本文旨在探究梅(Prunus mume)短链脱氢酶/还原酶(short-chain dehydrogenase/reductase,SDR)基因家族的生物信息学特征以及在花开放阶段的表达模式.通过生物信息学方法,从梅全基因组中鉴定出159个PmSDR基因,并进行保守基序、染色体定位、共线性关系和顺式作用元件分析,结合梅不同开花时期、花器官的转录组数据以及荧光定量PCR技术探究了PMSDR基因家族的表达模式.结果表明,PinSDR基因家族可分为4种类型,同一亚家族成员在保守基序方面具有较高的相似性;PmSDR基因家族不均匀分布在8条染色体上,并且存在大量成簇分布;种间共线性分析发现,与杏(Prunus arme-niaca)相比,梅与桃(Prunus persica)SDR基因家族的同源性更高;该家族基因在启动子区域存在大量与光响应、植物生长发育、激素调节以及逆境响应有关的顺式作用元件.表达模式分析发现,PmSDR基因家族在不同开花时期和花器官的表达水平有较大差异,选择在开花时期表达量明显上调或在花器官中具有高表达量的PmSDR114C1、PmSDR114C16、PmS-DR108E3、PmSDR108E9、PmSDR108E16、PmSDR108E17 和 PmSDR108E19 进行荧光定量 PCR 验证,结果表明 PmS-DR114C1、PmSDR114C16 可能参与梅的花期调控,PmSDR1 08E3、PmSDR108E9、PmSDR108E16、PmSDR108E17 和 PmS-DR108E19可能参与梅的花香物质合成.本研究为探析PmSDR基因的功能提供了理论依据与参考,也为探讨梅开花阶段的分子机制提供了研究依据.

AP3/DEF(APETALA3/DEFICIENS)基因为MADS-box基因家族的B类基因,在花发育过程中主要参与调控花瓣和雄蕊发育.对盐肤木(Rhus chinensis)AP3/DEF同源基因进行克隆及功能分析,有助于探究其在盐肤木雄蕊发育过程中的作用.采用RT-PCR技术获得盐肤木AP3/DEF同源基因CDS;利用NCBI CD Search对其序列和结构域进行比较分析;利用酵母双杂交系统,对AP3/DEF同源蛋白与盐肤木中其它MADS-box转录因子进行蛋白互作验证;通过实时荧光定量PCR分析盐肤木AP3/DEF同源基因的时空表达模式;用过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)验证盐肤木AP3/DEF同源基因在花器官发育中的功能.结果表明,克隆得到2个盐肤木AP3/DEF同源基因分别命名为RcAP3(GenBank:OR962160)和RcTM6(GenBank:OR962159),根据其氨基酸保守结构域比对及系统进化分析,发现这2个蛋白序列与漆树科的芒果(Mangifera indica)和阿月浑子(Pistacia vera)AP3/DEF同源蛋白亲缘关系最近.酵母双杂交结果表明,RcAP3和RcTM6与盐肤木B类蛋白RcPI、C类蛋白RcAG和Rcag存在互作关系,但与A类和E类蛋白不存在互作关系.实时荧光定量PCR分析结果显示,RcAP3和RcTM6基因在不同性别盐肤木花芽快速发育期高表达,在花芽发育早期和开花后表达水平较低;RcAP3在雌花、雄花和两性花的花芽分化过程中均维持较高的表达水平,而RcTM6在两性花中显著表达,在雄花和雌花中表达量很低.两性花快速生长期,RcAP3在花瓣和雄蕊中高表达且差异很小,而RcTM6在雄蕊中的表达量显著高于其它花器官.RcAP3基因能恢复拟南芥ap3-3突变体花瓣和雄蕊的缺陷表型,RcTM6过表达则导致拟南芥花瓣、雄蕊和子房缩短,花药败育,表明盐肤木中同属AP3/DEF亚家族的同源基因RcAP3和RcTM6存在功能分化.RcAP3促进花瓣和雄蕊发育,而RcTM6抑制雄蕊发育.研究结果为进一步研究盐肤木性别分化的分子机制奠定了基础.

在高等植物的生长发育过程中,根尖分生组织和茎尖分生组织不断分裂分化产生根系、茎、叶和花等器官,分别形成植物的地上和地下部分.小肽是胞间通讯的关键信号分子之一,参与了植物生长发育、抗病抗逆等诸多生命活动,其中包括植物根尖和茎尖分生组织的干细胞活性调控,进而影响了植物器官的生成和发育.近年来,越来越多的研究揭示了小肽分子在分生组织维持和发育中的重要性,及其在多种作物农艺性状调控中的关键作用.本文综述了小肽及其受体在拟南芥和作物中维持分生组织稳态的分子机制,探讨了小肽对作物产量性状的影响及在作物改良中的应用策略,并对小肽领域的研究方向进行了分析和展望.

两型闭花受精现象是指在植物个体发育的不同时期或不同部位会形成两种形态完全不同的花,即异花传粉的开放花(chasmogamous flower,CH)与自花传粉的闭锁花(cleistogamous flower,CL).维西堇菜(Viola monbeigii)与裂叶堇菜(V.dissecta)在早春时期为CH花,夏季为CL花,光周期可能调控着两种花型的发育.本研究对维西堇菜和裂叶堇菜不同光周期下的花型进行了形态观察与统计,以探究光周期对两种花型发育的调控作用,并阐明两种花型不同发育阶段的主要形态差异.结果表明:维西堇菜和裂叶堇菜的CH和CL花的差异主要体现在花瓣与雄蕊的大小与数量、蜜腺体的有无、花丝长短、柱头有无弯曲等方面.CH花5个花瓣,下花瓣有一长距,5枚雄蕊,花丝很短,2枚雄蕊背部的蜜腺体伸入下花瓣形成的距中,雌蕊花柱直立并高于雄蕊;CL花雄蕊2枚,花丝较长,无蜜腺体,其余雄蕊与5个花瓣均为原基状,雌蕊的柱头通常弯向2枚发育最好的雄蕊.另外存在着花瓣与雄蕊数量介于CH与CL花之间的过渡闭锁花(intermediate cleistogamous flower,inCL),其花部特征与闭锁花一样,花萼一直包裹着其他3轮花器官.中短日照(12 h及以下光照)下诱导的花芽大部分为CH花,长日照(16 h光照)下诱导的大部分花芽为完全CL花.两个物种的CH花与CL花在4轮花器官原基形成后出现明显的形态差异,并随着花芽发育的成熟,形态差异更加明显.本研究揭示了光周期对维西堇菜与裂叶堇菜CH和CL花发育的调控作用,阐明了CH与CL花出现明显差异的时期与具体形态差异,为堇菜属两型闭花受精适应性进化研究提供了理论依据.

隐性雌雄异株指植株表型为非雌雄异株,但形态上两性花通常雄性不育或雌性不育,植株个体实际仅行使雌性或雄性功能.两性花植株向雌雄异株的转变在被子植物中广泛存在,隐性雌雄异株作为潜在的中间阶段对于理解植物性系统的演化具有重要意义.据APG Ⅳ分类系统,这些物种在被子植物的22目36科65属约221种植物中有过报道,分别约占被子植物总目数的34.4％、总科数的8.7％、总属数的0.5％和总种数的0.1％;多为分布于热带或亚热带地区依靠生物传粉的木本植物,且至少存在花蜜或花粉作为访花报酬.该性系统形态学的性表达类型多样:可分为雄花两性花异株(类型Ⅰ)、两性花植株(类型Ⅱ)、雌花两性花异株(类型Ⅲ)及其他类型(类型Ⅳ)4种,分别约占已报道隐性雌雄异株物种数的48.9％、47.5％、2.7％和0.9％.从系统发育看,该性系统在被子植物木兰分支、单子叶植物分支及真双子叶植物分支均有分布,且主要分布于较为进化的核心真双子叶植物类群中.隐性雌雄异株物种不育性器官的进化意义存在多种假说,包括祖先假说、遗传约束假说、促进风媒花粉落置假说、传粉者吸引假说、拟态与欺骗假说等,但相关实证研究较少.本文对隐性雌雄异株物种不同类群的性表达形式、不育性器官败育类型进行了归纳,并对具该性系统的类群在被子植物中的分布与系统演化进行了分析与总结,同时对有关隐性雌雄异株物种不育性器官进化意义的5个假说进行了介绍与评价,最后对今后的相关研究方向进行了展望.以期为深入研究被子植物隐性雌雄异株性系统的进化式样与机制研究提供理论资料.

[目的]探究1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)基因在紫丁香单萜类物质合成中的作用,为紫丁香花香分子育种提供有效的基因资源和理论基础.[方法]以紫丁香花瓣为材料,克隆了 SoDXR基因,并对其进行生物信息学和亚细胞定位分析、不同花发育时期和器官组织中的qRT-PCR表达分析以及探究其在金鱼草花瓣中异源瞬时过表达后的功能.[结果]SoDXR基因全长为1 425 bp,编码474个氨基酸,编码的蛋白具有保守的DXP_reductoisom结构域,与桂花和油橄榄的相似性高达95％.亚细胞定位显示该蛋白主要定位于质体,与软件预测结果一致.伴随着开花,SoDXR表达水平呈先升高后降低的趋势,在初开期最高,其在各个器官组织中均有表达,花瓣中表达量最高,茎中表达量最低.瞬时过表达表明,SoDXR基因的表达水平显著高于对照,促进了主要单萜成分罗勒烯和月桂烯的释放,释放量分别增加了 15.03倍和4.83倍.[结论]SoDXR基因正调控紫丁香单萜类物质的合成,表明DXR基因在花香次级代谢物合成中起到重要作用.

TM8基因属于一个古老的Ⅱ型MADS-box基因亚家族,TM8类基因在被子植物中主要参与雌花的发育,但在裸子植物中的功能尚不清楚.本文通过荧光原位杂交FISH(Fluorescence in situ hybridization)和转基因技术分析裸子植物买麻藤(Gnetum montanum Markgr.)3个TM8基因的功能.结果显示,3个基因均参与了雌性胚珠、不育胚珠和花药柄的发育,但其表达水平和功能在器官间有很大差异.将买麻藤TM8基因转入拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.),发现其对短雄蕊的萌发和生长有显著影响,其中1个TM8基因的两个转录本呈不同的表达模式,且转基因拟南芥的花呈现不同表型的变化,表明它们在买麻藤生殖器官发育中可能出现了功能分化.

MADS-box是植物体内一种重要的转录因子,其家族成员具有典型的MIKC结构、高度保守的N端MADS以及保守性较低的I域和C端.MADS-box基因广泛表达于植物的根、茎、叶、花、芽等组织部位,并参与调控花期、花器官发育、种子发育及非生物胁迫响应等过程.近年来的研究报道显示,不同MADS-box基因的表达模式不尽相同,其功能也存在较大差异.本文概述了大豆MADS-box基因家族的结构及分类,总结了大豆MADS-box基因家族花发育ABCDE模型中相关成员及SVP1 SOC1、FLC等基因的研究进展.最后对大豆MADS-box的研究提出了展望,为今后进一步挖掘和利用该类转录因子基因进行大豆遗传改良和种质创新提供参考依据.

为研究植物工厂环境下不同光强对陆地棉(Gossypium hirsutum L.)生长发育的影响,本试验在植物工厂内,以陆地棉品种湘FZ001为试验品种,采用16 h光照、8 h暗期循环,设置3种光强处理(L1为450 μmol?m-2?s-1,L2为600 μmol?m-2?s-1,L3为750 μmol?m-2?s-1),测量棉花的各器官干重,使用直尺测量棉花株高,用SPAD-502叶绿素仪测量棉花叶片的叶绿素相对含量,使用Flour Pen 110测量棉花的初始荧光(F0)、最大荧光(Fm)等6个叶绿素荧光参数.L1光强处理下棉花的叶绿素相对含量和株高最大,L2光强处理下棉花的根干重最大,3种光强处理下的棉花茎、叶和单株总重从高到低依次为L3>L2>L1,F0和Fm从高到低依次为L1>L2>L3,最大光化学量子产量(Fv/Fm)从高到低依次为L2>L3>L1.同一光强处理下棉花的光化学猝灭系数(qp)、有效量子产量(φPSII)变化曲线相同,3种光强处理下棉花的qp、非光化学猝灭(NPQ)、φPSII在生长前期差异不大,后期差异较大.从生长后期来看,3种光强处理下棉花的qp、φPSII从高到低依次为L3>L2>L1,NPQ从高到低依次为L2>L3>L1.棉花单株总干重、茎干重、叶干重在高光强下较大,光强太高或太低都会抑制棉花根的生长,低光强可促进棉花的株高.与L1和L3光强处理下的棉花相比,L2光强适宜棉花的生长,既避免了棉花植株间争光,也避免了光抑制现象,叶绿素含量适中,使得棉花的光化学效率最高.本研究可为棉花工厂化生产和棉花育种加速器研发与应用提供指导.

重瓣花表现为花瓣数目增加、花瓣褶皱或面积增大,具有较高的观赏价值和经济价值.该文针对重瓣性状中花瓣或花瓣类似器官数目增多的特点,综述了模式植物和观赏植物中重瓣花形成的分子机理,包括参与花瓣数量调控的重要转录因子,以及miRNAs、DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等表观遗传调控方式,并在此基础上展望未来的研究方向.