禾草模式植物二穗短柄草的研究进展

二穗短柄草（Brachypodium distachyon）是近来开发的一种温带禾草模式植物。它具有与粮食作物相同的许多生物学特性,可作为研究粮食作物生物学特性的模式实验植物。不同采集地的二穗短柄草具有高度的表观变异性,可帮助研究人员对这些生物学特性从表观到遗传的深入研究。二穗短柄草与其他重要经济作物如小麦、大麦及其他潜在能源植物一样同属于早熟禾亚科,使其成为研究这些重要经济作物无可非议的模式植物。近来,由于二穗短柄草基因组序列及其相关注释的完成,功能基因组学和其他实验技术手段的不断进步,二穗短柄草可为其他禾草类植物提供序列分析、基因表达和功能研究等诸多便利。本文综述了利用二穗短柄草作为模式植物来进行比较基因组学、生物学研究、转化和T—DNA突变等方面的最新研究进展。     

模式植物二穗短柄草研究进展与展望

二穗短柄草(Brachypodium distachyon)是一种温带禾本科植物,其植株矮小,自花授粉,生活周期短,生长条件简单,基因组小,易于进行遗传转化,与小麦、柳枝稷同属禾本科早熟禾亚科,是研究小麦、大麦等经济作物以及柳枝稷等能源植物的比较适合的模式植物。最近,二穗短柄草基因组测序及注释正式完成,有必要对其研究进展进行全面的总结。综述了二穗短柄草的基因组特征、基因表达模式、遗传转化等方面的最新研究进展,并对今后的研究方向作了展望,以促进对禾谷类经济作物和能源植物的深入研究。     

模式植物短柄草研究新进展

短柄草(Brachypodium distachyon)株型矮小,易于种植栽培,生长周期短,自花授粉,容易繁殖。另外,短柄草基因组比较小,易于转化,与小麦具有比较近的亲缘关系,是理想的草类特别是禾本科模式植物。近年来,短柄草的研究工作在细胞遗传学、基因组学、比较基因组学、植物-病原菌相互作用、功能基因组学等研究领域取得了许多进展,包括完成了Bd-21全基因组的测序工作、构建了T-DNA插入突变体库、用遗传学的方法首次研究短柄草基因的生物学功能等。本文综述了近年来特别是2009年以来短柄草的研究进展,并对未来的研究工作做了展望。     

短柄草与麦类作物的比较基因组学研究进展

麦类作物是人类主要的食物来源,其遗传改良对于保障世界粮食生产具有重要作用。获得麦类作物的基因组和功能基因组信息是作物遗传育种学家解析种质资源高产及抗逆机理,并准确选择目标性状、实现分子设计育种目标的有效途径。目前,二穗短柄草（Brachypodium distachyum）是早熟禾亚科中唯一完成全基因组测序的植物。以二穗短柄草为模式植物,利用比较基因组学方法获得早熟禾亚科中基因组庞大而复杂的麦类作物的相关信息,必将加速麦类作物的遗传改良进程。本文重点介绍近十年来短柄草在麦类作物比较基因组学方面的研究进展。     

基于nrITS、psbA-trnH和DMC1序列中国短柄草族的系统进化和生物地理学研究

短柄草族（Brachypodieae）有短柄草（Brachypodium sylvaticum）和二穗短柄草（Brachypodium distachyum）两种模式植物,具有重要科研价值,与雀麦族（Bromeae）和小麦族（Triticeae）的系统位置关系尚不明确。据此,本文运用最大简约法（MP）、最大似然法（ML）和贝叶斯推断法（BI）对叶绿体基因片段psbA-trnH、核糖体基因转录间隔区ITS、单拷贝核基因片段DMC1以及psbA-trnH+nrITS+DMC1联合序列数据进行分析,来揭示三者的系统学位置关系。研究结果表明,在DMC1、nrITS以及联合基因序列构建的系统进化树中,短柄草族、雀麦族、小麦族各自聚为一支,且具有较高的支持率;在叶绿体基因psbA-trnH构建的系统进化树中,短柄草族聚为一支,雀麦族分散镶嵌在小麦族中,提示小麦族、雀麦族之间发生了多种进化情况。利用BEAST和RASP对psbA-trnH+nrITS+DMC1联合序列分析,结果表明：小麦族起源于西北地区,物种形成时间多集中在13-7 Ma,与青藏高原中新世中晚期（13-7 Ma）的隆起一致;短柄草族起源于西南地区,物种形成时间多集中在3 Ma之后,这与东亚季风的加强和青藏高原上新世以来的剧烈抬升时间一致,中国特有种草地短柄草（Brachypodium pratense）也是在该时间段分化形成。     

高寒矮嵩草草甸植物类群对模拟降水和施氮的响应

 研究了青藏高原高寒矮嵩草（Kobresia humilis）草甸植物类群对模拟夏季增减雨量、冬春增雪以及增施氮肥下的响应。结果表明：1999年模拟减少降雨20%～40%和增加雨量20%～40%下禾草类、杂类草和莎草类的综合优势比（SDR）和地上生物量变化均不显著。冬春增雪100%有利于禾草类夏季的生长,冬春增雪对植物类群的影响大于夏季雨量的增加。夏季增施氮150 kg·hm－2和增施氮300 kg·hm－2禾草类的盖度比、高度比、SDR和地上生物量明显增大,而杂类草的盖度比和高度比、SDR及地上生物量在施氮300 kg·hm－2下显著减低,在施氮150 kg·hm－2水平上禾草类的生物量的增加与杂类草生物量的降低存在相互补偿的作用机制。在水分资源不利的（如减少雨量）的干扰下,其敏感性表现为杂类草大于禾草类,莎草类最小。莎草类植物对各种处理下响应不敏感,也说明它对资源环境的波动有很强的适应性。缺水年（1999年）模拟增加雨量20%～40%的条件下,可缓解降水量减少的影响,相反模拟减少雨量20%～40%会增强干旱的影响程度。     

岩生植物金发草对作物的化感效应

采用生物测定法研究金发草根、茎、叶水浸提液对水稻、小麦、油菜和莴苣等4种受体植物的化感作用。结果表明,金发草根、茎、叶水浸提液对4种受体植物种子萌发和幼苗生长均具化感作用,且随着水浸提液浓度的增高而增强。除水稻外,小麦、油菜、莴苣的发芽速率均受金发草水浸提液的显著抑制,但对最终发芽率影响不显著,说明金发草对植物种子萌发的化感作用主要是延迟种子发芽时间;金发草对作物幼苗生长的化感作用总体上表现为促进地上部分生长而抑制地下部分的生长。受体植物不同发育期对金发草化感作用的敏感程度不同,幼苗期高于萌发期;金发草叶的化感作用最强,其综合效应分别为根与茎的2.14倍和2.56倍。     

不同放牧强度下高寒灌丛植物的生长特点

 不同放牧强度下高寒灌丛植物在生长发育、生理生态,物质生产和群落结构等方面主要有以下变化：1．在高寒灌丛草场,禾草类、莎草类和灌丛类植物的叶面积指数和平均生长速率随着放牧强度的减轻而增大;随着放牧强度的增加而减小。植株平均高度,植被盖度水平也与放牧强度呈负相关(p<0.01)。2．各项生长分析参数中：叶面积比率(LAR)、叶面积干重比(SLA)和叶干重比(LWR)与放牧强度之间存在负相关。叶面积指数(LAI)与地上生物量呈正相关(p<0.5),地上部现存在量与放牧强度呈负相关(p<0.01)。3．不同放牧强度条件下,高寒灌丛中的禾草类、莎草类、灌丛类和杂类草植物的种类组成和数量变化明显。其中禾草类和莎草类、灌丛类植物的生物量和种类组成比例在重度放牧下减少,在轻度放牧下增大。反之,重度放牧下杂类草的组成和数量明显增加,而轻度放牧下其比例降低。     

新型禾本科模式植物——二穗短柄草

文章介绍二穗短柄草这一种新型的禾本科模式植物的分类地位、生物学特性和基因组学等方面的研究进展.     

冰草P基因组特异RAPD标记的筛选

以二倍体、四倍体和六倍体冰草（P基因组）以及中国春、Fukuho、栽培一粒小麦和硬粒小麦（ABD基因组）等为材料进行RAPD分析,从520个RAPD随机引物中,筛选出2个P基因组特异的RAPD分子标记OPC04和OPP12.利用OPC04和OPP12对小麦族其它基因组植物和8个小麦-冰草二体附加系进行扩增,结果表明OPC04和OPP12在ABD、C、E、AG、I、M、R、S、V、Y等基因组扩增中未出现相应结合位点;而在对8个小麦-冰草二体附加系扩增中均出现此2个特异片段,且扩增稳定、重复性好.进一步表明OPC04和OPP12是冰草P基因组的特异标记,可作为小麦-冰草重组系外源P染色质的鉴定标记之一.