激素调控葡萄果实发育与成熟的生理与分子机制研究进展

植物激素在果实的整个生长发育过程中发挥着极为重要的作用,调控着果实生长发育的各个方面。本文介绍了葡萄果实中激素的种类、功能及含量变化特点,综述了相关激素在葡萄果实发育与成熟过程中的作用方式及研究现状,发现不同激素在果实发育过程中的作用存在较大差异,其功能的发挥与其使用时期和浓度之间存在紧密联系,赤霉素、生长素和细胞分裂素有利于延迟果实成熟;脱落酸有利于促进果实成熟;对于乙烯而言,于果实发育早期处理会延迟果实成熟,而于果实转色期处理则会促进果实成熟。激素对于果实生长发育的调控主要通过促进或抑制相关基因的表达来实现。最后就存在问题和今后的研究方向进行了讨论与展望,旨在为进一步开展本领域研究提供参考。     

SlDREB1B过量表达可促进番茄果实发育及成熟

为探讨DREBs在果实发育及成熟调控中的作用及机理,以番茄‘Micro-Tom’为试材,克隆得到1个DREBs转录因子SlDREB1B。研究证实,在果实中SlDREB1B的表达可受脱水胁迫和温度胁迫诱导。将SlDREB1B构建到带有e-GFP报告基因的载体上,采用叶盘法将SlDREB1B基因转入番茄,经报告基因筛选和SlDREB1B表达检测,成功获得转基因阳性植株。和转空载基因的植株相比,转SlDREB1B植株的果实发育和成熟进程明显加速。进一步分析表明,SlDREB1B的过量表达,可调控一系列与果实发育和成熟相关的基因表达,其中,色素合成相关基因和果实软化相关基因的表达受到强烈诱导,说明SlDREB1B可通过调节果实成熟相关基因的表达影响番茄果实发育和成熟进程。     

‘金湘玉’黄桃果实糖与类黄酮代谢及转录组测序分析

采用高效液相色谱法、RNA-seq转录组测序等方法研究了‘金湘玉’黄桃（Prunus persica’Jinxiangyu’）果实不同发育时期（花后20～90 d）可溶性糖组分及类黄酮物质的含量变化,筛选出调控果实可溶性糖与类黄酮化合物形成的关键基因。结果表明：花后60～85 d为‘金湘玉’果实品质形成的关键阶段,果实中可溶性糖、可溶性固形物、果糖、蔗糖含量在此期间明显上升;成熟果实糖含量以果糖和蔗糖为主;山奈素苷在果实中的含量较低,槲皮素苷含量在幼果期含量较高,随果实成熟含量降低;在果实中不含有花色苷化合物;参与类黄酮代谢的相关基因（ANS、DFR、F3H、FLS、4CL1等）在果肉中表达量较低;在果实发育过程中共鉴定到181个差异表达基因参与5条糖代谢途径,其中SDH基因表达水平较高且随着果实成熟而持续上调,主要促进果实发育后期果糖含量的积累;SPS1、SS与SS1基因表达水平随着果实成熟而持续上调,对蔗糖调控起着关键作用;SUS3、INVA基因在果实发育前期表达水平较高,主要促进蔗糖的降解。     

生长素和脱落酸在草莓果实发育过程中的作用

草莓果实是非呼吸跃变型果实,关于其发育成熟的机理研究较少。以八倍体草莓甜查理为试材,分析了果实发育过程中脱落酸ABA和生长素IAA的含量,同时用ABA和IAA处理转色期的草莓果实,发现ABA能加速果实着色软化,抑制IAA的积累;相反IAA抑制果实着色软化,抑制ABA的积累。进一步分析表明ABA能降低IAA合成代谢路径中基因的表达水平,而IAA能降低ABA合成代谢路径中基因的表达水平。ABA能促进果实成熟相关基因的表达,包括与果实上色有关的基因如查尔酮合酶等,和与果实软化有关的基因如伸展蛋白基因等;但IAA表现为抑制。果实上色与软化直接影响草莓成熟进程。这些结果说明ABA和IAA协同调控了草莓果实的发育进程,为以后草莓果实品质的改善和育种提供了思路。     

水稻花发育研究进展

迄今为止,双子叶植物花发育模型研究已基本成熟,这些模型在一定程度上也适用于水稻等单子叶植物的研究.目前,已鉴定克隆了部分与水稻花发育相关的基因,如水稻稀穗LAX、PLAI、LHD、FZP、CL、RFL、RAP1A和RAP1B基因以及花器官发育的水稻ABCDE 5类功能基因和花序变异基因包括Lax、Fzp、OsCKX2、Fon1等,促进了人们对水稻花发育机制的进一步了解.但是有关水稻花发育特异基因之间的调控及作用机理尚未清楚,今后需采用以先进的生物技术为手段,通过分离、鉴定更多的水稻花发育突变体基因,深入探讨各个基因的功能及相互作用,最终系统了解水稻花发育调控机理,从而为深人研究单子叶花序发育奠定基础.     

SBP-box/SPL基因在植物表皮毛发育中的作用

植物表皮毛作为表皮细胞的特有组织在分类、减少热量和水分散失、抵御昆虫和微生物侵害方面发挥作用,同时也是生长发育时相转换的一个重要指标.而且表皮毛在提高产量等农艺性状方面也发挥重要作用,如棉花纤维组织的产量和品质.SBP-box/SPL基因是植物特有的一个较小的基因家族,在生长发育多个方面扮演重要角色,涉及花期、育性、果实成熟、蓝光信号传导、器官大小等性状.其中,在调控植物"年龄"相关的时相转换中作用明显.本文对表皮毛发育调控中SPL基因功能、涉及的microRNA,及它们与其他表皮毛发育调控途径的关系进行综述,以期为植物表皮毛发育的深入研究及应用奠定基础.     

石榴TCP基因家族的生物信息学与表达分析

TCP是植物特有转录因子家族之一,参与植物的叶发育、花发育、分枝发育、芽的休眠、果实的成熟及花色苷的生物合成等生长发育过程。本研究以石榴基因组数据和转录组数据为材料,分析了石榴TCP基因家族成员的理化性质、系统进化关系、保守结构域、基因结构和表达情况。结果表明,石榴基因组有22个TCP基因,TCP蛋白氨基酸长度在221～644 aa之间,蛋白分子量为23.23～70.76 ku。石榴TCP基因可分为ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CYC/TB1和CIN)两大类。大多数PgTCP基因无内含子。CIN亚族成员PgTCP1、PgTCP3、PgTCP4、PgTCP5含有miR319调控位点。PgTCP1和PgTCP3在叶片中表达量高,PgTCP1和PgTCP14在花中表达量高。PgTCP22在果皮发育中表达量降低,PgTCP2和PgTCP5在外种皮发育中表达量降低。该研究结果可为石榴TCP家族基因功能研究,探索TCP调控石榴果实发育及品质形成提供参考,为石榴的分子育种提供科学依据。     

植物离区发育及调控信号的多样性研究进展

植物器官脱落发生的特定区域叫做离区。植物离区发育及其研究主要集中在番茄、水稻、拟南芥等模式作用与重要的经济作物上。本文主要从植物离区脱落发生的多样性及其调控信号的多样性上进行综述,植物离区脱落的主要形式有:花器官脱落、叶脱落、果实脱落、种子脱落、开裂区脱落、侧根脱落等;主要的调控信号有花发育信号、乙烯与生长素信号、细胞凋亡信号、ROS信号等。旨在为今后经济作物离区相关基因研究提供理论依据和基础,并对今后离区相关研究的前景进行展望。     

果树果实中的糖代谢

糖分是果树果实的重要组成成分。有关果实中糖代谢的研究一直是果树研究的重点,并且取得了一定的进展。为更好地认识果树果实中糖代谢的研究以及提供调控糖代谢提高果实品质的理论依据,文章综述了果实发育过程中糖的种类及含量、糖进入果实的途径及运输,果实糖代谢的相关反应,果实糖代谢的方式、糖代谢相关酶的活性与糖积累的关系以及果实中糖代谢的调控等。     

生长素酰胺水解酶基因在西瓜果实发育过程中的表达

生长素在植物果实发育与成熟过程中发挥重要作用,但生长素调控西瓜果实发育与成熟的分子机制尚不十分清楚。以含糖量低的野生西瓜PI296341-FR与含糖量高的栽培西瓜97103为试验材料,测定并比较了栽培与野生西瓜果实发育不同时期果实整组织游离态IAA的含量。结果表明:果实游离态IAA的含量随西瓜果实发育而上升,在授粉后18d达到峰值,后期逐步下降。含糖量高的栽培西瓜果实游离态IAA的含量在果实发育的各个阶段,均显著高于含糖量低的野生西瓜,说明果实游离态IAA的积累可能与果实成熟及含糖量积累相关。已有研究表明生长素酰胺水解酶(IAA-Leucine Resistant1-like Hydrolase,ILR1-like hydrolase,ILL)通过催化结合态生长素释放游离态生长素,是游离态生长素积累的限速酶。在西瓜全基因组上对ILL基因家族进行了系统进化树分析,通过qRT-PCR检测了西瓜各个组织的表达情况,发现西瓜果肉中只有4个ILL基因表达,并且栽培西瓜果肉中这4个基因的表达量均显著高于野生西瓜,其中,Cla017661在栽培西瓜果肉中的表达量最高,且与果实游离态IAA的含量变化趋势正相关,推测该基因对栽培西瓜游离态IAA的积累起关键作用,进而调控了西瓜果实的发育与成熟的进化。     

活性氧调控果实发育成熟的研究进展

活性氧(reactive oxygen species,ROS)存在于整个植物生长发育过程,一旦积累过多会导致氧化应激反应,但是适度的氧化胁迫有利于果实成熟。本文对活性氧影响果实成熟的生理机制,活性氧与激素互作调控果实成熟的机理,活性氧调控果实成熟的分子机制,以及活性氧与钙离子调控采后果实后熟等相关研究进展进行了总结和评述,旨在通过总结活性氧直接或间接调控果实衰老成熟的研究进展,为今后利用活性氧调控果实成熟提供理论依据和参考。     

柑橘等果实糖代谢及其生态调控研究进展

综述了果实内糖的运输及蔗糖代谢相关酶对柑橘等果实的糖代谢的调控机制,以及生态因子对糖代谢过程中糖跨膜运输及果实内蔗糖代谢相关酶基因的调控方式,并指出运用分子生物学手段研究果实糖代谢相关酶基因的调控机理和生态因子对果实内糖代谢的影响为今后研究的重点方向。     

反义技术及其在植物基因工程中的应用

概述了反义技术的作用机制及其在现代植物研究中的应用。反义技术在调控植物淀粉的合成与果实成熟、改良作物品质、改变植物花色、增强植物抗病性和研究未知基因的功能等方面具有重要作用,并对反义基因技术的应用进行了展望。     

植物花粉发育的基因工程研究进展

植物花粉发育过程极其复杂,众多基因参与其中并对花粉发育的正常进行发挥着重要作用。植物花粉发育的基因工程研究是将花粉发育的分子水平研究和植物个体发育调控研究联系起来的中间环节,有助于全面认识植物花粉发育的机理。综述了植物花粉发育相关基因的分离、表达及其调控的研究进展,探讨了利用基因工程创造雄性不育的几种方法,并对今后的应用前景进行了展望。     

南果梨成熟相关PG基因筛选及表达分析

南果梨是典型的呼吸跃变型果实,其成熟过程中果实乙烯生成速度迅速升高,果实软化硬度下降,严重影响了其货架期和贮藏时间。多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase, PG)是一类重要的细胞壁水解酶,参与果实的软化过程。但南果梨PG基因的表达特性以及能否受乙烯的调控仍不清楚。以南果梨试材,结合梨基因组数据,筛选南果梨中的PG基因并对其表达特性进行分析;同时考察乙烯和1-MCP(1-methyl cyclopropene,一种乙烯受体抑制剂)处理之后各个基因的表达情况,旨在筛选得到与南果梨果实成熟相关的PG基因。研究结果将为延长南果梨的贮藏期提供一定的理论依据。试验结果表明:南果梨中共筛选出8个PG基因,并命名为PuPG1～PuPG8;PuPG6只在果实发育早期表达,随着果实的发育其表达量逐渐降低,果实成熟后PuPG6表达终止;PuPG2和PuPG5在果实发育期表达量逐渐升高,花后120d达到最大值,果实成熟后表达量逐渐降低;PuPG8在花后30d表达量最高,随着果实的发育其表达量逐渐降低;PuPG1、PuPG4和PuPG7在南果梨果实发育时期几乎不表达,主要在采收后开始表达,随着贮藏时间的增长表达量逐渐升高,并在贮藏15d时达到最大值;同时乙烯也能够诱导PuPG1、PuPG4和PuPG7基因的表达,而在1-MCP处理的果实中检测不到3个基因的表达。PuPG1、PuPG4和PuPG7的表达趋势与南果梨果实乙烯生成速度及硬度变化趋势一致,推测其可能是参与调控南果梨果实软化的关键基因。     

科学家揭示果实成熟调控新机制

正最近,中国科学院植物研究所揭示了果实成熟调控的新机制,初步明确了DNA甲基化与RNA甲基化之间存在内在关联性,为阐明成熟调控网络提供了新思路。相关成果近日发表在《基因组生物学》上。解析成熟调控机制,不仅能够在理论上认知植物发育的     

甜樱桃PacAMR1基因的克隆及表达分析

以甜樱桃果实为材料,利用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术,获得了参与调控甜樱桃AsA生物合成的关键基因——PacAMR1。序列同源性分析发现,该基因编码的氨基酸序列与其他植物AMR1蛋白具有较高的同源性。实时荧光定量RT-PCR的结果表明,随着果实发育成熟,PacAMR1基因的表达量逐渐上升,而果实中的AsA含量则是在果实发育早期较高。PacAMR1基因的表达量在幼叶中最低,而在老叶中表达量最高;但相反的是,AsA含量在幼叶中最高,而在老叶中最低。这些结果表明,PacAMR1基因的表达可能参与了AsA生物合成的负调控。     

超表达生长素合成基因YUCCA1对草莓果实成熟的影响

为分析超表达生长素(IAA)合成基因YUCCA1对草莓果实成熟进程的影响。以‘甜查理’草莓(Fragaria×ananassa Duch.)果实为试验材料,通过外源喷施IAA,分析IAA对草莓果实发育成熟的影响,利用qPCR测定了果实发育过程中YUCCA1表达量,克隆了草莓YUCCA1,获得了其超表达的草莓果实,测定了YUCCA1超表达后果实的生理及分子指标。随着草莓果实成熟IAA含量下降,外源喷施IAA能延迟果实的成熟,并影响了果实着色、软化和香气代谢等生理和分子指标,而IAA运输抑制剂三碘苯甲酸(TIBA)则能促进果实成熟。草莓IAA合成基因YUCCA1在果实发育前期表达量高,后期表达量急剧下降,在成熟期几乎检测不到。在草莓果实中超表达YUCCA1延迟了果实的成熟进程,增加了果实内源IAA、叶绿素含量和果实硬度,但是降低了花色素和脱落酸(ABA)含量,而IAA运输抑制剂TIBA能解除超表达YUCCA1对果实发育的抑制作用。IAA参与了草莓果实的发育成熟调控,负调控了果实成熟进程,可延缓果实衰老。     

跃变型果实贮藏淀粉降解研究进展

果实生长发育及成熟过程中伴随一系列的生理生化变化,其中淀粉降解为可溶性糖是跃变型果实 最主要转变之一。在果实未启动成熟前,淀粉作为贮藏能量物质保存在组织细胞中。进入果实发育后期,在成 熟启动因子的作用下,淀粉被降解,转化成可溶性糖,使鲜食水果的可溶性固形物急剧增加,从不适宜食用状 态转为可食用状态,这个过程涉及大量转录因子变化、关键酶转录以及基因翻译后的蛋白水平的修饰等。对 4 种常见高淀粉水果中淀粉降解的研究现状进行综述,介绍淀粉降解参与的酶基因及其存在的调控因子,以了解 果实成熟过程中淀粉降解的特点,为今后果实淀粉代谢基础研究提供理论依据和研究方向。     

葡萄SBP-box转录因子家族的生物信息学分析及其应答激素调控葡萄果实成熟的作用

[目的]本文旨在分析已知葡萄(Vitis vinifera L.)SBP-box家族基因基本信息,研究其在葡萄果实发育成熟过程中的调控作用。[方法]利用葡萄转录因子Plant TF数据库(http://planttfdb.cbi.pku.edu.cn/index.php?sp=Vvi)查询并获得SBP-box基因,采用ClustalX 2、DNAMAN 6、Web Logo 3、MEGA 4.1和Gene Structure Display Server等软件对其基因与蛋白序列进行生物信息学分析。利用Plantcare软件分析葡萄转录因子SBP-box家族成员的启动子元件,预测其与果实发育及成熟过程相关的潜在作用。采用RT-qPCR技术研究VvSBP基因在果实发育成熟过程中的作用。[结果]从转录因子数据库中共得到19个葡萄SBP-box基因。SBP-box结构域分析显示,多达61个位点氨基酸具有较高的保守性。进化树分析结果显示,葡萄SBP-box基因共分为3个亚组。染色体定位分析显示,VvSBP基因在1号染色体上分布最多(4个),其次是染色体5、15、4、7、8、10、11、12、14、17、18和19,染色体2、3、6、9、13和16则没有分布。启动子作用元件分析表明,SBP-box家族所有成员的启动子均含有与果实发育和成熟相关的作用元件。结合RT-qPCR结果,发现约9个成员可能促进了葡萄果实的成熟过程,且大部分成员属于第1亚组和第3亚组;约7个成员可能促进了葡萄果实的生长发育,但抑制了果实的转色与成熟过程,且大部分成员属于第2亚组。[结论]葡萄SBP-box基因结构高度保守,多数成员参与调控果实发育与成熟过程。