American Journal of Botany

• Cơ sở của nghiên cứu: Bộ Alismatales chủ yếu sống dưới nước thể hiện một kế hoạch hoa rất đa dạng liên quan đến nhiều mô hình phát triển khác nhau. Chúng tôi trình bày mô tả chi tiết đầu tiên về cấu trúc và phát triển của hoa trong Posidonia, chi duy nhất của họ cỏ biển Posidoniaceae. Các tài liệu hiện có đưa ra các diễn giải mâu thuẫn về cấu trúc hoa và cụm hoa, vì vậy nghiên cứu này rất quan trọng trong việc làm rõ sự tiến hóa hình thái bên trong bộ monocot phân nhánh sớm này.

• Phương pháp: Chúng tôi đã nghiên cứu hai loài Posidonia bằng cách sử dụng kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử quét. Các quan sát của chúng tôi được giải thích trong khuôn khổ một hệ sinh thái phân tử gần đây.

• Kết quả chính: Các cụm hoa từng phần là các chùm hoa có lá bắc, được sắp xếp thành dạng chùm nho hoặc dạng chùy. Hoa không có bì hoa. Gynoecium có một thùy với phía vách của lá noãn hướng ra ngoài. Lá noãn chứa một noãn bính thụ phấn đơn có một nuclê và chalaza dài, cả hai đều kéo dài dọc theo thành lá noãn. Noãn phát triển một phần mở rộng của lớp bao. Mỗi hoa được cung cấp bởi một bó mạch, trong khi các lá bắc dưới hoa không có mạch máu.

Các địa y là những sự cộng sinh mật thiết và lâu dài giữa tảo và nấm. Các mối quan hệ mật thiết như vậy thường được giả thuyết là đã trải qua những giai đoạn dài của sự phụ thuộc lẫn nhau và đồng tiến hóa. Tuy nhiên, sự đồng tiến hóa chưa được thử nghiệm một cách nghiêm ngặt đối với các mối quan hệ địa y. Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi đã so sánh hệ thống phân loại gen nội bộ (ITS) của các đối tác tảo và nấm từ 33 mối quan hệ địa y tự nhiên để kiểm tra hai khía cạnh của đồng tiến hóa, sự đồng phát sinh và sự phát sinh nhánh song song. Vì sự không phù hợp có ý nghĩa thống kê giữa các hệ thống phân loại sinh vật ký sinh đã bác bỏ sự phát sinh nhánh song song và tối thiểu hóa các sự kiện đồng phát sinh, chúng tôi kết luận rằng sự chuyển đổi giữa các kiểu gen tảo được chọn lọc cao xảy ra liên tục trong các mối quan hệ địa y cộng sinh này.

• Giả thuyết nghiên cứu: Các mồi vi vệ tinh đã được phát triển cho Aulonemia aristulata, một loài có nguy cơ tuyệt chủng và có giá trị kinh tế, để mô tả thêm về biến đổi di truyền và cấu trúc quần thể của nó. Chúng tôi cũng đã thử nghiệm khả năng khuếch đại chéo ở 18 loài tre khác.

• Phương pháp và Kết quả: Sử dụng một thư viện gen làm giàu, 13 loci vi vệ tinh đã được cô lập và xác định trên A. aristulata. Bảy trong số các loci này là đa hình. Mười hai dấu hiệu đã được khuếch đại chéo ở ít nhất mười trong số các loài tre được thử nghiệm.

• Kết luận: Những dấu hiệu này sẽ hữu ích cho các nghiên cứu về đa dạng di truyền và cấu trúc của A. aristulata, điều này rất quan trọng cho việc bảo tồn, quản lý và các chương trình nhân giống trong tương lai của loài này.

• Tiền đề của nghiên cứu: Nấm gây bệnh cho côn trùng sống trong đất Metarhizium robertsii cũng xâm nhập vào rễ cây theo dạng nội sinh, do đó cho thấy tiềm năng như một đồng sinh với cây trồng. Metarhizium robertsii không được phân bố ngẫu nhiên trong đất mà có xu hướng liên kết với vùng rễ của cây khi được áp dụng trong các bối cảnh nông nghiệp. Sự bám dính vào bề mặt rễ và sự xâm nhập nội sinh của cỏ switchgrass (Panicum virgatum) và đậu haricot (Phaseolus vulgaris) bởi M. robertsii đã được nghiên cứu sau khi được tiêm nhiễm bằng bào tử nấm.

• Phương pháp: Chúng tôi đã sử dụng kính hiển vi ánh sáng và kính hiển vi huỳnh quang để xác định sự liên kết nội sinh của cây trồng với M. robertsii có biểu hiện GFP. Độ dài rễ, mật độ lông rễ và sự xuất hiện của các rễ bên cũng được quan sát.

• Kết quả chính: Ban đầu, bào tử M. robertsii bám dính vào, nảy mầm trên và xâm nhập vào rễ cây. Hơn nữa, rễ cây được xử lý bằng Metarhizium phát triển nhanh hơn và mật độ lông rễ tăng cao hơn khi so với cây đối chứng. Sự gia tăng lông rễ của cây được khởi động trước khi bào tử M. robertsii nảy mầm trên rễ (trong khoảng 1–2 ngày). Các cây được tiêm nhiễm bằng M. robertsii ΔMAD2 (gen kết dính cây) đã mất nhiều thời gian hơn để thể hiện sự gia tăng lông rễ so với thể hoang dã. Các chiết xuất không có tế bào từ M. robertsii không kích thích sự gia tăng lông rễ. Các mối quan hệ dài hạn (60 ngày) cho thấy M. robertsii đã xâm nhập nội sinh vào các tế bào vỏ trong rễ đậu. Metarhizium xuất hiện như một khối tản lạc trong các tế bào vỏ rễ cũng như giữa các khoảng không gian tế bào với không có thiệt hại rõ rệt nào đối với cây.

• Kết luận: Những kết quả này cho thấy rằng M. robertsii không chỉ có khả năng cạnh tranh tại vùng rễ mà còn thể hiện một mối liên kết nội sinh có lợi với rễ cây dẫn đến sự phát triển của lông rễ.

Mối quan hệ giữa độ phản xạ bức xạ hồng ngoại gần ở bước sóng 800 nm (NIRR) từ lá và các đặc điểm cấu trúc của lá được biết là ảnh hưởng đến quang hợp đã được điều tra trong 48 loài thực vật hạt kín núi cao. Bước sóng này được chọn để phân biệt ảnh hưởng của cấu trúc lá so với thành phần hóa học hoặc hàm lượng nước trong độ phản xạ của lá. Đầu tiên, một mô hình định lượng đã được xây dựng để tương quan NIRR với các đặc trưng cấu trúc của lá cho sáu loài, và sau đó được xác thực bằng cách sử dụng tất cả 48 loài. Trong số các đặc điểm cấu trúc được kiểm tra trong mô hình phản xạ có mật độ lông lá, sự hiện diện hoặc vắng mặt của màu sắc hai lá và một lớp cuticle lá dày (>1 μm), độ dày của lá, tỷ lệ độ dày của mô palisade so với mô xốp (PM/SM), tỷ lệ phần trăm mô bị không gian khí giữa các tế bào (%IAS), và tỷ lệ diện tích bề mặt tế bào mô tiếp xúc với không gian khí giữa các tế bào (A_mes) trên một đơn vị diện tích bề mặt lá (A), hoặc A_mes/A. Phân tích hồi quy đa biến cho thấy NIRR được đo có tương quan cao với A_mes/A, sự chuyển màu của lá, và sự hiện diện của lớp cuticle lá dày (r² = 0.93). Ngược lại, các mối tương quan giữa NIRR và mật độ lông lá, độ dày lá, tỷ lệ PM/SM, hoặc %IAS tương đối yếu (r² < 0.25). Một mô hình kết hợp A_mes/A, sự chuyển màu của lá, và độ dày cuticle đã dự đoán NIRR chính xác cho 48 loài (r² = 0.43; P < 0.01) và có thể hữu ích trong việc liên kết dữ liệu cảm biến từ xa với cấu trúc và chức năng của thực vật.

Trong bài báo này, chúng tôi tập trung vào sinh thái học của cá tảo độc, sự sản xuất độc tố, hồ sơ hóa thạch và phân tích hệ gen phân tử của các vật chủ và plastid. Những vấn đề sinh thái đáng quan tâm là hành vi bơi lội và ăn uống, hiện tượng phát quang sinh học và sự hợp sinh của cá tảo độc với san hô. Nhiều loại độc tố của cá tảo độc, ảnh hưởng sinh học của chúng và kiến thức hiện tại về nguồn gốc của chúng được thảo luận. Kiến thức về tiến hóa của cá tảo độc được hỗ trợ bởi một hồ sơ hóa thạch phong phú có thể được sử dụng để ghi chép sự xuất hiện và đa dạng hóa của chúng. Tuy nhiên, các nghiên cứu sinh hóa sinh học gần đây cho thấy cá tảo độc có thể cổ xưa hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. Một đặc điểm đáng chú ý của cá tảo độc là cấu trúc gen độc đáo và sự điều hòa gen của chúng. Bộ gen hạt nhân của tảo thuộc nhóm này có kích thước khổng lồ, thiếu nucleosome và có nhiễm sắc thể vĩnh viễn bị ngưng tụ. Chương này tổng hợp kiến thức hiện tại về sự điều hòa gen và phiên mã ở cá tảo độc liên quan đến những khía cạnh độc đáo của bộ gen hạt nhân. Các công trình trước đây cho thấy bộ gen plastid của cá tảo độc điển hình đã được giảm xuống thành các vòng nhỏ chứa một gen duy nhất chỉ mã hóa một số lượng nhỏ protein. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng phần lớn bộ gen plastid đã được chuyển đến hạt nhân, làm cho cá tảo độc trở thành nhóm eukaryote duy nhất mã hóa phần lớn các gen plastid điển hình trong hạt nhân. Sự tiến hóa của plastid ở cá tảo độc và ý nghĩa của những kết quả này đối với việc hiểu sự tiến hóa của bộ gen ti thể được thảo luận.

Các liên kết hợp sinh giữa cây trồng và nấm mycorrhiza arbuscular rất phổ biến và có tầm quan trọng sinh thái ở nhiều vùng thảo nguyên. Những khác biệt trong phản ứng của các loài đối với sự thực dân mycorrhiza có thể ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc cộng đồng thực vật. Phản ứng sinh trưởng của 36 loài cỏ thảo nguyên mùa nóng và mùa mát cùng với 59 loài cây hoa thảo nguyên đã được đánh giá trong các nghiên cứu trong nhà kính nhằm kiểm tra mức độ biến thiên giữa các loài về lợi ích từ sự cộng sinh cũng như các mô hình phụ thuộc vào mycorrhiza giữa các nhóm thực vật chủ theo lịch sử sống (ví dụ: hàng năm, lâu năm) và phân loại (ví dụ: cỏ, cây hoa, đậu, không phải đậu) cùng với các nhóm phenology. Có mối quan hệ mạnh mẽ và đáng kể giữa hiện tượng phenology của cỏ thảo nguyên và khả năng phản ứng với mycorrhiza, tuy nhiên mối quan hệ này ít rõ ràng hơn ở các loài cây hoa. Các loài cỏ C₄ mùa nóng lâu năm và cây hoa thường được hưởng lợi đáng kể từ sự cộng sinh mycorrhiza, trong khi sản lượng sinh khối của các loài cỏ C₃ mùa mát không bị ảnh hưởng. Hệ rễ của các loài cỏ mùa mát cũng bị thực dân ít hơn bởi nấm AM, so với các loài cỏ mùa nóng hoặc cây hoa. Khác với các loài lâu năm bản địa, các loài hàng năm thường không phản ứng với sự thực dân mycorrhiza và có tỷ lệ thực dân rễ thấp hơn so với các loài lâu năm. Phản ứng sinh trưởng của cây và sự thực dân rễ AM có mối tương quan tích cực với nhau ở các loài không phải đậu, trong đó mối quan hệ này mạnh nhất ở các loài cỏ mùa mát. Ngược lại, sự thực dân rễ của các loài đậu thảo nguyên cho thấy mối quan hệ đáng kể nhưng tiêu cực với khả năng phản ứng sinh trưởng của mycorrhiza.

Lĩnh vực hệ thống phân loại phân tử thực vật đang mở rộng nhanh chóng, đi kèm với đó là sự xuất hiện của các phương pháp mới và cải tiến. Bài báo này tổng hợp những tiến bộ gần đây trong các phương pháp thí nghiệm và phân tích dữ liệu, ứng dụng cho bộ gen lạp thể. Việc lập bản đồ vị trí cắt của bộ gen lạp thể đã được sử dụng rộng rãi, nhưng bị hạn chế về mức độ phân loại mà nó có thể áp dụng. Các giới hạn trên (tức là, độ phân ly lớn nhất) của ứng dụng này đang được khám phá bằng cách lập bản đồ vùng đảo ngược của lạp thể, nơi mà tỷ lệ thay thế nucleotide khá thấp. Các giới hạn dưới của độ phân ly có thể nghiên cứu bằng vị trí cắt đang được kiểm tra bằng cách sử dụng các enzym cắt có vị trí nhận diện 4 base để phân tích các phần của bộ gen lạp thể được khuếch đại qua phản ứng chuỗi polymerase (PCR) có tốc độ tiến hóa nhanh. So sánh các trình tự DNA là lĩnh vực hệ thống phân loại phân tử đang có những tiến bộ lớn nhất. PCR và các phương pháp trực tiếp phân tích trình tự các sản phẩm PCR đã dẫn đến việc dữ liệu trình tự gia tăng mạnh mẽ. Về lý thuyết, bất kỳ mức độ phân ly nào đều có thể áp dụng cho các nghiên cứu trình tự so sánh. Trong thực tế, các nhà hệ thống phân loại thực vật đã tập trung vào hai trình tự tiến hóa chậm (rbcL và các gen rRNA). Các trình tự DNA tiến hóa nhanh hơn, bao gồm các gen lạp thể thay đổi nhanh chóng, các intron trong lạp thể, và các khoảng không gian giữa các gen, cũng như các phần không mã hóa của lặp ribosomal RNA hạt nhân, cũng đang được nghiên cứu cho mục đích so sánh. Những lợi thế và bất lợi tương đối của việc lập bản đồ vị trí cắt so sánh và phân tích trình tự DNA được đánh giá. Đối với cả hai phương pháp, phân tích dữ liệu thu được yêu cầu đủ mẫu phân loại và đặc điểm để đạt được ước lượng tốt nhất có thể về mối quan hệ phát sinh loài. Phân tích parsimony đặc biệt nhạy cảm với vấn đề lấy mẫu phân loại do sự cố gắng của các nhánh dài trên một cây. Tuy nhiên, các tập dữ liệu với nhiều loài có thể gây ra những khó khăn tính toán nghiêm trọng mà có thể dẫn đến việc không thể đạt được tối đa tính parsimony hoặc tìm ra tất cả các cây ngắn nhất.

Phạm vi kích thước rộng rãi của tracheids ở thực vật hạt đứng và mạch của thực vật hạt kín có những hệ quả quan trọng cho chức năng. Trong cả hai loại ống dẫn, kích thước lớn hơn đem lại hiệu quả dẫn truyền tốt hơn. Lợi ích về hiệu quả khi tăng kích thước được tối đa hóa thông qua việc kiểm soát hình dạng của ống dẫn, giúp cân bằng giữa sức cản của tường cuối và lòng ống. Mặc dù mạch dài hơn một bậc so với tracheids cùng đường kính, chúng không nhất thiết phải hiệu quả hơn vì thiếu sức cản tường cuối thấp như ở các tracheids có lỗ torus-margo. Thay vào đó, mạch đạt được hiệu quả dẫn truyền cao hơn so với tracheids thông qua việc đạt được đường kính tối đa rộng hơn. Tường cuối đóng góp từ 56-64% vào tổng sức cản của xylem trong cả hai loại ống dẫn, cho thấy chiều dài giới hạn hiệu quả dẫn truyền. Kích thước của tracheid có thể bị giới hạn nhiều hơn bởi tính đơn bào và nhu cầu cung cấp độ bền cho gỗ đồng cấu hơn là bởi nhu cầu bảo vệ chống lại hiện tượng thủng khí. Ngược lại, kích thước lớn hơn của mạch đa bào được hỗ trợ bởi các sợi tăng cường độ bền cho gỗ dị cấu. Kích thước của mạch có thể bị giới hạn nhiều nhất bởi nhu cầu kiềm chế việc tạo lỗ và hiện tượng thủng khí. Những môi trường khắc nghiệt thúc đẩy sự hình thành mạch hẹp có thể ủng hộ sự đồng tồn tại của thực vật hạt đứng và thực vật hạt kín. Sự tiến hóa của mạch trong gỗ thực vật hạt kín có thể yêu cầu các cây hạt kín sớm phải sống sót qua một giai đoạn không ổn định về cơ học và thủy lực.

• Đặt vấn đề nghiên cứu: Những phân tích gần đây sử dụng tối đa năm gen đã cung cấp nhiều hiểu biết về hệ phả hệ của thực vật hạt kín, nhưng nhiều mối quan hệ vẫn chưa được làm rõ hoặc hỗ trợ yếu. Với hy vọng cải thiện hiểu biết của chúng tôi về hệ phả hệ thực vật hạt kín, chúng tôi đã mở rộng mẫu vật và gen vượt ra ngoài những phân tích trước đây.

• Phương pháp: Chúng tôi đã thực hiện hai phân tích chính dựa trên 640 loài đại diện cho 330 họ. Phân tích đầu tiên bao gồm 25260 cặp căn cứ đã căn chỉnh (bp) từ 17 gen (đại diện cho cả ba hệ gen thực vật, tức là nhân, plastid và ti thể). Phân tích thứ hai bao gồm 19846 bp đã căn chỉnh từ 13 gen (chỉ đại diện cho nhân và plastid).

• Kết quả chính: Nhiều câu hỏi quan trọng về các mối quan hệ ở cấp độ sâu trong thực vật hạt kín không đơn lá đã được giải quyết với sự hỗ trợ mạnh mẽ. Amborellaceae, Nymphaeales và Austrobaileyales là các chi chị em liên tiếp với các thực vật hạt kín còn lại (Mesangiospermae), được phân thành Chloranthales + Magnoliidae như là chi chị em với Monocotyledoneae + [Ceratophyllaceae + Eudicotyledoneae]. Eudicotyledoneae chứa một nhánh cơ bản hỗ trợ Gunneridae. Trong Gunneridae, Gunnerales là chị em với phần còn lại (Pentapetalae), bao gồm (1) Superrosidae, bao gồm Rosidae (bao gồm Vitaceae) và Saxifragales; và (2) Superasteridae, bao gồm Berberidopsidales, Santalales, Caryophyllales, Asteridae, và, dựa trên nghiên cứu này, Dilleniaceae (mặc dù các phân tích gần đây khác không đồng ý với vị trí này). Trong các nhánh chính của Pentapetalae, hầu hết các mối quan hệ cấp độ sâu đã được giải quyết với sự hỗ trợ mạnh mẽ.

• Kết luận: Các phân tích của chúng tôi xác nhận rằng với một lượng lớn dữ liệu trình tự, hầu hết các mối quan hệ cấp độ sâu trong các thực vật hạt kín có thể được giải quyết. Chúng tôi dự kiến rằng cây phả hệ được làm rõ tốt về thực vật hạt kín này sẽ có tính hữu dụng rộng rãi cho nhiều lĩnh vực sinh học, bao gồm sinh lý học, sinh thái học, cổ sinh vật học và gen học.