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全基因组关联分析(GWAS)是动植物复杂性状相关基因定位的常用手段。高通量基因分型技术的应用极大地推动了GWAS的发展。在植物中, 利用GWAS不仅能够以较高的分辨率在全基因组水平鉴定出各种自然群体特定性状相关的基因或区间, 而且可揭示表型变异的遗传架构全景图。目前, 人们利用GWAS分析方法已在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)和大豆(Glycine max)等模式植物和重要农作物品系中发掘出与各种性状显著相关的数量性状座位(QTL)及其候选基因位点, 阐明了这些性状的遗传基础, 并为揭示这些性状背后的分子机理提供候选基因, 也为作物高产优质品种的选育提供了理论依据。该文对GWAS的方法、影响因素及数据分析流程进行了详细描述, 以期为相关研究提供参考。

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木葡聚糖(XyG)是一种存在于所有陆生植物细胞壁中的基质多糖, 是双子叶植物初生细胞壁中含量(20%-25%, w/w)最丰富的半纤维素成分。作为细胞壁的组分, XyG不仅与植物的生长发育密切相关, 还在植物抵抗各种生物和非生物逆境过程中发挥重要作用。XyG代谢相关基因主要通过改变植物细胞壁的组成以及对细胞壁进行重排进而改变细胞壁的弹性/硬度等特性, 影响植物的抗逆性。XyG及其寡糖也可能作为信号分子, 或与其它信号分子协同作用应对逆境胁迫。该文概述了XyG的结构与类型及参与XyG生物合成与降解的相关基因, 重点阐述XyG相关基因应答生物和非生物胁迫的作用机制。

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低温、干旱、高盐和缺氧等多种不良环境影响植物的生长发育, 植物通过长期进化形成复杂的调节机制来适应这些不利条件。AP2/ERF是植物特有的转录因子, 在各种胁迫响应过程中发挥关键调控作用。近年来, 越来越多的研究表明, 植物激素介导的信号级联通路与逆境胁迫响应关系密切, AP2/ERF转录因子可与激素信号转导协同形成交叉调控网络。许多AP2/ERF转录因子通过响应植物激素脱落酸和乙烯, 激活依赖或不依赖于脱落酸和乙烯的胁迫响应基因的表达。此外, AP2/ERF转录因子参与赤霉素、细胞分裂素和油菜素内酯介导的生长发育和胁迫应答。该文简要综述了AP2/ERF转录因子的结构特征、转录调控、翻译后修饰、结合位点、协同互作蛋白及其参与调控依赖或不依赖激素信号转导途径的非生物胁迫响应研究进展, 为解析不同AP2/ERF转录因子在调控激素和胁迫响应网络中的作用提供理论依据。

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提高植物的氮素利用效率(NUE)不仅有利于保障全球粮食安全, 也是实现农业可持续发展的重要途径。近半个世纪以来, 植物氮素利用机理研究已取得重要进展, 但NUE的调控机制仍不明确, NUE的提高仍然十分有限。高等植物集光合碳素同化和氮素同化于一体, 只有碳氮代谢相互协调, 才能维持植物体内的碳氮平衡, 保证植物正常生长发育。由于C₃和C₄植物的光合氮素利用率(PNUE)存在差异, 对氮素的利用效率也会存在差异。为了更有效地提高作物的NUE, 须更全面地了解C₃和C₄植物对氮素吸收、转运、同化和信号转导等关键因子的功能和调控机制。此外, 面对大气CO₂浓度增高和全球气候变暖条件下的植物碳氮同化及其机理的研究也不容忽视。该文综述了C₃和C₄植物氮素利用关键因素的差异及其调控机制, 并对提高C₃禾本科作物氮素利用效率的遗传改良途径进行了展望。

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根系分泌物在植物根系-土壤-微生物互作过程及其生态反馈机制中发挥重要作用。在植物根际复杂网络互作过程中, 根系分泌物被认为是“根际对话”的媒介, 其在调控植物适应微生境、缓解根际养分竞争及构建根际微生物群落结构方面意义重大。该文结合国内外该领域主要研究成果, 综述了根系分泌物对植物生长、土壤微生物特性及土壤养分循环的影响, 并展望了未来根系分泌物的研究方向。

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转录通过调控下游基因的时空特异性表达影响植物生长发育。在转录调控机制的解析过程中, 转录因子与DNA的相互作用是关键的一环。近年来, 研究者利用酵母单杂交(Y1H)和凝胶阻滞迁移率实验(EMSA)检测转录因子能否直接结合DNA; 而瞬时表达技术则是一种检测转录因子对下游基因调控作用的便捷方式。该文对Y1H、EMSA和瞬时表达技术的原理、实验方法和相关注意事项进行详细阐述, 以期为转录因子与DNA的互作研究提供参考方法。

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芳香植物精油为具特征性气味的挥发性油状液体, 是从芳香植物中提取的一种重要次生代谢物质。芳香植物精油的抗菌活性由其化学成分和浓度决定, 其中酚类、含氧萜类和萜烯类在抗菌方面表现出较强的活性。芳香植物精油的抗菌机制主要涉及脂肪酸外膜的改变、细胞质膜的损坏、质子动力的消耗、代谢物及离子泄露。在畜牧业生产体系中, 抗生素的无序使用不仅可能引发“超级细菌”的产生, 其残留亦会造成畜产品不安全和环境污染。芳香植物精油作为一种天然植物抗菌剂, 毒性较低且无残留, 作为饲料添加剂可用于维持动物机体的健康, 有望成为重要的抗生素替代品。该文阐述了芳香植物精油的活性成分、抗菌作用机制及其在动物生产中的应用, 为抗菌机理研究和新技术开发利用提供了理论依据。

摘要 （1695）   HTML （72）    PDF （1375KB）（2236）    可视化    收藏

萜类化合物是植物次生代谢物中结构和数量最多的一类化合物, 它们在植物体内以及植物与环境和其它生命体的相互作用中发挥重要作用。转录因子通过调控代谢通路中基因的转录起始来调节次生代谢物质的产量。目前, 研究发现参与萜类合成的转录因子家族主要有6个, 包括AP2/ERF、bHLH、MYB、NAC、WRKY和bZIP。该文主要对其家族的结构特点、调控模式以及研究进展进行综述, 以期进一步丰富萜烯合成的网络调控, 为植物萜类相关的分子育种、优质栽培和病虫害生物防治等提供新的思路与方法。

摘要 （3694）   HTML （190）    PDF （912KB）（2145）    可视化    收藏

2019年中国植物科学家在国际综合性学术期刊及植物科学主流期刊发表的论文数量大幅增加, 在光生物学、植物抗逆和分子进化等若干领域取得了重要成果。其中, 硅藻光合膜蛋白超分子结构和功能研究入选2019年度中国科学十大进展和中国生命科学十大进展; 植物抗病小体的结构与功能研究入选2019年度中国生命科学十大进展。该文评述了2019年中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究进展, 以期追踪和报道当前中国植物科学领域发展的前沿和热点及展示中国科学家所取得的辉煌成果。

摘要 （1866）   HTML （69）    PDF （1135KB）（1823）    可视化    收藏

植物次生细胞壁包含纤维素、半纤维素和木质素, 赋予细胞壁机械强度及疏水性, 这种特性对植物直立生长、水分和营养物质运输以及抵御生物和非生物胁迫十分重要。该文总结了调控次生细胞壁生物合成的转录因子及其调控机制, 包括NAC转录因子调控次生壁合成的一级开关作用, AtMYB46/AtMYB83及其下游调控因子的二级开关作用, 以及其它转录因子对次生壁生物合成的调控作用, 并对未来研究内容和方法进行了展望, 以期为深入系统理解次生细胞壁生物合成的转录调控网络提供参考。

摘要 （1135）   HTML （42）    PDF （3888KB）（1775）    可视化    收藏

CRISPR/Cas9技术是利用RNA靶向引导Cas9核酸酶对基因组中的目标基因进行编辑的生物技术。近年来, 该技术的多种新型基因编辑器更新迅猛, 编辑效果愈加精细和高效, 在作物定向分子设计育种中展现出巨大的应用前景。该文对CRISPR/Cas9及其相关编辑器的技术原理、编辑效果和应用情况进行综述, 并探讨了该技术在应用中面临的问题、应对措施和发展前景, 旨在为相关领域的科研工作者提供参考。

摘要 （1986）   HTML （72）    PDF （914KB）（1724）    可视化    收藏

为适应丰富多变的生存环境, 植物逐渐进化出一套复杂的免疫系统来抵抗病原菌的侵染。核苷酸结合的富含亮氨酸重复蛋白(NLR)作为植物体内普遍存在的一类抗性(R)蛋白, 对植物的抗病性具有重要调控作用。该文综述了NLR蛋白结构、信号转导以及对植物抗病的调控作用近几年的研究进展。

摘要 （1626）   HTML （57）    PDF （926KB）（1688）    可视化    收藏

植物激素是植物生长发育过程中必不可少的重要调节物质, 它们直接或间接参与调控从种子萌发到成熟的各个发育阶段以及对生物/非生物胁迫的响应。随着利用小分子化合物探究生物体生理代谢分子机制的不断发展, 植物生物学与化学之间一个新的前沿交叉学科——化学生物学随之诞生, 并在短时间内取得了重要进展。化学生物学的思路与方法在植物激素研究领域中起到了不可替代的作用, 尤其是在激素合成及信号转导研究领域。该文概述了主要植物激素的小分子类似物及其在植物生长发育和生物/非生物胁迫响应等方面的作用机制, 并讨论了激素类似物在实际生产中的应用潜力及未来的研究方向。