植物光信号传导途径中重要调控基因概述

在植物发育过程中,光是重要的环境信号。在植物光信号传导途径中存在一类重要的光信号调控因子,该类因子与其他植物主要的光信号调控蛋白一起,构成了植物的光信号反应的网络途径,从而在黑暗和光照条件下一起协同调控植物的整个生长发育过程。简述了近年来在光信号传导途径中重要调控基因的研究进展,以促进人们对植物光信号传导途径调控植物重要发育过程的进一步了解。     

高等植物抽穗开花调控的分子网络

抽穗开花是高等植物从营养生长向生殖生长转变的过程,该过程受到众多基因的调控,这些基因又相互作用形成了一个复杂的调控网络。综述了近年来模式植物拟南芥和水稻抽穗开花调控分子机制的研究进展,重点介绍了植物抽穗开花调控的光周期途径、赤霉素途径、自主途径和春化途径,比较了这些途径在拟南芥和水稻中的异同。最后,结合作者对谷子抽穗开花调控分子机制的研究,探讨了未来的研究方向。     

光对园艺植物花青素生物合成的调控作用

花青素是植物中一类重要的类黄酮化合物,在植物花朵、果实等器官色泽形成和抗氧化过程中起着重要作用。植物组织中花青素的形成依赖于光信号,但是光信号对花青素生物合成的调控机制及信号网络很大程度上还不清晰。本文简述了花青素生物合成及运转过程的研究进展,简要归纳了MYB、bHLH、WDR三类主要因子对花青素合成的转录调控作用,重点阐释光信号（光强、光质、光照时长）对植物花青素合成的调控作用。研究表明,光环境（光强、光质、光照时长）主要通过不同的光受体（UVR8、CRYs、PHOTs、PHYs）影响光信号通路重要因子COP1的泛素化能力和HY5的稳定性,以及其他光信号转录因子如光敏色素互作因子PIFs的稳定性,进而调控花青素的生物合成过程。这些光信号因子一方面直接结合到调控花青素合成的MYB、bHLH、WDR三大类转录因子上,转录激活或抑制它们的表达进而调控花青素的合成;另一方面,这些光信号因子通过与MYB、bHLH、WDR三大类转录因子蛋白互作,影响它们形成的MBW复合体稳定性,进而调控花青素的合成。此外,这些光信号因子还可以通过不依赖于MBW复合体的通路调控花青素的合成,如HY5通过调控miR858影响花青素的生物合成;另外,一些未知的光响应因子可能以不依赖MBW通路的方式直接或间接地调控花青素合成基因和液泡膜上的运转蛋白,改变液泡酸化,调节花青素的合成。同时,光信号会影响光合电子传递,光合电子传递链中的一些因子也会通过依赖和不依赖MBW的途径影响植物花青素的合成。这些途径如何协调以及哪些信号因子优先受光环境（光强、光质、光照时间）调控?本文为深入研究光信号对花青素生物合成的调控机理提供参考,以探索光调控花青素积累的有效途径及靶标分子,为利用基因工程、代谢工程和光环境调控手段改良园艺植物花青素积累提供理论基础。     

蛋白泛素化和类泛素化修饰在植物开花时间调控中的作用

开花是植物由营养生长向生殖生长转变的关键过程,植物经过长期的演化已经进化出了精确调节开花时间的复杂网络。其中,泛素化和类泛素化作为广泛存在的蛋白质翻译后修饰形式,在植物开花时间调控过程中发挥了重要作用。本文详细介绍了泛素/26S蛋白酶体途径和类泛素化在光周期途径、春化途径、环境温度途径和赤霉素途径等各开花时间调控中的作用,为更好地理解开花途径中蛋白质翻译后修饰作用提供参考。     

紫外光和蓝光调控查尔酮合成酶基因表达的研究

UV-B（280nm～320nm）、UV-A（320nm～390nm）和蓝光（390nm-500nm）经不同光受体和信号传递途径控制植物发育的各个方面。已知的蓝光／UV-A受体有隐花色素CRY1和CRY2，向光性受体有趋光素。氧化还原过程在隐花色素和趋光素信号转导过程中起重要作用。专一的UV-B光受体尚未被鉴定出，存在许多可能的UV-B信号传递途径．拟南芥查尔酮合成酶（CHS）的紫外光和蓝光转录调控成为研究热点。光受体突变体实验表明存在不同的UV-A／蓝光和UV-B光感知系统调控CHS的表达。拟南芥细胞悬浮培养物实验表明UV-B和CRY1信号传递途径在动力学上和药理学上不同。影响诱导CHS转录的启动子元件和转录因子现已被鉴定出。UV-B、隐花色素和光敏色素信号传递途径之间的相互作用调控CHS表达。UV-B途径与UV-A／蓝光途径的协同相互作用使CHS最大量表达。另外，专一的光敏色素经不同的增强和相巨作用正调控CRY1途径，负调控UV-B途径。     

木本果树开花相关基因的研究进展

开花是植物从营养生长向生殖生长的转变过程。拟南芥中存在多条调控开花时间的信号途径如光周期途径、春化途径、赤霉素途径和自动途径等。与草本植物相比,木本植物成花调控研究进展较缓慢。本文综述了木本果树中开花综合基因,即综合不同成花调控途径信号的关键基因,如CO、FLC、SVP、FT、LFY、TFL、AP1、SOC1等的研究进展,以期为进一步探索木本植物成花的分子调控机制提供参考。     

植物避荫反应信号转导途径研究进展

植物避荫反应是指细胞内各种形式的光信号受体相互作用,在感受到植物被遮荫后引起茎秆伸长的反应.首先介绍了树冠遮荫造成的光环境及其光信号受体,红光(680 nm)/远红光(730 nm)量子比率R:FR,是植物避荫反应中重要的信号分子;植物避荫反应的光受体有光敏色素、隐花色素、向光素和UVR8蛋白,介绍了它们在光信号感受中的不同作用目标和生物功能;重点讨论了光敏色素相互作用因子(Phytochrome Interacting Factors,PIFs)和光敏色素、植物激素的相互作用及其调控植物避荫反应的分子机制;并介绍组成型光形态建成1 (constitutive photomorphogenesis 1,COP1)蛋白在避荫反应调控中的作用;最后对夜晚和光斑环境下的植物避荫反应调控机制作了简要概述.     

光敏色素的生物学功能及其调控

光是影响植物生长发育的重要因素,植物为感受光而进化出光受体。光受体分为4类,其中光敏色素研究较为深入,它是红光和远红光受体,在光形态建成过程中发挥着重要作用。近年来的研究阐明了光敏色素的作用模式,以及由其介导的光信号转导途径和植物发育调节过程,如下胚轴延伸、茎分支、生物钟及开花时间控制等。基于目前的研究总结光敏色素的生物学功能及其介导的光信号转导途径,并展望其研究前景,以期为相关领域研究提供参考。     

植物光受体的研究进展

所有的生物感应环境中的信号 ,利用这些信号信息来改变自己的行为和生长发育。植物用来监测环境中光信号的感应系统由 3类光受体组成 :红光 /远红光受体、蓝光 /紫外光A受体和趋光素。植物光受体及由它介导的信号传导途径的研究是目前细胞生物学、发育生物学和分子生物学研究的热点之一。笔者介绍了植物光受体的理化性质、生物学功能和光受体信号传导途径研究方面的进展。     

拟南芥开花相关的分子调控机制的研究

植物开花是基因与环境因子协同调节的复杂过程。对于拟南芥开花的调控过程,主要分为温度途径、光周期途径、自主途径、春化途径、年龄途径和赤霉素途径六个主要途径,然后SOC1和FT等开花途径整合因子感知来自不同途径的信号,并且将信号传递给花分生组织决定基因LFY和AP1,从而完成对开花时间的精准把握和控制,最终完成拟南芥开花的整个形态建成过程。该研究就这六条主要调控机制如何调节拟南芥开花进程的机理做进一步的介绍和阐述。     

植物类胡萝卜素和花青苷代谢响应光信号的转录调控机制

类胡萝卜素和花青苷是抗氧化代谢物,对于植物抵抗光氧化胁迫有重要作用。类胡萝卜素和花青苷同时赋予叶片、花朵和果实丰富多彩的色泽,果实富含的色泽代谢物对人体健康有益。本文总结了光信号对植物类胡萝卜素和花青苷生物合成代谢途径的影响,重点归纳了参与光信号途径的重要转录因子对类胡萝卜素和花青苷合成基因的调控机制,明晰了转录调控在光信号调控类胡萝卜素和花青苷合成代谢中的重要作用,有助于探索光调控果实品质的有效途径和靶基因,为利用基因工程和环境调控增加类胡萝卜素和花青素的积累提供理论依据。     

不同光质对作物形态建成和生长发育的影响

光作为植物生长发育过程中的重要环境因子,除了为光合作用提供能量外,还作为一种信号因子,在植物的形态建成和生长发育方面起到重要的调节作用。从种子萌发、根系生长、茎生长、叶片生长、开花、光合作用、抗病性等方面综述光质对作物形态建成和生长发育的影响,并且在此基础上,展望光质在调控作物生长发育方面的研究方向和途径,以期为进一步的研究提供参考。     

植物开花的分子调控机理研究

植物开花是遗传因子和环境因素协同调控的复杂过程。在拟南芥中,植物开花途径主要有春化促进途径、光周期促进途径、自主开花途径及依赖于赤霉素的途径等。根据近年来的研究进展,综述了植物开花的分子调控机理。     

设施栽培光照关联温度调控的潜在优势和理论基础

我国是设施农业大国，设施生产为农业创造了巨大的生产力，但设施作物生产的光照和温度环境管理需要消耗大量的电能，限制了设施作物的周年生产。基于以上问题，本文综述了降低设施生产温度管理能耗的传统方法、光照强度和光质与温度联控的管理方法、潜在优势和研究基础，通过分析光受体在温度感知和响应中发挥的作用以及光温信号调节机制的相似性确定光温联控的理论基础，指出设施栽培需结合季节特点调控光照，光质与温度关联调控可降低控温能耗并保证植物的优势生长。同时，本文也总结了光照对植物抗寒和耐热能力的改善作用和分子水平的调控机制，指出通过光介入温度管理是解决设施生产高低温胁迫及设施生产高能耗问题的潜在出口，并提出实施光介入温度管理需要解决的2个关键问题和开展应用研究的方向，以期从光温信号交互的角度为设施生产提供一种降低环境管理能耗的合理途径。     

光敏色素基因与作物改良利用

基因克隆、基因功能研究、作物转基因以及遗传育种的有效结合,对棉花等作物新品种的选育具有推动作用。在作物改良利用的基因中,光敏色素基因是一类重要的光信号传递基因,是主要的红光和远红光的光信号受体,与植物的整个生长发育过程紧密相关。详述了近年来光敏色素基因的功能、结构等方面的研究进展,对深刻研究了解植物光信号转导途径所调控的植物发育具有积极意义。     

棉花所揭示棉花开花调控新机制

正中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队发现陆地棉AAI家族基因Gh AAI66通过影响赤霉素、茉莉酸信号途径和光周期途径相关基因的表达参与开花时间的调控。该研究对了解棉花开花调控机制提供了新的思路。相关研究在线发表在《实     

水稻开花时间决定的光周期途径分子调控机制研究进展

植物的开花受到光、温、营养条件等环境因素和自身发育进程的影响。光作为一个最重要的环境因素,不仅能为植物提供能量,还对成花决定起着重要作用。综述了水稻光周期开花调控途径的最新研究进展,以期为水稻开花的研究提供参考。     

环境胁迫影响植物开花的分子机制

鉴于植物对开花时间的调节是其适应逆境的重要机制,且在复杂的遗传网络调控下,植物检测并整合外源(如光周期和温度)和/或内源(如年龄和激素水平)信号来诱导或抑制成花转变。今从分子生物学角度详细介绍光、温、水、盐和营养等环境胁迫对植物开花时间的影响,这些过程涉及遗传学和表观遗传学上的改变;其目的在于从植物与环境互作的角度对植物开花时间的分子遗传调控网络进行补充,以期为科研工作者更好地研究环境与植物开花时间的关系提供参考。     

温度对植物开花时间调控的研究进展

开花是高等植物生长繁殖过程中重要的生理现象,是植物由营养生长进入生殖生长的标志。植物开花受多种内源和外源因素的调节,其中温度是影响植物开花的一个重要环境因素。总结了近期温度影响开花(主要包括春化途径和热感应途径)的研究进展,尤其对最近研究发现的FT及其家族基因和相关上游转录因子以及miRNA在植物响应温度变化影响开花过程中的功能进行了综述,有助于进一步了解温度参与植物开花调控的分子机制。     

水稻成花素分子作用机制研究进展

植物开花时间是植物适应不同自然环境的重要生物学特性.近年来模式双子叶长日植物拟南芥中的研究结果表明拟南芥的开花时间受到光周期途径、春化途径、自主途径和赤霉素途径的调节,成花素FT(FLOWERING LOCUS T)是这些调控途径最重要的整合因子之一.水稻是典型的单子叶模式短日植物,水稻中Hd3a(HEADING DATE 3a)是拟南芥FT的同源基因,它的表达产物即是水稻的成花素,可以从叶片移动到顶端分生组织,促进开花.虽然FT和Hd3a在拟南芥和水稻中的功能和序列高度保守,但通过对水稻中其它开花控制基因的研究表明,水稻Hd3a的上游调控因子和调控机制和拟南芥存在很大差异.本文对目前关于水稻成花素Hd3a及其表达调控的研究进展进行综述,为进一步研究Hd3a基因的作用机制提供参考.