Scale and Complexity in Plant Systems Research pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Spiertz, J. H. J. (EDT)/ Struik, P. C. (EDT)/ Van Laar, H. H. (EDT)

出品人:

页数:342

译者:

出版时间:2007-11-7

价格:USD 159.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781402059049

丛书系列:

图书标签:

植物系统研究
规模效应
复杂性科学
植物生理学
植物生态学
系统生物学
建模
数据分析
生物复杂性
植物建模

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具体描述

This book presents and discusses new directions in plant systems research to bridge knowledge from the gene to the plant, crop and agro-ecosystem levels and to assist in solving problems in production ecology and resource use by identifying and applying new research methods. Functional genomics, systems biology and ecophysiological modelling of crop growth and development provide powerful tools for identifying genes and genotypes of agronomic importance. Despite remarkable advances in basic knowledge of plant genes and gene networks, there has been relatively little impact on crop improvement from the application of genomics and recombinant-DNA technology.Novel directions in linking plant sciences to crop and systems research are needed to meet the growing demand for food in a sustainable way. The challenge is to produce more food on the limited available land through more efficient use of natural resources and external inputs. Genetics of plant performance are discussed using examples of Arabidopsis thaliana and food crops. The concept of 'crop system biology' is introduced. Within the theme 'physiology and genetics' traits and mechanisms to improve crop adaptation are discussed. Furthermore, various approaches in modelling G x E interactions and crop performance are presented. Some chapters are dedicated to the role of diversity in optimizing resource use and crop performance. An outlook and dialogue on future directions in plant system research challenges readers with contrasting opinions on the way forward concerning this critical issue for the future of food production.

好的，这是一份关于植物系统研究中尺度与复杂性之外的其他主题的图书简介，专注于植物的分子生物学、进化适应、生态相互作用以及应用技术等领域，以求详尽且自然： --- 《植物信号转导与环境适应机制》书籍简介本书深入探讨了植物如何感知、响应不断变化的环境信号，并阐述了支撑这些复杂适应过程的分子机制。在瞬息万变的自然环境中，植物必须精妙地整合来自外部的（如光照、温度、水分、病原体侵染）和内部的（如激素水平、发育状态）信号，以优化其生长、发育与生存策略。本书旨在为研究人员、高级本科生及研究生提供一个全面而深入的视角，聚焦于信号网络的精细调控及其对植物生理生态功能的决定性影响。第一部分：核心信号通路与激素调控本书首先建立在植物信号转导的分子基础之上，详细解析了植物激素在细胞与组织层面上的作用机理。 1.1 植物激素信号转导的分子基础生长素（Auxin）的极性运输与信号转导：探讨生长素在细胞内外的响应机制，重点分析了PIN蛋白家族介导的极性流动的调控网络，以及AUX/IAA和ARF转录因子在基因表达层面的精细调控。深入讨论了生长素如何协调根系形态建成与顶端优势的维持。赤霉素（Gibberellin, GA）的感知与降解：阐述了DELLA蛋白作为GA信号核心抑制因子如何被光敏的GID1受体识别并调控26S蛋白酶体降解的级联反应。分析GA在种子萌发、茎伸长和开花时间调控中的关键作用。脱落酸（Abscisic Acid, ABA）与胁迫记忆：详细描述了PYR/PYL受体与PP2C磷酸酶、SnRK2激酶组成的“三元复合体”如何精确控制气孔关闭和种子休眠。着重分析ABA信号通路在长期干旱胁迫下的表观遗传修饰和信号残留（胁迫记忆）。细胞分裂素（Cytokinin, CK）与两组分系统：解析CK信号传导中的经典两组分（Two-Component System, TCS）机制，包括受体His Kinases (AHKs)、His Phosphotransfer Proteins (AHPs) 和 Response Regulators (ARRs)。讨论CK在细胞分化、叶片衰老和根冠平衡中的拮抗作用。乙烯（Ethylene）与光敏通路：聚焦于ETR/EIN2/EIN3通路，解释乙烯如何通过抑制膜上受体活性来激活下游转录因子。特别关注乙烯与生长素在果实成熟和病原体防御中的协同与竞争关系。油菜素类固醇（Brassinosteroids, BR）与光信号整合：分析BR信号的BRI1受体激酶如何感知信号，以及对细胞伸长和光合作用效率的调节。探讨BR与光形态建成网络（如PHYB）的互作机制。 1.2 跨膜信号的快速响应重点讨论植物细胞如何通过膜电位变化和钙离子（Ca²⁺）信号的瞬时震荡来快速响应环境刺激。分析钙调蛋白（Calmodulin）家族及其靶蛋白在介导快速应激反应中的“信息放大器”作用。第二部分：植物的进化适应与群体遗传学本部分跳出单一植物体的分子反应范畴，转向探讨植物种群在长期进化压力下的遗传变异与适应性进化。 2.1 适应性进化与基因组重塑植物基因组加倍事件的后果：探讨全基因组复制（WGD）事件在植物进化史中的频率和影响。分析WGD后基因的冗余性、新功能获得（Neofunctionalization）和功能丧失（Nonfunctionalization）的模式。次生代谢产物的进化压力：关注植物为应对捕食者和环境毒性而进化出的复杂次生代谢产物（如生物碱、萜类、黄酮类）。通过比较基因组学方法，追踪关键合成酶基因的分子趋同进化和正向选择的区域。植物与微生物的协同进化：深入研究根瘤菌与豆科植物的分子“对话”过程，包括Nod因子介导的信号识别和NIN基因网络的激活。同时，分析菌根真菌网络如何影响植物的营养获取策略及其对全球碳循环的贡献。 2.2 适应性育种与群体遗传学工具环境梯度下的自然选择：利用QTL定位和GWAS（全基因组关联研究）技术，识别与气候适应性（如耐热性、抗旱性）相关的遗传位点。讨论如何在不同地理尺度上量化选择强度。基因流与局部适应：分析在连续生境中，基因流（Gene Flow）如何平衡局部适应的压力。探讨在气候变化背景下，种群遗传多样性对未来环境波动的缓冲作用。第三部分：先进生物技术与合成生物学应用本部分转向现代技术如何赋能植物研究，特别是在改造作物性状和提升资源利用效率方面。 3.1 基因编辑技术在作物改良中的应用 CRISPR/Cas系统的精确性与局限性：详细介绍CRISPR-Cas9、Cas12和碱基编辑技术（Base Editing）在植物基因组中实现精确点突变、插入或删除的方法。讨论脱靶效应的检测与最小化策略。非编码区的调控元件编辑：阐述如何通过编辑启动子、增强子或miRNA靶位点来调控内源基因的表达水平，实现对复杂农艺性状的精准改良，而非直接破坏编码序列。 3.2 合成生物学设计原则代谢路径工程：探讨如何利用合成生物学的模块化方法，在模式植物或作物中重构或导入新的代谢途径，以提高次生代谢产物（如药物前体、高价值油脂）的产量。基于信号的智能系统设计：介绍如何设计“智能”植物，使其能够对特定环境信号（如低氮水平或特定病原体挥发物）作出预编程的、可预测的生理反应，例如激活特定防御机制或改变根系分泌物。 3.3 快速表型组学与高通量成像非破坏性表型分析：详细介绍高光谱成像（Hyperspectral Imaging）、热成像和3D激光扫描等技术在监测植物健康状态、水分利用效率和生物量积累中的优势。原位分子成像技术：探讨如CRYSTAL或Expansion Microscopy等技术如何实现对细胞内信号分子分布的超分辨率观察，从而直接可视化激素梯度或信号复合体的形成。 --- 本书汇集了信号转导的微观机制与宏观进化适应的广阔视野，并结合了前沿的基因编辑与表型组学工具，为读者提供了一幅关于植物生命活动复杂性的多层次理解图景。它强调了植物作为一个高度整合的生物系统，如何通过精密的分子调控网络来实现对动态环境的有效适应。