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植物研究 2025年第1期45卷 3-14页

作者：梅曼王晨璨蔺宏霞张玉倩丁文静赵媛媛北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种全国重点实验室北京100083 北京林业大学树木与基因编辑研究院北京100083 北京林业大学林木育种与生态修复国家工程研究中心北京100083 河北省农林科学院植物保护研究所保定071000

空间转录组(spatial transcriptomics,ST)是一种用于从空间层面上解析RNA-seq数据的技术,利用该技术解析单个组织切片中的所有mRNA。空间条形码逆转录oligo(dT)引物在显微镜载玻片表面的有序附着,使得在mRNA样品处理和后续测序过程中编... 详细信息

空间转录组(spatial transcriptomics,ST)是一种用于从空间层面上解析RNA-seq数据的技术,利用该技术解析单个组织切片中的所有mRNA。空间条形码逆转录oligo(dT)引物在显微镜载玻片表面的有序附着,使得在mRNA样品处理和后续测序过程中编码和获取位置信息成为可能。与传统的转录组技术相比,空间转录组技术能获得细胞在组织原位环境下真实的基因表达特征,以及与微环境的关系,为基因表达提供高精度、高分辨率原位的空间信息。近年来,空间转录组技术取得了重要进展,检测的细胞通量、转录本数量和质量不断提高,空间定位信息更加准确全面,并已在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)、杨树(Populus)等植物中展开研究。该文阐述了空间转录组技术在植物动态发育轨迹、不同组织和细胞类型差异分析、解码植物与微生物群相互作用等研究中的成功应用,讨论了空间转录组测序在植物组织原位测序中存在的问题和挑战,揭示了其在植物研究中的巨大潜力,为相关领域的进一步研究和应用提供了新的视角。

关键词：空间转录组技术空间分布模式发育谱系细胞类型鉴定细胞间相互作用

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植物根内皮层的发育与功能研究进展

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科学通报 2023年第8期68卷 901-914页

作者：徐黎胡海琳王晨璨李晓旭丁文静梅曼赵媛媛北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学树木与基因编辑研究院北京100083 北京林业大学林木育种与生态修复国家工程研究中心北京100083

根是植物进行水分和矿质营养吸收的重要器官.水分和矿质离子进入根的表皮,径向穿过外皮层、皮层、内皮层等结构到达中柱,在木质部中通过蒸腾作用向上运输,满足地上部分的需要.其中,内皮层结构是包围中央维管系统的最内层皮层细胞,仅由... 详细信息

根是植物进行水分和矿质营养吸收的重要器官.水分和矿质离子进入根的表皮,径向穿过外皮层、皮层、内皮层等结构到达中柱,在木质部中通过蒸腾作用向上运输,满足地上部分的需要.其中,内皮层结构是包围中央维管系统的最内层皮层细胞,仅由单层细胞构成,主要经历两个特殊的分化阶段,分别形成凯氏带和木栓质片层两种屏障结构,在控制植物水分吸收、营养摄取、抵御病原体入侵,以及响应胁迫环境等过程中发挥重要作用.本文就内皮层的发育、凯氏带和木栓质片层的结构与形成调控机制、内皮层在胁迫条件下的可塑性等方面进行综述,对内皮层参与植物响应非生物胁迫的研究进展展开讨论,并对未来的研究方向加以展望,为培育抗逆新物种提供了新思路.

关键词：内皮层凯氏带木栓质片层离子稳态表型可塑性非生物胁迫

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木豆NAC家族基因鉴定及其在真菌侵染下的响应分析

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农业生物技术学报 2023年第5期31卷 927-942页

作者：张修齐吴睿董碧莹杜婷婷宋治华李娜曹红燕杨清孟冬北京林业大学林学院/森林培育与保护教育部重点实验室北京林业大学树木发育与基因编辑研究院

NAC (NAM, ATAF1/2和CUC2)转录因子家族是具有保守NAC结构域蛋白的统称，在植物生长、发育和应激反应等生命活动中发挥关键调控作用。本研究利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)的NAC家族基因，通过序列比对，从木豆(Cajanus cajan)基因... 详细信息

NAC (NAM, ATAF1/2和CUC2)转录因子家族是具有保守NAC结构域蛋白的统称，在植物生长、发育和应激反应等生命活动中发挥关键调控作用。本研究利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)的NAC家族基因，通过序列比对，从木豆(Cajanus cajan)基因组中初步鉴定了90个CcNAC候选基因，系统发育分析显示，90个CcNAC基因可分为13个亚族，根据拟南芥基因功能的研究，筛选到Group 1～4亚族中，共24个CcNAC家族基因为潜在的生物胁迫响应基因。对24个CcNAC家族基因进行理化性质和启动子顺式作用元件分析，结果表明，启动子区域含有包括多种植物激素响应元件，可能与激素信号调控密切相关，具有潜在的响应生物与非生物胁迫的功能。转录组分析结果显示，在茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)处理12 h时，13个NAC基因显著上调表达，5个NAC基因显著下调表达，其中CcNAC55在处理3、6和12 h时均显著上调，且在6、12 h时表达水平最高。进一步利用半定量PCR检测发现，CcNAC55在真菌Cc1-1胁迫时持续显著上调，而在高温胁迫时没有明显差异，说明CcNAC55在木豆抵御生物胁迫的反应中可能发挥重要作用。为了验证CcNAC55应对生物胁迫的功能，本研究利用真空渗透转化法建立了过表达CcNAC55的木豆株系，并在叶片上接种致病真菌Cc1-1，结果显示，CcNAC55过表达可以显著降低木豆叶片的侵染率和侵染面积比率。本研究为木豆NAC基因功能的研究了提供参考，将有助于鉴定和选择与生物胁迫耐受性相关的候选基因。

关键词：木豆生物胁迫 NAC家族基因真菌抗病分析

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农业生物技术学报 2022年第9期30卷 1698-1712页

作者：张修齐董碧莹宋治华杜婷婷李娜薛婧怡曹红燕王天翼宋洋波孟冬杨清北京林业大学林学院/森林培育与保护教育部重点实验室青海大学农牧学院北京林业大学树木发育与基因编辑研究院

木豆(Cajanus cajan)是药食两用的木本豆科植物，含有丰富的活性物质，具有极高的经济价值。包括干旱和病害在内的非生物和生物胁迫是造成木豆减产和品质下降的重要因素，因此，挖掘木豆抗逆关键基因并分析其功能是木豆育种研究的重点... 详细信息

木豆(Cajanus cajan)是药食两用的木本豆科植物，含有丰富的活性物质，具有极高的经济价值。包括干旱和病害在内的非生物和生物胁迫是造成木豆减产和品质下降的重要因素，因此，挖掘木豆抗逆关键基因并分析其功能是木豆育种研究的重点。作为MYB (v-myb avian myeloblastosis viral)家族转录因子中的重要成员，MYB-related (MYB-R)亚家族基因被认为在逆境胁迫中发挥着重要作用。本研究通过生物信息学方法，利用拟南芥(Arabidopsis thaliana) MYB-R亚家族基因在木豆基因组中进行序列比对，筛选出48个CcMYB-R家族基因(CcMYB-R1～CcMYB-R48)。转录组数据分析发现，CcMYB-R48基因在脱落酸(abscisic acid, ABA)与茉莉酸甲酯(methyl jasmonate, MeJA)胁迫处理下都显著上调表达且表达量较高，说明其可能在木豆的抗逆应答和激素诱导下发挥重要功能。克隆并分析CcMYB-R48基因发现，其具有1个典型的MYB功能域，与拟南芥AT1G19000、AT1G74840同源性较高。实时半定量PCR (semi-quantitative RT-PCR, SqRT-PCR)检测发现，CcMYB-R48在干旱胁迫6和12 h的条件下均显著上调表达，而在高温胁迫6和12 h的条件下则无差异，说明其可能参与木豆抵御干旱的过程。构建CcMYB-R48过表达载体，并利用木豆瞬时转化系统在木豆植株中过表达CcMYB-R48，结果显示，在干旱条件下，过表达植株具有较低的死亡率(19.44%)，其电导率、丙二醛(malondialdehyde, MDA)和过氧化物酶(peroxidase, POD)含量均显著低于对照植株，表明CcMYB-R48能够增强木豆的抗旱能力。本研究对进一步探究木豆CcMYB-R亚家族基因及其抗旱机制，开展分子抗逆育种工作都具有重要意义。

关键词：木豆 MYB-related亚家族转录组分析干旱胁迫功能验证

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小肽激素调控植物生长发育及逆境生理研究进展

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生物技术通报 2023年第7期39卷 13-25页

作者：胡海琳徐黎李晓旭王晨璨梅曼丁文静赵媛媛北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种全国重点实验室北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学树木与基因编辑研究院北京100083 北京林业大学林木育种与生态修复国家工程研究中心北京100083

小肽激素通常是指含5-100个氨基酸长度的肽段。在植物体内小肽激素含量很低、分子量小、数量多、来源及加工成熟机制复杂,这赋予了小肽多种多样的生物学功能,能够在极低浓度下与受体结合,调节植物的细胞分裂与生长、组织与器官分化、开... 详细信息

小肽激素通常是指含5-100个氨基酸长度的肽段。在植物体内小肽激素含量很低、分子量小、数量多、来源及加工成熟机制复杂,这赋予了小肽多种多样的生物学功能,能够在极低浓度下与受体结合,调节植物的细胞分裂与生长、组织与器官分化、开花与结实、成熟与衰老等生理过程,协调植物响应多种胁迫环境。小肽激素作为细胞间信号转导的重要介质,参与调控生长发育的分子机制是近年来植物学科研究的热点和前沿。本文系统综述了小肽激素的结构、分类及其功能研究进展,重点讨论了CLE、RALFs、PSK、CIF、SYS等家族调控植物生长发育及逆境生理的研究进展,并展望了植物小肽激素的应用前景,为植物小肽激素的深层次研究和开发应用提供了重要的理论基础。

关键词：小肽激素受体生长发育逆境生理 CLE RALFs PSK CIF

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植物细胞外囊泡及其分析技术的进展

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生物技术通报 2023年第5期39卷 32-43页

作者：张雪萍鲁雨晴张月倩李晓娟北京林业大学生物科学与技术学院、林木育种与生态修复国家工程技术中心、林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083 北京林业大学树木发育与基因编辑研究院北京100083

细胞外囊泡是细胞在生理和病理条件下通过胞吐作用释放的具有磷脂双分子层结构的纳米级囊泡。细胞外囊泡作为蛋白质、核酸、脂质和代谢物等物质的载体,能够在细胞与细胞之间穿梭,行使物质传递、信息交流的功能,是细胞间通讯的重要媒介... 详细信息

细胞外囊泡是细胞在生理和病理条件下通过胞吐作用释放的具有磷脂双分子层结构的纳米级囊泡。细胞外囊泡作为蛋白质、核酸、脂质和代谢物等物质的载体,能够在细胞与细胞之间穿梭,行使物质传递、信息交流的功能,是细胞间通讯的重要媒介。近年来,植物中细胞外囊泡的研究也不断深入,其研究和分析技术也取得了很大进展。本文介绍了细胞外囊泡的组成,综述了植物中细胞外囊泡的生物学功能,分析了细胞外囊泡分离与富集方法的优缺点,以及原位成像技术的应用,最后对植物细胞外囊泡研究技术发展的重点进行了展望。

关键词：细胞外囊泡功能分离方法原位检测

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利用原子力显微术在纳米尺度上检测植物细胞质膜完整性

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电子显微学报 2023年第1期42卷 68-74页

作者：苏晓高永伟林金星李晓娟北京林业大学生物科学与技术学院林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083 北京林业大学树木发育与基因编辑研究院北京100083 北京林业大学公共测试中心北京100083

目的:探究原子力显微镜检测植物细胞质膜的损伤程度及其定量分析的方法。方法:采用酶解法制备拟南芥原生质体,原生质体经MβCD(Methyl-β-cyclodextrin)处理造成质膜损伤后,利用原子力显微镜进行成像,最后通过NanoScope Analysis软件进... 详细信息

目的:探究原子力显微镜检测植物细胞质膜的损伤程度及其定量分析的方法。方法:采用酶解法制备拟南芥原生质体,原生质体经MβCD(Methyl-β-cyclodextrin)处理造成质膜损伤后,利用原子力显微镜进行成像,最后通过NanoScope Analysis软件进行成像分析,对粗糙度Ra(平均粗糙度)、Rq(均方根粗糙度)和Rmax(最高数据点和最低数据点之间的最大垂直距离)值以及从孔隙周围的长轴和短轴上测量获得孔隙的直径和深度进行了系统的测算。结果:与对照组对比,经MβCD处理的样品表面出现大量的孔隙,且粗糙度Ra、Rq和Rmax值均显著高于对照组。结论:原子力显微镜可以检测拟南芥细胞质膜的损伤,并对损伤程度进行定量分析,为探究质膜完整性提供了一个可行的新思路。

关键词：原子力显微镜植物质膜质膜完整性

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光学透明技术在植物多尺度成像中的应用

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植物学报 2022年第1期57卷 98-110页

作者：马灵玉祁晓红胡子建沈微微王广超张柏林张曦林金星北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学树木与基因编辑研究院北京100083 中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 北京林业大学生物科学与技术学院林木育种国家工程实验室北京100083

光学透明技术是一种通过各种化学试剂,将原本不透明的生物样本实现透明化,并在光学显微镜下深度成像的技术。结合多种光学显微成像新技术,光学透明技术可对整个组织进行成像和三维重建,深度剖析生物体内部空间特征与形成机制。近年来,... 详细信息

光学透明技术是一种通过各种化学试剂,将原本不透明的生物样本实现透明化,并在光学显微镜下深度成像的技术。结合多种光学显微成像新技术,光学透明技术可对整个组织进行成像和三维重建,深度剖析生物体内部空间特征与形成机制。近年来,多种植物光学透明技术和多尺度成像技术被陆续研发,并取得了丰硕的研究成果。该文综述了生物体光学透明技术的基本原理和一些新技术,重点介绍基于光学透明技术开发的新型成像方法及其在植物成像与细胞生物学中的应用,为后续植物整体、组织或器官的透明、成像与三维重构及功能研究提供理论依据和技术支持。

关键词：植物整体透明多尺度成像光学透明技术三维重构

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空间代谢组技术在植物研究中的应用与前景

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植物科学学报 2024年第5期42卷 654-663页

作者：李晓旭王晨璨丁文静梅曼张玉倩蔺宏霞赵媛媛北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种全国重点实验室北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学树木发育与基因编辑研究院北京100083 北京林业大学林木育种与生态修复国家工程研究中心北京100083 北京林业大学树木资源高效生产全国重点实验室北京100083

空间代谢组技术是一种整合了质谱成像和代谢组学的新兴研究技术,该项技术可以获得生物组织中大量已知或未知内源性代谢物分子的结构、含量和空间分布信息,精准定位组织中的代谢物分布,对揭示植物代谢物的合成、积累和调控机理至关重要... 详细信息

空间代谢组技术是一种整合了质谱成像和代谢组学的新兴研究技术,该项技术可以获得生物组织中大量已知或未知内源性代谢物分子的结构、含量和空间分布信息,精准定位组织中的代谢物分布,对揭示植物代谢物的合成、积累和调控机理至关重要。本文介绍了空间代谢组技术的研究现状,重点综述了空间代谢组技术在植物组织研究方面的前沿应用,探讨了空间代谢组技术在植物单细胞水平研究领域中的应用与挑战,以期为研究植物生长发育及空间代谢网络的调控提供新的途径,为解决农业生产、植物能源开发等领域的问题提供关键支持。

关键词：空间代谢组技术质谱成像代谢物空间分布植物生长发育

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适配体技术及其在植物科学研究中的应用

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植物学报 2023年第6期58卷 935-945页

作者：李奕张曦袁艳辉公丕昌林金星北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种全国重点实验室北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学树木发育与基因编辑研究院北京100083 中国科学院植物研究所植物多样性与特色经济作物全国重点实验室北京100093

适配体是一种从人工合成的文库中筛选出来、能够特异结合靶标分子的单链寡核苷酸或多肽。适配体基于自身结构和序列与靶分子特异结合并调节其活性,应用于生物体内分子功能研究及新型药物制剂的研发。近年来,多肽适配体广泛应用于医学、... 详细信息

适配体是一种从人工合成的文库中筛选出来、能够特异结合靶标分子的单链寡核苷酸或多肽。适配体基于自身结构和序列与靶分子特异结合并调节其活性,应用于生物体内分子功能研究及新型药物制剂的研发。近年来,多肽适配体广泛应用于医学、遗传学和分子生物学等多个领域,成为一种高效、特异且功能强大的新工具。在植物研究中,随着相应体系的建立、应用和推广,适配体技术逐渐成为研究植物分子功能的有效工具。该文综述了不同类型的适配体、筛选原理及优缺点,以及在植物研究中的应用。可以预见,随着分子设计育种技术的发展,适配体技术有望成为植物科学领域有价值的应用工具。

关键词：适配体核酸多肽植物筛选

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