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小肽分子对植物养分信号调控和有害元素耐受作用的研究进展

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植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1367-1376页

作者：兰平中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京211135 中国科学院大学南京学院江苏南京211135

在自然和农业生态系统中,固着生活的植物时刻面临各种生物和非生物胁迫,其中养分缺乏、养分失衡和重金属毒害极大地限制了植物的生长发育,导致作物产量和品质大幅下降。及时高效感知养分状态并做出适应性改变是植物赖以生存和繁衍生息... 详细信息

在自然和农业生态系统中,固着生活的植物时刻面临各种生物和非生物胁迫,其中养分缺乏、养分失衡和重金属毒害极大地限制了植物的生长发育,导致作物产量和品质大幅下降。及时高效感知养分状态并做出适应性改变是植物赖以生存和繁衍生息的关键。经过长期的自然选择,植物已进化出一整套适应养分匮缺和应对有害元素胁迫的分子机制,包括对养分信号的感知与信号的级联传递,激活基因活性,重塑转录组、蛋白组和代谢组,最后导致生理生化和表型变化。植物感知养分信号分子调控网络一直是植物营养领域的研究热点。小肽通常指小于100个氨基酸长度的功能性肽段,参与植物生长发育的调控、植物和微生物的互作以及生物和非生物逆境的应答。本文就植物内源性小肽分子在养分信号调控、有害元素耐受等方面的最新研究进展进行阶段性总结和讨论,重点围绕小肽在大量元素氮、磷、硫和微量元素铁以及有害元素镉和砷等吸收平衡方面的作用展开,并对未来的研究方向进行展望。

关键词：养分信号小肽氮磷铁硫镉砷

古尔班通古特沙漠藓结皮光合生理活性与土壤有机碳组分对长期氮添加的响应

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生态学报 2024年

作者：杨军刚周晓兵郭星陆永兴郭浩张元明张玲卫新疆农业大学资源与环境学院中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所新疆干旱区生物多样性保育与应用重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所伊犁植物园天山野果林生态系统新疆野外科学观测研究站中国科学院大学新疆农业大学生命科学学院新疆极端环境生物生态适应与进化重点实验室

藓结皮是荒漠生物土壤结皮的重要类型，在荒漠生态系统碳固定与碳排放过程中具有重要作用。研究长期氮添加对藓结皮光合生理活性和土壤有机碳（SOC）组分的影响，有助于理解藓结皮光合生理活性特征与荒漠生态系统土壤碳固存之间的关系... 详细信息

藓结皮是荒漠生物土壤结皮的重要类型，在荒漠生态系统碳固定与碳排放过程中具有重要作用。研究长期氮添加对藓结皮光合生理活性和土壤有机碳（SOC）组分的影响，有助于理解藓结皮光合生理活性特征与荒漠生态系统土壤碳固存之间的关系及其调控因子。为此，本研究依托古尔班通古特沙漠野外长期（13a）氮添加实验，以齿肋赤藓形成的藓结皮为研究对象，选取0(N0)、1.0(N1)和3.0 g N m-2a-1(N3)三种氮处理，阐明长期氮添加对藓结皮光合生理活性和SOC组分的影响。结果表明：（1）相比对照，长期氮添加对结皮层颗粒有机碳（POC）与矿物结合态有机碳（MAOC）含量无显著影响，但显著减少了0—5 cm土层POC和MAOC含量的积累；（2） N1处理显著提高了叶绿素和非结构性碳水化合物（NSC）含量，而N3处理叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及NSC的含量分别显著降低了50.94%、42.49%、46.71%和50.85%;(3)可溶性糖的含量在N1处理下显著增加，N3处理则显著抑制了其积累，脯氨酸的含量随氮浓度呈显著下降的趋势，长期氮添加对可溶性蛋白含量无显著影响；（4）相关性分析表明，长期氮添加、光合生理活性与POC和MAOC含量无显著相关性，酸碱度、微生物量碳氮、电导率、硝态氮和铵态氮皆显著影响POC和MAOC的含量积累。总之，本研究揭示了长期氮添加对藓结皮的光合生理活性和SOC组分的影响，且光合生理活性的响应无法有效反映SOC组分变化，为理解荒漠生态系统中氮沉降对生物土壤结皮的影响提供数据支持。

关键词：颗粒有机碳矿物结合态有机碳叶绿素氮沉降齿肋赤藓

垂穗披碱草TCP转录因子家族鉴定及激素响应模式分析

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广西植物 2024年

作者：彭晓梅孟晨 GARCíA-CAPARRóS Pedro 张宇杨永平孙旭东中国科学院昆明植物研究所西南野生生物种质资源库中国科学院大学陕西师范大学药用资源与天然药物化学重点实验室 Department of Agronomy University of Almeria

垂穗披碱草（Elymus nutans）是青藏高原地区的优质牧草，具有较高的生态价值和经济价值。TCP是植物特有的转录因子家族，参与调控植物叶片发育、侧枝形成、植物激素合成与信号转导等生理过程。为鉴定垂穗披碱草TCP转录因子家族成员，... 详细信息

垂穗披碱草（Elymus nutans）是青藏高原地区的优质牧草，具有较高的生态价值和经济价值。TCP是植物特有的转录因子家族，参与调控植物叶片发育、侧枝形成、植物激素合成与信号转导等生理过程。为鉴定垂穗披碱草TCP转录因子家族成员，该研究利用SMRT(singlemoleculereal-time)测序技术获得了垂穗披碱草全长转录组数据，并对不同激素处理后的垂穗披碱草叶片进行Illumina测序，以探究EnTCPs基因在不同激素处理下的表达模式。结果表明：（1）垂穗披碱草全长转录组测序共获得90956条非冗余转录本。（2）基于全长转录组数据共鉴定到26个EnTCPs，氨基酸数介于186～575 aa，亚细胞定位预测均位于细胞核。（3）根据进化树的分支情况可将26个EnTCPs分为Class I,ClassIIa(CIN)和ClassII-b(CYC/TB1)3个亚家族，保守结构域分析表明它们均含有TCP结构域。（4）不同激素处理后的表达模式分析表明，7个EnTCPs家族成员（En108950、En35573、En10347、En16325、En128790、En10346和En14028）在激素处理后上调/下调表达，它们可能参与了激素合成与信号转导通路；QRT-PCR分析结果显示En35573和En14028参与生长素响应，En108950、En10347、En128790、En10346和En14028均参与细胞分裂素响应，En14028参与脱落酸响应，En108950参与茉莉酸响应，而En16325可能参与多种激素信号转导通路。该研究结果为后续EnTCPs基因功能研究奠定了基础，为研究EnTCPs对激素响应的分子机制提供了参考依据。

关键词：垂穗披碱草 TCP转录因子家族全长转录组外源植物激素表达模式

莱茵衣藻活细胞制剂缓解小麦幼苗镉胁迫的效应与机制

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环境科学 2024年

作者：雷春燕李亚男梁梦静杨泽孙岩季春丽张春辉李润植孙希平崔红利山西农业大学农学院山西省特用作物遗传与代谢工程研究中心中国科学院烟台海岸带研究所海岸带生物学与生物资源利用重点实验室

重金属镉(Cd)污染不仅导致农作物减产，而且可通过食物链传递和积累，对人类健康构成威胁。减少作物对Cd吸收和富集，以及提高Cd胁迫抗性是绿色健康农业可持续发展的重要议题。为建立应用微藻防控Cd污染和提高作物抗逆性的新农艺技术，... 详细信息

重金属镉(Cd)污染不仅导致农作物减产，而且可通过食物链传递和积累，对人类健康构成威胁。减少作物对Cd吸收和富集，以及提高Cd胁迫抗性是绿色健康农业可持续发展的重要议题。为建立应用微藻防控Cd污染和提高作物抗逆性的新农艺技术，选用莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhartii)和小麦(Triticum aestivum)开展系统研究，以期阐明微藻阻滞Cd迁移和增强作物Cd胁迫抗性的效果及作用机制。供试作物为冬小麦品种晋麦182(JM182)和春小麦品种津春6号(JC6)。水培试验设置2个剂量的Cd胁迫即50 mg·L-1(Cd50)和100 mg·L-1(Cd100)。制备2种剂量的莱茵衣藻活细胞制剂即藻液D680为1.0 (A1.0)和D680为2.0 (A2.0)。测定小麦幼苗生长、生理响应、Cd吸收、转运和积累，以及重金属转运相关基因转录表达等参数。结果表明，Cd胁迫严重抑制小麦幼苗生长。施用莱茵衣藻活细胞制剂可显著增加小麦幼苗光合色素含量和激活抗氧化酶系统活性，显著减轻Cd胁迫对小麦幼苗的伤害。此外，莱茵衣藻活细胞制剂A1.0和A2.0处理均能下调小麦幼苗重金属吸收和转运相关基因(TaHMA2、TaHMA3、TaNramp1和TaLCT1)的转录表达。小麦幼苗Cd含量测定显示，Cd50和Cd100胁迫分别导致JC6春小麦幼苗Cd富集量达185.01 mg·kg-1和342.11 mg·kg-1，Cd在JM182冬小麦幼苗积累量达176.76 mg·kg-1和317.65 mg·kg-1。显然，与JM182品种相比，JC6小麦品种易于吸收和富集Cd。重要的是，微藻活细胞制剂处理则显著减少2个品种小麦幼苗Cd积累量。与Cd50处理的JC6品种小麦幼苗相比，A2.0处理的JC6品种小麦幼苗根部和茎叶部的Cd积累量分别下降了76.80%和66.91%，且Cd从根部向茎叶部转移率减低了27.58%。结果显示，莱茵衣藻活细胞制剂通过调控重金属吸收和转运相关基因的表达，显著减少小麦幼苗对Cd的吸收和从根部向茎叶器官的转运与积累。莱茵衣藻活细胞制剂亦可通过激活抗氧化系统及增强光合作用等，有效缓解Cd对小麦幼苗的伤害，进而促进小麦生长发育。研究发现可为微藻活细胞制剂用作生物肥或生物刺激剂以阻滞重金属污染物的迁移和增强植物对重金属的抗逆性提供了科学依据和新策略。

关键词：镉(Cd)胁迫小麦幼苗微藻活细胞制剂抗氧化系统光合作用重金属吸收和积累

冠菌素诱导橡胶树次生乳管分化的形成层细胞CUT&Tag文库构建和初步分析

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热带作物学报 2024年

作者：张世鑫葛立鑫吴绍华晁金泉杨署光史敏晶田维敏中国科学院西双版纳热带植物园西藏农牧学院中国热带农业科学院橡胶研究所/热带作物生物育种全国重点实验室/农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/海南省热带作物栽培生理学重点实验室

CUT&Tag技术是一种研究蛋白质-DNA互作的新方法，使用超高活性的新型pG-Tn5 转座酶，在抗体引导下精准靶向切割目的蛋白附近的DNA序列，从而进行cDNA建库和测序分析的技术。此技术在人类和动物研究中应用广泛，由于植物细胞结构特殊，... 详细信息

CUT&Tag技术是一种研究蛋白质-DNA互作的新方法，使用超高活性的新型pG-Tn5 转座酶，在抗体引导下精准靶向切割目的蛋白附近的DNA序列，从而进行cDNA建库和测序分析的技术。此技术在人类和动物研究中应用广泛，由于植物细胞结构特殊，该技术在植物研究中应用较少。前期研究中，我们发现组蛋白乙酰化修饰能够参与茉莉酸诱导橡胶树次生乳管分化的调控，但是组蛋白乙酰化修饰调控橡胶树次生乳管分化的分子机制尚未阐明。本文利用冠菌素(COR)诱导橡胶树萌条维管形成层分化次生乳管的实验系统，通过酶解法获取了高质量的形成层区细胞原生质体，使用组蛋白H3乙酰化修饰抗体对次生乳管分化过程中发生组蛋白乙酰化修饰的区域进行原位识别，采用CUT&Tag技术成功构建了COR处理橡胶树树皮形成层细胞的cDNA文库。对构建cDNA文库进行质检和测序分析，发现文库质量较好，并通过差异基因的GO和KEGG富集分析，发现生长素、类黄酮代谢和蛋白质泛素化等相关基因得到富集。研究成果，为使用CUT&Tag技术构建植物组织的cDNA文库提供了操作方法，为解析组蛋白乙酰化修饰调控橡胶树次生乳管分化的分子机制提供理论基础。

关键词：巴西橡胶树次生乳管分化维管形成层原生质体组蛋白乙酰化 CUT&Tag

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植物适应土壤逆境的分子机制研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1329-1338页

作者：施卫明郑绍建金崇伟王萌丁忠杰李光杰中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展全国重点实验室江苏南京210008 浙江大学生命科学学院/植物抗逆高效全国重点实验室浙江杭州310058 山东省农业科学院农业资源与环境研究所/养分资源高效利用全国重点实验室山东济南250100

土壤逆境泛指对植物生长和生存不利的各种土壤环境因素,如盐碱、酸性、淹水涝害等。植物在长期的进化过程中,对不同土壤逆境会产生一定的适应能力,了解植物对土壤逆境的生理反应和耐性分子机理,对发掘植物生长潜力,提高农业生产效率十... 详细信息

土壤逆境泛指对植物生长和生存不利的各种土壤环境因素,如盐碱、酸性、淹水涝害等。植物在长期的进化过程中,对不同土壤逆境会产生一定的适应能力,了解植物对土壤逆境的生理反应和耐性分子机理,对发掘植物生长潜力,提高农业生产效率十分重要。我国植物营养生物学科研人员经过30多年的努力,在植物适应土壤逆境的分子机制研究领域,取得了一批国际领先的研究成果,本文就近年来取得的部分土壤逆境的适应机制的进展(铝毒害、铁毒害和盐碱胁迫)进行简要评述。如以STOP1为核心的植物抗铝调控机制;ALR1作为一个铝离子受体调控植物的抗铝性;根际铁在调控铵态氮耐性和氮素利用效率的分子机制;提升小麦耐盐性且不会影响穗发育的TaSPL6-D基因等。

关键词：土壤逆境铝毒铁毒盐碱适应机制

细胞色素P450在植物倍半萜类化合物生物合成中的作用研究进展

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药学学报 2024年第2期59卷 313-321页

作者：高世玺戎梅彭俊祥徐艳红魏建和中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所中草药物质基础与资源利用教育部重点实验室濒危药材繁育国家工程实验室北京100193 中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所海南分所海南省南药资源保护与开发重点实验室国家中医药管理局沉香可持续利用重点研究室海南海口570311

倍半萜类化合物是基本骨架含15个碳原子的天然萜类化合物,主要存在于植物挥发油中,具有重要的生理作用和药用价值。细胞色素P450(cytochrome P450,CYP450)是一类超基因家族编码的单加氧酶,是植物中最大的基因家族之一,参与萜类、生物碱... 详细信息

倍半萜类化合物是基本骨架含15个碳原子的天然萜类化合物,主要存在于植物挥发油中,具有重要的生理作用和药用价值。细胞色素P450(cytochrome P450,CYP450)是一类超基因家族编码的单加氧酶,是植物中最大的基因家族之一,参与萜类、生物碱等多种次生代谢产物的合成与代谢。在萜类生物合成过程中,CYP450酶通过引入羟基、羧基、羰基等官能团参与萜类化合物的后修饰阶段,为丰富萜类化合物多样性起到了重要作用。参与倍半萜合成的CYP450酶及底物催化特异性机制已有一些研究,本文简要介绍了植物倍半萜类化合物的生物合成途径、P450酶的结构和分类,对参与倍半萜生物合成的CYP450酶进行了总结,以期为更深入探究CYP450酶在合成倍半萜类化合物中的作用提供参考。

关键词：倍半萜细胞色素P450 生物合成调控次生代谢产物药用植物

植物SWEET家族糖转运蛋白及其上游调控因子

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植物生理学报 2024年第4期60卷 597-605页

作者：王洁吴叶蝶杨亚军王新超王璐中国农业科学院茶叶研究所国家茶树改良中心农业农村部特种经济动植物生物学与遗传育种重点实验室杭州310008

SWEET (sugars will eventually be exported transporter)是植物中一类重要的糖转运蛋白,通过调控蔗糖、果糖、葡萄糖、半乳糖等糖类物质的跨膜运输,介导植物根、茎、叶、花、果实、种子等器官中糖类物质的转运、积累和贮存,以参与植... 详细信息

SWEET (sugars will eventually be exported transporter)是植物中一类重要的糖转运蛋白,通过调控蔗糖、果糖、葡萄糖、半乳糖等糖类物质的跨膜运输,介导植物根、茎、叶、花、果实、种子等器官中糖类物质的转运、积累和贮存,以参与植物各组织的生长发育和逆境胁迫的响应等生理过程。近年来,随着植物中SWEET蛋白功能的明晰,其上游调控机制的研究逐渐增加,其参与的调控网络也被逐步解析。本文总结了植物中SWEET蛋白的主要功能和近几年来其上游调控因子的研究进展,并对SWEET基因家族的研究提出了展望,旨在为进一步揭示SWEET糖转运蛋白的作用机制及其参与的分子调控网络提供参考。

关键词：糖转运蛋白转录因子上游调控机制 SWEET基因

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玉米花序发育基因AFP1的定位及功能研究

作物学报 2024年第3期50卷 603-612页

作者：薛明汪晨晨姜露光刘浩张路遥陈赛华江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室扬州大学农学院江苏扬州225009 作物杂种优势与利用教育部重点实验室/国家玉米改良中心/中国农业大学农学院与生物技术学院北京100193

玉米花序的正常发育是玉米产量的根本保证。鉴定和挖掘调控花序模式建成的基因和代谢通路将有助于揭示花序发育的分子机制,为提高玉米产量提供理论指导。本研究从Mo17背景的EMS突变体库中筛选到一个玉米花序发育模式改变的材料,命名为al... 详细信息

玉米花序的正常发育是玉米产量的根本保证。鉴定和挖掘调控花序模式建成的基因和代谢通路将有助于揭示花序发育的分子机制,为提高玉米产量提供理论指导。本研究从Mo17背景的EMS突变体库中筛选到一个玉米花序发育模式改变的材料,命名为altered flower pattern 1(afp1)。表型鉴定结果发现,afp1雌穗产生一系列侧生分枝、且无花丝形成;雄穗上侧生小穗数量显著增多。遗传学分析表明,afp1性状受一对隐性核基因控制。利用afp1与B73构建的F2分离群体进行连锁分析,该基因被定位在第7号染色体分子标记M150~M176之间。利用该区间内新开发的14对多态性标记进行精细定位,afp1被限定在分子标记M1722和M1725间约300 kb的范围内,其间包含一个已知调控玉米花序发育基因BD1(Branched silkless1)。通过测序发现,afp1的BD1发生一处C-T的变异,引起BD1蛋白的第67位精氨酸(R)变为色氨酸(W),该突变位于保守的功能域ERF/AP2上。对发育早期的野生型与afp1雌穗进行RNA-seq分析后发现,afp1相比野生型存在274个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中56.20%基因表达下调,43.80%基因表达上调。通过KEGG分析发现,差异表达基因富集到多种代谢通路,其中富集到植物激素信号转导途径中的83.30%基因表达量都显著下调,说明afp1可能通过影响激素信号从而改变花序发育模式。

关键词：玉米花序发育 BD1 激素信号转导