植物开花时间的遗传调控通路研究进展

开花时间对植物的繁殖成功至关重要。广泛分布的物种经常发生开花时间的分化, 从而能够更好地适应不同的环境条件。为了探索植物开花行为发生适应性分化的分子机制, 首先要明确调控开花行为的遗传通路。本文梳理了植物各类群调控开花时间的遗传通路, 以期为开花时间适应性分化的分子机制研究提供依据。 植物从营养生长向繁殖转变时, 其开花行为主要受到光照、温度、水分等外界环境因子和赤霉素等内在因素的影响。通过对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和其他类群的研究, 总结出了调控植物开花时间的6条通路, 包括日照长度和光质影响开花的光依赖通路, 长时间冷暴露后促进植物开花的春化通路, 高温或低温环境影响开花的温度通路, 以及赤霉素通路、年龄通路和自主通路3条内部调节过程。植物开花时间调控的6条上游通路信号传递到下游的开花整合基因FT(FLOWERING LOCUS T)和SOC1(SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1), 整合基因将这些复杂的调节因子整合后进一步传递到下游花分生组织, 从而启动开花。此外, 非编码RNA、转座子对开花时间的调控也具有重要作用。部分遗传通路被证实在植物适应环境的过程中起到了重要作用。目前对植物开花调控的研究已经有一百多年历史, 理论相对成熟。然而, 仍然存在许多具有争议和未解决的问题, 如开花基因的表达方式、开花行为的特殊调控机制、开花时间变异的适应性意义等等, 需要更进一步的研究。     

模拟酸雨对入侵植物豚草与伴生种鬼针草竞争关系的影响

植物种间相互作用对物种的生存至关重要。对于入侵植物而言, 更强的种间竞争能力是其成功入侵的重要机制。然而, 环境条件的变化可能会改变种间关系并影响植物入侵的最终结果。该研究主要探索当今严重的环境问题之一——酸雨对中国入侵植物豚草(Ambrosia artemisiifolia)和伴生本地种鬼针草(Bidens bipinnata)种间相互作用的影响, 进一步了解环境扰动对生物入侵的影响。该研究于2021年3月在北京师范大学室外条件下对豚草和鬼针草开展de Wit替代竞争实验, 并施加不同浓度的酸雨模拟溶液(pH = 3、4、5、7), 记录植株在第24、34、45天的株高以及生长季结束时的株高和地上生物量, 通过计算相对邻株效应指数(RNE)并绘制取代系列图表来评估两者的竞争关系。主要结果如下: 单一种植时, 中浓度酸雨(pH = 4)促进了豚草和鬼针草的早期生长, 而高浓度酸雨(pH = 3)显著抑制了两者的早期生长, 但不影响生长季结束时的株高。混合种植时, 高浓度酸雨(pH = 3)显著降低了豚草在第34、45天时的株高, 但在生长季结束时对豚草无影响, 而鬼针草在生长季结束时株高显著降低。鬼针草相对豚草的RNE在任何酸浓度下都不显著。而豚草相对鬼针草的RNE在无酸雨条件下显著, 酸雨处理时在鬼针草比例较低时显著。取代系列实验图表显示, 低浓度酸雨(pH = 5)增加了在低豚草比例下的鬼针草的竞争优势, 而高浓度酸雨增强了豚草的竞争优势。该研究表明酸雨显著影响了豚草和鬼针草的生长及种间竞争关系, 高浓度酸雨增加了入侵植物豚草的竞争优势。