钙调素结合转录因子CAMTA(calmodulin-binding transcription activators)是一种广泛存在于植物体中并且可以与钙调素(calmodulin,CaM)结合的转录因子家族,因其对多种信号有响应所以又叫SR(signal-responsive genes)。该家族在植物生长发育及对逆境的响应中发挥着重要作用。就CAMTA/SR的发现、结构及在生长发育和逆境下的作用进行总结,以期为今后CAMTA/SR的研究提供参考。
光敏色素互作因子(Phytochrome-interacting factor,PIF)属于碱性螺旋—环—螺旋(Basic Helix-Loop-Helix,bHLH)类转录因子,参与植物多个生物进程,作为胞内信号调节“枢纽”,不但参与调控植物的生长发育,且在植物抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。本文中主要阐述PIF集成复杂的网络调控植物对低温、高温、荫蔽、干旱等非生物胁迫的应答反应,以及PIF通过植物激素信号途径介导植物对病虫害等生物胁迫的防御机制,为研究PIF在逆境胁迫中的作用,提高作物抗性和品质等提供参考。
谷胱甘肽(GSH)是广泛存在于植物体内的一种重要的抗氧化物质,可以清除细胞代谢中产生的多余活性氧自由基,从而减少膜脂过氧化对细胞造成的伤害。谷胱甘肽二硫化物(GSSG)是GSH的氧化形式。近年来研究发现谷胱甘肽氧化还原对(GSH/GSSG)作为信号分子在植物应对逆境胁迫中起重要作用。本文综述了近年来GSH,尤其是 GSH/GSSG的作用,为后续通过调控GSH/GSSG调节植物抗性提供参考。
胼胝质是一种β-1,3-葡萄糖聚合物,植物在生长发育和受到生物、非生物胁迫过程中均会有胼胝质沉积。胼胝质合成酶又称β-1,3-葡聚糖合成酶类似物,通常以多亚基复合物形式控制胼胝质的合成。本文中对胼胝质合成酶的分离鉴定过程进行了梳理,对胼胝质合成酶复合物的亚基及其作用进行了描述,重点总结了转录因子、植物生长调节剂等对胼胝质合成酶基因表达的调控作用,并对胼胝质合成酶在花粉发育和韧皮部运输过程中的作用,对机械损伤、磷酸盐、金属离子等非生物胁迫,以及虫害、细菌和真菌等生物胁迫的应答反应进行了归纳;最后对胼胝质合成酶的研究方向提出展望,以期为解析胼胝质合成酶的调控机制提供参考,也为植物(特别是园艺植物)抗性基因的挖掘提供借鉴。
糖转运蛋白在园艺作物生长发育、果实内糖积累以及响应逆境胁迫等方面发挥重要作用,其表达受多种因素的调节。单糖转运蛋白、蔗糖转运蛋白和SWEET(bidirectional sugar transporter,SWEET)是植物中已发现的三大类转运蛋白。就这3种转运蛋白运输活性与底物特异性、组织/器官和细胞定位进行了讨论和比较;重点介绍了园艺作物中糖转运蛋白功能和调控的最新研究进展;进一步分析糖信号、生物胁迫和非生物胁迫等对糖转运蛋白表达的调控。
叶绿体蛋白是植物进行光合作用所必不可缺的物质。参与光合作用的大部分叶绿体蛋白在细胞质中合成,经过TOC-TIC复合体转运至叶绿体中行使其功能。本文中对参与叶绿体蛋白转运的TOC-TIC复合体、转运肽和分子伴侣蛋白的特征、作用及蛋白转运途径进行了总结,并对近年来关于叶绿体蛋白转运研究的新发现进行了介绍和评述。
植物表皮毛是由表皮细胞发育而来的特殊结构附属物,以不同的形态广泛存在于植物中,在植物防御生物和非生物胁迫中产生作用,其分泌物具有不可忽视的价值。基于此,调控表皮毛发育的基因从各种植物中得以克隆并进行了功能验证,特别是关于模式植物拟南芥表皮毛发育的相关基因,多为各种转录因子。结合多种植物表皮毛的发育特征,重点综述了表皮毛的生物学功能以及表皮毛发育相关的因素与调控基因。
碱基编辑技术是以CRISPR/Cas系统为基础开发的一种能够对基因组进行定点精准编辑的新技术,包括胞嘧啶碱基编辑系统(cytosine base editor,CBE),腺嘌呤碱基编辑系统(adenine base editor,ABE)以及引导编辑系统(prime editing,PE)。胞嘧啶碱基编辑系统可以将基因组靶位点处的C/G转换为T/A,腺嘌呤碱基编辑系统可以将靶位点处的A/T转变为G/C,而引导编辑系统则可以实现所有12种类型(C-T、G-A、A-G、T-C、C-A、C-G、G-C、G-T、A-C、A-T、T-A、T-G)碱基的任意替换以及碱基的插入和删除。本文中系统介绍了这3种碱基编辑系统的原理、开发过程、各自的优缺点以及在作物遗传改良中的应用和发展,并展望了碱基编辑技术在农作物育种中的应用前景。
全基因组测序可以获得物种的基因组序列信息,对于探索物种起源和进化过程及基因的开发利用等研究至关重要。本文中综述了7种重要果树(苹果、柑橘、葡萄、梨、草莓、香蕉和桃)的全基因组测序研究进展,探讨果树全基因组测序目前存在的问题,并对未来果树全基因组测序、DNA测序技术的选择、测序后的研究方向、测序数据的开放性等问题进行讨论。
受益于地方名特优品种资源利用、新品种选育以及国外优良品种引进等各方面工作的有力支撑,中国果树产业发展迅速,目前栽培面积和产量均保持世界第一。本文回顾了过去70年中国果树种质资源考察收集、鉴定评价、安全保存、共享利用,育种技术创新、新品种选育等方面的主要成就,并针对存在的主要问题提出了果树种质资源与遗传育种发展的建议。
苹果、梨等果树均具有典型的配子体型自交不亲和性,该性状是由单一位点(S-locus)上的分别控制花柱和花粉特异性的复等位基因(S-allele)所决定的。其中,控制花柱自交不亲和性的决定因子被确定为S-RNase,而花粉决定因子则可能是由SLF(S-locus F-box)/SFB(S-haplotype-specific F-box)控制。以蔷薇科果树和芸香科果树为例,从自交不亲和反应雌、雄决定子的发现、自交亲和突变机制研究、S-RNase介导的花粉管信号转导,以及自交亲和种质在果树育种中的应用等方面综述果树自交不亲和机制研究进展,以期为后续自交不亲和性研究提供一定参考。
草莓(Fragaria ananassa Duch.)根系分泌物和腐解物的化感作用可导致草莓生长发育不良、果实产量与品质下降、土壤微生态环境失衡和根部病害加重等,是导致草莓连作障碍发生的重要原因之一。对草莓根系分泌物和腐解物中化感物质种类、提取检测方法、化感作用机制及其缓解措施等的研究进展进行综述,探讨了目前研究中存在的不足及未来方向,以期为连作障碍综合防控技术体系的创制提供理论参考。
柑橘染色体倍性操作技术研究与应用取得了较大进展:1. 三倍体、四倍体报道较多,已有三倍体、四倍体新品种发布;2. 部分四倍体作为砧木在控制树形、抗病、抗逆等方面有较好的表现;3. 单倍体、双单倍体用于柑橘基因组研究获得重大进展。但柑橘倍性操作仍面临一些难点:1. 童期长和珠心胚干扰影响多倍体新品种培育进度;2. 单倍体和双单倍体获得依然较难;3. 部分优质材料的育性低,以其多倍体为亲本的杂交育种受到限制。针对童期较长的问题,有必要应用缩短童期技术,或利用短童期资源对童期长的材料进行改良。针对珠心胚干扰的影响,应开发更多的单胚性四倍体材料,还可结合胚抢救、分子标记鉴定等方法提高多胚性四倍体为亲本创制三倍体的效率。关于将来柑橘倍性操作与育种研究的建议:1. 提高2n配子的产生频率,以开发更多的多倍体类型,尤其是单胚性品种多倍体创制;2. 发挥多倍体作为砧木的优势,促进砧木育种发展;3. 继续诱导和利用柑橘单倍体、双单倍体,以利于柑橘基因组、功能基因研究和育种;4. 以异源多倍体创制技术为基础,结合染色体操作技术培育仅带少量近缘物种基因组成分且具有目标性状的新种质。
单性结实是柑橘无核的重要原因。对柑橘属种质资源单性结实能力、激素调控柑橘单性结实果实发育机理、无核基因及基因工程无核育种进展予以综述,同时总结了其他园艺植物单性结实最新研究技术,以期为单性结实研究提供参考。
从柑橘果皮的生物活性物质和果皮相关重要园艺性状两方面综述了近年来的研究进展,并提出了未来的发展趋势。柑橘果皮富含果胶、精油、类黄酮、类柠檬苦素、类胡萝卜素和香豆素等多种生物活性物质,具有独特的营养价值,有维护健康和防治疾病之功效,是生产和开发功能性食品、保健品及药物的重要原料。柑橘果皮相关的园艺性状决定了果实的外观,对果实的商品性有重要影响。随着对柑橘CCD4b和Ruby等调控果皮颜色的关键基因作用机理的深入研究,逐步明确了柑橘果皮红色和紫红色的遗传调控机制。柑橘果皮的光滑度、厚度、硬度与剥皮性亦是不可忽视的园艺性状,这直接影响果实的外观、耐贮运性和食用方便性,且与粗皮大果和浮皮等生理性病害密切相关,目前这些性状的分子生理和遗传调控机制研究报道较少。随着人们对柑橘营养以及品质要求的全方面提升,需要加强对柑橘果皮生物活性物质代谢以及果皮相关园艺性状的分子调控机制的研究。
‘秋实’是从‘富平楸子’的实生后代中选出的苹果授粉专用新品种。早花性好,花量大,单花花药数为20,单花出粉量152 800个,花粉萌发率91.6%。与‘富士’的花期重合度高,为‘富士’品种授粉,坐果率达92.37%,并提高了果实品质。适应性广、抗逆性强,较抗早期落叶病、白粉病和腐烂病。
‘中农早珍珠’是从‘秋红珠’的实生后代中选育出的早熟油桃新品种。初花期早,花朵蔷薇形,花瓣大于5个、粉色,可供观赏。果实圆形,果个小,平均单果质量72.9 g,果皮底色及果肉均为淡绿色,果面洁净,外观艳丽,3/4以上着鲜红色。风味甜,可溶性固形物含量14.1%,可滴定酸含量0.54%,维生素C含量56 μg·g-1。耐贮运,在山东省日照市莒县露地栽培成熟期为6月下旬,产量保持在27.5 t·hm-2。
大白菜新品种‘绿笋70’是利用雄性不育系配置而成的高品质中早熟杂交一代新品种。株形直立,适宜密植。叶球拧抱,炮弹形。球高39.0 cm,球径12.4 cm,净球质量1.3 kg,生长期70 d左右,净菜产量约60 t·hm-2,质地甘脆,品质优,抗病毒病和霜霉病。适应性强,可在河北、天津、甘肃、宁夏、云南、广西等地区推广。
‘粮源辣2号’是以‘内黄新一代’为母本,以‘三樱辣椒王’为父本,杂交后从F1代中选择优良单株,再通过多代自交选育出的加工型常规品种。椒果簇生朝天,青熟果深绿色,红熟果深红色,平均果长7.2 cm,横径1.3 cm,单果鲜质量3.6 g;皮薄,辣度极高,辣椒素含量0.31%,维生素C含量1.55 mg·g-1,干物质含量22.6%;中早熟,田间表现为高抗CMV和TMV,高抗疫病、炭疽病,中抗日灼病。干椒产量在5 398.5 kg·hm-2以上,适宜在河南地区春夏季温床育苗移栽或春季大田直播。
‘脆螺2号’为早熟辣椒杂交一代新品种。果实线形,肩部皱褶明显,椒条略拧,果长26 ~ 30 cm,肩宽1.8 ~ 2.0 cm。果肉厚0.2 cm,平均单果质量35 g,皮薄,肉脆,味辣。产量38 565 kg·hm-2。适合在浙江、安徽地区保护地及露地种植。
辣椒新品种‘实丰801’是以自交系PE12-206为母本,以自交系PE13-27为父本配制的杂交一代线椒新品种。果实长线形,顺直,果形一致性好;光泽度强,青果深绿色,老熟果红色,辣味强。全生育期140 d,春季露地定植至始收62 d,属中熟品种。产量可达60 185 kg·hm-2。田间调查结果显示,中抗CMV、TMV、炭疽病和疫病,抗逆性强,耐寒性好,夏季较抗高温高湿,适宜采收鲜椒上市。适于南菜北运基地露地早熟栽培,也可在山东地区春秋保护地栽培。