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.     

植物G蛋白偶联受体及其在信号转导中的作用

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)是具有7个跨膜螺旋的蛋白质受体,是人体内最大的蛋白质超家族.GPCRs能调控细胞周期,参与多种植物信号通路以及影响一系列的代谢和分化活动.简要介绍了GPCR和G蛋白介导的信号转导机制,GPCRs的结构和植物GPCR及其在植物跨膜信号转导中的作用,并对GPCR的信号转导机制及植物抗病反应分子机制的研究提出展望.     

赤霉素生物合成与信号传递对植物株高的调控

植物株高是影响作物产量和品质的重要农艺性状。赤霉素(Gibberellins,GAs)是调控植物株高的重要激素,GA相关株高基因的克隆与分子机制研究对于合理调控作物生长发育和农业生产具有极其重要的利用价值,在水稻、小麦等粮食作物育种中得到了广泛应用。为了促进GA在果树、花卉等园艺作物育种中的有效利用,文中在分子生物学水平上介绍GA生物合成和GA信号传递途径对植物株高的调控。     

BAK1调控植物免疫信号识别和转导的分子机制

植物通过类受体激酶感知环境变化,产生相应的信号来调控机体生长发育。BAK1 (BRI1-associated kinase 1)是其中研究最深入的类受体激酶之一。它调控多种生理过程的信号转导,如植物生长发育、细胞死亡和植物免疫等。本文综述了BAK1作为模式识别受体的共受体以及信号转导的调控子,调控免疫信号识别和转导的机理。以期为深入研究BAK1基因家族在植物抗病反应中的作用,阐明植物免疫信号转导途径提供信息。     

RNA调控与作物农艺性状改良

具有重要育种价值的基因资源挖掘与功能研究对于现代农业育种应用至关重要.已有大量研究显示,核糖核酸(ribonucleic acid, RNA)在多种植物的生长发育和环境信号应答中发挥重要作用,是调控多种农作物与经济作物复杂农艺性状的重要基因资源.本文综述了小RNA和长链非编码RNA的生成代谢和功能机制,着重介绍了小RNA、长链非编码RNA及其RNA修饰在调控作物产量与品质、抗病与抗逆等方面的研究进展.同时介绍了利用RNA技术改良遗传性状的研究,并展望了RNA技术的开发与利用对于未来农业生物技术应用的重要意义.     

类受体蛋白激酶与植物非生物胁迫应答

类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinase,RLK)是植物信号转导网络中的重要成员,参与介导生长、发育以及逆境胁迫应答等多种细胞代谢过程．在植物细胞中已发现和克隆了富含亮氨酸重复区型(LRR)、凝集素型(lectin-like)和细胞壁相联型(WAK)等不同的RLK亚家族．这些RLK能够感受多种发育和外界环境胁迫信号, 并在植物对非生物胁迫的响应过程中发挥重要的调控作用．本文结合当今国内外研究进展,简述植物RLK的典型结构域特征,详细介绍多种RLK在植物逆境信号识别与转导中发挥的作用,同时对RLK在非生物胁迫应答中的具体作用机制进行了探讨．     

一氧化氮调控植物缺铁响应的研究进展

一氧化氮(nitric oxide,NO)是植物体内一种重要的信号分子,不仅对植物的生长发育具有重要的调控作用,而且在植物应答缺铁胁迫中同样扮演着关键角色。近年来,有关NO介导的植物缺铁响应调控机制研究取得了一系列重要进展。本文重点针对植物体内NO的合成及其信号转导途径在缺铁胁迫应答中的作用和NO与其他信号分子互作介导植物缺铁响应调控研究进行系统综述与展望,以加深NO在植物缺铁响应调控功能的认识。     

光受体介导信号转导调控植物开花研究进展

光照是影响植物生长发育的重要环境因子, 开花是高等植物生活史上最重要的事件。植物通过光受体感知外界环境中的光照变化, 激活一系列信号转导过程从而适时开花。该文介绍了高等植物光受体的种类、结构特征和生理功能的研究进展, 并系统阐述了红光/远红光受体光敏色素、蓝光受体隐花色素以及FKF1/ZTL/LKP2等介导光信号调控植物开花的分子机制, 包括光受体对CO转录及转录后水平调控和对FT转录水平的调控等。此外, 还介绍了光受体整合光信号与温度和赤霉素等信号调控植物开花的研究进展, 并展望了未来的研究方向。     

小肽激素调控植物生长发育及逆境生理研究进展

小肽激素通常是指含5-100个氨基酸长度的肽段。在植物体内小肽激素含量很低、分子量小、数量多、来源及加工成熟机制复杂,这赋予了小肽多种多样的生物学功能,能够在极低浓度下与受体结合,调节植物的细胞分裂与生长、组织与器官分化、开花与结实、成熟与衰老等生理过程,协调植物响应多种胁迫环境。小肽激素作为细胞间信号转导的重要介质,参与调控生长发育的分子机制是近年来植物学科研究的热点和前沿。本文系统综述了小肽激素的结构、分类及其功能研究进展,重点讨论了CLE、RALFs、PSK、CIF、SYS等家族调控植物生长发育及逆境生理的研究进展,并展望了植物小肽激素的应用前景,为植物小肽激素的深层次研究和开发应用提供了重要的理论基础。     

PYR/PYL/RCAR蛋白介导植物ABA的信号转导

脱落酸(ABA)在各个植物生长发育阶段以及植物对生物与非生物胁迫的响应过程中都发挥着重要的作用。最近研究表明, 在ABA信号转导途径中有3种核心组份：ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白、负调控因子2C类蛋白磷酸酶(PP2C)和正调控因子SNF1相关的蛋白激酶2(SnRK2), 它们共同组成了一个双重负调控系统-- PYR/PYL/RCAR-| PP2C-| SnRK2来调控ABA信号转导及其下游反应, 且3种核心组份在植物体内的结合方式受时空和生化等因素的影响, 通过特定组合形成的ABA信号转导复合体介导特定的ABA信号反应。文章就PYR/PYL/RCAR蛋白介导的植物ABA信号识别与转导途径的分子基础及其调控机制, 以及PYR/PYL/RCAR-PP2C-SnRK2参与的ABA信号调控网络等研究进展做一概述, 并对该领域今后的研究进行了展望。     

主编导读

<正>本期主编导读主题：重要农艺性状功能基因及植物-微生物互作机制、病毒检测及疫苗研究、微生物与环境、多方位及混合式教学模式。重要农艺性状功能基因及植物-微生物互作机制阐明作物重要农艺性状分子控制的机理,以及植物-微生物(包括有益微生物和病原微生物)互作机制,能够为分子改良和设计重要农艺性状奠定理论基础,进而推动我国育种科学的可持续发展。     

PYR/PYL/RCAR蛋白介导植物ABA的信号转导

脱落酸(ABA)在各个植物生长发育阶段以及植物对生物与非生物胁迫的响应过程中都发挥着重要的作用。最近研究表明,在ABA信号转导途径中有3种核心组份:ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白、负调控因子2C类蛋白磷酸酶(PP2C)和正调控因子SNF1相关的蛋白激酶2(SnRK2),它们共同组成了一个双重负调控系统——PYR/PYL/RCAR—|PP2C—|SnRK2来调控ABA信号转导及其下游反应,且3种核心组份在植物体内的结合方式受时空和生化等因素的影响,通过特定组合形成的ABA信号转导复合体介导特定的ABA信号反应。文章就PYR/PYL/RCAR蛋白介导的植物ABA信号识别与转导途径的分子基础及其调控机制,以及PYR/PYL/RCAR—PP2C—SnRK2参与的ABA信号调控网络等研究进展做一概述,并对该领域今后的研究进行了展望。     

油菜素内酯调控作物农艺性状和非生物胁迫响应的研究进展

植物对不利环境的适应依赖于将外部胁迫信号传递到内部信号通路中,在进化过程中形成一系列的胁迫响应机制。其中,油菜素内酯(brassinosteroids, BRs)是一种类固醇激素,广泛参与植物生长发育和逆境响应过程。BRs被包括受体BRI1和共受体BAK1在内的细胞表面受体感知,继而触发信号级联,导致蛋白激酶BIN2的抑制和转录因子BES1/BZR1的激活,BES1/BZR1可直接调控数千个下游响应基因的表达。在模式植物拟南芥中的研究表明,BR的生物合成和信号转导通路成员,特别是BIN2和其下游的转录因子BES1/BZR1,可以被各种环境因子广泛地调节。本文系统总结了BR相关的最新研究进展,对BR的生物合成和信号转导是如何被复杂的环境因子所调节,以及BR与环境因子如何协同调控作物重要农艺性状、冷胁迫和盐胁迫的响应进行了综述。     

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。     

作物数量性状基因图位克隆研究进展

对数量性状基因(QTL)的鉴定和克隆不仅有利于从分子水平上阐明作物重要农艺性状的形成机理,而且对于有效开展这些性状的分子育种,进一步提高作物增产潜力具有重要意义.近年来作物QTL图位克隆取得了重要突破,一批QTL被成功克隆,而模式植物基因组研究的快速发展则为作物QTL图位克隆技术带来了新的策略和方法.本文就相关研究的主要进展和发展趋势进行了综述.     

植物肽激素受体激活的新机制

植物磺化肽类激素(phytosulfokine,PSK)是植物肽类激素的典型代表,它是有两个酪氨酸磺酸化修饰的直链五肽,在植物体的生长和发育过程中有广泛而重要的调控作用。PSK发挥作用需要被细胞膜上的受体激酶PSKR(phytosulfokine receptor)识别来进行信号转导。但目前该肽激素的信号识别和其受体激活的分子机制还不清楚。该实验室通过解析PSKR胞外结构域没有结合PSK和结合PSK以及结合PSK和共受体这三种状态的晶体学结构,直观而全面地揭示了激素识别和受体激活的分子机制。PSK通过形成反向β片层与PSKR岛区中的β片层互作而结合,PSK的两个磺酸化基团直接参与同PSKR的结合。通过遗传和生化等实验的验证,发现PSK可以介导PSKR和体细胞胚胎发育受体激酶(somatic embrogenesis receptor like kinases,SERKs)的结合。进一步通过解析PSK-PSKR-SERK的受体激活复合物的晶体学结构发现,PSK没有同SERK结合,而是通过诱导PSKR岛区的构象变化来别构介导PSKR与SERK结合,这一机制区别于经典的"分子胶"模式。该研究揭示了PSK识别的分子机制和受体PSKR的激活新机制。     

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。     

植物蛋白激酶与作物非生物胁迫抗性的研究

干旱、盐碱、高温等非生物逆境胁迫严重影响作物生长发育、产量和品质。在遭受非生物逆境的威胁时,植物通过信号受体,可感知、转导胁迫信号,启动一系列抗逆相关基因的表达,最终缓解或抵御非生物逆境胁迫对植物造成的危害。其中,蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶的磷酸化/去磷酸化作用在植物感受外界胁迫信号的分子传递过程中起到开关的作用。正常情况下,蛋白激酶磷酸化开启信号转导途径,启动相应的抗逆基因表达反应;当信号消失后,蛋白激酶去磷酸化将信号转导途径关闭,达到调控植物正常生长的目的。因此,蛋白激酶在调控感受胁迫信号、启动各种非生物逆境胁迫响应中起到了极其重要的作用。近年来,对植物蛋白激酶参与非生物胁迫响应的研究倍受关注。本文阐述了不同类型蛋白激酶在改良作物非生物胁迫抗性上的应用,为进一步研究提供资料。     

植物小分子信号肽参与非生物逆境胁迫应答的研究进展

植物小分子信号肽（small signaling peptides, SSPs）是一类蛋白长度小于120个氨基酸的小肽，作为新型信号分子在植物应答非生物逆境胁迫中发挥重要的作用。植物中含有千余种SSPs，多种多样的结构特点、修饰过程与不同受体的结合发挥其特异的功能，参与植物与环境之间的互作。挖掘鉴定植物SSPs功能基因，解析它们应答非生物逆境胁迫的调控机制，对增强植物抗性、改善植物生长具有重要的理论与实践意义。植物SSPs主要包括胞外非分泌型小肽、胞内非分泌型小肽、胞外翻译后修饰分泌型小肽和胞外富含半胱氨酸分泌型小肽四大类。介绍了四类植物SSPs的结构、特征；阐述了它们以SSP配体结合LRR-RLK受体激酶完成信号转导过程，以激活下游抗性基因表达为模式的调控机制；重点综述了它们在干旱、高温、盐渍、营养等非生物逆境胁迫应答中的生物学功能及调控机制。最后讨论了植物SSPs未来研究的方向和有待解决的问题，还对SSPs类生长调节剂的开发前景进行了展望，旨在为提高植物应对环境胁迫和实现农业可持续发展提供新的思路和路径。     

保卫细胞中ABA信号调控机制研究进展

脱落酸(ABA)具有调节植物快速响应逆境的重要功能。植物细胞中ABA核心信号通路由ABA受体PYR1/PYLs/RCARs、A类碱性蛋白磷酸酶PP2Cs和Snf1相关蛋白激酶SnRK2s组成。活性氧(ROS)和Ca²⁺是保卫细胞中的重要第二信使,调控ABA诱导的气孔关闭。该文对保卫细胞中核心ABA信号蛋白的调控以及ROS和Ca²⁺介导的ABA信号转导等最新研究成果进行综述,旨在阐明保卫细胞中ABA信号调控机制。