基因芯片技术在拟南芥研究中的应用

基因芯片是研究生物大分子功能的新技术,目前此技术已经广泛地应用到植物研究中。拟南芥是植物分子生物学领域的模式植物,通过对其基因结构及功能的详尽研究,可以更好地理解和认识遗传上更为复杂的高等植物的生长和发育过程。本综述了基因芯片在模式植物拟南芥研究中的应用。     

揭开拟南芥基因组序列的奥秘

拟南芥植物的个体较小,生活周期短,很适于根农杆菌的转化,因此被认为是特别适合在实验室中进行遗传操作的模式植物。１９８７年,在美国密歇根州立大学召开的第三届国际拟南芥大会上,人们再次确认了这种植物的模式植物地位。由于拟南芥基因组较小,约１２０兆碱基对,而玉米和小麦的碱基对则大得多,前者约为２５００兆,后者１６０００兆。因此,拟南芥应是测定基因组序列最为理想的材料。另外,更为重要的是,尽管拟南芥的基因组没有在高等植物上普遍存在的大量DNA重复区,但它们却包含了植物发育、代谢、环境信号反应和抗病性等所…     

拟南芥─—植物发育生物学和分子生物学实验的好材料

拟南芥（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ）是一种十字花科植物，广泛用于植物遗传学、发育生物学和分子生物学的研究，已成为一种典型的“模式”植物。近年来，植物科学中许多有价值的发现几乎都是以拟南芥为实验材料取得的，因此它被誉为植物界的“果蝇”。拟南芥具有以下主要特点：（１）形态个体小，高度只有３０ｃｍ左右；（２）生长周期快，从播种到收获种子一般只需６周左右；（３）种子多，每株每代可产生数千粒种子；（４）形态特征简单；（５）基因组小，只有５对染色体。我们引进了拟南芥中最常见的３种生态型（Ｃｏｌｕ…     

模拟微重力对拟南芥幼苗的影响

对正常条件和模拟微重力条件下拟南芥幼苗的生长状况进行了研究,发现拟南芥幼苗的生长发育、生理生化特性、酶活性等均发生一系列的变化.并利用qRT-PCR技术深入研究了经模拟微重力处理的幼苗过氧化物酶的基因表达量的变化.这些结果为植物在受控生态生保系统中的生长提供了试验支持.     

森林生态系统发展和植物种群变化的热力学过程

随着生态学的发展,人们对自然生态系统的认识逐渐从对自然现象的记录、描述,发展为对机制的系统认识。热力学定律为人们提供了认识系统发展规律的理论基础,但在生态系统中的应用还处于起步阶段。基于前人关于生态系统可用能的研究。探讨了森林生态系统和植物种群变化的热力学过程。在生态系统水平上,把可用能耗散分为了植物耗散和环境耗散两个部分,并探讨了这两个过程之间的关系。第一次明确地提出蒸散是植物耗散的主要部分。在植物种群水平上,“可用能储存”与“可用能耗散”是决定植物竞争力的关键因子,在同一区域相同条件下,拥有更大可用能耗散能力的物种应当被优先选择。因此,群落中的优势物种应当比同层次的伴生种具有相对高的生长速度和更强的蒸腾能力。研究试图在热力学理论体系与实际生态系统的生理生态过程之间建立了纽带和桥梁,为开展森林生态系统的健康评估、深刻认识植物与环境的关系、以及评价物种竞争能力提供新的理论视野。     

木醋液与6-苄基腺嘌呤对拟南芥生长的影响研究(英文)

木醋液(Wood vinegar,WV)作为植物生长调节类似物广泛应用于农业,但其促进植物生长的分子机制却鲜为人知。为了解木醋液(Wood vinegar,WV)促进植物生长的机理,以不同浓度木醋液/6-苄基腺嘌呤(6-BA)处理不同时间的模式生物拟南芥为材料,采用半定量PCR方法检测拟南芥调节应答因子(ARR4、ARR5、ARR6、ARR7、ARR9、ARR15)的表达量并以观察测量等方法比较木醋液和6-BA对拟南芥幼苗生长的宏观影响。研究结果显示,在调节拟南芥生长过程中,WV具有6-BA类似调节模式,但其总体效应弱于6-BA。在形态学方面,木醋液抑制叶片的展开,阻止子叶的发生,促进根的伸长并抑制侧根的形成。这些研究发现进一步完善了WV在分子水平调控植物生长的机制,对于WV在农业生产方面更加科学而广泛的应用具有重要的意义。     

珍稀濒危植物迁地保护策略中植物营养问题的探讨

营养缺乏、过量或不平衡都会直接导致植物生长繁殖障碍甚至死亡,通过改良土壤或补充矿质元素来解决这些问题是植物营养学研究的主要内容。这一学科的研究范围已经从传统人工生态系统发展到自然生态系统中。但总的来说,这一学科还没有真正渗透到珍稀濒危物种的迁地保护领域中来。中国各植物园目前正在开展大规模的珍稀濒危植物迁地保护工作,但人们都只重视了物种的引入,却忽视了它们在迁地保护过程中业已存在和可预见的生长繁殖障碍,对迁地保护植物的研究很少涉及其生长繁殖所需的营养条件。针对这一现状,本文提出了目前应开展的几项工作:(1)明确优先开展植物营养学研究的物种范围;(2)物种原产地土壤与植物化学元素背景值的分析;(3)迁地保护物种营养状况动态监测与营养诊断。该研究思路的提出,无论是从植物营养学与植物保育学的学科交叉角度,还是从珍稀濒危物种迁地保护保育策略的理论探索与解决实际问题的角度,都具有十分重要的意义。     

重力钝感的水稻突变体在重力和微重力条件下淀粉体的观察分析

植物向重性的研究一直受到关注,主要的研究集中在双子叶模式生物拟南芥中,而对单子叶植物的研究却很少。植物对重力感受的方式存在多种解释,但目前大量证据表明淀粉体—平衡石理论较为合理,它认为淀粉体作为平衡石在植物向重性反应中发挥了重要的作用。经过100多年的研究,现已从生理学与遗传学的角度证实了含有淀粉体的根冠中柱细胞和茎的内皮层细胞是植物重力感受的部位,淀粉体作为重力感受器被越来越多的实验证据证明。地球上重力无处不在,要研究微重力对植物体极性生长的影响只能借助于能模拟失重环境的回转器。近年来,人们对植物向重性机制的了解主要来自缺失或缺少     

拟南芥及其近缘种的适应性进化研究

植物如何适应环境变化从而生存繁衍,即适应性进化,是一个自达尔文时代起就备受关注的生物学核心科学问题.随着测序技术的快速发展,植物中各个主要类群均有物种完成了全基因组测序,并且每个物种里有许多样品完成了重测序.除了基因组外,不同维度的组学数据也得到解析,如转录组、甲基化组、小RNA组及蛋白质组等.海量的多维组学数据极大地促进了适应性进化的研究,基于多维组学数据来研究植物适应性进化的过程及机制已成为植物学研究的一个重要领域.十字花科的拟南芥是植物遗传学及分子生物学研究的模式物种,所有的研究结果及各种资源和数据使拟南芥及其近缘种也成为研究进化生物学问题的模式体系.因此,本文综述了围绕拟南芥及其近缘种近年来在植物适应性进化方面取得的重要进展,并在此基础上探讨该领域仍亟待解决的核心科学问题及未来的研究方向.     

7种植物K+/H+逆向转运蛋白的生物信息学分析

K+/H+逆向转运是普遍存在于几乎所有生物体内的重要离子平衡机制之一.该机制主要由多基因家族KEA (K efflux antiporter)介导.然而,长期以来对KEA的功能特征和生理意义的认识,除了在大肠杆菌中有零星的报道之外,绝大部分尚为空白.本文通过生物信息学分析,比较了7个植物物种KEA的同源和进化关系,发现KEA家族中的部分成员在物种进化过程中具有极高的保守性.以模式植物拟南芥为例,进一步研究了KEA的蛋白质跨膜结构、关键结构域和亚细胞定位预测等.结果表明,AtKEA大多具有10～12个跨膜结构,是典型的膜蛋白,在跨膜区的N端有多个丝氨酸磷酸化调控位点;都含有K+/H+交换结构域和相应的调控域,推测其能够介导K+/H+交换.基因芯片研究表明,AtKEA在根、茎、叶、花和荚果等不同组织器官的表达丰度不同,表明KEA基因家族各成员的生理功能具有时空分异性.上述结果可为进一步深入研究植物K+/H+逆向转运系统的功能提供借鉴.     

天山北麓中段拟南芥（Arabidopsis thaliana）与相邻物种的分布格局及相互关系

天山山脉是世界拟南芥(Arabidopsis thaliana)及其近缘种的分布中心之一,资源优势明显.在北天山中段浅山地带选择拟南芥分布的典型样地50m×50m,分析了样地物种的结构、组成和土壤理化性质,用Ripley's K(d)函数分析了拟南芥与相邻物种的空间特征和相互关系.发现样地由7科23个物种组成,以新疆绢蒿(Seriphidium kaschgaricum)为建群种,短命植物物种占近70%.拟南芥仅分布于北坡,在3m内聚集强度高于所有分析物种,在5m范围内与新疆绢蒿中株呈显著正关联,与十字花科的涩芥(Malcolmia africana)、藜科的散枝猪毛菜(Salsola brachiata)、木碱蓬(Suaeda dendroides)、角果藜(Ceratocarpus arenarius)呈一定尺度显著负关联.分析认为拟南芥空间分布依赖于新疆绢蒿大株、中株生长塑造的遮阴、保湿和丰富土壤有机质,生态位与藜科物种差异极大,生境特异性高于同属近缘种小鼠耳芥(Arabidopsis pumila),以及涩芥(M. africana)、庭芥(Alyssum desertorum)、四齿芥(Tetracme quadricornis)、丝叶芥(Leptaleum filifolium)、狭果鹤虱(Lappula semiglabra)等短命植物.在干旱胁迫下,拟南芥环境选择强度大于种内作用,密度依赖的种子扩散表现不明显.扩散对策是通过大量生产种子,依靠果实不易开裂控制种子短距离扩散,充分利用原适宜生境来维持种群繁衍.     

磁生物学在模式植物拟南芥中的研究进展

地球磁场作为自然界中无处不在的环境因子,时刻影响着几乎所有生命活动。最经典的现象莫过于动物利用地磁进行精准导航,细菌利用磁场发现最适合生长的环境条件等。但植物是固着生长,是否也受到磁场的影响以及植物响应磁场的生物学意义等都是有待阐明的科学问题。早期的研究结果因材料与方法等不同缺乏可比性、有时甚至相互矛盾。近年来,越来越多的实验室使用模式植物拟南芥来研究植物磁生物学效应与作用机理,取得了显著进展。现有的证据表明,植物也具有响应磁场的能力,并与磁场方向以及光等因素密切相关。今后的研究将在分子水平上阐明固着生长的植物感知磁场的生物学意义与作用机理等关键科学问题。     

叶际微生物及其与外界互作的研究进展

叶际微生物及其生存环境共同形成了一个复杂的生态系统。建立在纯种分离和纯培养技术基础之上的传统研究方法只能了解其中部分叶际微生物,但对物种组成、种群结构和生态学作用等方面的认识都比较片面。近年来随着分子生物学和生物信息学的进步,人们对叶际微生物总群落的分析逐渐揭示了叶际微生物组成的多样性及其特点,以及与外界互相作用的复杂性。研究表明,植物种类、地理位置和季节差异等都不同程度地影响着叶际微生物群落的构成。本文综述了近年来国内外叶际微生物群落结构组成及其与外界互作方面的研究进展,有利于加深对叶际微生物的了解,也有助于深入理解叶际微生物与植物生长和植物病虫害防治的关联关系。     

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。     

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。     

拟南芥——一把打开植物生命奥秘大门的钥匙

在过去的20年中,拟南芥作为模式植物广泛用于植物生命科学研究。历时10年的模式植物拟南芥的全基因组测序工作于2000年完成,通过测序获得的拟南芥基因组核苷酸序列全部公布在互联网上,有力地推动了植物生命科学研究向前发展。科学家提出的“2010计划”旨在通过全世界植物科学家的努力,到2010年能够尽可能多地了解拟南芥基因的功能。通过拟南芥研究所获得的信息将有助于人类对控制不同植物复杂生命活动机制的认识。     

拟南芥DNA探针的比较基因组原位杂交揭示的拟南芥与远缘植物基因组间的同源性

采用生物素标记的拟南芥基因组DNA探针在75%杂交严谨度下对双子叶植物番茄、蚕豆和单子叶植物水稻、玉米、大麦的染色体进行了比较基因组荧光原位杂交（comparative genomic in situ hybridization,cGISH）分析,以揭示拟南芥与远缘植物基因组间的同源性.cGISH信号代表了拟南芥基因组DNA中的重复DNA与靶物种染色体上同源序列的杂交.探针DNA在所有靶物种的全部染色体上都产生了杂交信号.杂交信号为散在分布,并呈现随基因组增大,杂交信号增多,且分布更加分散的趋势.所有靶物种的核仁组织区（NOR）都显示了明显强于其他区域的杂交信号,表明拟南芥基因组DNA探针可用于植物NOR的物理定位.在所有的靶物种中,信号主要分布在染色体的臂中间区和末端,着丝粒或近着丝粒区有少数信号分布.大麦染色体显示了与C-和N-带不同的独特的cGISH信号带型,表明此探针可用于不同植物染色体的识别.这些结果表明,拟南芥基因组与远缘植物基因组之间,除rDNA和端粒重复序列外,还存在其它同源的重复DNA;一些重复DNA序列在被子植物分歧进化为单子叶和双子叶植物之前就已存在,虽经历了长期的进化过程,至今在远缘物种之间仍保持了较高的同源性.结果还提示,大基因组中古老而保守的重复DNA在进化过程中发生了明显的扩增.     

植物HSP70蛋白家族分子进化特征及其表达模式分析

植物热激蛋白HSP70(heat shock protein 70)与植物抗逆性具有密切的关系,对其深入研究将有助于揭示植物的抗逆生理过程,从而为生产上降低逆境对植物的伤害提供重要的实践指导意义。目前,在模式植物拟南芥和水稻中,HSP70蛋白家族的遗传学和生化功能研究被广泛关注,但该基因家族植物中的系统分子进化、表达模式以及功能预测方面的研究仍不完善。本研究通过收集和整理拟南芥和水稻中所有的HSP70基因序列、基因结构和染色体定位等信息,对比分析了拟南芥和水稻中HSP70家族在分子进化方面的差异;同时,从转录水平上初步分析和阐明该家族基因在植物不同组织部位和不同发育时期的表达差异和功能分化。此外,本研究还围绕花药发育的过程,细致分析了HSP70家族基因的表达变化,推测该家族在花药不同时期可能所扮演的角色。本研究为全面理解HSP70家族在单子叶和双子叶植物中的功能异同分化、以及其参与植物生殖发育过程的功能研究提供重要的科学依据。     

玉米叶片持绿性研究进展与对策

叶片持绿性(stay green或non-senescence)与植物叶片衰老相关,影响植物生长及生物产量。叶片持绿性相关研究主要集中于拟南芥等模式植物,玉米中的研究相对落后,但该研究对玉米产量、品质、抗病等具有重要意义。本文对玉米叶片持绿性的研究进展进行了综述,包括玉米叶片持绿性概念、评价指标、生理生化特性、遗传特性、基因/QTL定位等。提出了玉米持绿性研究存在的问题与相关对策。     

绿木霉SM1蛋白诱导拟南芥防御反应以及激发活性氧途径研究

SM1蛋白是由绿木霉Trichoderma virens产生的一种富含半胱氨酸的小蛋白,能够作为激发子激发植物防御反应。研究了SM1蛋白对拟南芥Arabidopsis thaliana生长及诱导抗性的作用。结果表明高浓度（>10μg/mL）SM1蛋白液抑制拟南芥的生长,低浓度SM1蛋白液则不影响生长;SM1能诱导拟南芥对细菌性叶斑病Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000的抗性,引起拟南芥叶片过氧化氢的积累。SM1蛋白处理后,拟南芥叶片中植物防御反应相关基因PDF1.2、LOX2和活性氧酶基因 SOD、POD等表达显著上升,说明SM1在激活植物的JA/ET和ROS途径中发挥着重要作用。研究为进一步研究SM1诱导植物抗性的机理提供了基础。