维管形成层发生和活动的机理

维管形成层是裸子植物和被子植物中的双子叶植物普遍存在的一种侧生分生组织,它的活动促进树木不断增粗,木材和树皮大量增加。研究形成层发生和活动的机理不仅是植物学,而且是林学上的重要基础理论问题。一个多世纪以来,这方面的研究一直没间断过。由于认识水平的限制,至今仍有许多现象无法解释。本文试图在简述过去理论的基础上着重介绍近十年来这方面的研究进展。     

泡桐维管形成层及木质部区的转录组分析

采用Illumina HiSeqTM2500高通量测序技术,获得泡桐维管形成层及木质部区组织转录组的109021918条clean reads(16.35 Gb)。将clean reads从头组装得到104432个单基因簇(Unigene),平均长度662 nt。将组装得到的Unigenes与公共数据库进行序列比对,分别有40789(Nr:39.05%)、31675(NT:30.33%)、15539(COG:14.87%)、29168(GO:27.93%)、16316(KEGG:15.62%)、30499(SwissProt:29.20%)以及28828(Pfam:27.6%)个Unigenes获得功能注释。通过与GO数据库的比对分析,注释的29168个Unigenes归于生物过程、细胞组分及分子功能三大类的55个功能组;15539条Unigenes注释到COG数据库,被分为25个类别中;基于KEGG数据库可将16316个Unigenes归于130个代谢途径。此外,在泡桐的维管形成层及木质部区转录组中共检测出16118个简单序列重复(SSR)位点。为进一步挖掘泡桐重要功能基因提供了大量数据。     

植物维管系统形成的调节机制

植物维管系统形成与分化包含着贯穿植物生长发育全过程的一系列细胞分裂与分化事件。这些事件的发生和发展过程受到很多遗传和其他内源因子的调控。对维管系统形成及其调控的认识近年来获得了较大的进展。研究表明植物激素、转录因子、短肽信号分子和microRNA等在植物维管系统建成中发挥重要调控作用。     

毛白杨维管形成层带细胞超微结构的季节性变化

木材(次生木质部)是树木形成层细胞分化的产物,形成层的活动方式不仅影响木材的产量,而且影响木材的结构和性质.利用透射电子显微镜观察了生长在北京地区的毛白杨(Populus tomentosa Carr.)枝条形成层带细胞一个完整活动周期的超微结构变化.在木质部母细胞完全恢复活动之前,形成层纺锤状原始细胞的分裂和韧皮部细胞的分化已经开始.枝条上芽的展开和幼叶的生长可能决定了形成层带细胞的这种活动方式.透射电镜观察更清楚地揭示了树木形成层细胞在活动初期的分化特点.活动期形成层细胞中的大液泡在进入休眠期后逐渐分成许多小液泡分散在细胞质中.随着液泡融合逐渐消失的深色蛋白类物质又重新充满了大部分液泡.油滴和淀粉颗粒的年变化情况同液泡中的蛋白类物质基本相似.无论在活动期还是休眠期,形成层纺锤形细胞的质膜上都发现有许多可能与物质运输有关的小泡状内折.由核膜、内质网和高尔基体及其分泌小泡组成的细胞内膜系统,在形成层活动周期的不同阶段,其形态和分布明显不同,尤其在形成层细胞的恢复活动及其衍生木质部细胞次生壁的沉积过程中发挥着重要作用.整个活动周期中,形成层纺锤形细胞的径向壁都比弦向壁厚,处在休眠期的形成层带细胞,其径向壁与弦向壁的差别则更明显.形成层恢复活动时,径向壁上特别是与弦向壁相连的角隅处出现部分自溶现象.细胞壁特别是径向壁的变薄是形成层细胞恢复活动的重要特征.     

毛白杨维管形成层带细胞超微结构的季节性变化

木材（次生木质部）是树木形成层细胞分化的产物,形成层的活动方式不仅影响木材的产量。而且影响木材的结构和性质。利用透射电子显微镜观察了生长在北京地区的毛白杨（Populus tomentosa Carr.)枝条形成层带细胞一个完整活动周期的超微结构变化。在木质部母细胞完全恢复活动之前,形成层纺锤状原始细胞的分裂和韧皮部细胞的分化已经开始。枝条上芽的展开和幼叶的生长可能决定了形成层带细胞的这种活动方式。透射电镜观察更清楚地揭示了树木形成层细胞在活动初期的分化特点。活动期形成层细胞中的大液泡在进入休眠期后逐渐分成许多小液泡分散在细胞质中。随着液泡融合逐渐消失的深色蛋白类物质又重新充满了大部分液泡。油滴和淀粉颗粒的年变化情况同液泡中的蛋白类物质基本相似。无论在活动期还是休眠期,形成层纺锤形细胞的质膜上都发现有许多可能与物质运输有关的小泡状内折。由核膜,内质网和高尔基体及其分泌小泡组成的细胞内膜系统,在形成层活动周期的不同阶段,其形态和分布明显不同,尤其在形成层细胞的恢复活动及其衍生木质部细胞次生壁的沉积过程中发挥着重要作用。整个活动周期中,形成层纺锤形细胞的径向壁都比弦向壁厚。处在休眠期的形成层带细胞,其径向壁和弦向壁的差别则更明显。形成层恢复活动时,径向壁上特别是弦向壁相连的角隅处出现部分自溶现象。细胞壁特别是径向壁的变薄是形成层细胞恢复活动的重要特征。     

植物侧枝发育的调控研究进展

植物侧枝的发育在植物形态建成中具有十分重要的地位,侧枝的形态直接影响植物的产量。侧枝的发育由生长点干细胞持续分裂和分化形成,包括侧生分生组织特化,侧生分生组织起始和侧生分生组织外生。侧枝的发育受到内部生长因子和外部环境信号的共同调节。文中总结了侧枝发育过程中侧生生长点干细胞起源、形成和休眠等过程的基本问题,综述了转录因子、激素、表观遗传、外界环境共同决定侧生分生组织形成和发育中的作用机制,为探讨植物侧枝的形成机理提供参考。     

维管植物导管及其穿孔板的研究进展

介绍了导管及其穿孔板的研究进展,包括导管的特征(穿孔板的类型、多穿孔板与侧壁穿孔板、纹孔膜残留),导管的起源与穿孔板的演化,蕨类植物、裸子植物与被子植物导管的比较,并就导管进化与穿孔板演化．导管的二型性现象、侧壁穿孔板、多穿孔板与穿孔中纹孔膜．生态对导管进化的影响等方面以及对今后的研究作了展望。     

植物气孔发育及其调控研究

气孔是植物与外界进行气体交换的通道。植物通过调节表皮气孔的开闭、大小和数目来优化气体的通过量,从而适应自身的生存环境。最近的研究工作揭示了控制气孔发育的基本遗传途径,以及环境信号如何调控气孔发育的基本遗传途径。文章总结了控制植物气孔发育基本途径的分子基础以及外界环境因素(主要是光和二氧化碳)与激素信号对气孔发育的调控机制,并对将来本领域需要解决的几个问题提出了看法。     

构树形成层活动中内源IAA的变化及其结合蛋白的研究

构树（Broussonetia papyrifera (L.)Vent.）形成层活动周期中用酶联免疫吸附法测定了形成层区域的内源IAA浓度的变化,并用自行发展的免疫荧光检测方法测定了由此处生活细胞制得的原生质体中IAA结合蛋白的分布。结果表明,形成层旺盛形成未成熟木质部和未成熟韧皮部时期,内源IAA急剧增加,当这些细胞分化成熟时IAA浓度降低,并维持在一定范围内。IAA结合蛋白主要分布于质膜、胞质、核膜及核质中。     

构树形成层活动中内源IAA的变化及其结合蛋白的研究

构树(Broussonetiapapyrifera(L.)Vent.)形成层活动周期中用酶联免疫吸附法测定了形成层区域的内源IAA浓度的变化,并用自行发展的免疫荧光检测方法测定了由此处生活细胞制得的原生质体中IAA结合蛋白的分布。结果表明,形成层旺盛形成未成熟木质部和未成熟韧皮部时期,内源IAA急剧增加,当这些细胞分化成熟时IAA浓度降低,并维持在一定范围内。IAA结合蛋白主要分布于质膜、胞质、核膜及核质中     

植物TCP转录因子的作用机理及其应用研究进展

TCP转录因子是一类植物特有蛋白,含有保守的TCP domain,其中由60个氨基酸组成的b HLH结构是结合DNA和蛋白互作所必需的。TCP转录因子由于其广泛参与调控植物的生长发育过程(如分枝、株高、叶型、花型等)而备受关注。最近有报道显示,TCP转录因子在植物逆境胁迫应答中(如低温和高盐)同样发挥重要作用。TCP蛋白参与多种信号转导途径(如油菜素内酯、茉莉酸、赤霉素、细胞分裂素等),可能是连接生长发育和介导胁迫响应的一个交叉点。本文从分子生物学角度,系统综述了植物TCP转录因子的作用机理及其在激素应答、发育调控及环境胁迫响应等过程中的功能,以期为基因工程方法改良作物生长模式和抗性提供参考。     

血液发生相关microRNAs研究进展

血液发生对生命体有着十分重要的意义。脊椎动物的血液发生主要表现为造血干细胞的自我更新和分化、造血祖细胞的增殖分化以及血细胞的成熟。血液发生过程的调控涉及多种转录因子、膜受体、造血生长因子和microRNAs等,它们之间相互作用形成多种信号通路及信号通路网。microRNAs是一类非编码RNA,广泛分布于真核生物细胞中,在机体的造血过程中发挥着重要作用。microRNAs的表达受造血相关信号通路中转录因子的调控,而microRNAs的表达能抑制或降低参与造血相关信号通路的转录因子以及更多造血相关调控因子的表达,从而影响血细胞发生相关的信号通路,进而调控造血过程。本文主要介绍了脊椎动物造血过程和血细胞发生相关信号通路,并围绕microRNAs与造血相关转录因子及信号通路之间的作用关系,总结了microRNAs调控血液发生的相关研究进展。     

植物MYB转录因子在花药发育中的调控作用

MYB转录因子作为最大的转录因子家族之一,参与植物的生长发育、胁迫反应、产物代谢等过程,在植物花的发育特别是花药发育过程中发挥着重要的调控作用。花药的发育在植物繁殖后代中起关键作用,文中就MYB转录因子在花药绒毡层发育、花药开裂、花粉发育、糖类物质和激素途径等方面对花药发育过程中的调控作用进行总结,以期为植物花药发育调控机制及调控网络的深入研究提供可行的参考。     

植物NAC转录因子的结构功能及其表达调控研究进展

NAC转录因子是近十年来新发现的具有多种生物功能的植物特异转录因子。该家族转录因子的共同特点是其N端为保守的大约150个氨基酸的NAC结构域,C端为高度变异的转录调控区。它们在植物生长发育、激素调节和抵抗逆境等方面发挥着重要的作用。本文主要就植物NAC转录因子的基本结构特征、生物学功能、表达调控及其最新研究进展进行综述。     

呼吸中枢发育的基因调控研究进展

脑干呼吸中枢组成一个复杂的网络系统,产生和调控节律性呼吸。近年来,人们利用分子生物学技术研究发现,小鼠某些基因突变可影响呼吸中枢特定神经元的发育,并由此导致特殊的呼吸表型。最近,在人类某些中枢性呼吸疾病中,也发现了相应的基因突变。因此,基因水平的研究为深入认识节律性呼吸活动的产生和调控机制提供了新的研究途径。本文就目前研究较多、相对较深入的一些呼吸中枢发育调节基因的研究进展作一综述。     

树木形成层活动及其影响因素研究进展

树木生长是森林生态系统固碳的主要方式,树木生长过程受到气候与非气候因素的共同作用。树木径向生长长期定位监测是明确树木生长对气候变化响应的重要研究手段。本文对运用微树芯法的树木形成层活动及径向生长过程研究进行了总结。首先,综述了气候因素对树木形成层活动的影响: 寒冷湿润区温度决定树木生长开始和停止,干旱半干旱区水分和温度共同决定生长开始,水分决定生长停止;生长速率和持续时间共同决定生长量,最大生长速率出现在夏至前后;短期施氮并不能影响树木径向生长动态。其次,探讨了生物因素对树木径向生长过程的调控: 形成层活动开始时间因树种、树龄、竞争关系而有所差异;非结构性碳水化合物的季节动态与径向生长过程相耦合。最后,阐述了气候因素和生物因素交互作用下树木次生生长的响应机制。针对以上进展,本文提出了目前研究尚存在的问题并展望了未来的发展前景,以期为进一步的科学研究提供参考。     

ABA调控种子发育的研究进展

种子发育是一个复杂的生物学过程，受各种遗传和外界因素的调节，显著影响农作物特别是禾谷类作物的种子活力和产量与质量。脱落酸(ABA)是调控种子发育和萌发最重要的植物激素之一，其活性水平、信号转导及其LAFL网络在种子发育包括胚胎发生和成熟过程的调控中起关键作用。该文主要综述了近年来ABA调控种子发育的研究取得的重要进展，包括ABA代谢和信号转导对种子发育的调控，ABA与种子成熟转录因子(AFL-B3、FUS3、ABI3、LEC2等)的作用，以及ABA在种子发育中的作用机制，并提出了需要进一步研究的科学问题，为深入理解种子发育的分子机制提供参考，从而提高种子的活力、产量和质量。     

植物叶绿体发育及调控研究进展

植物的光合作用几乎是所有生物生存和发展的物质基础。叶绿体是绿色植物进行光合作用的重要细胞器。尽管叶绿体发育及调控一直受到人们的关注,但其装备及调控的分子机制尚不完全清楚。该文对叶绿体装备过程、叶绿体发育调控及质体-细胞核反向信号的研究进展进行概述,以使人们从整体上认识叶绿体发育及调控机制。     

转录因子调控植物萜类化合物生物合成研究进展

萜类化合物是植物次生代谢物中结构和数量最多的一类化合物, 它们在植物体内以及植物与环境和其它生命体的相互作用中发挥重要作用。转录因子通过调控代谢通路中基因的转录起始来调节次生代谢物质的产量。目前, 研究发现参与萜类合成的转录因子家族主要有6个, 包括AP2/ERF、bHLH、MYB、NAC、WRKY和bZIP。该文主要对其家族的结构特点、调控模式以及研究进展进行综述, 以期进一步丰富萜烯合成的网络调控, 为植物萜类相关的分子育种、优质栽培和病虫害生物防治等提供新的思路与方法。     

AP2/ERF转录因子调控植物非生物胁迫响应研究进展

低温、干旱、高盐和缺氧等多种不良环境影响植物的生长发育, 植物通过长期进化形成复杂的调节机制来适应这些不利条件。AP2/ERF是植物特有的转录因子, 在各种胁迫响应过程中发挥关键调控作用。近年来, 越来越多的研究表明, 植物激素介导的信号级联通路与逆境胁迫响应关系密切, AP2/ERF转录因子可与激素信号转导协同形成交叉调控网络。许多AP2/ERF转录因子通过响应植物激素脱落酸和乙烯, 激活依赖或不依赖于脱落酸和乙烯的胁迫响应基因的表达。此外, AP2/ERF转录因子参与赤霉素、细胞分裂素和油菜素内酯介导的生长发育和胁迫应答。该文简要综述了AP2/ERF转录因子的结构特征、转录调控、翻译后修饰、结合位点、协同互作蛋白及其参与调控依赖或不依赖激素信号转导途径的非生物胁迫响应研究进展, 为解析不同AP2/ERF转录因子在调控激素和胁迫响应网络中的作用提供理论依据。