最新研究发现, 茄科植物中的番茄组与类马铃薯组的祖先物种, 通过一次古老的同倍杂交物种形成事件, 产生了具有“马铃薯/土豆”这一创新性状的马铃薯组祖先物种。这一杂交事件不仅带来了关键创新性状, 还触发了新生态位的开拓, 并最终导致马铃薯组物种的爆发式产生。该研究连同近年来的相关案例, 共同揭示了“交替继承双亲高分化等位基因以产生创新性状”这一同倍杂交物种形成分子机制的普适性。这些发现对于修订传统的二分枝物种形成模型以及推动生物人工育种范式的革新具有重要意义。

14-3-3蛋白广泛参与植物生长发育、代谢和非生物逆境信号转导过程。本研究克隆了小麦(Triticum aestivum) 14-3-3蛋白TaGRF3-D基因, TaGRF3-D基因编码261氨基酸残基的蛋白, 在单子叶植物中高度保守, 与乌拉尔图小麦(Triticum urartu)的TuGF14d和大麦(Hordeum vulgare)的HvGF14a氨基酸序列完全相同; TaGRF3-D启动子区含有脱落酸等激素响应元件和多个非生物胁迫响应元件。亚细胞定位结果显示, TaGRF3-D蛋白主要定位于细胞膜与细胞核。通过转化获得TaGRF3-D基因过表达拟南芥(Arabidopsis thaliana)转基因株系, 对转基因株系ABA敏感性及干旱胁迫耐受性分析发现, TaGRF3-D过表达拟南芥在PEG和ABA处理下根长显著大于野生型, 干旱胁迫后存活率显著高于野生型。进一步利用酵母双杂交试验(yeast two-hybrid, Y2H)对TaGRF3-D蛋白与小麦AREBs/ABFs (ABA-responsive element binding proteins/ABA-responsive element binding factors)蛋白进行互作分析, 结果表明, TaGRF3-D蛋白与TaABF3-B、TaABF4-A、TaABF15-D、TaABF16-B、TaABF17-D和 TaABF18-B存在相互作用; 而与TaABF1-D、TaABF2-A和 TabABF19-A 不互作。以上研究结果表明, TaABF3-D可能通过与TaABFs蛋白互作响应ABA信号, 从而提高转基因植株干旱胁迫的耐受性。本研究为小麦TaGRF3-D基因逆境胁迫响应功能研究奠定了基础。

该研究旨在建立万寿菊(Tagetes erecta)花冠高效瞬时转化体系并探究调控花器官对称性形成关键基因TeCYC2c启动子活性。以CaMV35S启动子与GUS基因的融合表达载体瞬时转化万寿菊花冠, 探究菌株类型、菌液浓度、侵染时间和共培养时间对GUS基因瞬时转化效率的影响, 结果显示GV3101菌株的侵染效率最高; 菌液浓度OD₆₀₀为1.0转化效率最高; 侵染时间对瞬转效率无显著影响; 共培养1天为最佳培养时间。基于建立的万寿菊花冠瞬时转化体系, 对TeCYC2c基因启动子活性进行探究。克隆了TeCYC2c基因上游1 735 bp序列, 并通过PlantCARE预测的元件分布位置及数量构建了4个启动子缺失表达载体, 以GUS基因为报告基因瞬时转化万寿菊花冠进行不同长度启动子活性研究。结果显示, 启动子核心区域位于ATG上游–650– –1 bp, 推测该区域内的光响应元件正调控下游基因表达, 而pTeCYC2c (–1735)和pTeCYC2c (–140 6)所特有的植物激素响应元件和逆境响应元件可能具有抑制启动子驱动下游基因表达的功能。通过结合万寿菊花冠瞬时转化体系的建立和TeCYC2c启动子的活性分析, 为进一步快速解析花发育相关基因的功能奠定了技术基础。

黄缨菊(Xanthopappus subacaulis C. Winkl.)是菊科(Asteraceae)、黄缨菊属(Xanthopappus)的一种多年生高原特有单属种药用植物, 具有重要的经济、生态和药用价值。为了确定适合黄缨菊全基因组测序的技术策略, 本研究利用流式细胞术和Survey分析评估黄缨菊基因组大小、杂合率、重复序列比例、GC含量和LTR-REs等信息。结果表明: (1) 以长裂太行菊和番茄为参考物种, 流式细胞术预估黄缨菊为二倍体, 基因组大小分别为1.94 G和1.75 G, DNA-C值为0.99 pg; (2) 高通量测序得到约106.6 G下机数据, 经质控后Clean reads的Q20均大于97.1%, Q30均高于90.8%, AT和GC碱基含量无明显分离, GC含量为38.5%, 测序质量良好; (3) K-mer分析显示黄缨菊基因组大小为2,198.50 Mb, 杂合度为0.69%, 重复序列占比为80.15%, 属于微杂合、高重复序列的复杂基因组; (4) LTR-REs鉴定表明Copia家族数量最多, 占全基因组的30.72%, Gypsy家族和Unknown分别占全基因组的33.66%和16.54%, 插入时间始于约3 Mya, 在1 Mya内产生大量扩增。因此, 本研究认为LTR的大量插入是导致黄缨菊基因组复杂化的重要原因之一, 全基因组de novo测序建议采用二代与三代混合测序组装策略, 这为黄缨菊高质量基因组遗传图谱构建和关键功能基因挖掘提供了重要参考数据。

分蘖高于主茎是困扰高粱(Sorghum bicolor)品种整齐度和机械化生产的重要因素之一, 内源激素及其互作效应在植物株高建成过程中起着关键的调控作用。为探索内源激素对高粱主茎和分蘖株高差异的影响, 利用主茎和分蘖高度一致的高粱品系K35-Y5和分蘖高于主茎的高粱品系1383为材料测定了4个时期主茎孕穗期、分蘖孕穗期、主茎开花期和分蘖开花期主茎与分蘖的株高性状和内源激素含量分析二者的变化特征及其相关性。不同时期主茎与分蘖株高差异变化分析发现, GA3在主茎和分蘖中的变化趋势与株高基本一致; ABA在K35-Y5主茎和分蘖间趋势基本一致, 在1383主茎开花期时分蘖明显高于主茎。IAA、ICA、tZR、IPA、Dx和JA含量随生育时期总体呈下降趋势; ACC、SA、JA和H2JA无明显变化规律。相关性分析得出, 在分蘖孕穗期、主茎开花期和分蘖开花期, 分蘖和主茎的株高差异与GA3相对含量为显著正相关; 且在主茎开花期和分蘖开花期, 分蘖和主茎的株高差异与GA3/ABA相对比值为显著正相关。综上所述, 在分蘖孕穗期、主茎开花期和分蘖开花期, GA3相对含量与主茎和分蘖株高差异密切相关。通过GA3处理和石蜡切片, 我们发现外施GA3影响细胞伸长来实现对株高整齐一致株型的改良, 将为选育适宜机械化生产高粱品种具有重要意义。

根内皮层分化的质外体屏障在植物抗逆和养分吸收均起到重要作用, 其中木栓层发育成为近年研究的热点。本研究以烟草栽培品种中烟100为材料, 通过0.1–4.0 mmol∙L^–1钾浓度梯度水培实验, 探讨供钾水平对根内皮层木栓化发育的影响及其生理分子机制。结果表明，低钾胁迫(0.1 mmol∙L^–1)显著增强内皮层木栓化: 完全木栓化区域绝对长度由对照的0–2 cm延伸至4–6 cm, 相对占比从0–15.0%提升至33.2–44.3%, 表明木栓化是烟草响应低钾胁迫的关键形态适应机制之一。表型分析显示, 低钾胁迫下植株根系伸长但生物量下降, 地上部与根系钾离子含量及积累量分别减少, 木质部汁液流量及钾离子浓度运输效率降低。内源激素含量检测发现, 低钾胁迫提高根系内源脱落酸含量, 并抑制乙烯和茉莉酸甲酯含量, 形成特异性激素调控网络。转录组数据进一步佐证木栓化发育的分子基础, 木栓质合成与转运相关基因(如CYP86、GPAT、ABCG)及其上游正调控因子MYB36/41/92/93显著上调。因此, 本研究首次阐明烟草低钾胁迫通过ABA介导的激素信号, 调控木栓化发育程序, 为解析作物钾胁迫适应机制提供了全新视角。

阐明谷子(Setaria italica var. germanica)杂种优势的生理机制是提高谷子杂交种产量的重要基础。于2023–2024年, 以3个高产谷子杂交种长杂谷466、长杂谷2922和长杂谷333及其亲本为供试材料, 测定杂交种及其亲本的产量性状及生理指标, 对杂交种的产量优势及其影响因子进行系统分析, 初步解析了杂种优势的生理机制。结果表明, 在整个生育期内, 3个杂交种的叶绿素含量均高于双亲, 其中长杂谷466在拔节期的叶绿素含量最高, 达13.86 mg∙g–1 FW。在苗期和拔节期, 3个杂交种的根系活力均显著高于双亲, 其中长杂谷466在苗期的根系活力值最高, 为1.76 mg∙g–1∙h–1, 为其父母本的7.8倍和5.5倍; 长杂谷2922在苗期的根系活力较父母本分别高0.38和0.66 mg∙g–1∙h–1; 而长杂谷333在拔节期优势更为显著, 较父母本分别高0.31 和0.62 mg∙g–1∙h–1。在产量形成性状方面, 与双亲相比, 杂交种的灌浆速率和颖花数均显著提高, 长杂谷466在花后19天灌浆速率达最大值, 为1.58 g∙d–1 per panicle; 长杂谷466和长杂谷333颖花数极显著高于其亲本, 长杂谷2922颖花数显著增加。此外, 杂交种根系的氮素积累量和氮素转运效率也表现出一定的优势, 其中长杂谷2922根系氮素积累优势最强且氮素转运效率(近56%)最高, 显著高于其父本M22。综上表明, 长杂谷系列杂交种通过提高光合能力、养分吸收利用能力、籽粒灌浆速率和颖花数实现产量增加。

为加强野生蕨类植物的保护和开发, 优化星蕨(Microsorum punctatum)孢子萌发方法及条件, 比较分析不同因素对原叶体增殖、孢子体诱导, 绿色球状小体(GGBs)诱导及其发育为幼孢子体的影响, 建立人工高效快速繁育技术体系。以成熟孢子为材料, 以MS、1/2 MS、1/3 MS和1/4 MS为基本培养基在无菌条件下进行萌发; 通过进行L₉(3⁴)正交试验, 研究无机盐浓度、植物生长调节剂及其质量浓度对原叶体发生和增殖的影响。当原叶体增殖到一定数量时, 以MS、1/2 MS、1/3 MS和1/4 MS为基本培养基筛选出适宜诱导孢子体的培养基; 随后, 以幼孢子体为材料诱导GGBs发育为新的幼孢子体并进行炼苗移栽。适宜孢子萌发的培养基为1/2 MS, 原叶体在MS+ 0.3 mg·L^–1 6-BA + 1.5 mg·L^–1 NAA中大量增殖, 60天后增殖系数约为9.6; 将原叶体切割后接入1/4 MS培养基中, 加无菌水培养90天后幼孢子体发生系数约为10.0; 幼孢子体在1/2 MS+1.5 mg·L^–1 6-BA + 0.1 mg·L^–1 NAA中可诱导出绿色球状小体GGBs, 诱导率达93.3%, GGBs在此培养基中增殖系数可达32.0; 1/2 MS培养基对GGBs的分化成苗率较高, 最高分化成苗率约为92%; 试管苗经炼苗后移栽成活率在90%以上。该研究分别建立了原叶体-受精-孢子体和幼孢子体-GGBs-幼孢子体2个体系, 尤其是GGBs的产生, 极大缩短了植株的再生周期, 从而创建星蕨完整的人工快繁技术体系。 研究结果可为保护星蕨野生资源、优质种苗繁育提供技术支撑, 也可为其它蕨类植物的人工繁育提供参考。

以文冠果(Xanthoceras sorbifolium Bunge)种仁为实验材料, 筛选出诱导不定芽的最佳培养基及探究外植体褐化的影响因素。结果表明: 种仁消毒的最佳方法为使用75%乙醇消毒30秒, 0.1%的有效氯消毒10分钟, 污染率为29.33%, 死亡率为12%。不定芽诱导的最佳培养基配方为MS+2.5 mg·L-1 6-BA+1.0 mg·L-1 NAA+30 g·L-1 蔗糖+6.8 g·L-1琼脂+0.1 g·L-1 肌醇, 诱导率为72.22%; 不同细胞分裂素类植物生长调节剂中, 培养基添加6-BA时, 外植体死亡率最低, 为12.50%, 诱导率最高, 为73.61%。光照强度为1300lx和温度为26℃最佳培养条件, 诱导率最高, 为72.22%。7月1日-7月8日的种子种仁饱满坚实, 种皮白色, 易剥离, 为抑制文冠果组培褐化的最佳培养材料, 不定芽诱导率最高, 为97.22%。

为构建大花三色堇(Viola × wittrochiana)植株再生体系, 以大花三色堇(Viola × wittrochiana) 8个品种的叶片和叶柄为实验材料, 筛选并确定了再生率高的品种和部位, 并以PXP的叶柄为外植体, 进行再生体系的优化。结果表明, PXP是用于再生体系建立的最佳品种, 其叶柄是最佳外植体, 诱导愈伤组织的最佳培养基为1/2MS (不含糖)+30 g∙L–1 蔗糖+1.5 mg∙L–1 2,4-D+1.5 mg∙L–1 KT, 不定芽诱导的最优培养基为1/2MS (不含糖)+30 g∙L–1 海藻糖+0.05 mg∙L–1 2,4-D+3 mg∙L–1 6-BA, 再生苗经多次诱导分化, 再生率可达67.33%±3.06%。不定芽增殖的最优培养基为MS (不含糖)+30 g∙L–1 海藻糖+0.5 mg∙L–1 2,4-D+1 mg∙L–1 6-BA, 增殖系数为3.29±0.22。再生苗在生根培养基1/2MS (不含糖)+30 g∙L–1 海藻糖+0.1 mg∙L–1 NAA上培养2周后开始生根, 生根率为84.44%±6.93%。该研究建立了分化率较高的大花三色堇再生体系, 解决了大花三色堇不定芽分化困难的难题, 为其育种改良和优良品种快繁提供了技术支持。

活性氧(Reactive oxygen species, ROS)在植物种子休眠释放和萌发中起着重要的调控作用。低水平的ROS能够促进种子萌发, 而过高水平的ROS对种子却极其有害。穗发芽(Pre-harvest sprouting, PHS)是作物的⼀种重要性状, 会严重影响作物产量和品质。穗发芽与种子休眠紧密相关, 为同一性状的两种极端表现。因此, 研究ROS在种子休眠和萌发中的双重作用可为揭示穗发芽内在分子机制开辟新视角。本文总结了种子萌发时ROS的产生部位和途径, 重点介绍了ROS与生物大分子、植物激素和其他小分⼦互作参与植物种子萌发以及萌发过程中ROS参与的信号通路途径, 以期为ROS在作物穗发芽过程中的作用机制研究提供理论基础。

植物卷须是一种特化的攀缘器官, 在植物的生存与环境适应中起着关键作用。通过提供结构支撑、增强光能捕获能力以及降低地面资源竞争, 卷须显著提升了植物的生态适应性。本文系统综述了植物中卷须的生物学特性和发育的分子机制。卷须由花序、叶片和枝茎等器官衍生而来, 由TCP、HD-ZIP和MADS-box等基因家族调控, 并受到生长素、赤霉素、细胞分裂素和茉莉酸等植物激素的影响。卷须在功能、形态及分子机制上表现出趋同进化现象, 并呈现独立演化的特征, 这反映了植物对生存环境的适应策略。未来的卷须形成与调控机制研究应关注跨物种的演化机制、环境信号与植物激素的相互调控等方面。

三维重建技术(3D reconstruction)是指利用计算机图形学和图像处理技术, 从二维图像数据中提取目标物体的几何和拓扑信息, 构建其计算机可处理的三维数学模型, 从而实现物体的虚拟重建。在植物科学研究中, 三维模型的构建已成为研究植物生长发育、形态结构和功能机制的有效手段, 为多尺度成像、测量、分析提供了有力支撑, 并在农业和林业领域展现出巨大应用潜力。近年来, 随着植物三维重建技术不断完善, 它在植物学研究中衍生出不同的应用方向, 涵盖植物形态结构建模、生长发育动态监测以及植物育种等多方面。本文综述了三维重建技术的发展历程及其常见的三维重建成像技术在植物不同尺度(从器官、组织到细胞)研究中的应用, 重点阐述了这些技术的基本原理及应用, 旨在为植物多模态跨尺度成像及表型与功能研究提供理论和技术支撑, 为理解植物生长发育规律及响应环境变化的机制提供了新的途径。

在公众科学素养日益提升的背景下, 高校凭借其丰富的科研资源和人才优势, 已成为推动科普工作的核心力量。然而, 现有科普教育体系仍面临发展不均衡及参与度低等问题。该研究立足已有实践, 遵循体验式学习理论, 构建“手作体验-科学反思-概念建构-迁移传播”(HRCT)四维科普路径, 提出“手作+课程包”模式, 系统开发文创教具、模块化课程与分层活动, 形成产品-课程-活动一体化范式, 完成从做中学到科学传播与应用的完整闭环, 为破解高校科普转化困境提供了可复制、可扩散的实践范式。