MYB(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog)家族转录因子是高等植物转录因子中数目最多的一类基因家族成员,可分为 4 个亚家族,其中R2R3-MYB是最常见的亚家族类型.R2R3-MYB类转录因子广泛参与植物的器官发育和次生代谢产物生物合成的调控.为研究R2R3-MYB家族转录因子在艾叶黄酮合成和腺毛发育中发挥的作用,该研究基于艾的全基因组数据筛选、鉴定出 92 个R2R3-MYB转录因子,并利用生物信息学预测其潜在功能.结果表明,92 个转录因子的氨基酸长度为 168～547 aa,相对分子质量为 19.6～60.5 kDa,均为亲水性蛋白.亚细胞定位分析表明,89 个AaMYB 蛋白定位结果为细胞核,3 个蛋白同时定位于细胞核和细胞质中.依据拟南芥R2R3-MYB家族分类,92 个艾R2R3-MYB蛋白分为 26 个亚家族,同一亚族基因结构基本类似.顺式作用元件预测结果表明光响应元件、茉莉酸甲酯元件和脱落酸元件在R2R3-MYB基因启动子区域分布广泛.转录组表达分析结果显示,AaMYB60、AaMYB63 和AaMYB86 在叶片中的表达均高于茎和根中的表达,说明这 3 个转录因子主要在叶片中发挥作用.此外,利用系统进化分析筛选出 5 个参与艾叶黄酮生物合成或腺毛发育的候选R2R3-MYB转录因子.该研究可为后期艾的优良品种选育和种质创新等提供重要的基因资源.

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.

高等植物通常从种子萌发开始,经过营养生长和生殖发育后重新形成种子,由此完成世代更迭.种子中积累的碳水化合物、脂质、蛋白质及mRNA等大分子物质对于维持其发芽潜力至关重要,其中部分mRNA可长期保存而不被降解,被称为长寿命mRNA(即long-lived mRNA).在水稻(Oryza sativa)中,与萌发相关的long-lived mRNA在花后10-20天开始转录积累,花后20天至种子完全成熟期间,一些与休眠和胁迫响应相关的long-lived mRNA转录并保存在细胞中.Long-lived mRNA种类繁多,主要包括蛋白质合成类mRNA、能量代谢类mRNA、细胞骨架类mRNA及逆境响应相关的mRNA,如小热激蛋白和LEA家族蛋白.Long-lived mRNA的转录组分析表明,很多基因的启动子区域都包含脱落酸(ABA)或赤霉素(GA)相关的顺式作用元件,拟南芥(Arabidopsis thaliana)atabi5突变体种子中约有500个不同于野生型的差异表达long-lived mRNA,暗示ABA和GA是影响long-lived mRNA种类的关键激素.Long-lived mRNA通常与单核糖体和RBP蛋白交联在一起,以PBs(P-bodies)形式存在于细胞中,保护mRNA不被降解.与种子休眠相关的long-lived mRNA在种子后熟过程中逐渐被降解,而且一些特定long-lived mRNA的氧化修饰是种子打破休眠的一种生物现象.在种子长期贮藏过程中,long-lived mRNA的随机降解直接关系到种子的寿命和活力,保留下来的mRNA在种子吸胀初期被翻译成蛋白质,促进种子在吸胀早期快速萌发.该文综述了种子重要储存物质long-lived mRNA的特征和功能,并提出了本领域需要进一步研究的科学问题,以期为深入理解种子休眠、萌发与寿命的分子机制提供参考.

电子传递速率光响应模型是研究植物光合生理和生态学的重要工具,可为量化原初反应光能的吸收和传递对光的响应提供理论依据.该文综述了目前常用的电子传递速率光响应模型的数学特征,分析了不同模型的优势及其在实际应用中的潜在问题,并在此基础上对这些模型可能的发展趋势进行了展望.原初反应包括光能的吸收、光合色素分子的激发和退激发(包括光化学反应、荧光发射和热耗散)、激子共振传递以及光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心发生电荷分离产生电子传递速率等一系列复杂的物理和生化反应过程.电子传递速率光响应经验模型和半机理模型因不涉及或只涉及部分原初反应过程而难以解释藻类和高等植物的PSⅡ动力学下调、光适应和光保护等现象.电子传递速率光响应机理模型综合考虑了光合色素分子的物理参数(如本征光能吸收截面(σik)、分子处于最低激发态的平均寿命(τmin)、分子的能级简并度和处于激发态的光合色素分子数(Nk))在整个原初反应过程中的重要作用,不仅可以获得藻类和高等植物叶片的最大电子传递速率以及对应的饱和光强等光合参数,还可以获得σik和τmin等重要的物理参数,以及有效光能吸收截面(σ'ik)和Nk对光的响应规律等.将环境因子(如温度、CO2浓度等)耦合到已有的电子传递速率光响应机理模型中,并明确其与植物的σ'ik和Nk等参数间的关系,可能是今后光合电子传递速率光响应机理模型的发展方向.

保护植物通常拥有较高的利用价值或种群数量较少,是目前面临生存威胁最高的植物类群,也是生物多样性保护重点关注的对象之一.通过对文山州重点保护野生植物系统调查,分析其丰富度及地理分布,采用濒危系数、遗传价值系数、保护系数和利用价值系数4项指标,确定权重,再计算重点保护野生植物的优先保护综合值,据此划分物种的优先保护等级.结果表明:文山州分布重点保护野生植物387种,包括国家一级重点保护野生植物36种、二级259种,云南省Ⅱ级重点保护野生植物24种、Ⅲ级78种;国家重点保护野生植物中,兰科(Orchidaceae)植物112种,占38%,是文山州重要的保护类群.水平分布上,南部的麻栗坡县、马关县和西畴县物种丰富度较高,分别为228、224、200种,中北部的广南县、丘北县和砚山县物种丰富度偏低,分别是87、68、52种;垂直分布上,海拔1 301～1 500 m是重点保护野生植物最集中的区域;所以在生物多样性保护中,需要重点关注南部区域和海拔1 301～1 500 m的区域.优先保护综合值是0.372～0.940,其中Ⅰ级39种,Ⅱ级142种,Ⅲ级123种,Ⅳ级83种.古林箐秋海棠(Begonia gulinqingensis)、云南金花茶(Camellia fascicularis)、滇南风吹楠(Horsfieldia tetratepala)、丘北冬蕙兰(Cymbidium qiubeiense)、光萼厚轴茶(Camellia crassicolumna var.multiplex)、无斑兜兰(Paphiopedilum henryanum var.christae)、六角莲(Dysosma pleiantha)和绿花杓兰(Cypripedium henryi)8种虽然未被列入《中国生物多样性红色名录——高等植物卷(2020)》受威胁物种,但在文山州分布个体数量少、受人为干扰明显、保护价值高,评估为Ⅰ级优先保护,属于亟需拯救和保护的对象.

[目的]甜菜碱醛脱氢酶(betaine aldehyde dehydrogenase,BADH)是参与甘氨酸甜菜碱(glycine betaine,GB)合成的关键酶之一,在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用.[方法]为探究甜菜(Beta vulgaris)BvBADH 基因家族成员生物学功能及基因表达模式,本研究采用生物信息学方法,分析了蛋白质的理化性质、系统进化、基因结构、染色体定位、保守基序、蛋白结构、启动子顺式作用调控元件,并通过RT-qPCR对其在盐胁迫下的表达模式进行分析.[结果]共鉴定出 9 个BvBADH 基因家族成员,含有 9-15 个外显子,8-14 个内含子,平均氨基酸个数为 516,平均分子量为 55.84 kD,等电点为 5.24-6.98.系统进化分析发现,高等植物BADH可分为 3 个簇,分别为簇Ⅰ 、Ⅱ 和Ⅲ,其中簇Ⅲ成员进一步分为簇Ⅲa和Ⅲb两个亚簇.BvBADH基因家族在 3 个簇中均有分布,分别含有 3、1 和 5 个成员.甜菜BvBADH基因家族主要含有胁迫响应元件、激素响应元件和生长发育响应元件,每个成员的顺式作用调控元件数量为 13-21 个.进一步对 BvBADH在盐处理下甜菜叶片中的表达模式分析发现,100和 150 mmol/L NaCl不同程度地诱导BvBADH基因家族成员的表达;但相比之下,它们在 100 mmol/L NaCl处理下的表达量高于 150 mmol/L NaCl.[结论]BvBADH基因家族在甜菜响应盐胁迫过程中扮演着重要角色,为我国北方地区农作物抗逆性遗传改良提供优异基因资源.

[目的]钙依赖蛋白激酶(CDPK或CPK)广泛参与植物生长发育和环境胁迫响应.为探究CDPK基因在雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生长发育及虾青素积累中的功能,对HpCDPK基因家族进行鉴定和表达分析.[方法]利用生物信息学方法鉴定雨生红球藻HpCDPK基因家族成员,分析其编码蛋白的理化特性、系统进化、保守基序和功能结构域,以及缺氮等胁迫条件下HpCDPK成员基因的表达谱.[结果]结果表明,共鉴定 7 个HpCDPK基因家族成员,所有HpCDPK蛋白都含有典型EF-hand基序和蛋白激酶结构域.系统发育分析表明,这些HpCDPK与来自莱茵衣藻的CrCDPK聚为一类,与高等植物拟南芥的AtCDPK分开,暗示在进化过程中发生了种属特异性的基因复制事件.转录组数据分析表明,HpCDPK基因表达受到多种胁迫诱导,其中HpCDPK7基因转录水平在缺氮条件下上调最为明显.此外,HpCDPK与类胡萝卜素合成相关基因的表达相关性分析结果显示,HpCDPK与多个类胡萝卜素合成相关基因表达密切关联,特别是HpCDPK2与虾青素合成关键基因(BKT和BCH)的表达显著正相关(P<0.05).[结论]本研究鉴定了 7 个HpCDPK基因,HpCDPK7基因在缺氮条件下的表达上调最为明显,HpCDPK2可能在类胡萝卜素及虾青素合成积累中发挥重要调控作用.研究结果为后续深入解析HpCDPK介导雨生红球藻胁迫响应和类胡萝卜素合成积累的功能及分子机制提供参考依据.

开花是植物发育过程中一个关键的质变过程,是植物从营养生长向生殖生长阶段的转变.对于观赏植物来说,开花的早晚决定了其市场应用和经济价值.植物开花受到内外信号的复杂调控,基于模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh)的研究,目前已经阐明了6条主要的开花调控途径,这些途径彼此独立又互相交叉,形成复杂的遗传调控网络.菊花(Chrysanthemum×morifolium Ramat)作为起源于中国的世界名花,是世界花卉市场的重要一员,但因其是典型的短日照植物,不仅增加了生产中开花期调控成本,也限制了菊花的应用范围.本文以高等植物开花遗传调控网络为基础,综述了菊花开花遗传调控机制的研究进展,以期为菊花开花时间改良育种工作提供理论指导,同时也为解析高等植物开花机制提供新见解.

传统上馆藏标本,主要用于植物分类学、植物资源学的研究.数字标本的出现将标本的使用拓展到从研究生物多样性时间空间分布到生态学和进化学理论、生物多样性保护、农业和人类健康等广泛领域.截至目前,从互联网上获取的采自中国的植物标本数量已有1 200多万份.该文通过整理和分析这些数据以了解中国植物标本的数字化精度、采集时间和采集地区规律以及采集空缺等状况.结果表明:中国标本采集形成了 4 个高峰,即 20 世纪 30 年代、60 年代、80 年代和 21 世纪初,中国植物标本采集和研究工作主要在 20 世纪50 年代后由中国学者完成.标本采集地区覆盖度在省级较好,县级标本采集则很不平衡;标本采集类群在科属层面覆盖率高,但近五分之一的物种采集不足;标本的采集量既与植物分布幅度相关,也与采集地区的知名度、所获科研项目及采集者偏好有关.未来中国植物标本数字化方向应该在继续挖掘馆藏标本的同时,一方面开展对现有数字化标本信息再审核及补充,并加强与欧美大馆的信息共享以获取早期历史标本信息;另一方面应用数字化标本信息分析结果,指导境内标本的精准采集,包括采集薄弱/空白地区、采集薄弱/空白属种的采集,以进一步增强实体标本馆能力,提高数字化标本质量,为进一步完善植物标本数字化和精准化采集提供依据,更好地服务科学和社会的发展.

植物通过一系列复杂转运系统调节离子稳态以适应盐渍环境,SOS(salt overly sensitive)信号通路是植物响应非生物胁迫的主要信号途径,主要由质膜Na+/H+逆向转运蛋白SOS1、丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶SOS2 和钙感应器SOS3 组成.SOS1作为SOS信号通路的主要成员之一,广泛存在于高等植物中,由于早期的进化差异,可能导致不同物种SOS1 的结构和理化性质存在一定的特异性.SOS1 蛋白为一个同型二聚体,每个单体由跨膜和胞内结构域组成,这为整合来自不同途径的信号和调节Na+转运提供了稳定的对接平台.SOS1 基因转录水平受到不同胁迫条件的调控,通过Ca2+信号调控、磷酸化、自抑制和与离子转运体协同调控等机制可抑制或激活SOS1 活性.该蛋白具有调控植物昼夜节律和pH以及维持离子稳态等功能,在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用.论文对SOS1 的结构、功能、调控机制及其维持植物离子稳态平衡作用等方面的研究进展加以综述,并对其未来研究方向进行展望,以期为农作物抗逆性遗传改良提供理论支持和优异基因资源.