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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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槲树雌花和种子生长发育动态研究

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北京林业大学学报 2024年第3期46卷 17-26页

作者：祁永梁柯梦吴志勇佀化玙刘克林岳涵孙宇涵李云国家林业和草原局刺槐工程技术研究中心林木育种与生态修复国家工程研究中心林木、花卉遗传育种教育部重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京市绿地养护管理事务中心北京102200

【目的】阐明槲树雌花发育的生殖周期和发育时序特征。【方法】以人工控制授粉后不同发育时期的槲树雌花为试验材料,通过形态学、生理指标测定和石蜡切片等检测方法,对授粉前后不同发育时期雌花及子房的外部形态、种子发育进程和败育动... 详细信息

【目的】阐明槲树雌花发育的生殖周期和发育时序特征。【方法】以人工控制授粉后不同发育时期的槲树雌花为试验材料,通过形态学、生理指标测定和石蜡切片等检测方法,对授粉前后不同发育时期雌花及子房的外部形态、种子发育进程和败育动态进行观察。【结果】(1)在雌花整个生长发育过程,刺苞逐渐变硬,苞片由绿转黄,柱头不断萎缩,花柱不断缩短;子房体积不断膨大,外围壳斗逐渐增厚,于授粉后140 d左右形成棕褐色橡子。(2)授粉后17 d,胚珠发育完成;授粉后30 d,胚囊发育成熟;授粉后38 d,初生胚乳核出现,原胚形成;之后经过了大约13 d休眠后,依次经历球型胚、心型胚、鱼雷胚和子叶胚的分化;而胚乳作为滋养组织,一直处于高度分裂状态,在种子成熟期被子叶全部吸收利用,最终收获无胚乳的成熟种子。(3)初步明确了槲树种胚在整个生长周期内共存在2次败育高峰期,分别在授粉后69 d和99 d。(4)种子败育的表观形态主要表现为败育胚子房壁褐化、胚珠皱缩,显微结构上则主要表现为珠被发育异常、胚胎畸形或空腔胚囊。【结论】本研究建立了槲树雌花分化和种子形成过程外部形态变化与内部解剖特点之间的关系,可为今后栎属胚胎学研究、开花结实机理和胚败育机制研究提供理论依据。

关键词：槲树雌花分化种子形成胚胎发育败育

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光谱成像技术及其在植物中的应用研究进展

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电子显微学报 2024年第3期43卷 390-404页

作者：李若凡葛颜锐陈盈盈吴丁洁崔亚宁李瑞丽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研究中心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林业大学生物科学与技术学院树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083

光谱成像技术能够同时获取样品的空间与化学信息,是研究复杂生物样品的有力工具。近年来,由于具备非入侵、无损测量等优势,光谱成像技术在食品与农产品检测、生物医学与环境监测等方面引起了越来越多的关注。同时,随着成像技术的发展,... 详细信息

光谱成像技术能够同时获取样品的空间与化学信息,是研究复杂生物样品的有力工具。近年来,由于具备非入侵、无损测量等优势,光谱成像技术在食品与农产品检测、生物医学与环境监测等方面引起了越来越多的关注。同时,随着成像技术的发展,光谱成像技术在成像速度、波段数量、光谱分辨率、空间分辨率等方面的性能都得到了极大的提升,空间分辨率甚至可以打破衍射极限达到超分辨级别。本综述总结了拉曼光谱、红外光谱和近红外光谱等几种主要光谱成像技术的基本原理与性能,重点介绍了这类技术在植物细胞壁与木材研究、细胞结构与成分可视化、生物与非生物胁迫检测以及种子的无损测量等领域中的应用进展,并对这一类技术的发展潜力进行了探讨与总结,为今后光谱成像技术在植物研究领域的进一步发展与应用提供理论参考。

关键词：成像拉曼光谱红外光谱近红外光谱细胞壁细胞结构

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非编码RNA在植物生长发育及逆境响应中的研究进展

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植物学报 2024年第5期59卷 709-725页

作者：路笃贤张严妍刘艳李岩竣左新秀林金星崔亚宁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 北京林业大学生物科学与技术学院树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 微山县自然资源和规划局济宁277600

非编码RNA(ncRNA)是一类不具备蛋白质编码能力但有多种生物学功能的RNA分子,广泛存在于各种生物体内。随着高通量测序技术的不断完善,大量的非编码RNA被鉴定出来,其功能和作用机制也逐渐被阐释。大量研究表明,非编码RNA在植物生长发育... 详细信息

非编码RNA(ncRNA)是一类不具备蛋白质编码能力但有多种生物学功能的RNA分子,广泛存在于各种生物体内。随着高通量测序技术的不断完善,大量的非编码RNA被鉴定出来,其功能和作用机制也逐渐被阐释。大量研究表明,非编码RNA在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥重要作用。尽管对某一类非编码RNA调控植物生长发育及逆境响应的总结有很多,但缺少对非编码RNA系统而全面的总结。因此,该文首先简要介绍非编码RNA的分类及特征,随后重点介绍非编码RNA在植物生长发育,如种子休眠和萌发、根和叶的生长发育、花和果实的发育以及果实成熟方面的作用,最后对非编码RNA在逆境胁迫响应中的功能及作用机制进行总结,旨在全面论述非编码RNA在植物生长发育和胁迫响应中的分子调控机理,以期为改良品种、提高农林业生产的产量和品质提供参考。

关键词：微小RNA 环状RNA 长链非编码RNA 生长发育胁迫应答

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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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石榴品种SSR指纹图谱构建及杂种父本鉴定

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园艺学报 2023年第2期50卷 265-278页

作者：王瑞洪文娟罗华赵丽娜陈颖王君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研究中心林木花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083 枣庄市石榴研究中心山东枣庄277300

以枣庄市石榴国家林木种质资源库中收集的168个石榴品种为材料,利用SSR分子标记技术构建了石榴品种资源指纹图谱,并基于指纹图谱信息,应用最大似然值法(LOD)对品种‘秋艳’和‘会理青皮软籽’的自然授粉实生苗进行了杂种筛选及父本初步... 详细信息

以枣庄市石榴国家林木种质资源库中收集的168个石榴品种为材料,利用SSR分子标记技术构建了石榴品种资源指纹图谱,并基于指纹图谱信息,应用最大似然值法(LOD)对品种‘秋艳’和‘会理青皮软籽’的自然授粉实生苗进行了杂种筛选及父本初步鉴定。22对SSR引物从168个石榴品种样品中共扩增到76个等位标记位点,其中多态性位点58个,多态性为76.3%。平均等位位点数(N_(a))、有效等位位点数(N_(e))、观测杂合度(H_(o))、期望杂合度(H_(e))分别为3.455、2.269、0.362、0.538,Shannon’s信息指数(I)平均值为0.897,多态性信息含量(PIC)介于0.330~0.692之间,平均PIC值为0.462。利用22对SSR引物可将166个石榴品种区分开,另有‘大满天红甜’和‘小满天红甜’2个品种未有效区分,有同物异名的可能;在此基础上构建了166个品种的特异指纹代码及指纹图谱二维码。基于指纹图谱信息,利用SSR标记从‘秋艳’的30个自然授粉子代实生苗中筛选到1个真杂种Q-1,疑似父本为‘峄城丰产马牙’,LOD值为5.96;从‘会理青皮软籽’的118个自然授粉子代实生苗中筛选到6个真杂种H-4、H-49、H-51、H-87、H-94和H-103,疑似父本分别为‘四川黄皮酸’‘突尼斯软籽’‘蒙自红花白皮’‘四川黄皮酸’‘突尼斯软籽’及‘蒙自红花白皮’。

关键词：石榴品种资源 SSR指纹图谱遗传多样性父本鉴定

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白玉兰花的代谢物成分及药用价值解析

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植物生理学报 2022年第10期58卷 1995-2005页

作者：贾亚萍陈玲张瑾李若怡王若涵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研究中心林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083

以白玉兰花(Magnolia denudata)为实验材料,基于液相色谱-质谱联用(LC-MS)代谢组学技术对花蕾和花朵中代谢产物进行分析。共鉴定出492种代谢物,其中确定药用价值及对应化学结构的化合物共计4类22种:苯丙素类化合物最多,其次是萜类化合... 详细信息

以白玉兰花(Magnolia denudata)为实验材料,基于液相色谱-质谱联用(LC-MS)代谢组学技术对花蕾和花朵中代谢产物进行分析。共鉴定出492种代谢物,其中确定药用价值及对应化学结构的化合物共计4类22种:苯丙素类化合物最多,其次是萜类化合物、有机酸化合物和生物碱类化合物。本研究解析了白玉兰花蕾和花朵中含有的特殊药用成分及相应药用价值,并对花蕾与花朵的药用化合物差异进行了比较分析,发现共有9种化合物在花朵中显著上调,13种化合物在花蕾中显著上调。白玉兰花朵在抗癌与抗肿瘤、抗流感与抗菌中以及花蕾在抗氧化及抗炎和糖尿病治疗中具有重要的潜在药用价值。

关键词：白玉兰花蕾盛花 LC-MS 代谢产物药用价值

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多模态跨尺度成像技术及其在植物网络解析中的应用

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生物工程学报 2025年

作者：谢一宁寇玉晨袁艳辉沈锦波庄小红林金星张曦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林木资源高效生产全国重点实验室林木育种与生态修复国家工程研究中心浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室香港中文大学生命科学学院细胞与发育生物学研究中心农业生物技术国家重点实验室

完整的植物体均由跨尺度元素构成，包括微观分子、介观多细胞和宏观组织等，这些元素相互关联，构成复杂的生物网络。植物生长发育过程涉及跨尺度元素及其生物网络调控，需要多分子、多细胞和多组织器官协同运作，仅用单一的手段或技术... 详细信息

完整的植物体均由跨尺度元素构成，包括微观分子、介观多细胞和宏观组织等，这些元素相互关联，构成复杂的生物网络。植物生长发育过程涉及跨尺度元素及其生物网络调控，需要多分子、多细胞和多组织器官协同运作，仅用单一的手段或技术难以揭示多层次生命活动的本质。近年来，多种新型成像技术的发展为揭示复杂的植物生命活动提供了新途径，运用多模态成像技术从微观、介观到宏观跨尺度研究植物复杂网络连接，对于理解生物功能背后复杂的内部联系至关重要。本文首先总结了多模态跨尺度成像技术及其三维重建分析和图像处理方法，整合了跨尺度网络连接属性的基本框架，进而汇总了多模态成像技术在解析植物多尺度网络中的应用。最后，本文系统整合了跨尺度三维空间结构数据与单细胞组学的联合分析成果，为植物新型成像技术的应用革新奠定了理论基础，同时为深入解析植物生命活动中跨尺度元素的互作机制及生物网络连接规律提供新的研究范式。

关键词：多模态跨尺度成像技术三维重建分析分子网络多细胞网络拓扑分析

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银杏小孢子母细胞响应秋水仙碱低频多倍化的细胞学和转录组分析

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核农学报 2023年第8期37卷 1497-1506页

作者：柯梦邓厚银郭文斌李艳星米跃骐李云孙宇涵北京林业大学生物科学与技术学院/国家林业和草原局刺槐工程技术研究中心/林木育种与生态修复国家工程研究中心/林木、花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083 襄垣县森防检疫站山西长治046200

银杏(Ginkgo biloba L.)三倍体具有很高的综合价值,但秋水仙碱诱导银杏有性多倍化仍较为困难,2n雄配子最高得率仅有7%。为初步探究秋水仙碱诱导银杏2n雄配子的形成机制,本研究使用0.6%的秋水仙碱对进入减数分裂粗线期的银杏小孢子母细... 详细信息

银杏(Ginkgo biloba L.)三倍体具有很高的综合价值,但秋水仙碱诱导银杏有性多倍化仍较为困难,2n雄配子最高得率仅有7%。为初步探究秋水仙碱诱导银杏2n雄配子的形成机制,本研究使用0.6%的秋水仙碱对进入减数分裂粗线期的银杏小孢子母细胞进行避光瓶浸没处理,对不同处理时间下小孢子囊细胞中的微管骨架、生理生化变化以及转录本进行对比分析。结果显示,秋水仙碱处理的银杏小孢子母细胞游离脯氨酸、丙二醛含量及过氧化物酶活性在处理48 h时较高,可溶性蛋白含量和超氧化物酶活性低于对照组。与对照组相比,处理至24 h时,细胞微管蛋白开始减少,48 h呈弥散状,厚度变薄,荧光显微下几乎无微管蛋白显现。转录组分析共筛选到4690个差异表达基因,其中热激基因HSP11在48 h高差异表达。另外,在48 h鉴定到的41个差异转录因子中,有23个转录因子显著上调表达,其中最大的三个家族是AP2/ERF、MYB-related和NAC蛋白家族。上述结果表明,48 h是秋水仙碱诱导银杏小孢子母细胞加倍的关键时间点,HSP11基因、AP2/ERF、MYB-related和NAC转录因子家族成员在此过程中均起着关键的调控作用。本研究结果为探索与调控秋水仙碱诱导银杏2n雄配子形成有关的通路提供了参考依据,并为后续银杏有性多倍化分子机理研究奠定了理论基础。

关键词：银杏倍性育种转录组秋水仙碱花粉母细胞

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Halo-tag标记技术及其在植物细胞成像中的应用

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植物学报 2023年第3期58卷 475-485页

作者：钱虹萍罗鹏云刘帅徐昌文殷金环崔亚宁林金星林木育种与生态修复国家工程研究中心北京100083 林木、花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083 树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 中国林业科学研究院林木遗传育种全国重点实验室北京100091

细胞是生物体的基本结构和功能单位,其内部复杂的组织结构、相互作用及动力学过程等决定着整个生物体的生命形态和生命过程。开展活体状态下细胞结构和功能研究,对于探索和掌握生命的本质具有重要意义。随着科学技术的不断进步,一系列... 详细信息

细胞是生物体的基本结构和功能单位,其内部复杂的组织结构、相互作用及动力学过程等决定着整个生物体的生命形态和生命过程。开展活体状态下细胞结构和功能研究,对于探索和掌握生命的本质具有重要意义。随着科学技术的不断进步,一系列新的活细胞标记技术被不断革新。近年来,Halo-tag标记技术逐渐发展成为一种广泛应用的新型分子标记技术,在活细胞成像和追踪研究领域取得了极大进展,并逐渐在植物细胞成像中得到应用。该文首先系统介绍了Halo-tag标记技术的定义、分类和发展过程,然后详细介绍了Halo-tag标记技术发生脱卤有机反应的机制及其荧光配基的种类,最后从观察分子的精细定位、追踪分子的实时运动和检测分子间的相互作用3方面着重阐述了该技术在植物活细胞成像中的最新进展,以期为后续Halo-tag标记技术在植物中的潜在应用奠定理论基础并提供技术支持。

关键词：新型标记技术 Halo-tag标签 Halo-tag配基活细胞成像

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