当植物遭受昆虫取食、极端天气及人为因素等导致的机械性损伤胁迫后,会迅速在转录及代谢水平上启动一系列的应答机制,引起植物内源激素及次生代谢物含量的变化.该研究以药用模式植物丹参为例,评估机械损伤对药用植物代谢的作用.运用qRT-PCR 及 LC-MS检测叶片损伤刺激下,胁迫响应的茉莉酸类物质(jasmonates,JAs)和丹参酮类成分生物合成基因以及含量的变化情况,得出处理后不同时序叶片与根部在转录和代谢水平上的相关规律,从而探讨丹参对机械损伤胁迫的响应机制.结果显示,机械损伤诱导能够瞬时提高JAs生物合成基因的表达,其中AOC与JAR在诱导后开始上升,在2 h达到最高,AOS与OPR3则在4 h达到最高,与之相应的OPDA、JA及JA-Ile的含量均在2 h达到最高.丹参酮生物合成中二萜合酶基因CPS1与KSL1均在2 h上升至最高,而后修饰CYP450s基因则均在4 h上升至最高,4种丹参酮的含量则均在8 h内呈现持续上升的趋势.该研究为揭示机械损伤对次生代谢积累的研究提供参考,为进一步了解机械损伤胁迫下JAs在增强植物抗性、促进活性成分积累和提高药材品质方面的作用奠定基础.

In response to insect attack,plants use intricate signaling pathways,including phytohormones,such as jasmonate(JA),ethylene(ET),and salicylic acid(SA),to activate defenses.Maize(Zea mays)is one of the most important staple food crops around the world.Previous studies have shown that the JA and ET signaling play important roles in maize defense against insects,but little is known about whether and how SA regulates maize resistance to insect herbivores.In this study,we ectopically expressed the NahG(salicylate hydroxylase)gene in maize plants(NahG maize)to block the accumulation of SA.It was found that compared with the wild-type(WT)maize,the NahG maize exhibited decreased resistance to the generalist insects Spodoptera litura and Spodoptera frugiperda and the specialist Mythimna separata,and the compromised resistance in the NahG maize was associated with decreased levels of defensive me-tabolites benzoxazinoids(Bxs)and chlorogenic acid(CA).Quantification of simulated S.litura feeding-induced JA,JA-isoleucine conjugate(JA-Ile),and ET in the WT and NahG maize indicated that SA does not regulate JA or JA-Ile,but positively controls ET.We provide evidence suggesting that the SA pathway does not crosstalk with the JA or the ET signaling in regulating the accumulation of Bxs and CA.Tran-scriptome analysis revealed that the bHLH,ERF,and WRKY transcription factors might be involved in SA-regulated defenses.This study uncovers a novel and important phytohormone pathway in maize defense against lepidopterous larvae.

雌配子体发育是开花植物有性生殖的重要前提,包括大孢子发生和雌配子体发生两个关键事件,该过程决定植物能否正常受精作用并完成世代繁衍.生长素是植物中广泛存在的一类植物激素,生长素在胚珠中的极性分布保证了胚珠的正常发育,但由于生长素信号途径十分复杂,且雌性生殖细胞位于组织内部,生长素信号途径在雌性生殖系建成的调控网络和分子机制仍不明晰.本文综述了生长素的合成、动态平衡和信号转导以及生长素调控大孢子发生和雌配子体发生相关研究,旨在对生长素激素信号途径调控雌性生殖系建成提供参考.

能够促进植物生长的植物根际细菌统称为植物根际促生菌(PGPR).PGPR的应用可以减少农药化肥的使用,有助于农业可持续性发展.过去二十多年中,围绕PGPR功能与作用机理相关的理论与应用研究取得了显著进展.本文旨在总结PGPR的促生与生防机制,重点探讨PGPR在参与植物营养元素的改善与摄取、产生植物激素、分泌信号小分子、合成挥发性有机化合物促进植物生长以及合成抗生素类物质拮抗植物病原菌五个方面的生物学功能,并探讨了PGPR在基础与应用两方面的后续研究方向,以期为未来PGPR相关研究提供理论参考.

[目的]REVEILLE家族基因具有重要生物学功能,而在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中该家族基因研究较少,深入认识甘蓝型油菜中RVE家族基因功能及其与非生物胁迫的关系.[方法]利用生物信息学方法,在甘蓝型油菜、白菜(Brassica rapa)和甘蓝(B.oleracea)中分别鉴定到 33、16 和 16 个RVE基因,并对其系统进化、染色体定位、基因结构和理化性质以及启动子顺式元件进行分析.[结果]所有的RVE蛋白被分为两个亚家族.33 个BnaRVE分别定位在 18 条A亚基因组的染色体和 15条C亚基因组的染色体上.大部分成员属于较稳定的疏水蛋白;多数Ka/Ks值小于 1,说明该家族受到强烈的纯化选择作用.基因结构变异较大,内含子数目在 4-11 之间.共线性分析结果表明,甘蓝型油菜和拟南芥、白菜、甘蓝存在大量的同源基因.大部分甘蓝型油菜RVE家族成员在子叶和叶都有表达且表达量最多.BnaRVE启动子上含有大量与激素和生物逆境相关的元件,通过定量PCR分析,4 个BnaRVE在ABA与MeJA诱导和低温胁迫下的表达量显著上调.[结论]在甘蓝型油菜基因组中鉴定出 33 个BnaRVE家族成员.不同基因在不同发育时期和不同组织中表现出不同的表达模式.不同基因对各种胁迫存在响应,且表达模式不一.RVE家族成员对ABA、MeJA和冷胁迫具有正向响应功能.

[目的]鉴定分析了猕猴桃的小热休克蛋白(HSP20s/sHSPs)基因家族,为猕猴桃AcHSP20 基因的生物学功能研究和猕猴桃的抗性育种奠定基础.[方法]基于猕猴桃全基因组数据,利用生物信息学方法对猕猴桃AcHSP20基因家族进行鉴定,并分析了家族成员的理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构、亚细胞定位及启动子.同时利用荧光定量PCR技术分析了猕猴桃AcHSP20 基因在非生物胁迫和激素处理后的表达变化情况.[结果]鉴定获得 34 个AcHSP20 基因家族成员.其编码蛋白的氨基酸数目为 85-371,分子量介于 9.93-40.18 kD,等电点介于 4.4-9.3,AcHSP20s多定位于细胞质和叶绿体.34 个基因分布在 17 条染色体上,多数没有或只有一个内含子.基因的启动子含有植物激素和非生物胁迫响应元件.所有测定的AcHSP20 基因在猕猴桃的根茎叶中均有表达且在高温及其他多种非生物胁迫和植物激素处理下差异表达显著.[结论]AcHSP20基因家族成员在猕猴桃的高温、ABA、MeJA、NaCl等逆境胁迫响应中发挥重要作用.

[目的]早花基因 3(EARLY FLOWERING3,ELF3)是生物钟系统核心振荡器的重要组成成员,在植物生物钟和开花调控及逆境胁迫等过程扮演重要角色.目前尚无香蕉ELF3 的相关报道,为揭示ELF3 在香蕉抵御逆境胁迫中的功能对其进行了鉴定、克隆和表达分析.[方法]克隆了从香蕉基因组鉴定获得的 4 个MaELF3 成员(MaELF3-1-MaELF3-4),利用生物信息学手段分析了它们的序列特征,基于转录组数据和实时荧光定量PCR研究了它们在高低温胁迫、香蕉枯萎病菌FocTR4 侵染及茉莉酸甲酯(MeJA)和脱落酸(ABA)处理后的表达模式.[结果]4 个MaELF3 的CDS长度介于 2 058-2 301 bp,可编码 685-766 aa.除MaELF3-4 含 3 个外显子外,其余MaELF3s均含 4 个外显子.4 个MaELF3s均为定位于细胞核的不稳定碱性蛋白;与温带植物ELF3s不同,MaELF3s和多种热带植物的ELF3 均无朊病毒样结构域(PrD).系统进化结果显示,MaELF3-2 和MaELF3-4 与拟南芥ELF3(At2g25930)亲缘关系最近;MaELF3-1 和MaELF3-3 分别与粗柄象腿蕉(Ensete ventricosum)和野蕉(Musa balbisiana)ELF3 亲缘关系最近.MaELF3s启动子上存在一些光、激素(MeJA、ABA等)和逆境胁迫(干旱、低温等)响应相关元件.基因表达分析结果显示,所有 4 个MaELF3s在香蕉叶片中的表达均受ABA和JA影响,且它们在香蕉根系中的表达受FocTR4 显著抑制;除MaELF3-4外其他成员的表达均受高低温显著抑制.[结论]MaELF3s参与了香蕉对不同逆境胁迫的响应.

[目的]液泡膜糖转运蛋白(TST或者TMT)是植物发育过程中发挥重要作用的一种糖转运蛋白.研究旨为探究TST基因家族在葡萄生长发育中的作用,并进一步为阐明TST基因功能提供坚实的基础.[方法]通过同源分析法从葡萄基因组中鉴定出13个TST基因,对基因的结构和编码蛋白质进行生物信息学分析;用qRT-PCR技术分析'鄞红'葡萄发育过程中不同组织的TST表达水平,并对不同时期葡萄果肉中可溶性糖含量进行相关性分析.[结果]TST基因家族分布在6条染色体上,存在3对片段重复和3对串联重复基因;根据系统发育将其分为3个亚家族,各亚家族成员结构相似;TST基因含有大量与激素、光和胁迫响应相关的顺式作用元件;TST家族蛋白质由a-螺旋和无规则卷曲组成,各亚族蛋白模型相似;VvTST在不同组织中均有表达,并存在时空表达特异性;相关性分析发现,葡萄果肉中 4 个 VvTST 基因(VIT_18s0001g12560、VIT_18s0122g00850、VIT_04s0023g01860 和VIT_03s0038g03940)的表达水平与其中可溶性糖的积累呈现相似变化趋势.[结论]VvTST可能对葡萄果肉中可溶性糖积累起到至关重要的作用.

Jasmonic acid(JA)is a crucial phytohormone that regulates plant immunity.The endogenous JA level is determined by the rates of its biosynthesis and catabolism in plants.The activation of JA biosynthesis has been well documented;however,how plants repress JA catabolism upon pathogen infection remains elusive.In this study,we identified and characterized Botrytis cinerea-induced F-box protein 1(BFP1)in Arabidopsis.The expression of BFP1 was induced by B.cinerea in a JA signaling-dependent manner,and BFP1 protein was critical for plant defense against B.cinerea and plant response to JA.In addition,BFP1 overexpression increased plant defenses against broad-spectrum pathogens without fitness costs.Further experiments demonstrated that BFP1 interacts with and mediates the ubiquitination and degrada-tion of jasmonic acid oxidases(JAOs,also known as jasmonate-induced oxygenases,JOXs),the enzymes that hydroxylate JA to 12OH-JA.Consistent with this,BFP1 affects the accumulation of JA and 12OH-JA during B.cinerea infection.Moreover,mutation of JAO2 complemented the phenotypes of the bfp1 mutant.Collectively,our results unveil a new mechanism used by plants to activate immune responses upon path-ogen infection:suppressing JA catabolism.

Phytohormones modulate nearly all aspects of plant biology.Phytohormone signaling and biosynthesis pathways have been characterized mainly through studies of angiosperms,particu-larly the model plant Arabidopsis thaliana(Blázquez et al.,2020).Phylogenetic analyses across plants provide insights into the origins and evolution of phytohormone signaling pathways(Wang et al.,2015).However,these studies come with one caveat:homology at the level of sequences does not necessarily demonstrate functional conservation.Due to the lack of functional verification,much remains obscure and contentious about the origins of phytohormone signaling and biosynthesis pathways.In a recent study,Jia et al.(2023)employed a combined approach of phylogenetic analysis and functional characterization to explore the origin and evolution of the signaling and biosynthesis pathways of salicylic acid(SA),a crucial plant defense hormone.