核黄素是生物体维持正常代谢所必需的辅酶因子FMN和FAD的合成前体, 其在线粒体电子传递链、三羧酸循环、脂肪酸β氧化、支链氨基酸分解代谢、氧化还原稳态、染色质重塑、DNA修复、细胞凋亡和次生代谢产物合成中发挥关键作用。核黄素缺乏会引发机体代谢紊乱和一系列表型缺陷, 严重时甚至导致生物体死亡。自然界生命体中仅微生物和植物可以从头合成核黄素, 而人和动物需从食物中获取核黄素。目前, 微生物中核黄素的合成及其调控机制已研究得比较清晰, 而核黄素在植物体内转运和代谢的调控机制尚不清楚。因此, 挖掘核黄素缺乏相关突变体对解析植物核黄素生物合成、转运和代谢的分子机制以及其对植物生长发育的调控机理具有重要意义。该文综述了核黄素的生物合成途径及其关键限速酶, 重点阐述了核黄素参与的植物生长发育过程, 并展望了植物核黄素的研究前景。

光作为重要的环境因子之一, 不仅为植物光合作用提供能量, 而且作为信号影响植物对外界环境的响应。该文综述了红光和远红光对植物生长发育和非生物胁迫响应的调控作用, 重点阐述了光敏色素及下游光信号转录因子整合激素等内源信号调控植物种子萌发、下胚轴伸长、芽发育及开花的分子机制, 以及红光和远红光在植物响应盐、干旱及温度胁迫中的作用机制。在挖掘植物感知和响应光环境机理的基础上, 利用LED光谱技术对作物进行精确补光, 有望提高作物产量、品质和抗逆性, 同时推进实现“双碳”目标, 减少能源消耗和环境污染。

PLATZ转录因子家族是一类植物特异性锌依赖DNA结合蛋白, 在植物生长发育和抗逆过程中发挥不可或缺的作用。然而, 对于谷子(Setaria italica) PLATZ家族基因尚未进行系统研究。在谷子基因组中鉴定出17个PLATZ基因并对其进行系统命名。通过系统发育分析将SiPLATZ基因划分为5个亚家族, 同一亚家族成员具有相似的基因结构和保守基序。顺式作用元件分析表明, SiPLATZ基因可能在籽粒胚乳发育和多种抗逆反应中发挥作用。K_a/K_s分析表明, 重复基因受到纯化选择。SiPLATZ基因在不同组织和发育阶段的表达存在显著差异, 主要包括在根、叶和茎中高表达, 以及在穗和籽粒中高表达两类, 这体现出SiPLATZ基因生理功能的复杂性, 其可能参与调节籽粒生长和多种抗逆反应。此外, 结合WGCNA分析构建的共表达网络, 发现SiPLATZ6、SiPLATZ8、SiPLATZ9和SiPLATZ11可能是谷子产量遗传改良和功能基因研究的候选基因。研究结果为深入揭示PLATZ转录因子在谷子生长发育中的生物学功能奠定了基础。

SPL是植物特有的一类转录因子, 其蛋白结构中存在一段由2个锌指结构和核定位序列构成的高度保守的SBP结构域, 多数SPL基因的转录表达受microRNAs剪切调控。该文结合当前SPLs转录因子的研究进展, 对其在植物生长发育和环境适应等方面的生物学功能进行综述, 并对SPLs的研究前景进行展望。

淀粉是水稻(Oryza sativa)胚乳的主要贮藏物质, 其积累过程影响植物后续的生长发育。作为人类从水稻中摄取的主要营养物质之一, 淀粉在水稻中的合成和积累过程备受关注。该文综述了蔗糖从韧皮部卸载、淀粉合成关键酶以及激素等内源因素影响淀粉合成和积累的最新研究进展, 并指出了胚乳淀粉积累过程尚未解决的问题, 旨在为后续深入研究提供参考思路。

Tn5是一种细菌转座子。经改造的Tn5能够高效地切割DNA, 同时连接上特定的接头序列, 因而广泛应用于高通量二代测序文库构建中。CUT&Tag (Cleavage Under Target & Tagmentation)是一种改进的研究蛋白质与DNA互作的技术, 具有重复性好、信噪比高及操作简便等优点。该技术采用pA (Protein A)或pG (Protein G)与Tn5形成融合蛋白, 定位于特定抗体(用于识别目标蛋白), 利用Tn5的特性, 在目标位点附近打断DNA的同时引入测序接头, 随后提取DNA, 再进行PCR扩增即可获得测序文库。但不同类型的抗体与pA或pG的亲和力不同, 因此限制了部分抗体在CUT&Tag技术中的应用。为克服这一局限, 该文构建了pG与Tn5的融合蛋白表达载体, 通过原核表达及亲和纯化的方式获得pG-Tn5重组蛋白; 并以RNA聚合酶II (Pol II)特异性抗体Pol II Ser5P (小鼠IgG1型抗体和兔IgG型抗体)为例, 在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中评估pA-Tn5与pG-Tn5在不同类型抗体的CUT&Tag测序文库构建中的效果。结果表明, IgG1型抗体与pG-Tn5的亲和力更高, 构建的文库质量更好, 而IgG型抗体与2种酶的亲和力相当; 同时, 较低起始量的植物材料也能获得较好的效果, 证明了CUT&Tag的应用优势。该研究优化了CUT&Tag技术, 可为后续CUT&Tag实验中针对不同抗体时Tn5融合蛋白的选择提供参考。