水稻株高表观遗传调控研究取得重大进展

最近,中国农业科学院作物科学研究所万建民课题组有关水稻株高表观遗传调控的研究结果被国际知名刊物《植物细胞（ThePlantCell）》期刊接受。该研究首次报道了表观遗传修饰对水稻株高和花器官发育的重要作用,揭示了DNA甲基化和组蛋白修饰之间的关联,为进一步研究表观遗传修饰对水稻生长发育的调控机制奠定了基础。     

植物表观遗传变异

表观遗传变异是一种不涉及DNA序列的改变但可以通过有丝分裂和（或）减数分裂实现代间传递的变异,主要包括组蛋白修饰、DNA甲基化和miRNA。本文分别对植物中这三种变异类型的特征、作用机制、功能及研究方法等进行了综述。其中组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化和磷酸化等。不同组蛋白修饰方式之间的相互作用可能对植物细胞内的重要事件起决定作用,如种子的萌发、开花以及对环境的应答等。组蛋白修饰的主要研究方法为ChIP-on-chip和GMAT。DNA甲基化作为基因表达的一种调控机制,在植物生长发育过程中具有重要作用。DNA甲基化程度与基因表达活性之间存在负相关性,DNA甲基化程度越低,基因表达活性越高;反之,则越低。DNA甲基化研究方法主要包括MSAP法、McCOBRA和MS-DBA等;植物miRNA序列在进化上高度保守,主要调控植物形态建成,尤其是花的发育。其研究方法涵盖了miRNA的鉴定、表达分析和功能研究。此外,不同植物表观遗传变异之间相互调控,构成了一个完整的表观遗传调控网络。     

植物表观遗传变化与环境压力研究进展

表观遗传学研究的是生物可遗传的染色质修饰。目前,其主要研究内容包括DNA甲基化、翻译后组蛋白修饰、组蛋白组成变化。小分子RNA在调控生物表观遗传的变化中起到了重要作用。在环境压力下,植物发生了复杂的表观遗传变化。在基因组水平上发生脱甲基化反应,以启动压力相关基因表达。同时,翻译后组蛋白修饰和组蛋白组成也发生变化。而且,甲基化与翻译后组蛋白修饰之间有紧密的联系。部分表观遗传修饰在压力去除后可以发生可逆性回复,还有一部分表观遗传修饰是可以遗传的。本文介绍了植物表观遗传变化与环境压力的关系。     

AT-hook基因及其在植物开花调控中的研究进展

AT-hook基因是能够编码与双链DNA小沟中富含AT碱基的序列特异性结合的一类基因,其所编码的蛋白含有以甘氨酸-精氨酸-脯氨酸(GRP)三个氨基酸残基为中心的DNA结合蛋白基序。笔者通过对AT-hook基因的特点和功能及其在拟南芥及水稻等高等植物开花中的调控作用综述。AT-hook基因不仅参与植物的生长发育及逆境胁迫与激素信号应答,同时在花器官的形成以及植物开花中也起着重要的调控作用。该基因在花器官组织中的表达量最高,影响成花素基因的表达,且其编码蛋白能够通过改变染色质状态或招募蛋白复合体在表观水平上调控植物开花相关基因的转录,从而影响植物开花。该基因可能为植物开花的表观遗传调控提供了新的途径。     

中科院揭示植物激素赤霉素与光周期途径协同调控开花诱导的信号转导机理

正植物激素是植物体内重要的生长调节物质,广泛参与调控植物的生长发育和抗逆境反应。在模式植物拟南芥中,赤霉素激素促进植物的开花诱导过程。目前研究表明,GA可与光周期信号协同调控植物在长日照条件下的开花诱导。然而,GA和光周期信号在植物开花诱导过程中的相互作用机理仍不清楚。中国科学院西双版纳热带植物园植物分子生物学研究组和植物环境适应性研究组联合研究发现,GA诱导成     

西双版纳植物园揭示赤霉素与光周期途径协同调控开花诱导的信号转导机理

正植物激素是植物体内重要的生长调节物质,广泛参与调控植物的生长发育和抗逆境反应。在模式植物拟南芥中,赤霉素(GA)促进植物的开花诱导过程。目前研究表明,GA可与光周期信号协同调控植物在长日照条件下的开花诱导,然而,GA和光周期信号在植物开花诱导过程中的相互作用机理仍不清楚。中国科学院西双版纳热带植物园植物分子生物学研究组和植物环境适     

我国科学家发现茉莉酸调控植物开花时间的分子机制

<正>开花是植物从营养生长向生殖生长转化的重要发育事件。在适宜的条件下开花结实对于繁衍后代至关重要,因而植物在长期的进化过程中形成了复杂而精细的调控机制严格控制开花时间。中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组和浙江大学汪俏梅研究组合作,发现免疫激素茉莉酸通过负向调控成花素基因FT的表达延迟植物开花。在这一过程中,AP2类转录     

miR172调控植物生长发育及逆境胁迫的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性非编码小RNA,在植物整个生长发育过程中都起着重要作用,是基因表达的重要调控因子,而microRNA172(miR172)是众多miRNA家族中的重要的一员。为了更直观的认识miR172在植物中所发挥的作用,笔者归纳和总结了miR172在调控植物生长发育过程和响应逆境的研究进展,具体分析了miR172在植物营养生长阶段转变、开花、花器官发育、节间长度、植物商品器官发育以及逆境胁迫响应等诸多过程中发挥的作用。笔者认为miR172在植物中仍有很多未知的功能尚未发掘,因此未来深入挖掘和研究miR172在植物生长过程中更多的作用是一个重要的研究方向,在此基础上深入解析miR172在此过程中的功能、分子调控机制,为人为利用miR172调控植物生长发育奠定理论基础。     

植物响应低温胁迫的分子调控机制

低温是限制植物生长发育和地理分布上的主要的环境因子。植物经过长期适应多变的环境温度已经进化出一系列生理和分子机制来抵御低温造成的伤害。近年来,围绕植物是如何感应、传递和调控低温耐受的分子机制研究已经在水稻和拟南芥等模式植物中取得了较大的突破和进展。以低温应答核心组分CBF-COR为中心,本研究系统介绍了植物通过整合低温、昼夜节律、光周期、开花和激素等外部信号以及转录水平、翻译后水平和表观遗传修饰等内部调控来协同应答对低温胁迫响应的分子机制,并探讨了该领域未来的研究方向和重点。     

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。     

逆境胁迫下植物 DNA甲基化及其在抗旱育种中的研究进展

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传现象,通过多种甲基转移酶的作用,能够在不改变DNA序列的情况下调节植物基因组的功能。此外,DNA甲基化能够对多种环境刺激做出迅速的反应,帮助植物应对不同的环境胁迫。由于DNA甲基化的变异可以遗传给后代,这种类似于经典遗传学的特性使其为植物育种中的应用提供了可能。对植物DNA甲基化的特点和变异的发生以及DNA甲基化在植物多种逆境胁迫下的研究进展等方面进行了总结和综述,并探讨了DNA甲基化在植物抗旱性育种中的应用前景。在将来的研究中可利用DNA甲基化/去甲基化抑制剂处理创造突变材料,创造抗旱性新种质;同时深入开展植物DNA甲基化与抗旱机制研究,开发新型甲基化分子标记用于抗旱分子育种实践。     

嫁接提高植物耐盐性研究进展

蔬菜设施栽培中,由于不合理的肥料使用、栽培管理措施不当以及雨水淋洗相对较少等原因,造成土壤盐分积累,土壤次生盐渍化现象普遍发生,导致蔬菜作物生长发育受到抑制、产量和品质降低,严重影响了设施蔬菜生产的可持续发展。实施嫁接栽培是克服设施土壤次生盐渍化的一条有效途径。此文综述了近年来国内外盐胁迫下嫁接植物的研究进展,包括植物生长发育、离子分布、光合作用、渗透调节作用、抗氧化酶及内源物质等方面,分析目前相关研究中存在的问题及其研究前景,旨在为开展嫁接植物抗盐机理研究提供参考。     

Stay green trait in grain sorghum: relationship between visual rating and leaf chlorophyll concentration

Post‐flowering drought tolerance is referred to as the stay green trait in sorghum. Plants with stay green resist drought‐induced premature plant senescence. In breeding programmes, stay green is evaluated under limited irrigation, post‐flowering moisture‐stress field conditions and visually scored at or soon after physiological grain maturity. The objective of this study was to investigate the relationship between the stay green rating and total leaf chlorophyll content. The parents B35 and Tx7000, and their 98 F, recombinant inbred lines were evaluated in replicated field trials under limited (post‐flowering stress) and full‐irrigation (non‐stress) conditions. After scoring the stay green trait of stressed plants, total leaf chlorophyll contents were measured with a chlorophyll meter (SPAD values) and a spectrophotometer method. The SPAD value had a significant linear relationship with total leaf chlorophyll (R²= 0.91) and with visual stay green rating (with R²= 0.82). Relative water content in top leaves of the stay green lines was about 81%, much higher than non‐stay green lines (38%), indicating that the stay green lines kept the stalk transporting system functioning under severe drought conditions, The results indicate that visual stay green ratings were a reliable indicator of leaf senescence an should be useful to sorghum breeders in evaluating progeny when breeding for drought tolerance.     

酿酒酵母蛋白激酶Tos3在氧化胁迫应答中的作用

旨在研究TOS3蛋白激酶在酿酒酵母细胞氧化胁迫应答信号通路中的作用。通过PCR扩增得到TOS3基因的蛋白质编码序列片段,将其克隆到pYES2/NTA上构建pYES2/NTA-TOS3质粒上,用构建好pYES2/NTA-TOS3质粒转化酵母菌细胞得到相应酵母菌株细胞,此细胞即为TOS3过量表达细胞。诱导此酵母细胞过量表达带His6标签TOS3蛋白激酶,免疫印迹方法鉴定过表达的蛋白激酶。最后,用H2O2处理TOS3过量表达细胞、TOS3缺失突变体细胞、野生型细胞、转入空载的野生型细胞。结果表明：4种细胞在未处理条件下生长状态无明显差异;在H2O2处理后,野生型细胞在125倍稀释生长点上比TOS3突变体细胞生长状态略好,而TOS3过量表达细胞与转入空载的野生型对照细胞和野生型细胞对比均显示出TOS3过量表达细胞的生长状态较好。野生型细胞对H2O2胁迫的耐受性比TOS3突变体细胞略强;过量表达TOS3蛋白的细胞对H2O2胁迫耐受性比野生型增加;说明TOS3在酵母细胞氧化胁迫应答过程中起正调控作用。     

转录因子ABP9基因过表达对植物生长发育的影响分析

【研究目的】为分析玉米ABA/逆境响应转录因子ABP9基因过量表达对植物生长发育的影响以利用该基因开展抗逆分子育种。【方法】本研究构建了35S启动子驱动ABP9组成型表达的植物表达载体，获得了过表达ABP9基因的拟南芥转基因株系，并在正常生长条件下，比较了转基因植株和野生型在种子萌发、营养生长和生殖生长阶段的形态和生理变化，分析了可能的分子机制。【结果】结果表明，正常生长条件下，转基因植株与野生型相比表现出萌发，幼苗生长以及开花阶段的生长抑制；气孔开度减小，叶片内源ABA含量降低；ABA信号传导基因表达增强，而ABA合成基因表达降低；而且这些效应在ABP9基因表达相对较强的转基因株系中表现更明显。【结论】说明ABP9基因过量在正常生长条件下即诱导转基因植株产生耐逆反应，抑制植株的生长发育。因此，在利用ABP9基因进行转基因抗逆育种时须考虑控制ABP9基因适时适量表达。     

Exposure to heat stress during flowering period reduces flower yield and pyrethrins in Pyrethrum (Tanacetum cinerariifolium)

Heat stress is one of the major limitations to crop productivity worldwide. Global warming effects are expected to increase the number of hot days and increase the probability and intensity of heat stress events. Short periods (3–5 days) of heat stress with maximum temperatures exceeding 35°C often occur during late spring and early summer in some pyrethrum growing regions of Australia. These heat stress events usually coincide with pyrethrum flowering period. Pyrethrum is a perennial herbaceous plant which is commercially grown for extraction of pyrethrins which accumulate in the achenes of the flowers and are used as a natural insecticide. This experiment was conducted to understand the effects of timing of short periods of heat stress on flower development and pyrethrum yield. Plants were subjected to short periods of high temperature treatments (12 hr at 35–40°C) for three consecutive days at three flower maturity stages (early, mid, late). Control plants were grown at ambient temperature (10–25°C) throughout the flowering period. Exposure of pyrethrum plants to short periods of high temperature during the flowering period caused a significant reduction in the flower and pyrethrin yield. This was associated with the reduction in flower size and accelerated flower senescence. Exposure of pyrethrum plants to heat stress significantly increased the rate of flower development resulting in a shorter flowering period. Overall, plants grown under control treatment showed slower rate of flower development and longer duration flowering period. This resulted in longer duration of pyrethrin accumulation and higher yield of pyrethrins per flower. Timing and duration of heat stress significantly influenced pyrethrin yield per flower. Heat stress caused more severe yield reductions at early flowering than later in the flowering period. Research focusing on agronomic strategies, phenology and breeding for tolerance to heat stress is therefore important to cope with future climate changes and to obtain maximum pyrethrin yield.     

AM真菌对牡丹实生苗耐盐性的影响

为探索接种AM真菌对不同苗龄牡丹实生苗耐盐性的效应,将接种Glomus mosseae的1年生和2年生盆栽‘凤丹’牡丹实生苗,分别于不同浓度人工海水(0%、8%、16%和24%)下进行胁迫处理。结果表明,盐胁迫下接种G. mosseae的2年生‘凤丹’菌根侵染率显著高于1年生苗处理的,而叶片细胞膜透性则显著低于1年生苗处理的,盐胁迫下的增长量、根系活力、矿质元素N、P、K含量和耐盐系数均显著高于1年生苗的。1年生苗的菌根依赖性高于2年生苗;G. mosseae对1年生‘凤丹’植株的总干重、耐盐系数和N、P、K含量的菌根贡献率高于2年生苗的,且菌根贡献率随盐浓度的增加而增加。结论认为接种AM真菌对1年生牡丹苗的效应优于对2年生苗的,而且不同苗龄牡丹对菌根的依赖性不同。     

水分胁迫对花叶络石光合和荧光参数的影响

为了明确水分胁迫对花叶络石的影响,用土壤中梯度水分处理方法对它进行了研究。结果表明,水淹51天后花叶络石生长受到严重胁迫,表现为Fo值增加,Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR、qP和净光合速率降低;干旱胁迫和中度干旱胁迫严重抑制植株的生长,干旱处理24天后植株死亡,中度干旱胁迫处理38天后死亡,表现为Fo值上升,Fv'/Fm'、Fv/Fm、ETR、qP和光合速率下降。干旱处理对植株影响最显著,24天后植株死亡,中度干旱胁迫处理38天后严重抑制植株的生长至死亡。     

Acquired Thermo‐Tolerance and Trans‐Generational Heat Stress Response at Flowering in Rice

In rice, pre‐exposure to sublethal treatment followed by harsh lethal treatment is known to improve tolerance of different abiotic stresses at the vegetative stage within and across generations. Our major aim was to test the phenomenon of thermo‐tolerance at flowering across (trans)‐generations and within generation using rice cultivars contrasting for heat stress tolerance at flowering. To test trans‐generational response, plants were exposed to higher temperature at flowering stage and seeds obtained from previous generations were exposed to heat stress during flowering, which recorded significantly lower fertility when exposed to the same degree of stress in their subsequent generations. A pre‐acclimation to moderately high acclimating temperatures imposed over three different durations during the vegetative and initial reproductive stage showed positive response in the tolerant N22, particularly under severe heat stress (40 °C). This finding indicates the possibility of acquiring ameliorative thermo‐tolerant mechanisms at anthesis, restricted to tolerant genetic backgrounds to combat subsequent harsh conditions within the same generation. However, trans‐generational memory was ineffective in mitigating spikelet sterility losses in both tolerant and susceptible backgrounds. Rice is extremely sensitive to heat stress during flowering; hence, similar exercise across other crops of interest needs to be carried out before generalizing conclusions.