组织化学染色检测BpSPL2基因启动子的组织表达特性,结果表明BpSPL2基因启动子具有启动子活性,能够驱动GUS基因在白桦和拟南芥中表达;而其表达活性在白桦的叶片、芽及根部中较强,在拟南芥的花药、雌蕊和叶片较强,为进一步研究白桦BpSPL2基因的表达调控及其功能分析提供参考。     

植物Aux/IAA基因家族生物学功能研究进展

生长素是最重要的植物激素之一, 对植物生长发育起着关键调控作用。生长素作用于植物后, 早期生长素响应基因家族Aux/IAA、GH3和SAUR等被迅速诱导, 基因表达上调。其中Aux/IAA基因家族编码的蛋白一般由4个保守结构域组成, 结构域I具有抑制生长素信号下游基因表达的作用, 结构域II在生长素信号转导中主要被TIR1调控进而影响Aux/IAA的稳定性, 结构域III/IV通过与生长素响应因子ARF相互作用调控生长素信号。Aux/IAA基因家族在双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的器官发育、根形成、茎伸长和叶扩张等方面发挥重要作用; 在单子叶植物水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)中, 主要影响根系发育和株型, 但大多数Aux/IAA基因的功能尚不清楚。该文主要从Aux/IAA蛋白的结构、功能和生长素信号转导途径方面综述Aux/IAA家族在拟南芥、禾谷类作物及其它植物中的研究进展, 以期为全面揭示Aux/IAA家族基因的生物学功能提供线索。