植物茎秆性状形成与发育的分子基础

株型是作物品种改良的重要目标性状, 其中茎秆是最重要的株型性状。植物发育分子生物学研究表明, 茎秆性状的形成和发育受多个重要基因的严格调控。本文从茎秆的发生、形状和分枝的形成等方面对茎秆发育的分子机理进行概述, 以期为植物株型的改良提供理论依据。     

植物miRNA参与调控作物农艺性状的研究进展

植物microRNA (miRNA)是一类长度约为20～24 nt的内源非编码小RNA,它们通过在转录后水平调控靶基因的表达,在植物的生长发育、逆境响应和环境适应等过程中起着关键作用. miRNA对水稻、玉米、大豆等重要经济作物的农艺性状也起着重要的调控作用,在改良农作物性状上具有重大的应用潜能.本文重点介绍了参与作物农艺性状(如株型、花期、种子发育及抗逆等)调控的关键miRNA及其调控途径,同时总结了miRNA参与作物性状改良的主要研究方法和手段,并讨论了miRNA在作物性状改良应用中的前景.     

封面说明

植物激素通过复杂的信号网络控制植物整个生长发育过程和作物重要农艺性状。近年来植物激素受体与信号转导途径、激素间相互作用方面的研究取得了重大突破,我国科学家也做出了重要的贡献,目前这一研究领域已成为国际植物科学新的研究热点。为了推动我国在这一领域的研究工作,中国科学院组织于10月18-20日在北京召开“植物激素与绿色革命”香山科学会议。《植物学通报》为配合这次学术会议,特别邀请中国科学院遗传发育所傅向东研究员和左建儒研究员以及北京大学瞿礼嘉教授组织邀约相关领域专家撰写论文,形成此“激素专辑”。此专辑基本反映了我国在这一领域的总体水平。封面显示植物株型、果实大小和果实成熟等重要性状受激素的严格控制。中国科学院植物研究所徐云远研究员设计封面图片。     

植物细胞核雄性不育基因研究进展

植物雄性不育既是研究植物生殖生物学重要的植物学性状也是研究作物杂种优势利用重要的农艺性状,在遗传和分子生物学中具有重要地位。以模式植物拟南芥和水稻为主,对植物雄性不育的控制基因和相关分子机理已有众多进展,按照花药发育时期和雄性败育的表现形式可以归纳为减数分裂异常、胼胝质代谢异常、绒毡层发育异常、花粉壁发育异常、花药开裂异常,以及其它类型的雄性不育。在不育相关基因中,导致胼胝质代谢异常、绒毡层发育异常和花粉壁发育异常的基因往往表现一因多效,一个相关基因的突变会产生复合表型。关于植物雄性不育相关基因的研究表明,雄性器官和小孢子形成过程中的任何相关基因的改变,均可导致雄性不育的产生。本文总结了植物核基因雄性不育的研究进展,以期促进不同物种间雄性不育基因的比较分析,使植物雄性不育研究更加深入。     

李家洋院士等在水稻分蘖分子机制研究中再次取得重大进展

水稻的分蘖是决定产量的一个重要农艺性状。适当的分蘖数目直接决定水稻的产量。水稻的分蘖不仅是直接调控产量的一个关键农艺性状,同时也是在植物生物学中决定株型建成的一个核心科学问题。在过去十余年,植物基因组学国家重点实验室的李家洋院士及其合作者对水稻分蘖的调控机制进行了系统深入研究。     

水稻株型功能基因及其在育种上的应用

株型是与水稻产量密切相关的重要农艺性状,开展水稻株型功能基因组研究具有重要的现实意义。随着水稻全基因组测序工作的完成,在水稻株型形成的分子机理研究方面取得了一系列重大研究进展。现简要回顾株型的研究历史,分别从株高、叶型、分蘖数目、分蘖角度和穗型方面简要概述在水稻株型形成的分子机理方面取得的研究成果,并简要介绍水稻株型功能基因在育种上的应用情况。     

脱落酸被土壤“掩盖”了的功能:调节根系构型形态建成

植物根系发育是一个重要的农艺性状。由于根系具有结构和生长模式简单、信号感受灵敏等,有可能成为研究植物发育可塑性的良好材料。通过分析脱落酸在主根、侧根和根毛的发生和生长中及根构型形成中的可能信号转导过程中的作用,提出未来研究应关注的科学问题。对ABA调控根系发育分子机制的探讨不仅有利于阐明如何调控根发育可塑性这一复杂和困难的生物学问题,而且对农业生产也极为重要。     

我国不同年代玉米自交系茎秆性状演替规律

茎秆是玉米植株重要的组成部分,与植株倒伏、籽粒产量密切相关.研究我国玉米茎秆性状变化趋势,探讨不同年代茎秆性状演变规律,为我国玉米抗倒伏及高产品种选育提供参考.本研究以20世纪60-90年代65个代表性玉米自交系为材料,调查植株茎高、穗位高、茎节数、穗位节、茎粗、茎秆含水量、茎秆含糖量7个茎秆性状,及其衍生的穗位系数(...     

2012年第1期《遗传》封面说明

株高是水稻重要的株型组成因子,水稻矮秆基因是株型改良的重要遗传基础,其大多参与植物内源激素赤霉素和油菜素内酯的合成或信号传导途径,一般具有"一因多效"的遗传性状表现,造成植株矮化的同时也会改变其他性状。通过对所构建的水稻突变体库进行大规模筛选,我们获得一个稳定遗传的矮秆突变体dtl1。与野生型相比,dtl1表现为     

观赏植物叶斑的研究进展

斑叶植物种类丰富,其叶片上色彩各异的斑纹具有特殊的观赏性,不仅是植物重要的观赏性状,还有着一定的生物学和生态学意义,具有帮助繁衍、抵御天敌和适应环境变化等作用。本文综述了近年来观赏植物叶斑分类和形成的相关进展,根据叶片中不同的色素积累和结构区别,在微观结构上对叶斑类型进行划分并总结了叶斑形成的分子机制。现有研究表明,叶片发育过程中色素合成和代谢有关的结构基因和转录因子CHLH、DFR、CRD1等的改变、细胞器发育的受损、细胞发育和分化基因ZAT10、VAR3等的突变会通过影响色素的差异积累、改变叶片结构直接或间接的参与叶斑的形成。虽然目前已有较多对于观赏植物叶斑形成机制的研究,但观赏植物叶斑的遗传机制尚不清晰,叶斑部分的差异基因表达的原因、叶斑图案的空间分布机制等仍有待进一步研究。未来可以通过对斑叶植物中模式植物的筛选,构建泛基因组,与基因组学、蛋白组学、代谢组学等多组学技术结合,研究叶斑的起源、斑叶植物对于环境的适应等问题,探索植物的重要性状与环境适应的进化机制。     

Genetic modification of plant architecture and variety improvement in rice

The structure of the aerial part of a plant, referred to as plant architecture, is subject to strict genetic control, and grain production in cereal crops is governed by an array of agronomic traits. Rice is one of the most important cereal crops and is also a model plant for molecular biological research. Recently, significant progress has been made in isolating and collecting rice mutants that exhibit altered plant architecture. In this article we summarize the recent progress in understanding the basic patterning mechanisms involved in the regulation of tillering (branching) pattern, stem structure and leaf arrangement in rice plants. We discuss the relationship between the genetic modification of plant architecture and the improvement of pivotal agronomic traits in rice.     

Genetic mapping of QTLs affecting productivity and plant architecture in a full-sib cross from non-inbred parents in Cassava (<Emphasis Type="Italic">Manihot esculenta</Emphasis> Crantz)

An attempt was made to identify quantitative trait loci (QTLs) for several productivity and plant architecture traits in a full-sib progeny of 144 individuals from two non-inbred parents in cassava. A molecular linkage map of this cross constructed previously with over 250 markers was the source of molecular markers. The progeny were grown under field conditions at two locations (Palmira and Quilichao) in Colombia and evaluated in 2 years (1998 and 1999) for architecture and productivity traits. Architecture traits evaluated were plant height (PH), branching height (BH), branching levels (BL), branching index (BI), stem portion with leaves (SPL) and leaf area index (LAI). Productivity traits were those related to total dry matter production and distribution, namely fresh root yield (FRY), fresh shoot yield (FSY), harvest index (HI) and the number of storage roots (NR). Phenotypic evaluation of the traits in this population revealed continuous variation for all traits. Broad-sense heritability estimates, ranged from 36% (for NR) to 94% (for BH). Several significant phenotypic correlations were observed between architecture and productivity traits. Primary QTLs, using the single-QTL model, and secondary QTLs, by a primary QTL interaction model, were detected by interval mapping. A total of 30 primary QTLs and 84 secondary QTLs were detected. We identified 35% of detected QTLs in two or more trials, the other QTLs were environment-specific. These results underscore the significant genotype × environment interactions found for most of the traits. Several genomic segments affecting multiple traits were identified and were in agreement with correlation among traits. All QTLs identified for FRY were found associated with either component traits of productivity or architecture traits. This study suggests that QTLs for plant architecture can be used to improve productivity. However an exhaustive search and analysis of QTLs controlling architecture is required before marker-assisted selection (MAS) for increasing productivity can be initiated.Communicated by H. C. Becker     

Genetics of barley tiller and leaf development

In cereals, tillering and leaf development are key factors in the concept of crop ideotype, introduced in the 1960 s to enhance crop yield, via manipulation of plant architecture. In the present review, we discuss advances in genetic analysis of barley shoot architecture,focusing on tillering, leaf size and angle. We also discuss novel phenotyping techniques, such as 2 D and 3 D imaging, that have been introduced in the era of phenomics, facilitating reliable trait measurement. We discuss the identification of genes and pathways that are involved in barley tillering and leaf development,highlighting key hormones involved in the control of plant architecture in barley and rice. Knowledge on genetic control of traits related to plant architecture provides useful resources for designing ideotypes for enhanced barley yield and performance.     

The Plant Architecture of Rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis>)

Plant architecture, a collection of the important agronomic traits that determine grain production in rice, is mainly affected by factors including tillering, plant height and panicle morphology. Recently, significant progress has been made in isolating and collecting of mutants that are defective in rice plant architecture. Although our understanding of the molecular mechanisms that control rice tillering, panicle development and plant height are still limited, new findings have begun to emerge. This review, therefore, summarizes the recent progress in exploring the mechanisms that control rice plant architecture.     

水稻卷叶细胞学与分子机制研究进展

卷叶性状是水稻(Oryza sativa)重要的育种指标之一。研究表明,水稻叶片适度卷曲对植株的光合作用、株型及增产等均具有重要作用。该文综述了水稻叶片卷曲的相关研究进展,对水稻叶片卷曲的细胞学形成机制和相关调控基因的分子机制进行了阐述,以期深入阐明水稻叶片卷曲的细胞学和分子机制,促进卷叶性状在水稻育种中的应用。     

荒漠植物性状权衡策略及功能多样性研究进展

荒漠植物是干旱区具有独特功能性状与资源权衡表征的地带性植物。植物功能性状及其多样性格局与资源权衡策略对群落结构优化和生态系统功能改善起着关键作用。该综述主要从荒漠植物组织、器官功能性状特征、功能性状权衡策略、功能多样性组分及测度3个方面梳理了荒漠植物性状权衡策略与功能多样性研究的进展脉络：1）荒漠植物独特的根、茎、叶功能性状特征揭露了植被对环境变化的响应以及对生态系统功能的影响,基于植物功能性状的研究有助于解决许多生态学的关键性问题;2）作为植物功能性状之间存在的最普遍的联系,权衡策略是经过自然筛选后形成的性状组合,关键性状已经被发掘并创造性的提出了"经济谱"概念。荒漠植物研究过程中,应分析其根、茎、叶的特征属性筛选关键性状,着眼于关键性状间及整株植物性状间的权衡策略;3）功能多样性是影响生态系统运行和发挥作用的生物多样性的重要组成部分,荒漠植物功能多样性能预测和指示群落中物种对于荒漠生态系统功能发挥和过程变化的影响。功能多样性的组分可以从不同角度反映群落的生态位占据状况和资源利用程度,指数的选择要体现在群落内部物种的功能特征之间的差异程度,同时要考虑这些物种自身在群落内的优势程度。本研究为未来荒漠植物功能性状及多样性研究梳理了一些新的研究方向和内容,期望为荒漠植物生理生态学研究的选题和发展提供一些新的思路。