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.     

生长素调控植物株型形成的研究进展

高等植物通过调节顶端分生组织和侧生分生组织的活性建立地上株型系统,分生组织的活性受环境信号、发育阶段和遗传因素的综合调控,植物激素参与这些信号的整合。顶端优势是植物分枝调控的核心问题,而生长素对顶端优势的形成和维持发挥关键作用。本文综述了近几年与植物地上部分株型形成相关的生长素合成代谢、极性运输及信号转导领域的研究进展,并提出了展望。     

生长素调控植物株型形成的研究进展

高等植物通过调节顶端分生组织和侧生分生组织的活性建立地上株型系统, 分生组织的活性受环境信号、发育阶段和遗传因素的综合调控, 植物激素参与这些信号的整合。顶端优势是植物分枝调控的核心问题, 而生长素对顶端优势的形成和维持发挥关键作用。本文综述了近几年与植物地上部分株型形成相关的生长素合成代谢、极性运输及信号转导领域的研究进展, 并提出了展望。     

植物Aux/IAA基因家族生物学功能研究进展

生长素是最重要的植物激素之一,对植物生长发育起着关键调控作用。生长素作用于植物后,早期生长素响应基因家族Aux/IAA、GH3和SAUR等被迅速诱导,基因表达上调。其中Aux/IAA基因家族编码的蛋白一般由4个保守结构域组成,结构域Ⅰ具有抑制生长素信号下游基因表达的作用,结构域Ⅱ在生长素信号转导中主要被TIR1调控进而影响Aux/IAA的稳定性,结构域Ⅲ/Ⅳ通过与生长素响应因子ARF相互作用调控生长素信号。Aux/IAA基因家族在双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的器官发育、根形成、茎伸长和叶扩张等方面发挥重要作用;在单子叶植物水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)中,主要影响根系发育和株型,但大多数Aux/IAA基因的功能尚不清楚。该文主要从Aux/IAA蛋白的结构、功能和生长素信号转导途径方面综述Aux/IAA家族在拟南芥、禾谷类作物及其它植物中的研究进展,以期为全面揭示Aux/IAA家族基因的生物学功能提供线索。     

植物重力反应的分子调控机制

重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因子。植物感受到重力刺激后可以通过重力反应来协调自身各个器官的生长方向与重力方向之间的最适角度。植物重力反应过程分为重力信号的感受、重力信号的转导、生长素不对称分布的形成和重力反应器官的弯曲生长4个阶段。近年来,随着大量重力反应缺陷突变体的鉴定及其控制基因的功能解析,重力信号的感受和生长素不对称分布的分子机制等方面的研究取得了重要进展。作为植物适应环境变化的重要手段之一,重力反应还可以通过调节水稻(Oryza sativa L.)的分蘖角度实现对水稻株型和产量的调控。因此,研究植物的重力反应,不仅有助于解析植物生长发育的调控机制,对于作物株型的改良也具有重要的指导意义。然而,重力反应的分子机制及其调控网络仍不清楚。本文综述了近年来植物重力反应的调控机理及其调控水稻分蘖角度的作用机制,并对该领域未来的研究方向和热点进行了展望。     

IGT基因家族调控作物株型研究进展

紧凑株型与深根系结构是现代作物实现机械化种植和密植高产的理想株型形态,也是改良农作物遗传性状的目标之一。IGT基因家族参与作物株型的调节,主要由DRO1（DEEPER ROOTING 1）、TAC1（TILLER ANGLE CONTROL 1）和LA1（LAZY 1）三个亚族组成,通过植物激素和相关蛋白的调控参与作物形态构建。以单子叶作物水稻、玉米以及双子叶模式植物拟南芥和作物油菜为代表,综述了IGT基因家族成员在调控单双子叶作物形态中的进展,特别是在分枝（蘖）角度和侧根向重力性中的相关机制及异同,以期为深入研究作物形态构建的调控机制和培育高产、耐密植以及适应机械化收获理想株型作物提供理论参考。     

植物GH3基因家族研究进展

生长素在植物的整个生长发育过程中都具有重要的作用,其早期响应基因可归为3类:Aux/IAAs、GH3s、SAURs.通过功能基因组学的研究,特别是对相关突变体的分子遗传学与分子生物学的研究,使我们对这些基因家族的作用机理的理解更为深入.以下综述了植物GH3基因的结构、功能及表达调控模式,重点介绍了由GH3介导的生长素信号途径与其他信号转导途径之间的互作和GH3基因与植物逆境胁迫适应的关系.     

生长素与油菜素甾醇相互作用机制的研究进展

植物生长发育是一个复杂、精细的调控过程,涉及细胞、组织和器官间多层次的信息交流,激素在其间发挥了重要调控作用．生长素和油菜素甾醇（BR）都能促进植物伸长,随着对其作用机制研究的深入,人们发现它们协同调控很多生理过程,对二者作用机制和信号转导的相互作用研究也成为激素研究领域的热点之一．对生长素和BR转导途径的揭示及直接下游基因的大规模发掘为二者通过相互作用调控不同生理过程的机制研究提供了重要线索．生长素和BR的相互作用涉及到下游基因转录的调控、信号组分互作以及合成代谢和极性运输等多层次的调控．     

大豆microRNA基因GmMIR160A负调控植物叶片衰老进程

:叶片衰老是受内外多种因子影响的遗传发育进程.生长素、细胞分裂素和乙烯等多种植物激素是调 控叶片衰老的重要内部因子,它们通过长或短距离运输形成叶片组织内特定的区域分布和浓度梯度,从而直 接或间接参与植物叶片衰老过程.分子遗传学表明,细胞分裂素和乙烯分别是叶片衰老的抑制子和正调节 子,而生长素如何参与叶片衰老的分子机制目前还不清晰.植物体内成熟小分子RNA 由小RNA 基因转录 并通过特定酶加工形成的２１~２３bp的双链RNA分子.这些小分子通过不完全配对方式抑制其靶基因转录 和/或表达,参与植物生长发育多个过程,然而这类小RNA 分子如何调控植物叶片衰老发育过程目前则还鲜 有报告.大豆是重要的油料作物,具有典型的单次结实性衰老特征.研究大豆叶片衰老具有重要的科学意义 和深远的应用价值.该文采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析大豆(Glycinemax)microRNA基因Gm- MIR１６０A 的表达模式,发现大豆第一复叶中GmMIR１６０A 表达受外源生长素和黑暗处理的诱导,暗示该基 因是生长素快速响应的叶片衰老相关基因.为进一步探究GmMIR１６０A 在大豆叶片发育中的功能,构建了 肾上腺皮质激素(Glucocorticoid,GR)类似物地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导表达GmMIR１６０A 双元表 达载体并通过农杆菌介导的子叶节方法转化野生型大豆.通过抗性筛选和基因组PCR 鉴定并结合表型分 析,共获得了４株诱导表达的稳定遗传转基因植株(株系OXＧ３、OXＧ５、OXＧ７和OXＧ８).GmMIR１６０A 过表达 植株根、茎、叶、花和果实在形态学上与野生型相比无显著差异,但叶片的叶绿素含量增加、最大光量子效率 (Fv/Fm)增强.进一步分子分析发现,转基因大豆叶片中GmARFs 和衰老标记基因(GmCYSP１)表达明显下 降,表明大豆Gma-miR１６０通过抑制靶基因GmARFs 的表达来负调控植物叶片的衰老进程.该文揭示了生 长素通过小分子RNA调控叶片发育一条新途径,为研究植物激素调控植物叶片衰老提供了新的思路.     

生长素极性运输研究进展

生长素极性运输与植物生长发育密切相关并受许多因素调控,生长素极性运输机理方面已取得较大进展,但仍有一些亟待解决的问题.研究植物生长素极性运输的生理机制及其调控具有十分重要的意义.通过了解生长素在植物生长发育中的作用,进而阐述生长素极性运输机理方面的研究进展.     

生长素调控根向重力性在植物激素实验教学中的应用

根是植物重要的器官,其向重力生长是由生长素的浓度与分布所调控的,是植物对环境信号作出的生理反应。本文对模式植物拟南芥的根进行改变重力方向的刺激,借助含有响应生长素的分子标记的DR5rev:GFP、DR5:3xVenus和DR5:GUS转基因株系,可视化在重力方向改变刺激下根尖两侧的生长素不对称分布,同时观察生长素极性运输载体的相关突变体pin2-T、aux1-T在重力方向改变刺激下的表型,帮助学生深入理解生长素调控拟南芥根向重力生长的生理机制。     

植物生长素的极性运输载体研究进展

生长素极性运输在植物生长发育中起重要的调控作用.植物细胞间的生长素极性运输主要通过生长素运输载体进行调控.该文对近年来有关生长素极性运输载体,包括输入载体AUX/LAX、输出载体PIN、尤其是新近发现的兼有输入和输出载体功能的MDR/PGP等蛋白家族,以及生长素极性运输中PIN与MDR/PGP蛋白间相互作用关系进行综述.     

生长素的极性运输及其在植物发育调控中的作用

生长素是已知的植物激素中唯一具有极性运输方式的激素。利用生长素极性运输抑制物和生长素极性运输突变体,使人们获得大量有关生长素及其极性运输在植物生长发育调控中具有重要作用的资料。与生长素极性运输有关的基因的克隆及其表达调控的研究将进而在分子水平上阐明其作用的机理。     

拟南芥根中生长素极性运输的研究进展

生长素极性运输影响植物的生长和发育,在植物器官形态建成、发育等过程中发挥重要的调控作用.生长素极性运输是一个依赖于生长素运输载体来完成的复杂过程.近年来生长素极性运输载体AUX/LAX蛋白、PIN蛋白家族和MDR/PGP蛋白家族在生长素极性运输中作用的研究日益深入,并且在植物激素联系和转运方面取得了重大发现——PILC蛋白.     

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。     

大豆microRNA基因GmMIR160A负调控植物叶片衰老进程

叶片衰老是受内外多种因子影响的遗传发育进程。生长素、细胞分裂素和乙烯等多种植物激素是调控叶片衰老的重要内部因子,它们通过长或短距离运输形成叶片组织内特定的区域分布和浓度梯度,从而直接或间接参与植物叶片衰老过程。分子遗传学表明,细胞分裂素和乙烯分别是叶片衰老的抑制子和正调节子,而生长素如何参与叶片衰老的分子机制目前还不清晰。植物体内成熟小分子RNA由小RNA基因转录并通过特定酶加工形成的21~23bp的双链RNA分子。这些小分子通过不完全配对方式抑制其靶基因转录和/或表达,参与植物生长发育多个过程,然而这类小RNA分子如何调控植物叶片衰老发育过程目前则还鲜有报告。大豆是重要的油料作物,具有典型的单次结实性衰老特征。研究大豆叶片衰老具有重要的科学意义和深远的应用价值。该文采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析大豆(Glycine max)micro RNA基因GmMIR160A的表达模式,发现大豆第一复叶中GmMIR160A表达受外源生长素和黑暗处理的诱导,暗示该基因是生长素快速响应的叶片衰老相关基因。为进一步探究GmMIR160A在大豆叶片发育中的功能,构建了肾上腺皮质激素(Glucocorticoid,GR)类似物地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导表达GmMIR160A双元表达载体并通过农杆菌介导的子叶节方法转化野生型大豆。通过抗性筛选和基因组PCR鉴定并结合表型分析,共获得了4株诱导表达的稳定遗传转基因植株(株系OX-3、OX-5、OX-7和OX-8)。GmMIR160A过表达植株根、茎、叶、花和果实在形态学上与野生型相比无显著差异,但叶片的叶绿素含量增加、最大光量子效率(Fv/Fm)增强。进一步分子分析发现,转基因大豆叶片中GmARFs和衰老标记基因(GmCYSP1)表达明显下降,表明大豆Gma-miR160通过抑制靶基因GmARFs的表达来负调控植物叶片的衰老进程。该文揭示了生长素通过小分子RNA调控叶片发育一条新途径,为研究植物激素调控植物叶片衰老提供了新的思路。     

转基因改良植物的营养价值

植物是人类所需大部分营养物质的主要来源,植物产品的营养品质直接影响着人类的健康。分子克隆和遗传转化技术的发展为改良植物的营养价值开辟了新途径。植物营养价值的转基因改良已在改进作物蛋白质含量及品质、淀粉和油脂成分及品质,提高抗氧化物水平（如类胡萝卜素、类黄酮等）,培育具有医疗效应的营养品质等方面取得了可喜的进展。迄今,已获得许多营养品质改良的转基因作物品系。这些转基因作物经过一系列的安全性及对人类营养有效性的验证后, 可直接食用,或应用于开发具有特殊营养品质和保健作用的“功能食品”。我们实验室开展了大豆油脂改良研究,构建了能特异抑制大豆FAD2-1基因表达的锌指转录因子,获得了油酸含量显著提高的转基因材料。初步结果表明锌指转录因子的分子设计是改良植物油脂代谢的一条可行途径,亦可用于调控植物其它内源靶基因的表达。     

生长素在植物胚胎早期发育中的作用

有性生殖是有花植物的一个重要特征, 胚胎则是实现有性生殖和世代交替的重要载体。植物胚胎从双受精开始, 经历了合子极性建立、顶基轴形成、细胞层分化和器官形成等过程, 这些过程都受到生长素的调控。近年来的研究表明, 生长素在生物合成、极性运输和信号转导3个层面上调控胚胎的发育过程。该文以双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为例, 综述了生长素对胚胎早期发育过程, 包括合子极性和顶基轴建立、表皮原特化和对称模式转变、胚根原特化和根尖分生组织形成及茎尖分生组织形成等发育的调控机制。     

生长素调控植物重力反应的分子机理研究

重力反应是植物对环境的一种适应现象。生长素参与植物环境适应与发育调控的过程,重力反应过程的核心之一是在重力反应器官形成生长素的浓度梯度,诱导下游基因的差异表达。生长素的合成、代谢、极性运输及信号转导在此过程中发挥了关键作用。该文以拟南芥和水稻的研究为基础,综述了近几年对生长素调控植株重力反应的分子机理的研究进展,并对该领域未来的研究进行展望。