植物体细胞胚胎发生中乙烯和多胺作用的研究进展

体细胞胚胎发生作为细胞全能性的一种表达方式,不仅在植物的遗传改良和产业化快速繁殖等方面有着重大实践意义,也是开展植物发育生物学理论研究的理想模型。综述多胺和乙烯在植物体胚发生过程中的作用及其分子作用机制的研究进展,主要涉及多胺和乙烯的合成分解代谢过程、体细胞胚胎发育在相关基因和蛋白质组学等方面的研究进展,为进一步深入了解体细胞胚的发生发育规律及基因调控机制以及建立植物高效再生体系提供参考。     

生长周期中植物衰老及调控探究

深入掌握植物衰老的机制对控制植物延迟衰老、延长结果期有重要的意义。采用文献阅读、文献分析和归纳分析相结合的方法,了解学习植物生长周期中的衰老机制,收集并比较了植物体内各种生长素及外界环境因素对植物衰老的影响,分析了植物衰老机制的原理、生理变化、调控途径以及实际应用。提出了植物衰老虽不可避免,但其衰老进程是可以调控的,其衰老过程不仅是受内部基因调控,还受外界环境的影响。     

转录组在植物抗逆中的研究

逆境胁迫一直是限制植物生长发育的重要因素,对植物逆境胁迫的研究是植物研究的热点难点。转录组学的发展是研究基因转录调控的重要手段,利用转录组学技术对探究植物在非生物胁迫以及生物胁迫中基因的表达调控网络,研究参与逆境胁迫的分子机制有重要意义。对转录组学及其在植物抗逆中的研究进行总结。     

橡胶树HbMYB20基因的克隆及其对拟南芥次生壁发育的调控

【目的】MYB转录因子是调控植物木质素合成和次生壁形成的重要转录因子之一。本文分离克隆到一个与拟南芥AtMYB20高度同源的橡胶树MYB转录因子基因HbMYB20,并在拟南芥中对其功能进行研究,以期了解其在橡胶树木质素合成和次生壁发育的分子调控中的作用,为橡胶树木材形成的分子调控机制研究及其遗传改良奠定基础。【方法】采用 blast分析从树皮转录组中筛选出与拟南芥 AtMYB20序列同一性较高的橡胶树 MYB 基因HbMYB20;设计 ORF区特异性引物,以树皮 cDNA 为模板进行扩增得到该目的基因 cDNA 序列。实时荧光定量PCR检测该基因在橡胶树叶片、胶乳、茎干以及木质部与韧皮部的相对表达量。构建 HbMYB20过表达植物载体,使用农杆菌蘸花法转化拟南芥,获得该基因过表达转基因株系。采用乙酰溴法和间苯三酚染色法,分析转基因、野生型拟南芥茎的木质素含量以及木质素在拟南芥茎基部横截面中的分布。对转基因、野生型拟南芥茎基部横截面切片进行甲苯胺蓝染色,并测量分析导管、木质纤维和维管束间纤维细胞的细胞壁厚度。最后,采用实时荧光定量PCR分析转基因及野生型拟南芥木质素和纤维素合成相关酶基因的表达。【结果】克隆得到1个橡胶树 MYB 转录因子基因 HbMYB20,该基因开放阅读框( ORF)为927 bp,编码309aa 的蛋白,氨基酸序列分析显示,HbMYB20与AtMYB20/43和 AtMYB85/42同源性较高,属 R2R3MYB转录因子 G8亚组成员。表达分析显示 HbMYB20在橡胶树茎干和木质部中高表达,胶乳中表达最低。对 HbMYB20过表达拟南芥分析显示,该基因在3个转基因株系中均表达;相对野生型拟南芥,转 HbMYB20拟南芥植株生长抑制,木质部和维管束间纤维的木质素染色面积较少、染色程度变浅,茎的木质素含量和木质纤维、导管及维管束间纤维的细胞壁厚度均显著低于野生型;同时转基因株系中木质素合成关键酶基因4CL1和 CCoAOMT的表达量以及纤维素合成关键酶基因 CesA8的表达显著下调。【结论】橡胶树 MYB转录因子 G8亚组成员 HbMYB20,在茎和木质细胞中高表达。拟南芥中过表达 HbMYB20导致转基因植株的矮小,细胞壁变薄,阻碍木质部中木质素的合成和积累,同时木质素和纤维素合成相关酶基因的表达显著下降。由此推测 HbMYB20对拟南芥的木质素和纤维素合成都具有负调控作用,可能是1个橡胶树次生壁发育的负调控因子。     

木质素合成关键酶基因与造纸植物转基因改良应用研究

木质素是自然界数量仅次于纤维素的自然有机物质,但在造纸业中是主要的污染来源。木质素生物合成过程十分复杂,涉及了大量酶体系。综述了木质素合成途径中的关键调控酶特性及其基因调控情况,从培育低木质素、易降解木质素的造纸植物为出发点,分析了这些关键基因在转基因造纸植物应用中的潜力和存在的主要问题,并提出了应从改变植物体内木质素含量、改变木质素单体构成比例这两个方面进行转基因的研究思路。     

木本植物AGAMOUS-like直系同源基因研究进展

决定拟南芥花器官发育的关键调节因子AGAMOUS (AG)控制生殖器官的形成和分生组织决定性,与性别分化、开花结果等过程密切相关。然而,尽管对模式植物和一些重要经济植物的AG类基因已有深入研究,但关于木本植物直系同源基因研究还有待拓展。深入探究AG基因在木本植物花发育进程中的调控机制对于林木遗传育种具有重要的指导意义。本文重点阐述了木本植物AG-like同源基因的系统进化和表达模式,并对需深入研究的方向进行了探讨。     

毛白杨纤维素合酶基因家族部分成员的克隆及表达

从毛白杨中分离7个纤维素合酶基因,分别为PtoCesA4,PtoCesA5,PtoCesA7,PtoCesA8,PtoCesA13,PtoCesA17和PtoCesA18,通过与已公布的毛果杨全基因序列及拟南芥和水稻基因组中纤维素合酶基因序列的同源性比对分析,结合目前纤维素合成机制的研究进展,预测毛白杨中上述不同纤维素合酶的功能。利用GenomeLabTMGeXP遗传分析系统分析毛白杨中纤维素合酶基因在不同组织中的转录表达水平,结果表明PtoCesA4,PtoCesA7,PtoCesA8,PtoCesA17和PtoCesA18在木质部高丰度表达,推测这些基因可能参与毛白杨次生细胞壁的形成,为毛白杨次生细胞壁中纤维素的合成调控提供参考依据。     

植物扦插生根机理研究进展

植物扦插繁殖主要是不定根的形成过程,而不定根形成的复杂过程是多因素共同调控的,研究其生根机理对于了解不定根形成及控制具有重要意义。文中介绍了国内外关于不定根形成机理的分子水平、生理生化（植物激素、酶、营养物质等）以及解剖学等方面的研究进展。通过对生根机理的综合研究可以为难生根植物繁殖提供理论参考,为生产上加快植物扦插生根速率和提高其成活率提供技术支持。     

RNAi的抑制物及其应用

在植物、动物中广泛存在的一种基因调控现象,RNAi现象是通过调控RNA的分子水平来抑制基因表达。被认为是一种抑制病毒性复制和转座子活动的抗御机制。在此过程中,侵染型病毒为了能够不被这种机制干扰抑制,继续在寄主体内生存、繁殖,则产生了一种反抗御机制———即产生抑制蛋白来对抗转录后基因沉默。本文集中讨论了当前已知的植物病毒编码的沉默抑制物。它们在抑制途径中的不同阶段干扰沉默,这些抑制物已成为一种有力的工具来帮助了解植物中RNA沉默的机制,并在研究基因功能等方面有着广泛的应用前景。     

预处理纤维素超分子结构变化机制研究进展

木质纤维生物质高值转化生产清洁能源、生物基化学品和功能材料是可再生能源领域的研究热点。纤维素是木质纤维生物质的主要成分,其高效利用是生物炼制的重点。然而,纤维素的生物转化面临分子链有序组装与结晶而成的超分子结构、微纤丝聚集形成的多尺度网络结构及其与木质素、半纤维素的多种化学交联共同形成的木质纤维素抗降解屏障,阻碍了其产业化发展。生物质预处理是破解植物细胞壁三维网络结构,从而打破木质纤维素抗降解屏障的必要途径。综述了木质纤维生物质预处理对纤维素超分子结构的影响,主要包括晶型转变、结晶度及晶体结构变化等,并阐释了其对后续酶解糖化的增效机理。同时,系统总结了纤维素大分子链构成的纤丝聚集体结构与细胞壁中木质素、半纤维素之间的相互作用,及其在预处理过程中的降解机制;并对木质纤维素高值化利用研究中亟须关注的纤维素超分子结构变化问题进行了总结和展望,以期对植物细胞壁多尺度网络的破解机制进行充分阐释,对其宏观应用提供理论指导。     

植物对白粉菌的亲和性研究进展

植物对白粉菌的亲和性是当前植物病理学研究的热点与难点之一。该研究在理论上为进一步了解活体寄生菌抑制植物防卫反应和利用植物活体营养的分子机制奠定了基础,在生产实践上,对于通过诱导植物对白粉菌感病基因发生突变或使基因沉默来培育植物抗白粉病新品种有重要意义。本文就细胞、生化以及分子水平上简要阐述了该方面的研究进展。     

低温胁迫下植物分子响应机制研究进展

低温是重要的非生物胁迫因子之一，严重影响植物的生长。为抵御低温伤害，植物体内逐步形成了复杂且高效的分子调控机制。文中综述了植物对低温信号的感知与传递、响应低温胁迫的转录因子种类和转录调控过程，初步阐述了低温胁迫下植物的分子响应机制，提出该领域研究中存在的问题和今后研究的重点，以期为进一步解析植物适应低温胁迫的分子调控机制提供参考，同时为将来研究目的植物抗寒性遗传改良提供基础。     

木本植物芽内休眠机制的研究进展

木本植物芽的内休眠是植物经过长期演化而获得的一种对环境及季节性变化的生物学适应性,其机制较为复杂.了解内休眠的机制,调控芽的休眠与萌发,具有重要的理论意义和应用价值.在探讨内休眠概念的基础上,重点阐述内休眠诱导及解除的影响因素、内休眠过程中的代谢变化、顶端分生组织内细胞间通讯及细胞周期调控、内休眠相关基因等方面的研究进展,提出今后内休眠调控机制的研究重点.     

植物中miRNA的研究进展

miRNA是长度约19~25个核苷酸的内源性具有调控功能的非编码单链小RNA分子,可通过识别靶基因的裂解位点,并在转录后水平对靶基因进行裂解,从而对靶基因起负调控,以控制蛋白编码基因的表达,研究表明miRNA在植物的多个生物学过程中发挥重要作用。该研究就miRNA及其靶基因的获得和验证以及在植物中的生物学功能进行总结。     

不同浓度氮处理毛竹水通道蛋白基因表达模式及其调控网络

氮和水分平衡对植物生长发育具有重要作用，在长期进化过程中植物体内形成了氮运输和水分平衡的复杂调控网络。为揭示竹子速生的内在调控机制，研究了不同浓度氮处理下毛竹根中水通道蛋白(AQP)基因的表达模式，并预测了其表达调控网络。结果表明，在不同浓度氮处理下，在毛竹根的转录本中共鉴定到30个差异表达的PeAQPs，包括14个PePIPs、8个PeTIPs、7个PeNIPs和PeSIP2-1；随着氮浓度的提高，PeAQPs的表达模式主要分为2类：一类呈上调表达，另一类呈下调表达。在这些差异表达AQP基因的启动子中鉴定到了许多转录因子(TF)的结合元件，同时通过筛选差异表达TFs，构建了差异表达TFs和PeAQPs的共表达网络。代表性差异表达TFs和PeAQPs表达的相关性分析和共表达结果表明，这些TF可能参与调控毛竹中水分和氮的协调运输。研究结果可为深入解析毛竹快速生长的分子机制提供参考。     

生长素结合蛋白研究进展

植物细胞信号转导分子机制：植物个体以细胞为单位感受并传递各种环境刺激(如干旱、高盐、养分亏缺等)并做出适当的反应以维持其生存。植物细胞能够识别、感受各种不同的内外源刺激信号，并进而通过一定的分子机制将所识别和感知的信号传递及转化成一定的生理生化效应。因此，深入地探讨细胞及分子水平的信号转导机制是阐明植物整体水平信息传递以及对环境胁迫的适应机制的基础。近10a来，随着植物生理学、细胞生物学、遗传学、发育生物学、分子生物学等的交叉渗透，在细胞及分子水平阐明各种内外源刺激信号调控细胞生理生化活动的分子作用机制(即细胞信号转导机制)的研究已成为植物科学基础理论研究的前沿领域。近年来随着植物分子生物学及生物化学的发展，生长素结合蛋白(ABP)、输出载体基因的克隆及其作用机理、生长素响应基因等方面的研究得到较大的进展使得在分子和细胞水平上研究生长素的作用机理成为可能。下面将就生长素结合蛋白的研究进展作一介绍。     

植物细胞壁抗降解屏障研究进展与展望

纤维素是地球上最丰富的可再生资源,经酶促水解反应生成葡萄糖是纤维素转化的理想方式,但转化效率低,探究相关的抑制因素及其特点成为纤维素高值化应用的首要基础科学问题。本研究首先从宏观形态、显微结构、超微结构、分子、基团、元素、化学键和基因水平,多角度、多层次总结制约纤维素酶促水解反应效率的关键抑制因素,阐述抗降解屏障的内涵;其次明确抗降解屏障表现出的在不同生物质的特有异质性、在植物发育不同阶段的高度动态性以及在预处理过程的复杂联动性;最后展望生物质抗降解屏障破解研究的新趋势和新策略：细胞壁界面抗降解屏障的新认识,细胞壁修饰与改造方法,细胞壁精准解构与组分分级利用的新技术和多酶协同酶解体系的建立等。     

马占相思纤维素合酶基因AmCesA1的克隆及分析

【目的】马占相思是我国南方广泛种植的一种造纸用树。纤维素合酶(CesA)在植物纤维素合成途径中发挥主要调节作用,是控制木材纤维品质和产量的重要因素。本研究克隆马占相思的纤维素合酶基因,研究它对激素的应答,为了解马占相思的纤维素合成和获得高纤维素得率的马占相思良种提供帮助。【方法】采用RT-PCR和RACE技术,从马占相思幼苗中获得1个CesA基因,命名为AmCesA1(AY643519)。利用生物信息学软件对该基因进行分析。使用Southern分析确定该基因的拷贝形式。采用实时荧光定量PCR确定该基因在不同组织中的表达量以及基因在赤霉素(GA_3)、6-BA、茉莉酸甲酯(MeJA)处理后的表达变化。【结果】AmCesA1的cDNA大小为3 793 bp,其开放读码框为3 249 bp,推测这个基因编码1 082个氨基酸;蛋白分子式为C5495H8491N1457O1579S50,分子质量为121.83 kDa。正电荷氨基酸残基数(Arg+Lys)的数目为121,负电荷氨基酸残基数(Asp+Glu)的数目为125;等电点为6.51,为酸性蛋白质;它的不稳定系数是40.82,属于不稳定蛋白质。AmCesA1的氨基酸一级结构分析显示它具有纤维素合酶保守的D,D,D,QxxRW功能域,具有植物纤维素合酶所特有的P-CR区及HVR区和N端的锌指结构,在C端存在6个跨膜区域,但在N端的2个跨膜区域并不明显。二级结构分析显示它具有较多的α-螺旋、无规则卷曲,β-转角很少,β-折叠数目因算法的不同存在较大差异。聚类分析表明,AmCesA1与大豆GmCesA1和蔓花生Ad CesA1相似性较高。但并没有出现预期同木本植物亲缘较近的结果。进一步与拟南芥纤维素合酶家族氨基酸序列比较,发现AmCesA1与拟南芥的AtCesA1和AtCesA10比较相似,其相似性为86%和80%,从而推测它的功能与拟南芥的AtCesA1和AtCesA10相近。Southern分析显示,马占相思基因组中,AmCesA1是以多拷贝形式存在。实时荧光定量PCR表明,AmCesA1广泛表达于根、茎、叶部位,且差异不显著。AmCesA1对GA_3、6-BA、MeJA处理均有响应,其中GA_3处理响应相对最强。【结论】本研究克隆到的马占相思AmCesA1为植物CesA基因家族中的一员,推测其参与初级细胞壁的形成。该基因对赤霉素、6-BA、茉莉酸甲酯处理均有响应,其中基因的表达量在不同的激素处理中都有不同程度的上调。表明该基因参与马占相思对激素应答的正调控。     

假木质素沉积及对纤维素酶解的影响研究进展

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源。为提高木质纤维素类生物质的转化率,提升纤维素酶的水解效率和可发酵性糖产量,降低纤维素酶的使用量和生物质转化成本,对木质纤维素类生物质进行预处理十分必要;然而,木质素、纤维素和半纤维素之间的天然屏障限制了纤维素酶对纤维素组分的酶解。木质纤维素类生物质预处理主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法,目前更多采用质量分数小于4%的稀酸法(如盐酸、硫酸和硝酸等,120～210℃)、高温热水法、蒸汽爆破法和液相水热法等,不同预处理方法对木质素或大部分半纤维素的溶解和去除有利于提高纤维素酶的可及性。木质素对纤维素酶解具有明显抑制作用,通过预处理降低木质素含量有利于提高纤维素酶解效率。木质纤维经稀酸或高温热水等预处理后,Klason木质素相对含量反而会增加。在木质纤维素类生物质预处理过程中,木质素液滴可能以假木质素形式沉积于纤维素表面,使其比天然木质素更加抑制纤维素酶解。本研究首先概述生物质预处理过程中木质素液滴和假木质素的形成过程,提出假木质素产生的可能机制,并对其组成和性质进行综述;然后阐述木质素液滴和假木质素对木质纤维酶解的影响;最后总结假木质素形成的调控策略。假木质素的形成过程属于非均相反应过程,受传质扩散(分子水平)和流动(宏观统计水平)的影响,可从介尺度行为研究假木质素的形成机制,同时建立相关模型和理论实现其科学的定量描述和定向调控,这不仅有利于木质纤维素类生物质炼制工艺的发展,也有利于促进跨学科科学规模的形成。     

植物细胞编程性死亡综述

细胞编程性死亡现象普遍存在于植物体的整个生长发育过程中。综述了植物细胞编程性死亡的特征与检测方法及植物正常生长发育中发生的细胞编程性死亡;阐述了植物超敏反应、逆境胁迫与细胞编程性死亡之间的关系;总结了对植物细胞编程性死亡3个层次的调控(基因调控、酶调控和信号调控);并对植物细胞编程性死亡的深入研究进行了展望。