2005年中国植物科学若干领域的重要研究进展

1 植物发育的遗传调控与信号转导
2 植物发育的表观遗传调控
3 环境胁迫和适应
4 信号转导
5 光合作用分子机制
6 细胞分子生物学
7 植物功能基因组学研究
8 植物蛋白质组学
9 植物转基因工程评价与生物技术
　   2005年应该是我国植物科学研究进入飞跃发展的一年。据不完全统计，2005年中国本土植物生命科学领域的科学家在植物科学及其相关学科专业顶级学术刊物 Plant Cell、Plant Journal、Plant Physiology、Proteomics 和 Bioinfomatics 上发表的论文有46篇，较2004年的22篇增加了一倍。这反映了我国科研总体水平正在迅速提高，并受到国际同行的高度关注。本文基于我国科学家发表在上述主流刊物上的成果作一简单介绍。对我国在模式植物拟南芥研究方面的进展，读者可参阅许智宏院士全面的评述(Xu，2006)。由于篇幅有限和统计上的困难，我们相信这些介绍难于代表我国植物科研取得的全部成果，但是希望从一些侧面反映我国科学家在本土所做研究的主要进展，本文就不同研究领域举例介绍。
1 植物发育的遗传调控与信号转导
　　植物生殖生物学分子机制 雌雄性生殖器官之间及其内部的有丝分裂周期和同步化发育对于植物的有性生殖是必不可少的。然而在高等植物中，人们对于配子体形成期间单倍体基因组的有丝分裂周期进行的遗传控制还很不清楚。中国科学院遗传与发育生物学研究所杨维才研究组在 Plant Cell 上报道了一个拟南芥突变体 slow walker1(swa1)，其雌配子体的有丝分裂的过程受到阻断，分子生物学分析结果表明 SWA1 编码一个定位于核内的 WD 蛋白，RNAi 分析表明其参与了 18s 前体 rRNA 的形成。他们的发现暗示 rRNA 生物发生对于植物配子发生的有丝分裂周期是必要的，加深了人们对配子体发生的分子机制的认识(Shi et al.，2005a)。
　　精卵细胞的融合导致合子的形成和胚胎发育的开始，此过程涉及父源和母源基因组的重编程、细胞周期的调控和代谢途径的调整等分子遗传机制，但目前还了解极少。中国科学院上海植物生理生态研究所的科学家与国外合作通过筛选化学诱变突变体，分离到1个合子致死的突变体 embryonic factor1 (fac1)，证明 FAC1 是合子早期发育所需要的。FAC1 编码 AMP 脱氨酶( AMPD )，催化 AMP 向 IMP 转化。在从 ADP 合成 ATP 的可逆反应中，AMPD 使 AMP 减少、促进 ADP 向 ATP 合成方向进行，从而调控细胞能量代谢。说明合子发育需要较高的能量，FAC1 突变后，ATP 减少可能导致依赖 ATP 的信号转导(如 Ca2+ 振荡)和代谢途径不能进行，使合子不能发育(Xu et al.，2005c)。
　　开花植物中花粉管穿过柱头、花柱、花粉管通道将精核运送到深埋在雌性组织中的卵细胞。然而目前对于这个重要的生理功能的调控机制还知之甚少。中国农业大学叶德研究组从拟南芥突变体 vgd1 入手，分离并鉴定了 VGD1 基因。VGD1 编码一个果胶甲基转移酶的同源蛋白。VGD1 基因突变后，果胶甲基转移酶活性降低引起花粉管生长严重受阻，导致了雄性育性的急剧降低。该结果表明 VGD1 蛋白对花粉管的生长是必要的，并且可能通过修饰细胞壁和加强花粉管与花柱的相互作用使得花粉管进入胚囊(Jiang et al.，2005b)。
　　棉纤维发育 棉花纤维是棉花所特有的的一种表皮毛细胞。对于棉花纤维的发生与伸长的研究不仅具有重要的理论意义，也具有实际应用价值。中国科学院遗传与发育生物学研究所杨维才研究组首先利用棉纤维特异的 cDNA 文库克隆到几个肌动蛋白编码基因，并预测其中的 ACTIN1 具有独特的蛋白结构。与此同时发现 ACTIN1 是棉纤维特异表达的基因。在 ACTIN1 的 RNAi 转基因植株中，棉纤维可以正常发生，但无法伸长。在拟南芥中已有的研究表明，ACTIN 在细胞中可以与很多蛋白结合，其中与著名的 ARP2/ARP3 复合体结合后可以决定细胞的形态。在棉纤维的生长过程中可能也存在同样的决定机理。因此，将棉纤维的生长与 ACTIN 联系在一起为解释棉纤维生长机理奠定了基础(Li et al.，2005d)。