植物叶色形成调控机制研究进展

彩叶植物具有色彩鲜艳、观赏期长等特点,有助于提高城市绿化的观赏性。叶绿素、类胡萝卜素和花青素等天然色素的含量变化使叶片产生绿色、黄色、白色和紫红色等颜色,3种色素在光反应、响应生物和非生物胁迫中发挥重要作用。本文对影响叶绿素、类胡萝卜素和花青素生物合成途径遗传调控和外部环境因子综述,为解释叶片呈色机制提供理论基础。现有研究表明,光(光周期、光照强度及光质)、温度、干旱和盐等环境因子及激素变化均会刺激HY5、PIFs、DELLA等转录因子和结构基因转录,同时甲基化、乙酰化等染色质修饰和miRNAs、lncRNAs等转录后表观遗传修饰也会直接或间接调控3种色素生物合成途径基因的表达。虽然目前3种色素生物合成途径已较清晰,但有关彩叶林木3种色素代谢与环境信号、体内激素的具体调控模式仍有待进一步研究。未来可构建彩叶植物杂交群体和种质资源库,并利用基因组、转录组、蛋白组、代谢组和表型组等多组学技术为创制彩叶新种质提供可能。     

基于转录组测序的滇山茶花叶呈色机理分析

该研究采用Illumina Hi-Seq2500高通量测序技术,对滇山茶的花叶(绿叶区和金叶区)的cDNA进行了转录组测序,分析滇山茶的花叶呈色机理。测序结果得到了228 862条单基因序列,筛选得到了4 851条差异表达基因。2 291条差异表达基因在GO数据库中有功能注释,1 826条差异表达基因被注释到COG数据库,这些差异表达基因被分为23个主要功能类别,其中大部分基因与滇山茶的生长和代谢有关。1 363条差异表达基因注释到了KEGG数据库,进一步筛选出了差异表达基因注释序列最多的15条代谢通路,其中卟啉和叶绿素代谢途径中的GluRS、δ-ALAD、ALAS基因和类黄酮合成途径中ANS、LAR、CHS基因与滇山茶的花叶形成密切相关。研究表明,滇山茶的花叶呈色是由于叶色相关代谢通路中大量的基因表达量发生变化引起的,并不是由单基因突变所致,病毒诱导的多个代谢途径基因沉默可能是滇山茶花叶呈色的主要原因。该研究丰富了滇山茶的转录组信息,并为滇山茶的彩叶品种培育提供了一定的参考。     

抗坏血酸的代谢和调控——以模式植物和园艺植物为例

抗坏血酸在植物的生长发育和抗逆过程中具有重要作用。主要概述了抗坏血酸在模式植物和园艺植物中的代谢途径,并且从转录水平、翻译水平和遗传转化等方面综述了多个不同基因对抗坏血酸水平的调控机制。以期为深入研究抗坏血酸在植物(尤其是园艺植物)中的代谢调控机制提供参考。     

叶片花色素苷对植物光合作用影响的研究进展

近年来,花色素苷在彩叶植物呈色机制的研究中备受关注,但目前有关其对彩叶植物光合特性影响的机制仍缺乏系统的评述。本文简单介绍了花色素苷的基本特性,并基于国内外相关研究进展,综述了叶片花色素苷对植物光合特性的影响机制及其对叶片光合机构的保护意义,对彩叶植物光合作用的研究方向提出了建磷。     

参与植物次生代谢调控的转录因子及其在植物次生代谢遗传改良中的应用

转录因子与结构基因的结合,激活合成基因的表达是次生代谢物合成途径启动前的重要分子事件,对植物次生代谢起着十分重要的调节作用。转录因了可激活次牛代谢物合成途径中多个基因协同表达,从而有效启动次生代谢途径。因此,转录因子为揭示植物次生代谢调控机制提供重要工具,转录因子的基因工程可为植物次生代谢的遗传改良提供有效的手段。     

植物次生代谢物途径及其研究进展

植物次生代谢是植物在长期进化过程中与环境相互作用的结果,由初生代谢派生。萜类、生物碱类、苯丙烷类为植物次生代谢物的主要类型,其代谢途径多以代谢频道形式存在,具有种属、生长发育期等特异性。从植物次生代谢物的分类、代谢途径及代谢调控基因工程等方面展开论述,重点介绍了次生代谢物的生物合成途径,以及利用基因工程等技术对植物次生代谢途径进行遗传改良等方面的研究进展,为全面认识植物代谢网络、合理定位次生代谢及其关键酶、促进野生植物资源可持续利用等提供理论依据。     

硝酸根调控植物开花和产量分子机制的研究进展

选育早熟高产的新品种是作物遗传育种研究的重要方向。氮素是植物生长发育不可或缺的大量元素,也是调控植物开花时间和种子产量最为重要的营养元素。硝酸根(NO3-)是植物获取氮素的主要来源。其作为营养物质和信号分子,通过转运、代谢和信号转导等多种方式参与调控植物开花和产量。对模式植物拟南芥、水稻和其他主要农作物中硝酸根调控植物早熟高产的分子机制进行了较为全面的概括和阐述,以期为合理利用氮肥、提高氮素利用效率和培育早熟高产作物新品种提供理论参考。     

代谢转基因植物的研究现状与展望

代谢转基因是通过基因工程技术对细胞内的代谢途径进行遗传修饰,进而完成细胞特性改造。代谢修饰转基因植物是一个极具商业前景的领域,在医药、环境、农业等方面已有许多成功应用的实例。综合调控代谢的基因工程策略,讨论了代谢转基因植物的研究现状,我国农业生产中存在的主要问题和代谢转基因技术对我国农业发展的意义和前景。     

几种重要植物次生代谢防御反应物质的生物合成途径及分子调控机制研究进展

参与植物防御反应相关的次生代谢产物主要有酚类、萜类和生物碱类.近几年,随着转录组学、蛋白组学及新的分子生物学技术的广泛应用,极大地推进了植物次生代谢防御反应物质调控机制的研究进展.我们从这几类次生代谢物质的合成途径及其参与植物防御反应的分子调控机制两大方面进行概述,重点介绍这三类具有防御作用的次生代谢产物的生物合成途径、参与介导植物防御反应的相关信号分子及其转录调控机制,为正确认识植物次生代谢防御反应提供理论据.     

植物次生代谢的分子生物学及基因工程

植物次生代谢是植物对环境的一种应用,是植物主要的防卸机制之一。植物次生代谢物为人类提供了丰富的药物、香料等资源。近年来植物次生代谢途径关键酶的基因克隆和分子调控的研究成为热点。黄酮类生物合成分子生物学研究最为深入。在异戊二烯途径中,萜类合成酶已从４种植物中克隆,包括单萜,倍半萜和二萜合成酶,这些将对农业与医药产生重要影响。     

植物次生代谢基因工程研究进展

随着对植物代谢网络日渐全面的认识,应用基因工程技术对植物次生代谢途径进行遗传改良已取得了可喜的进展.对次生代谢途径进行基因修饰的策略包括:导入单个、多个靶基因或一个完整的代谢途径,使宿主植物合成新的目标物质;通过反义RNA和RNA干涉等技术降低靶基因的表达水平,从而抑制竞争性代谢途径,改变代谢流和增加目标物质的含量;对控制多个生物合成基因的转录因子进行修饰,更有效地调控植物次生代谢以提高特定化合物的积累.作者结合对大豆种子异黄酮类代谢调控和基因工程改良的研究,着重介绍了花青素和黄酮类物质、生物碱、萜类化合物和安息香酸衍生物等次生代谢产物生物合成的基因工程研究进展.     

玉米黄绿叶突变体表型鉴定及基因初步定位

叶色突变体是研究光合作用及叶绿体发育的重要材料。开展玉米叶色突变体的相关研究,对光形态建成、光合作用、基因功能注释、蛋白质功能及抗逆性机制的阐述具有重要的理论意义。本研究以黄绿叶突变体ygl-F17138为材料,与玉米自交系B73进行杂交,构建F2分离群体,进行遗传效应分析和基因初步定位。遗传分析表明,该突变性状由单个隐性核基因控制,且能稳定遗传。利用BSR-seq结合连锁分析的方法将该基因初步定位在第3条染色体上一个约9.2 Mb的区间内(chr.3:173087201~182203992),查询该区间内已知基因功能注释,未发现类似前人报道的调控黄绿叶性状基因,说明YGL-F17138基因可能是一个控制玉米黄绿叶发育未被挖掘的候选基因。     

植物叶片形态的生态功能、地理分布与成因

叶片是植物与环境进行水气交换的重要场所, 形态多变。叶片形态可直接影响植物的生理生化过程, 反映植物的资源获取策略。该文以叶片大小、叶形、叶缘特征(有无叶齿)和叶型(单、复叶)等形态性状为例, 总结了当前叶片形态的研究进展, 分析了叶形态性状的生态功能, 综述叶片形态的地理分布, 探讨叶片形态性状变化的驱动因素及其对生态系统功能的影响。现有研究主要聚焦于局域尺度的特定类群, 关注叶大小、叶缘具齿性以及叶型的地理分布与生态成因, 发现叶片的形态发育受基因调控, 叶形态性状与其他性状相互权衡, 其空间变异受气温和降水量共同驱动。以叶大小为代表的叶片形态性状影响水分和养分循环, 能够反映气候变化下的群落响应, 也可用于预测生态系统初级生产力。今后应结合新方法获得覆盖度高且区域无偏的数据, 探索叶形态在长时间尺度上的适应性进化, 研究叶形态特征及其对生态系统功能影响的尺度推绎。该文有助于从叶片的角度认识植物对环境变化的响应, 以性状为桥梁将个体适合度、群落动态与生态系统功能联系起来, 能够加深对植物群落生态学和功能生物地理学等相关领域研究进展的了解。     

水稻叶片早衰成因及分子机理研究进展

植物叶片衰老是叶片发育的最终阶段,也是植物在长期进化过程中形成的适应性机制。水稻(Oryza sativa)叶片的衰老对其产量和品质影响极大,相关研究主要集中在早衰。该文综述了水稻早衰及其调控基因的研究进展,尤其对水稻叶片早衰的形成原因、发生过程、生理变化及防治措施进行了阐述,以期为深入解析水稻早衰的分子机制奠定理论基础,同时为水稻育种提供参考。     

叶脉网络功能性状及其生态学意义

叶脉网络结构是叶脉系统在叶片里的分布和排列样式。早期叶脉网络结构研究主要集中在其分类学意义上; 近年来叶脉网络功能性状及其在植物水分利用上的意义已成为植物生态学研究的热点。该文介绍了叶脉网络功能性状的指标体系(包括叶脉密度、叶脉直径、叶脉之间的距离、叶脉闭合度等), 综述了叶脉网络功能性状与叶脉系统功能(包括水分、养分和光合产物等物质运输、机械支撑和虫害防御等)的关系, 叶脉网络功能性状与叶片其他功能性状(包括比叶重、叶寿命、光合速率、叶片大小、气孔密度等)的协同变异和权衡关系, 以及叶脉网络功能性状随环境因子(包括水分、温度、光照等)的变化规律等方面的最新研究进展。此外, 叶脉网络功能性状的研究成果也被应用于古环境重建、城市交通规划、流域规划及全球变化研究中。由于叶脉网络功能性状是环境因子与系统发育共同作用的结果, 未来开展分子—叶片—植物—生态系统等多尺度的叶脉网络功能性状研究, 理清叶脉网络功能性状与气孔失水—茎干导水—根系吸水等植物水分利用的关系, 将为预测植物及生态系统对全球变化的响应提供新的启示。     

植物叶色白化研究进展

植物叶色白化是一类明显和常见的叶绿素缺失突变,在植物光合作用机理、激素生理、核一质基因组相互作用、遗传育种等理论研究和实际应用方面均具有无可替代的价值。主要综述了近年来国内外有关白化突变体与叶绿素合成的关系、影响白化的内外因素、相关基因的克隆以及克服白化的途径等方面的研究进展,旨在为深入研究植物叶色白化突变提供参考。     

小麦倒春寒研究现状与进展

由于全球气候变暖,近年来小麦低温灾害事件频发,尤其是拔节-孕穗期的倒春寒灾害已成为制约小麦产量和品质的重要因素之一。本文综述了小麦倒春寒灾害的发生特点(鉴定与分级、时空特征),倒春寒对小麦生理特性(叶片、茎秆、穗部、根系)和产量、质量的影响,总结了抗倒春寒小麦育种、倒春寒危害的分子生物学机制及灾害的监测预警与风险评估等方面的研究进展,并从小麦抗倒春寒遗传基础、倒春寒危害小麦评价体系和防控技术体系等方面进行了展望,以期为抗倒春寒小麦品种的遗传改良和栽培调控新措施的建立提供理论依据。     

植物果聚糖的代谢途径及其在植物抗逆中的功能研究进展

植物果聚糖是一类重要的碳水化合物和渗透调节物质,可以提高植物的抗逆性。目前对植物果聚糖代谢酶基因的研究较多,主要包括相关基因的克隆、表达和利用基因工程技术将果聚糖相关代谢基因转入植物中。该文主要介绍了果聚糖的分布、种类、代谢途径及相关基因的克隆和表达,重点阐述了果聚糖在植物抗逆中的作用及其分子生物学研究进展。     

Profiling phenolic metabolites in transgenic alfalfa modified in lignin biosynthesis

Soluble phenolics, wall-bound phenolics and soluble and core lignin were analyzed in transgenic alfalfa with genetically down-regulated O-methyltransferase genes involved in lignin biosynthesis. High performance liquid chromatography and principal component analysis were used to distinguish metabolic phenotypes of different transgenic alfalfa genotypes growing under standard greenhouse conditions. Principal component analysis of HPLC chromatograms did not resolve differences in leaf metabolite profiles between wild-type and transgenic plants of the same genetic background, although stem phenolic profiles were clearly different between wild-type and transgenic plants. However, the analytical methods clearly differentiated two non-transgenic alfalfa cultivars based on either leaf or stem profiles. Metabolic profiling provides a useful approach to monitoring the broader biochemical phenotypes of transgenic plants with altered expression of lignin pathway enzymes.