利用合成生物学原理提高光合作用效率的研究进展

我国人口增多与耕地面积减少的矛盾日益突出,粮食安全已成为我国国民经济可持续发展的重要保障。光合作用是作物产量形成的物质基础,提高作物光能利用效率是提高作物产量的重要途径之一。本文从光合作用过程中光能高效吸收、传递与转化,光能高效利用和碳同化等三大模块综述了近期科学家利用合成生物学对光合作用改造的最新进展。最后我们对其在农业中的应用前景进行了展望,通过合成生物学原理提高光合作用效率可能将为增加粮食产量提供重要理论支撑和关键生物技术。     

作物抗倒伏相关性状及其信号转导调控机理的研究进展

倒伏是影响作物品种选育和产业化推广的重要限制因子,会使作物籽粒与秸秆的产量和品质显著降低且易引发病虫害,不利于机械化收割使作物经济效益显著降低.株高、茎秆强度、壁厚、分蘖数、分蘖夹角等性状同作物茎秆抗倒伏特性密切相关.倒伏主要分为为根倒伏和茎倒伏,茎倒伏与茎秆特性相关,其中株高与分蘖数分别受赤霉素信号转导和独脚金内酯信...     

植物荫蔽胁迫的激素信号响应

植物的生长发育与光信号密切相关, 外界光强、光质的变化会改变植物的生长发育状态。在自然或人工生态系统中, 植株个体的光环境往往会被其周围植物所影响, 导致荫蔽胁迫, 其主要表现为光合有效辐射以及红光与远红光比值(R:FR)降低。荫蔽胁迫对植物生长发育的多个时期均有影响, 如抑制种子萌发、促进幼苗下胚轴伸长及促进植物花期提前等, 这对农业生产不利, 会导致作物产量以及品质的降低。植物激素是调控植物生长发育的关键内源因子。大量研究表明, 生长素(IAA)、赤霉素(GA)及油菜素甾醇(BR)等植物激素均参与介导植物的荫蔽胁迫响应。当植物处于荫蔽胁迫时, 光信号的改变会影响植物激素的合成及信号转导。不同植物激素对荫蔽胁迫的响应各不相同, 但其信号通路之间却存在互作关系, 从而形成复杂的网络状调控路径。该文总结了几种主要植物激素(生长素、赤霉素、油菜素甾醇及乙烯)响应荫蔽胁迫的机理, 重点论述了荫蔽胁迫对植物激素合成及信号通路的影响, 以及植物激素调控荫蔽胁迫下植物生长的分子机理, 并对未来潜在的研究热点进行了分析。     

Biotechnological perspectives of microbes in agro-ecosystems

In subsistence agricultural systems, crop yields are directly dependent on the inherent soil fertility and on microbial processes that govern the mineralization and mobilization of nutrients required for plant growth. An impact of different crop species that are used in various combinations is likely to be an important factor in determining the structure of plant beneficial microbial communities that function in nutrient cycling, the production of plant growth hormones, and suppression of root diseases. In addition, studies are needed to elucidate the signal transduction pathways that result from treatment of plants with plant growth-promoting rhizobacteria under stress conditions. In the present review an emphasis has been given on plant–microbe interactions and their mitigation under abiotic and biotic stresses.     

生长素代谢、运输及信号转导调控水稻粒型研究进展

水稻(Oryza sativa)是世界主要粮食作物。随着我国经济飞速发展, 耕地面积逐年减少, 提高水稻总产量唯有依靠单产的增加。粒重是决定水稻产量的重要因素之一, 其遗传稳定, 受外界环境因素影响较小。粒重由粒型和灌浆程度决定, 而粒型性状包括粒长、粒宽、粒厚和长宽比。水稻种子颖壳和胚乳发育决定了粒型和粒重, 颖壳细胞的增殖和扩张限制籽粒发育, 胚乳占据成熟种子的大部分体积。而生长素调控受精后颖壳和胚乳的发育, 是调控种子发育和影响水稻产量的重要植物激素。生长素的时空分布受生长素代谢、运输和信号转导的动态调节, 以维持生长素在种子发育中的最适水平。该文综述了生长素代谢、运输和信号转导调控水稻粒型的研究进展, 以期为深入探究生长素调控水稻粒型发育机制和提高水稻产量提供线索。     

Perception of the plant hormone ethylene: known-knowns and known-unknowns

The gaseous phytohormone ethylene is implicated in virtually all phases of plant growth and development and thus has a major impact on crop production. This agronomic impact makes understanding ethylene signaling the Philosopher’s Stone of the plant biotechnology world in applications including post-harvest transport of foodstuffs, consistency of foodstuff maturity pre-harvest, decorative flower freshness and longevity, and biomass production for biofuel applications. Ethylene is biosynthesized by plants in response to environmental factors and plant life-cycle events, and triggers a signaling cascade that modulates over 1000 genes. The key components in the perception of ethylene are a family of copper dependent receptors, the bioinorganic chemistry of which has been largely ignored by the chemical community. Since identification of these receptors two decades ago, there has been tremendous growth in knowledge in the biological community on the signal transduction pathways and mechanisms of ethylene signaling. In this review, we highlight these advances and key chemical voids in knowledge that are overdue for exploration, and which are required to ultimately regulate and control ethylene signaling.     

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。     

与癌症相关的G 蛋白偶联受体及通路的研究进展

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)是一类重要的细胞膜表面跨膜蛋白受体超家族,具有7个跨膜螺旋结构。GPCRs的细胞内信号由G蛋白介导,可将激素、神经递质、药物、趋化因子等多种物理和化学的细胞外刺激穿过细胞膜转导到细胞内不同的效应分子,激活相应的信号级联系统进而影响恶性肿瘤的生长迁移过程。虽然目前药物市场上有很多治疗癌症的小分子药物属于G蛋白受体相关药物,但所作用的靶点集中于少数特定G蛋白偶联受体。因此,新的具有成药性的G蛋白偶联受体的开发具有很大的研究价值和市场潜力。本文主要以在癌症发生、发展中起重要作用的溶血磷脂酸(LPA),G蛋白偶联受体30(GPR30)、内皮素A受体(ETAR)等不同G蛋白偶联受体为分类依据,综述其与相关的信号通路在癌症进程中的作用,并对相应的小分子药物的临床应用和研究进展进行展望。     

抗病原菌植物基因工程进展

植物病原菌给农林生产带来巨大的损失,植物基因工程在培育抗病原菌植物方面是传统育种技术的补充和发展,短短几年,在抗细菌和抗真菌植物基因工程方面出现了一些全新的成功策略,这些范例都是针对病原菌的生理结构、致病机理及与植物的相互关系。本文概括论述了这些策略的基本思路并对其局限性加以探讨。随着植物病理学、植物分子生物学和病原菌分子生物学的研究进展,新的抗性策略将会出现。     

拟南芥转录因子GRAS 家族基因群响应渗透和干旱胁迫的初步探索

GRAS家族是一类植物特有的转录调控因子, 已有报道表明该家族基因在植物生长发育和光信号转导过程中具有重要作用。目前在拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组中已鉴定了33个GRAS家族基因。利用功能基因组学和生物信息学手段,通过基因芯片数据挖掘和基因功能预测, 对拟南芥GRAS家族基因在渗透和干旱胁迫过程中的应答模式进行了初步探索, 提出了一类响应渗透胁迫和干旱胁迫的拟南芥GRAS家族基因。以SCL13为例, 利用基因芯片相关性和GO分析, 对其在渗透胁迫信号转导过程中可能的调控机制进行了预测和分析。这一研究将为阐明GRAS家族基因参与水分胁迫的分子机制提供新的思路, 同时也为植物抗逆分子育种提供候选基因。     

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。     

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。     

植物抗病信号转导途径

植物抗病信号转导途径的研究一直是植物病理学关注的热点,近年来国内外不少实验室正在大量分离与植物抗病有关的突变体,克隆与抗病调节有关的基因并研究其功能。实验表明,一些植物抗病信号途径中的正、负调节因子及不同信号转导途径之间形成复杂的调控网络。在着重对R基因介导的抗病信号途径、细胞程序化死亡、水杨酸信号途径、茉莉酸和乙烯信号途径和诱导系统抗性途径研究进展加以综述的同时,对各抗病信号途径之间信号交换的复杂性进行了讨论。     

植物激素在苔藓生长发育与逆境响应过程中的作用机制研究进展

植物激素是由植物自身代谢产生的一类从产生部位移动到作用部位发挥调控功能的微量小分子有机物质,在植物生长发育、响应环境胁迫过程中起到关键作用.苔藓植物作为早期登陆的非维管植物,处于陆生植物进化早期的阶段,具有许多不同于维管植物的形态和生理特征.大部分苔藓中普遍存在8种主要的植物激素及其衍生物(包括ABA、JA、ET、SA...     

植物抗病信号转导途径

植物抗病信号转导途径的研究一直是植物病理学关注的热点,近年来国内外不少实验室正在大量分离与植物抗病有关的突变体,克隆与抗病调节有关的基因并研究其功能。实验表明,一些植物抗病信号途径中的正、负调节因子及不同信号转导途径之间形成复杂的调控网络。在着重对R基因介导的抗病信号途径、细胞程序化死亡、水杨酸信号途径、茉莉酸和乙烯信号途径和诱导系统抗性途径研究进展加以综述的同时,对各抗病信号途径之间信号交换的复杂性进行了讨论。     

Comparison of phytohormone signaling mechanisms

Plant hormones are crucial signaling molecules that coordinate all aspects of plant growth, development and defense. A great deal of attention has been attracted from biologists to study the molecular mechanisms for perception and signal transduction of plant hormones during the last two decades. Tremendous progress has been made in identifying receptors and key signaling components of plant hormones. The holistic picture of hormone signaling pathways is extremely complicated, this review will give a general overview of perception and signal transduction mechanisms of auxin, gibberellin, cytokinin, abscisic acid, ethylene, brassinosteroid, and jasmonate.     

拟南芥硝态氮信号转导研究进展

作为植物体内一类关键的信号分子,硝态氮调控了植物生长发育过程中的一系列生物学过程。硝态氮及其信号直接影响着农作物的氮素利用率、产量和品质。因此,深入研究硝态氮信号转导是农业可持续发展的关键。近年来,随着植物分子遗传学、生物化学等学科的迅猛发展,科学家们已经在硝态氮信号的感知、传递以及长距离信号转导等方面取得了许多突破性进展,这将有助于深入了解硝态氮信号如何调控植物生长发育过程中的各个方面。该文综述了近年来国内外有关拟南芥硝态氮信号转导方面的最新研究进展,以期为构建高效利用氮肥的新型农作物提供理论依据。