双子叶植物幼苗顶端弯钩发育的分子机制

幼苗顶端弯钩的形成是双子叶植物暗形态建成过程中的一个重要事件。它保护双子叶植物幼嫩的子叶和脆弱的顶端分生组织在幼苗出土时免受机械损伤,进而保证幼苗的出苗率和成活率。幼苗顶端弯钩的形成是由于下胚轴顶端的两个对立面之间细胞分裂和延伸的不对称所引起的。目前,关于双子叶植物幼苗顶端弯钩发育分子机制的研究已有较大进展：发现生长素在顶端弯钩内外侧组织的梯度分布是顶端弯钩两侧细胞差异生长的重要驱动力;乙烯、赤霉素和油菜素内酯促进顶端弯钩的形成和维持;茉莉酸抑制顶端弯钩的形成;而光照则促进弯钩的打开;无弯钩1 (hookless1, HLS1)、乙烯不敏感3以及EIN3 相似蛋白1 (ethylene insensitive 3 /EIN3 like 1, EIN3/EIL1)、DELLA、组成型光形态发生1(constitutive photomorphogenic 1, COP1) 和光敏色素相互作用因子(phytochrome interacting factors, PIFs) 等多种因子已被发现参与顶端弯钩的发育过程,并介导了多种激素之间的互作。本文综述了双子叶植物幼苗顶端弯钩发育过程中的重要作用因子及调控网络,并对该领域的研究前景进行了展望。     

双子叶植物顶端弯钩发育的调控机制

双子叶植物种子在土壤中萌发后,其下胚轴顶端会形成弯钩的特化结构,保护子叶和顶端分生组织在破土过程中不受土壤机械力的破坏,保证幼苗顺利破土。顶端弯钩的发育过程分为弯钩形成、维持及打开3个阶段,其核心在于内外两侧细胞的差异性生长导致弯钩结构。近年来研究表明,植物激素及环境信号对顶端弯钩发育各个过程起着至关重要的调控作用。然而,顶端弯钩两侧细胞不对称生长如何被精准调控的分子机制目前仍不十分清楚。本文综述了近年来顶端弯钩发育调控机制的研究进展,并着重阐述了植物激素生长素在顶端弯钩发育中的关键作用及其分子机制,并对该领域未来的研究方向进行了展望,以期为相关领域的科研人员全面了解植物激素信号相互作用的模式提供参考。     

生长素、乙烯和一氧化氮对拟南芥下胚轴插条形成不定根的调节

研究生长素、乙烯和一氧化氮（NO）对拟南芥下胚轴插条形成不定根的调节,以及生长素和乙烯信号转导成员在IAA促进不定根形成中的作用的结果表明：拟南芥切条以IAA和硝普钠（N0供体）单独处理7d后的不定根形成均受到促进,其中以50μmol·L^-1 IAAμmol·L^-1 SNP的促进作用为最强,乙烯的促进作用不明显;生长素运输和信号转导以及乙烯信号转导相关突变体对IAA促进生根作用的敏感性比野生型有所下降,特别是IAA14功能获得型的突变体。IAA和NO在促进不定根形成中有协同效应。     

植物激素乙烯生物合成与乙烯感受的分子机理

乙烯是分子结构最简单的植物激素,其生物合成途径的最后两个酶是ACC合成酶和ACC氧化酶。这两个酶基因已从许多植物中克隆,两个酶均由多基因家族编码。通过对乙烯不敏感突变体和结构性三重反应突变体的遗传分析表明,乙烯感受以及信号传递途径是由ETR1、CTR1和EIN3等成分组成,最终导致乙烯调节基因的表达。     

生长素和乙烯互作调控硝酸铵诱导的根毛分叉

以野生型拟南芥(WT)及其生长素和乙烯不敏感型突变体(aux1-7、axr1-3、etr1-1和etr1-3)为实验材料,采用固体培养法研究了高浓度硝酸铵对根毛发育的影响,以揭示其调控根毛发育的机制。结果表明:(1)随着外源硝酸铵浓度的逐渐增加,拟南芥根毛伸长受阻,产生大量的分叉根毛。(2)高浓度硝酸铵条件下,外源活性氧或活性氧产生抑制剂二苯基氯化碘(DPI)的添加能抑制高浓度硝酸铵诱导的分叉根毛产生。(3)高浓度硝酸铵条件下,外源生长素或乙烯合成前体物质1-氨基-环丙烷-1-羧酸(ACC)处理能恢复根毛的正常生长,解除高浓度硝酸铵诱导根毛分叉现象。(4)高浓度硝酸铵条件下,外源生长素处理乙烯不敏感型突变体或ACC处理生长素不敏感型突变体均能抑制突变体分叉根毛的形成。研究表明,活性氧、生长素和乙烯都参与了高浓度硝酸铵对根毛发育的过程调控;在硝酸铵诱导的根毛分叉中生长素和乙烯存在相互作用,在缺乏生长素信号通路时,乙烯能够发挥补充作用抑制分叉根毛的产生;在缺乏乙烯信号通路时,生长素也可以弥补缺失乙烯的作用抑制根毛的分叉,但是需要更高浓度的生长素才能充分抑制分叉根毛的产生。     

水稻体内的乙烯信号传导途径(综述)

迄今为止,水稻中已经鉴定的有关乙烯信号传导途径中的组分包括乙烯受体、EIN2和EIN3的同系物,CTR1、RTE1、EBF1/2和EIN5的同系物,这些组分在双子叶植物拟南芥和单子叶植物水稻中相对保守。然而,对水稻ein2和eil1突变体的研究发现,两突变体与野生型相比并没有明显的表型差异。由此可以推断,水稻中的乙烯信号可能比拟南芥中的更加复杂。水稻依靠乙烯调节生长发育的许多方面（如对低氧环境的适应）,这些在拟南芥中是不存在的,这表明水稻可能在乙烯信号传导途径中存在新的组分或新的机制。文章就水稻体内乙烯信号传导途径、乙烯信号调节以及乙烯在水稻中的应答进行综述。     

拟南芥LTP2参与乙烯信号转导调控的初步研究

以野生型拟南芥(Col-0)与脂质转运蛋白(LTP2)突变体ltp2为试验材料,初步研究了LTP2对乙烯信号转导的影响.采用乙烯前体1-氨基环丙烷羧酸(ACC)处理野生型与突变体材料,结果表明,LTP2基因的表达受乙烯诱导,"三重反应"的表型显示突变体ltp2对乙烯的敏感性弱于野生型.采用荧光定量PCR(Real-ti...     

中国西藏地区股沟蚱属一新种(直翅目,蚱总科)

记述采自西藏地区股沟蚱属1新种,西藏股沟蚱Saussurella xizangensis sp.nov.,新种近似于印度股沟蚱Saussurella indica Hancock,1912及钩角股沟蚱Saussurella decurva Brunner yon Wattenwyl,1893,其区别于两者为:1)AP/T(前胸背板前突长/前翅长)比率为2.35;2)肩部之间具l对短斜纵隆线;3)前翅卵形;4)后翅超过后突顶端部分长2mm;5)后足股节膝齿极大;6)触角黑色.新种又区别于钩角股沟蚱为雌性下生殖板后缘中齿较长超过侧齿顶端.新种亦近似长翅股沟蚱Saussurella longiptera (Yin),1984,但前胸背板前突顶端极下弯;雌性下生殖板后缘中齿较长,超过侧齿顶端相区别.附有股沟蚱属所有已知种的分种检索表.新种的模式标本保存于陕西师范大学动物研究所昆虫标本室.     

水稻矮杆突变体D814基因图位克隆与功能分析

水稻株高对作物产量有着重要的影响,在水稻整个生长发育过程中,株高受到多因素的调控,而植物激素乙烯就是重要的影响因素之一。用10 mg/m3乙烯处理水稻幼苗,对水稻突变体库进行筛选,获得了3个根伸长生长对乙烯敏感性降低的突变体,其中1个突变体D814表现出植株矮化、分蘖数减少、千粒重下降等特征。图位克隆将其定位在1号染色体上1 c M的区间内,该区间有6个已报道的矮杆突变基因,通过对这6个基因测序,发现其中1个基因Os BRI1(LOC_Os01g52050)发生了点突变(编码区第1 837位G突变为T)。并在D814中分别对Os BRI1的2个同源基因(Os BRL1和Os BRL3)进行测序,发现这2个基因均无突变。利用已报道的Os BRI1等位突变体gsor300084进行乙烯处理,发现gsor300084与D814一样,表现出根对乙烯敏感性降低。Os BRI1是植物激素油菜素内酯(brassinosteroid,BR)的信号受体,经检测,BR信号途径响应基因在D814突变体中的表达也有变化,说明D814是Os BRI1的1个等位突变体。功能分析发现,D814参与乙烯信号转导调控途径和植物盐胁迫应答途径。研究结果为探究乙烯调控水稻生长发育及耐逆性的分子机理提供了研究材料,也为进一步探讨油菜素内酯与乙烯协同调控水稻生长发育机制奠定了理论基础。     

番茄突变体Epinastics的乙烯反应表现型分析

对番茄(Lycopersicoin esculentum Mil1.)突变体Epinastics(Epi)及其野生亲本VFN幼苗、成长植株和果实生长发育与成熟特性进行了系统研究和比较分析.Epi突变体从幼苗到果实都有乙烯过量合成,在黄化幼苗部分三重反应、成长植株叶柄严重上位生长、器官脱落和果实加速成熟等多方面表现出明显增强的乙烯反应,与已知的乙烯反应模式相符.强烈的顶端优势、紧凑的植株形态提示乙烯在植物的顶端优势调节中可能起着重要的作用.Epi突变体黄化幼苗项勾缩小、叶片和花瓣衰老延迟,与传统的乙烯反应不符,提示植物不同的生长发育特性由不同的乙烯信号转导途径调控.     

水稻长颖壳突变体的形态发生、解剖结构观察及其遗传鉴定

长颖壳花器官突变体从野生稻(Oryza nivara Sharma et Shastry)和栽培稻(Oryza sativa subsp. indica Kato)杂交后代材料中获得。该突变体的内外稃变长、呈叶状,且顶端表现不同程度的开裂;每朵颖花的雄蕊1~10枚不等;雌蕊1~3枚不等;子房上柱头1~5个不等;有的颖花形成雄蕊/雌蕊嵌合体;子房处常附有瘤状物;此突变体结实率为18.2%;花粉可育率为62.46%。利用扫描电镜观察了该突变体花器官形态发生过程,并经遗传分析鉴定该突变性状由单隐性基因(暂命名为lh)控制。本文讨论了lh基因和以前鉴定的其他突变体基因之间的关系,通过表型分析推测,突变体基因可能影响花器官数目同时具有拟南芥B类基因的部分功能。     

小菜蛾外颚叶链锁形成喙管结构的观察与分析

【目的】了解小菜蛾Plutella xylostella两根外颚叶是如何通过其背部和腹部的链锁结构形成喙管的。【方法】利用光学显微镜观察小菜蛾口器特征,扫描电子显微镜观察喙管的背、腹部以及内侧的超微结构。【结果】小菜蛾的口器由一对下唇须和位于其中间的喙管组成,喙管由两根延长的外颚叶链锁形成。喙管背部的链锁结构通过两外颚叶的柳叶板交互重叠形成。每个柳叶板有上、下两部分,通常上柳叶板比下柳叶板小,但喙管顶端部位的下柳叶板消失,上柳叶板变大且在其外侧出现三角状凸起,在变大的柳叶板与外颚叶的连接处有孔状结构;喙管背部链锁方式主要是通过上、下两侧的柳叶板相互重叠紧密结合,靠近喙管顶端部位仅为上柳叶板重叠。喙管腹部链锁通过两外颚叶的齿状钩互锁结合,每个齿状钩由形状相似的上齿钩和下齿钩组成,从喙管基部到顶端,齿状钩长度逐渐增加,但是上齿钩长于下齿钩,两齿钩之间有间隙可供对侧齿状钩插入。【结论】小菜蛾外颚叶背、腹部链锁的结构与链锁方式具有特异性,可能与喙管卷曲和伸展时的运动方式不同有关。在喙管顶端,背侧链锁结构与外颚叶之间的孔可能是食物进入喙管的部位。     

拟南芥生长素相关突变体uro的光依赖性乙烯信号异常

拟南芥uro（upright rosette）突变体由于它的莲座叶垂直向上生长而得名。已有的研究表明,uro突变体的表型是由单突变导致的;同时,URO基因可能参与生长素对拟南芥发育的调控过程。uro突变体具有一些乙烯相关的表型特征,如：偏下性生长的叶,较长的下胚轴,宿存的花被等。施加乙烯与乙烯作用抑制剂硝酸银的实验结果显示,uro突变体的部分表型特征是由于乙烯信号系统异常所造成的。     

拟南芥乙烯信号传递途径

植物激素乙烯早在一百多年前就已经被确认,相关的研究使得乙烯广泛地被应用于农业上.一直到十年前第一个植物激素乙烯受体拟南芥ETR1基因被发现之后,人们对于乙烯信号传递的研究并才真正开始有所突破.以遗传学为基础对乙烯反应突变体所做的分析,使得乙烯信号传递已经成为目前植物信号传递领域中被研究得最清楚的信号传递途径之一.该文着重于回顾乙烯信号传递途径上各个元件的发现和确认,以及如何利用遗传学的方法将现有的突变体相关基因构建出目前广为接受的信号传递的遗传模式.最后,该文就目前所知的乙烯信号传递理论及相关研究,做了总结和深入的讨论.     

番茄果实中乙烯与多聚半乳糖醛酸酶的关系

乙烯与多聚半乳糖醛酸酶(PG)都是果实成熟过程中关键的调节因子.一方面,在有乙烯合成缺陷的转反义ACS番茄和乙烯感受缺陷的Nr突变体番茄果实中PG基因表达量都明显下降,PG酶活性明显降低;用外源乙烯(100 μL/L)处理绿熟期番茄果实使PG基因的表达明显增强,而1-甲基环丙烯(1-MCP,1 μL/L)处理转色期番茄果实明显抑制PG基因表达.另一方面,转反义PG基因番茄果实乙烯释放量在授粉后低于其野生型,番茄乙烯受体基因LeETR4和乙烯反应因子LeERF2基因表达量比野生种低.PG降解果胶的产物D-GA(100 mg/L)促进未熟期番茄果实中的乙烯生成和LeETR4、LeERF2基因的表达.     

拟南芥茎顶端分生组织相关突变体的表型与结构分析

以拟南芥野生型(C24)和T-DNA插入诱发的突变体(155系)为材料,通过表型分析、组织切片、GUS基因表达的组织化学定位等研究方法对155系的形态结构和生长发育进行了较为细致的观察分析,结果发现:(1)T-DNA插入诱发的155系突变体植株矮化,叶片等器官体积减小,营养生长阶段延长,发育较C24缓慢;(2)同一时期155系的茎顶端分生组织面积较C24减小,顶端平坦,细胞层数减少,两侧叶原基基部之间的距离缩短,呈现出发育迟缓、从茎顶端分生组织向花分生组织转变延迟等特征;(3)GUS基因特异性地在155系茎顶端分生组织和维管组织中表达.结果表明,T-DNA诱捕基因可能在茎顶端分生组织中发挥作用,由于T-DNA的插入使该基因的功能受到了影响,进而影响了155系中茎顶端分生组织的发育模式,产生了155系的一系列表型改变.     

磷脂酶Dδ对拟南芥叶片衰老过程中内源ROS和激素含量的影响

活性氧(ROS)和植物激素是植物衰老过程中重要的内在或者外在的调控因子.我们发现,相对于离体诱导的衰老过程,在脱落酸(ABA)和乙烯(ethylene)促进的衰老过程中有较多的活性氧积累;在对拟南芥磷脂酶Dδ (PLDδ)缺失型突变体的研究中发现,与野生型相比,突变体在衰老过程中产生较少的活性氧.我们比较了上述两种基因型的离体叶片在离体、ABA和ethylene三种衰老处理下内源的ABA、茉莉酸甲酯(MeJA)、玉米素核苷(Zeatin Riboside,ZR)和吲哚乙酸(IAA)的含量变化,发现每一种激素对上述三种衰老处理的响应模式都很相似.在离体诱导的衰老中,两种基因型拟南芥的内源激素含量没有差异;而在ABA促进的衰老过程中,PLDδ缺失型突变体叶片中的MeJA的含量较低,ZR和IAA含量较高;在乙烯促进的衰老过程中,突变体中的ABA和MeJA的含量较低,ZR和IAA含量较高.上述内源激素的这种变化可能有助于延缓突变体的衰老.     

磷脂酶Dδ对拟南芥叶片衰老过程中内源ROS和激素含量的影响

活性氧（ROS）和植物激素是植物衰老过程中重要的内在或者外在的调控因子。我们发现,相对于离体诱导的衰老过程,在脱落酸（ABA）和乙烯（ethylene）促进的衰老过程中有较多的活性氧积累;在对拟南芥磷脂酶Dδ（PLDδ）缺失型突变体的研究中发现,与野生型相比,突变体在衰老过程中产生较少的活性氧。我们比较了上述两种基因型的离体叶片在离体、ABA和ethylene三种衰老处理下内源的ABA、茉莉酸甲酯（MeJA）、玉米素核苷（Zeatin Riboside, ZR）和吲哚乙酸（IAA）的含量变化,发现每一种激素对上述三种衰老处理的响应模式都很相似。在离体诱导的衰老中,两种基因型拟南芥的内源激素含量没有差异;而在ABA促进的衰老过程中,PLDδ缺失型突变体叶片中的MeJA的含量较低,ZR和IAA含量较高;在乙烯促进的衰老过程中,突变体中的ABA和MeJA的含量较低,ZR和IAA含量较高。上述内源激素的这种变化可能有助于延缓突变体的衰老。     

细胞周期后期促进因子DIG9对植物侧根发生的调控研究

在植物体内,细胞周期对于植物的萌发、生长、开花、结实等各个生长发育阶段具有重要作用。细胞周期正常运转需要依赖一些细胞周期蛋白,但是目前关于细胞周期蛋白调控根发育的分子机制还不清楚。通过筛选模式植物拟南芥的根发育异常突变体,分离鉴定了1个突变体dig9（drought inhibition of lateral root growth）,该突变体表现为主根短、侧根少、发育迟缓、顶端分生组织变小、叶片扭曲、无主茎等表型。通过图位克隆,成功定位并克隆了DIG9基因,该基因编码一个细胞周期蛋白,是有丝分裂后期促进复合体的一个亚基APC8 （anaphase-promoting complex）。通过亚细胞定位发现DIG9定位于细胞核;qRT-PCR检测发现DIG9基因在根中有较高的表达量,进一步通过启动子-GUS报告系统发现DIG9在根尖、侧根和顶端分生组织等细胞分裂旺盛区域表达。外施IAA能恢复dig9突变体的侧根表型但不能恢复根短表型。dig9突变体对干旱及盐胁迫反应不敏感。研究结果表明DIG9基因可能通过影响IAA的产生来调控植物的侧根发育。     

水稻长颖壳突变体的形态发生、解剖结构观察及其遗传鉴定

长颖壳花器官突变体从野生稻(Oryza ntvara Sharma et Shastry)和栽培稻(Oryza sativa subsp.indica Kato)杂交后代材料中获得.该突变体的内外稃变长、呈叶状,且顶端表现不同程度的开裂;每朵颖花的雄蕊l～10枚不等;雌蕊l～3枚不等;子房上柱头l～5个不等;有的颖花形成雄蕊/雌蕊嵌合体;子房处常附有瘤状物;此突变体结实率为1 8.2%;花粉可育率为62.46%.利用扫描电镜观察了该突变体花器官形态发生过程,并经遗传分析鉴定该突变性状由单隐性基因(暂命名为lh)控制.本文讨论了lh基因和以前鉴定的其他突变体基因之间的关系,通过表型分析推测,突变体基因可能影响花器官数目同时具有拟南芥B类基因的部分功能.