植物叶形态建成的分子机理研究进展

了解植物生长及其构成器官的调控机理是生物学上的一个重要目标。植物叶的发育是一个有趣的过程,由多种复杂的途径相互作用进行调控。一方面,叶发育的过程具有很强的可塑性,环境因素可以影响叶最终的大小和形态;而另一方面,植物叶片的发育过程普遍地遵循着一个基本模式,即叶原基从植物地上部分的顶端分生组织周围区起始发育,经过一系列细胞分裂和分化的程序最终发育成成熟的叶。在这一过程中,每一阶段都涉及转录因子、小分子RNA及植物激素等多种调控因素的复杂调控作用,最终形成形态大小固定的一片叶。本综述中主要从植物叶原基发育、叶轴性发育、叶大小发育和叶形发育等方面阐述了植物叶发育过程中各种因素的调控作用     

德国科学家揭示谷类作物耐旱奥秘

正麦、稻、玉米等谷类作物的抗旱能力通常比其他很多植物强。德国科学家近期发现了其中的原因,相关知识有望用于培育抗旱能力更强的农作物。植物叶、茎等处的气孔是空气和水蒸气的通路,二氧化碳可以通过气孔进入植物体完成光合作用,多余的水分可以通过气孔排出,而它们的通过量则由保卫细胞的开闭来调节。其他植物的气孔周围通常只有一对保卫细胞,而谷物的叶片气孔周围,在一对哑铃状的保卫细胞外侧还有一对副卫细胞。     

ERECTA调控植物细胞生长功能的研究进展

细胞生长对于植物组织器官建成和生长发育具有重要作用。ERECTA家族参与调控植物细胞分裂和组织发育,影响植物光合作用和蒸腾效率,增加生物量,提高植物抗逆性。本研究主要对ERECTA家族功能结构域和系统进化性展开分析,系统阐述ERECTA调控植物细胞生长和光合作用的功能机制,以及参与气孔发育的调控网络,介绍ERECTA参与植物抗逆性和植物激素诱导反应的作用特点,并分析ERECTA在作物中的应用及其研究进展,展望未来ERECTA研究的主要方向及其应用策略,为作物生产潜力提升和抗逆性改良提供科学数据。     

花对称性基因CYC、RAD、DIV的研究进展

花对称性作为花器官的重要特征,影响植物的授粉和繁殖效率。在过去的20年,科学家们在模式植物金鱼草(Antirrhinum majus)的经典花对称突变体中鉴定出花对称性的关键遗传成分,揭示了花的左右对称性是由一个相互作用的基因网络控制的。CYCLOIDEA(CYC)类基因属于植物特异的TCP(Teosinte branched 1/Cycloidea/Proliferating cell factors)家族基因,与其同源基因DICHOTOMA(DICH)激活RADIALIS(RAD)和抑制DIVARICATA(DIV)基因而共同决定金鱼草花的背部属性,促进左右对称性结构的形成。目前关于花对称性的研究重点主要集中在被子植物的花对称性系统发育以及核心真双子叶植物CYC、RAD、DIV基因复制事件和不同时空表达模式对花对称进化的影响上。随着研究范围的扩大,许多研究逐渐开始关注具有独特对称性特征或具有重要系统发育地位的非核心真双子叶植物和单子叶植物的花对称性发育情况和分子调控机制。     

花器官发育的ABC模型研究进展

通过对双子叶植物拟南芥和金鱼草花器官突变体的研究 ,建立了花器官发育的ABC模型。水稻作为单子叶植物的模式植物 ,其花器官发育已经成为植物分子遗传学研究的热点。近年来有关花器官发育的基因研究已经取得了很大的进展 ,从ABC模型、MADS盒转录因子以及水稻花器官发育的ABC模型等 3方面介绍了近年来国内外的研究进展。     

中科院植物所等在生长素调控气孔发育研究中取得新进展

<正>气孔是植物表皮的特殊结构,在调节植物与外界气体和水分交换过程中发挥着重要作用,直接影响了植物光合和蒸腾两个植物基本生理进程。气孔是原表皮细胞经过一系列的不对称分裂和对称分裂以及多次细胞命运决定和细胞分化形成的,因而气孔发育的调控也成为近些年研究细胞分裂和分化的理想模型和热点。已知多肽和油菜素内酯作为信号物     

rot3、rot4、an和spk1在胡杨异形叶发生中的表达模式和作用

胡杨具有典型的异形叶性,是研究植物叶形发育的理想材料。但至今尚不清楚胡杨异形叶发生的分子调控机制。本研究以胡杨披针形和宽卵圆形幼叶为材料,利用qRT-PCR技术分析了参与叶基-顶轴发育的rot3和rot4基因、参与叶中-侧轴发育的an和spk1基因在胡杨异形叶发生中的表达模式,进一步分析了这些基因对胡杨异形叶发生的调控作用。发现rot3和spk1在披针形叶中的表达显著高于在宽卵圆形叶中表达,特别在叶形发育早期。而rot4和an则在宽卵圆形叶中的表达显著高于在披针形叶中表达,尤其是叶形发育早期。这暗示在胡杨叶形发育过程中,尤其是早期,rot3和spk1能促进胡杨叶形向披针形发育,而rot4和an则能促进胡杨叶形向宽卵圆形发育。同时也证明这4个预测基因在胡杨中是存在的,它们通过控制基-顶轴和中-侧轴极性建成调控胡杨异形叶的发生。     

种业资讯

我国科学家找到自由调控植物发育的“钥匙”植物遇到干旱,叶面气孔为什么会关闭？是什么原因调节控制了植物的生长发育,并在失水干燥的状态下仍能存活？中国农业大学生物学院教授张大鹏领导的科研小组通过历时10年的一项基础研究,首次发现了一种参与叶绿素生物合成的蛋白质——植物脱落酸(ABA)受体,从而找到了控制植物气孔运动和种子发育的“钥匙”。科学家说,用这把“钥匙”,可以打开脱落酸作用机理和应用的“大门”,科学家就能自由地控制植物气孔运动和种子发育。     

气体信号分子调控植物发育和响应逆境胁迫的生理与分子机制

NO、CO和H2S气体信号分子及其生物学作用已成为当前生命科学领域中激素和信号转导研究的热点。当前,人们正在深入探讨这3种气体信号分子在植物生命活动中的作用。总结了植物内源性气体信号分子的产生方式,参与调节种子萌发、根系发育、叶绿素合成、光合作用、气孔运动、物质代谢、衰老等植物生长发育的过程;以及其在植物应答盐、极端温度、渗透、干旱、重金属等逆境胁迫中的作用。同时,讨论了气体信号分子调控植物生长发育的特点,以及可能的交叉作用途径,并对该领域后续的研究工作进行了展望。     

植物CPR基因密码子偏好性及聚类分析

细胞色素P450还原酶(cytochrome P450 reductase,CPR)在植物的生长、发育、天然产物的合成和抵御外界刺激的过程中发挥重要作用。本研究通过利用12种植物的36个CPR基因,运用Codon W软件分析密码子的偏好性指标,并分别运用SPSS和MEGA5.0软件进行密码子偏好性和基因聚类分析。结果显示,单子叶植物和双子叶植物CPR基因的有效密码子数(effective number of codons,ENC)范围分别为52.92~58.17和46.85~53.58,密码子偏好性较弱。全部CPR基因位点在ENC绘图中均偏离ENC期望曲线,其密码子偏好性主要是受自然选择压力的影响。单子叶植物和双子叶植物CPR基因对同义密码子的偏好性存在差异;同种植物不同CPR基因的密码子偏好性也不同。在基于基因同义密码子相对使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)的聚类中,单子叶植物CPR基因和双子叶植物CPR基因分别聚为一支,更接近于12种植物的传统系统分类,反映了物种的进化关系,可以作为物种系统发育分析的重要补充。在基于基因编码序列(coding sequence,CDS)的系统进化树中,同种植物的CPR基因分别聚到两个支上,一定程度上反映了CPR基因的分类和功能。本研究结果从密码子偏好性和蛋白质水平上说明同种植物的不同CPR基因存在功能与进化差异,为植物CPR基因的分类与演化、功能预测与表达以及植物育种研究奠定了基础。     

六种前胡属植物叶表皮形态学研究

采用光学显微镜对前胡属6种植物的叶表皮进行了观察, 从显微镜观察的结果表明：前胡（P.praeruptori）的叶片气孔仅存在于下表皮,红前胡(P.rubricaule),松潘前胡(P.songpanens),长前胡(P.turgeniifolii),滇西前胡(P.delavayi)和刺尖前胡(P.elegans)的叶片两面表皮均有气孔;气孔类型均为不规则形;上下表皮细胞形状为多边形或不规则形;垂周壁式样可区分为近平直、浅波状和深波状;气孔密度和气孔指数在属内种间,尤其是在近缘种间有所差异,可以作为鉴别特征。六种前胡属植物的叶表皮形态均为首次报道。     

植物叶缘锯齿发育调控的研究进展

叶片是植物重要的营养器官,叶片的形成模式和发育涉及激素信号和转录因子间复杂遗传网络的调控。叶缘锯齿的产生是植物对不同环境长期适应的结果,对植物应对高温、干旱等逆境胁迫及响应光周期都有十分重要的作用。为了更清晰地认识植物叶缘锯齿的发育过程,本研究对植物叶缘锯齿形成过程中重要的调控因子及其调控机制进行了分类和总结。叶缘锯齿的发育受生长素、细胞分裂素、赤霉素等植物激素,NAM/CUC、TCP、SPL等转录因子,KNOX基因家族及其他调节因子的调控,并在单叶和复叶植物中表现出明显不同的调控模式。植物叶缘锯齿发育仍有很多未知的调控因子,因此,未来一个重要的研究方向就是要继续挖掘和鉴定更多参与植物叶缘锯齿发育的调控因子,并进一步解析其作用的分子机制,从而为今后通过调控叶形为其他作物性状改良提供理论依据。     

植物硫化氢生理效应及机制研究进展

硫化氢是继一氧化氮和一氧化碳之后的第三种气体信号分子。最近研究表明硫化氢在植物生长过程中起到非常重要的生理作用。本文总结了硫化氢在植物体内合成途径、硫化氢的生理效应及机制的研究进展,包括调节植物气孔关闭、种子萌发、根系发育、抗干旱、重金属胁迫、耐热激、植物抗病、植物衰老等多种生理过程,提出了利用现代生物技术进一步明确植物硫化氢信号功能及调控机制的建议。     

成花素基因FT及其调控机制研究进展

植物开花时间调控是关系作物产量形成的关键因素之一,而成花素FT基因是最重要的开花促进基因。FT不仅是开花各个途径的关键整合子,还参与其他重要发育过程:例如促进气孔开放、花发育、块茎和鳞茎的生长。在长期进化过程中,FT基因的序列虽然发生了变化,但是开花功能相当保守;同时,在不同物种间FT基因的功能又具有明显的多样性。而FT基因的调控在进化过程中适应物种的发育和生态特点,表现出FT调控机制在生物节律、组织特异性、发育上的特异性。本综述简要介绍FT基因的功能及其调控在物种间的保守性和多样性,以期展示FT基因研究的最新概貌。     

水稻YABBY家族的全基因组鉴定与表达分析

YABBY转录因子家族广泛参与植物的生长发育,但在单子叶植物的作用机理有待进一步研究。本研究利用生物信息学方法系统分析了水稻YABBY家族成员。保守性分析表明,水稻基因组中共有8个YABBY成员,不均匀地分布在2、3、7、10和12染色体上,成员之间相对保守,分为四个亚族。进化分析表明,片段复制或全基因组复制是YABBY基因在进化过程中的主要扩张方式,且YABBY家族的分化可能晚于单双子叶植物的分化。启动子和表达分析表明,水稻YABBY家族成员可能在水稻的花器官的发育、多中激素的响应中具有重要的作用。本研究为水稻YABBY基因的功能鉴定提供了理论支持和参考依据。     

高粱SbSBP15基因的克隆及分析

SBP-box (squamosa promoter binding protein, SBP)基因编码一类绿色植物特有的转录因子,它与器官大小的控制、株型、激素和逆境响应等植物重要发育过程密切相关。本研究克隆了高粱SbSBP15基因,对其进行了序列分析、系统进化分析及表达分析。SbSBP15基因编码一个由409个氨基酸组成的蛋白质,含有3个外显子和2个内含子,其SBP结构域位于96～165 aa区域;系统进化显示19个SBP15蛋白可分为4组(Ⅰ～Ⅳ),其中第Ⅰ～Ⅲ组内仅有单子叶植物蛋白,而第Ⅳ组中同时包含有单子叶植物蛋白和双子叶植物蛋白。Sb SBP15与玉米Ub2和Ub3关系最近;启动子序列分析表明,SbSBP15启动子的顺式作用元件包含逆境响应、组织特异性表达以及植物生长发育等相关元件;SbSBP15基因在花后10 d的种子中表达量最高,是苗期根部表达量的18倍;但是随着高粱种子不断发育,SbSBP15表达量逐渐降低,表明SbSBP15可能参与高粱种子发育的过程。本研究为进一步探索SbSBP15的生物学功能奠定了基础。     

水稻叶片形态建成分子调控机制研究进展

叶片形态是水稻“理想株型”的重要组成部分,是当前水稻高产育种关注的重点。本文通过对已克隆多个叶形相关调控基因综述了水稻叶片形态(叶片卷曲度、倾角、披散程度以及叶片宽度)建成的分子遗传学研究进展。综合分析认为,水稻叶片的卷曲主要是通过卷叶基因调控叶片近轴/远轴间的发育、泡状细胞的发育及其膨胀和渗透压、厚壁组织的形成以及叶片角质层的发育等来实现。影响植株空间伸展姿态的叶倾角主要通过叶角基因调控油菜素内酯的信号传导来影响叶枕细胞的生长发育;唯一被克隆的影响叶片披垂度的披叶基因DL1是通过控制叶片中脉发育而改变叶片形态的;而窄叶基因则主要通过调控生长素的合成与极性运输、维管组织的发育和分布,影响叶片维管束数目及宽度。但到目前为止,所有已克隆的叶形调控基因间相互调控关系的研究还不够深入,还不能完整清晰地勾勒水稻叶形建成和发育的分子调控网络。因此,在已有的研究基础上更深入地探索水稻叶片形态建成的分子调控机制,对进一步构建相关的调控网络,塑造水稻理想株型具有重要意义。     

新型气体信号分子H2S在植物生长发育中的作用研究进展

硫化氢(H2S)是新发现的第3种内源性气体信号分子,在植物多种生理过程起作用。本研究总结了植物体内源性H2S的产生方式,H2S参与调节种子萌发、根和叶片发育、气孔运动、光合作用、物质代谢、衰老等植物生长发育过程;以及其在植物体应答盐、高温、渗透、干旱、重金属等非生物胁迫中的缓解作用。同时,也提出了H2S调控植物生长发育可能的作用途径,并对该领域今后的研究进行了展望。     

植物木质部进化与发育的研究概述

木质部是维管植物的运输组织,主要功能是将根部吸收的水分、养分以及信号分子长距离运输以供其它器官组织使用。本文简要综述木质部水分传导细胞由简单到复杂的进化过程和木质部发育过程中涉及到的植物激素、转录因子、纤维素合成酶、微管和微管结合蛋白等因素的调控机制。以期使人们对植物木质部进化与发育的研究有一个全面的了解和认识。     

大麦气孔发育转录因子基因HvMUTE的克隆及生物学功能初步鉴定

为了对大麦气孔发育转录因子基因HvMUTE的功能进行初步鉴定，并对其生物学特性及表达模式进行分析，通过生物信息学分析、PCR扩增及qRT-PCR等方法来对大麦气孔发育转录因子基因HvMUTE进行研究。由于大麦G1614为大麦MOREX品种的姊妹系，且大麦MOREX品种公布了参考基因组数据，所以通过将短穗二柄草BdMUTE基因同大麦G1614基因组进行序列同源比对，得到大麦HvMUTE基因序列。从大麦材料G1614幼芽中的第1片叶片中取样，克隆得到大麦HvMUTE基因651 bp的编码区。生物信息学分析结果表明，HvMUTE蛋白是位于细胞核中的无明显亲水疏水性的不稳定蛋白质，并且其蛋白质三维结构含有螺旋-环-螺旋(HLH)结构。系统进化树分析结果表明，HvMUTE蛋白同小麦和山羊草的MUTE-Like蛋白亲缘关系较近。qRT-PCR结果显示，在干旱条件下，HvMUTE基因表达量无明显变化，这一结果同前人研究有所不同，猜测与大麦为单子叶植物，气孔结构中存在副卫细胞同双子叶植物气孔结构形态不同有关。