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[学术文献 ] 南京农业大学揭示光信号调控水稻抽穗期的新机制 进入全文
Nature Communications
2025年6月19日，南京农业大学进一步研究发现，ELD1可与光敏色素phyB的活性形式互作，参与红光调控OsCCA1剪接的过程，揭示了光信号通过可变剪接调控生物钟的分子机制。该研究克隆到一个在长日照条件下特异性调控水稻抽穗的基因Early Flowering at Long Day 1 (ELD1)。该基因编码呈核散斑定位的CCHC-type锌指蛋白，其功能完全缺失会胚胎致死，但特定氨基酸点突变可显著促进抽穗而没有明显的农艺性状缺陷。研究发现，ELD1可与OsNKAP（哺乳动物NF-κB activating protein同源物）及多个核心mRNA剪接因子互作。全长转录组测序分析发现，ELD1在全基因组范围内调控上千个基因的可变剪接，特别是在生物钟核心基因 OsCCA1 上介导多个位点的剪接事件。分子与遗传分析表明，ELD1主要通过 OsCCA1-Hd1通路影响水稻抽穗期。进一步研究发现，ELD1可与光敏色素phyB的活性形式互作，参与红光调控OsCCA1剪接的过程，揭示了光信号通过可变剪接调控生物钟的分子机制。值得一提的是，长读长测序显示OsCCA1具有超过60种剪接异构体，其功能差异和动态调控机制仍有待深入研究。综上，该研究不仅揭示了光信号调控水稻抽穗期的全新机制，且在分子育种上取得突破。利用碱基编辑技术对ELD1关键氨基酸进行定点突变，在宁粳7号、宁粳4号等优良品种背景下成功培育出早抽穗新种质，为植物发育必需基因在育种中的应用提供了新范式。
[学术文献 ] 加州大学揭示RNase MRP快速耗竭诱导细胞可逆性增殖停滞的新机制 进入全文
Nature Communications
2025年6月18日，来自加州大学河滨分校的通讯作者 Jernej Murn 研究团队在《Nature Communications》期刊发表题为《Reversible proliferative arrest induced by rapid depletion of RNase MRP》的研究论文，该研究发现快速耗竭深深保守的RNA酶MRP（RNase MRP）可诱导人类细胞发生长期且可逆的增殖停滞。RNase MRP是一种RNA基础的酶，对于rRNA的生物合成至关重要。研究显示，在RNase MRP被快速耗竭的情况下，细胞的rRNA生物合成受到严重损害，同时伴随着急性转录重编程，这些变化先于细胞关键功能的逐步下降。许多进入增殖停滞的细胞显示出组蛋白mRNA水平上升，这些mRNA在细胞质中局部积累，S期DNA含量增加。细胞可以从周期的多个阶段进入这种增殖停滞状态，并且可以持续数周而细胞活性不受影响。值得注意的是，恢复RNase MRP的表达可以完全逆转停滞状态，细胞增殖以与对照细胞相同的速度重新启动。研究提出，靶向rRNA生物合成可能是一种快速诱导可逆增殖停滞的通用策略，这对于理解和操纵细胞静止具有重要意义。研究还发现，组蛋白mRNA在增殖停滞的细胞中积累，这可能与翻译抑制有关，尤其是在那些在S期停滞的细胞中。此外，研究团队通过RNA测序和转录组分析，发现RNase MRP的耗竭触发了广泛的基因表达变化，包括与翻译、tRNA处理和组蛋白mRNA相关的基因的显著诱导。这些发现不仅加深了我们对细胞如何在压力下进入静止状态的理解，还为开发新的细胞静止操纵策略提供了潜在的靶点，这可能对癌症治疗和再生医学等领域产生影响。
[学术文献 ] 哈佛医学院揭示USP37防止复制体过早解体中机制 进入全文
Nature Communications
2025年6月18日，来自哈佛医学院Johannes C. Walter和Stephen P. Jackson研究团队在《Nature Communications》期刊发表题为《USP37 prevents premature disassembly of stressed replisomes by TRAIP》的研究论文。该研究深入探讨了去泛素化酶USP37在维持基因组稳定性中的关键作用，特别是在防止复制体在复制压力下过早解体的过程中的功能。真核生物的复制体在DNA复制过程中常会遇到蛋白障碍，这些障碍可能威胁基因组的完整性。E3泛素化酶TRAIP负责移除这些障碍，但必须被精确调控，以避免不适当的泛素化和复制体解体。研究发现，人类细胞中缺乏去泛素化酶USP37会导致对拓扑异构酶毒物和其他复制压力诱导剂的超敏感性。进一步的实验表明，当TRAIP缺失时，USP37敲除细胞对拓扑异构酶抑制剂的超敏感性得以恢复。研究团队通过CRISPR-Cas9基因编辑技术对人类细胞进行基因敲除实验，并利用Xenopus egg extracts模拟细胞环境，观察到在USP37耗尽的情况下，TRAIP会促进CMG的过早泛素化和解体，尤其是在复制体因压力停滞时。研究还发现USP37通过与CMG解旋酶的CDC45亚基结合来响应拓扑压力，并通过AlphaFold-Multimer的结构预测分析支持了这一发现。该研究不仅增进了对DNA复制和基因组稳定性维持机制的理解，还为癌症治疗提供了潜在的新靶点。由于USP37的催化活性对保护细胞免受拓扑异构酶抑制剂和复制压力诱导剂的毒性至关重要，因此USP37抑制剂可能对表现出复制压力升高的癌细胞具有选择性毒性。此外，抑制USP37可能改善因TRAIP突变导致的小头畸形性侏儒症相关表型。研究团队总结道，USP37在防止复制体过早解体中发挥着至关重要的作用，其通过抑制TRAIP的活性，使复制体能够在压力下继续完成DNA复制，而USP37的缺失会导致TRAIP的过度活性，从而引起DNA损伤和细胞死亡。这一发现为开发新型癌症治疗方法提供了理论基础，并可能对相关遗传疾病的治疗提供新的思路
[学术文献 ] 中国农大通过共转移免疫受体实现跨物种抗病 进入全文
Cell
2025年6月17日，中国农业大学植物保护学院郭海龙教授团队在Cell在线发表题为Interfamily co-transfer of sensor and helper NLRs extends immune receptor functionality between angiosperms的研究论文，首次系统证明通过共转移感受型与辅助型NLR免疫受体，可打破NLR免疫受体的“受限的分类学功能”瓶颈，在分类学跨度较大的植物间重建免疫信号通路。这一突破性发现不仅为作物病害的绿色防控提供了可行的新策略，也为未来多物种间的分子设计育种提供了重要理论依据和实践示范。植物胞内核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复序列受体蛋白 (Nucleotide-binding domain, Leucine-rich repeat containing Receptors, NLRs) 通过直接或者间接的方式识别病原微生物分泌的效应蛋白激活效应子引发的免疫 (Effector-Triggered Immunity, ETI)，引发细胞坏死进而抵御病原菌的侵染。目前克隆的抗病基因大都编码这类免疫受体蛋白，因此NLRs是抗病育种的重要靶蛋白。NLRs 作为在植物体内快速进化的一类蛋白，表现出一定的植物种属（科属）特异性；而一些效应蛋白广泛分布于同属（种）病原菌乃至不同病原菌中，因此在物种间转移NLR免疫受体是构建作物抗病性的一种潜在策略，如科学家们早期将来源于烟草的N基因转移至番茄，赋予了对烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus, TMV）的抗性。将来源于拟南芥的抗白锈病免疫受体WRR4引入至芥菜（Brassica juncea）和欧洲油菜（Brassica napus）赋予了对白锈病菌（Albugocandida）的抗性。将小麦Sr22和Sr33等秆锈病抗病基因转入大麦可赋予对大麦抗秆锈病的能力。纵观目前NLRs的跨界转移赋予抗病性的例子大都发生在彼此亲缘关系较近的科内（intrafamily）物种间，而很多NLRs跨科（interfamily）转入远缘物种后常出现抗病功能丧失，造成跨物种转移应用中受限的分类学功能（Restricted Taxonomic Functionality, RTF），例如由野油菜黄单胞菌辣椒斑点病致病变种（X. campestris pv. vesicatoria, Xcv）引起的辣椒和番茄细菌性疮痂病是普遍发生在茄科植物上的一种细菌性病害，将源于辣椒的抗Xcv的NLR基因Bs2转移至番茄中，转基因番茄表现出对Xcv良好的抗性，这种基因对基因抗性依赖于效应蛋白AvrBs2。但将Bs2转移至亲缘关系较远的拟南芥和木薯中，转基因拟南芥和木薯并未表现出对野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(X. campestrispv. campestris, Xcc）和地毯草黄单胞菌木薯萎蔫致病变种(X. axonopodispv.manihotis)的抗性，尽管效应蛋白AvrBs2的在Xcc和Xam中也高度保守。这与细胞质膜上的模式识别受体 (Pattern Recognition Receptors, PRRs) 的跨界转移不同，比如拟南芥模式识别受体EFR虽然只分布在十字花科植物中，但在番茄、水稻、小麦乃至柑橘、香蕉等果树中表达EFR也能赋予这些植物识别细菌延伸因子EF-Tu的能力并增强它们的细菌抗病性，这与PRRs下游信号通路在不同物种中相对保守有关。因此RTF很大程度上限制了NLRs在远缘作物中开展抗病种质创制的应用。水稻细菌性条斑病是由稻生黄单胞菌条斑致病变种(X. oryzaepv.oryzicola, Xoc) 通过伤口或气孔侵入导致，是我国重要的水稻病害之一，每年造成巨大的水稻产量损失。但在水稻种质资源中至今尚未鉴定到编码NLR受体的主效抗病基因，严重制约了对这类病害的防控效果。研究团队基于AvrBs2在黄单胞菌属中高度保守这一现象，发现在烟草中瞬时表达Bs2和Xoc的AvrBs2能诱发细胞坏死，表明Bs2能识别直系同源效应蛋白AvrBs2Xoc，这为在远缘物种水稻中利用辣椒的Bs2防治细菌性条斑病提供了基础，但Bs2转基因水稻并没有赋予对Xoc的抗病性，这与前期发现的Bs2在木薯和拟南芥中呈现出RTF的现象是一致的。近年来研究发现在激活细胞死亡和抗病反应过程中，一类称为辅助型NLRs （Helper NLRs）位于识别病原菌无毒蛋白的感受型NLRs（Sensor NLRs）下游，辅助型NLRs对于感受型NLRs激活后的抗病信号的传递起到关键作用，如拟南芥ADR和NRG1家族以及茄科特有的NRC家族。鉴于前期研究表明Bs2的功能需要依赖这类辅助型NRCs，推测NRCs类辅助型NLRs在其它远缘作物中的缺失是Bs2应用存在RTF的关键原因。鉴于水稻与辣椒分化于大约2亿年前，仅共转移Bs2和NRCs是否就足以在水稻中重构ETI信号通路还是需要额外的茄科特异的蛋白还不清楚。研究团队将辣椒Bs2及烟草NRC2/NRC3/NRC4辅助型免疫受体共同转移至水稻中，接种Xoc而非ΔAvrBs2突变菌株能诱导NRC2和NRC4在转基因水稻里寡聚化，表明在水稻里重构AvrBs2Xoc激活Bs2的ETI信号通路，暗示仅转移茄科植物的感受型和辅助型NLR受体就足以在水稻中重构ETI信号通路。接种Xoc后发现转基因水稻表现出对水稻细菌性条斑病菌的ETI抗病性，而共表达感受型和辅助型NLR免疫受体的转基因水稻重要农艺性状如株高、有效分蘖数、每穗粒数、千粒重无明显差异；转基因水稻的基础抗性也不受影响。此外，英国赛恩斯伯里实验室 (The Sainsbury Laboratory) 的Jonathan Jones研究团队也发现转基因拟南芥共表达源于光果龙葵 (Solanum americanum) 晚疫病抗病基因Rpi-amr3和光果龙葵或烟草的NRC2在用细菌投递致病疫霉 (Phytophthora infestans) 效应蛋白AvrAmr3后能诱发细胞坏死，共表达Bs2及Rpi-amr1和光果龙葵的NRC2/NRC3/NRC4在大豆中可以引起AvrBs2及AvrAmr1诱发的细胞坏死，表明通过共转移辅助型NLR可将感受型NLR受体的功能拓展到其它多个植物中。该成果克服了Bs2这类免疫受体跨远缘物种利用障碍这长期悬而未决的难题，在国际上首次阐明共转移感受型和辅助型NLR受体可以打破NLR的RTF，实现NLR受体在不同作物中抗病育种的广泛应用。基于此策略，在水稻里重建针对细菌性条斑病菌的免疫通路创制了对细菌性条斑病菌抗病性的水稻新种质资源。这为在种质资源中缺乏内源抗病基因，利用其它物种NLRs的生物育种应用提供了很好的范例。例如一些致病疫霉的效应蛋白在其它疫霉菌种中是保守的，一些早期克隆的能识别致病疫霉效应蛋白的茄属NLRs也能够识别其它疫霉菌中的直系同源效应蛋白。如果将这些茄属NLRs与NRCs共同转移至大豆、可可和草莓等作物也能提供对侵染这些作物疫霉菌的抗性。因此该研究为病害绿色防控和生物育种提供了重要理论基础和育种策略。
[学术文献 ] 华中农业大学探索异源表达动物基因影响农艺性状潜力机制 进入全文
Plant Biotechnology Journal
2025年6月9日，华中农业大学油菜团队研究成果以“Cell death-Inducing DNA Fragmentation Factor Alpha (DFFA)-like Effectors (CIDEs) improve lipid droplets formation and oil accumulation in plant tissues”为题在Plant Biotechnology Journal发表。研究揭示了动物脂滴蛋白CIDE在植物脂滴形成与油脂积累中的作用，并探索了CIDE影响油菜种子油脂积累的潜在机制。为油菜籽油增产提供了全新生物技术策略。油菜（Brassica napus）是全球第三大油料作物，其种子油不仅用于食品加工，也是生物柴油的重要原料。然而，种子含油量是典型的数量性状，提升油菜种子含油量相对困难。脂滴（Lipid Droplets, LDs）是细胞内储存油脂的关键结构，其形态与数量直接影响油脂积累效率。动物中研究显示，CIDEs基因家族（CIDEA、CIDEB、CIDEC）能调控脂滴融合与扩张，但植物中尚未发现其同源基因。为探究CIDEs在甘蓝型油菜中的功能，在油菜种子中特异表达CIDE。近红外光谱分析显示，CIDEs过表达株系种子含油量较野生型（WT）提高7.4%-11.3%，其中油酸（C18:1）为主要增加的脂肪酸。CIDEs过表达株系种子的蛋白质含量与WT无差别，但可溶性糖含量显著降低。透射电镜（TEM）观察发现，转基因种子中脂滴体积显著增大。ImageJ定量分析表明，CIDEs过表达株系种子中脂滴数量减少20.9-34.7%，但单个脂滴面积增加76.2-104.7%，单位面积内脂滴总覆盖面积提升30.3-36.6%。对种子进行萌发试验，发现种子脂滴形态变化不影响种子萌发率。同时，CIDE不影响植物的农艺性状。进一步的研究表明，CIDEs的表达可以促进种子的糖酵解、TCA循环及能量代谢，最终促进种子油脂的积累。
[学术文献 ] 华南农业大学发布全球首个火龙果T2T级别基因组 进入全文
Journal of Integrative Plant Biology
2025年6月5日，华南农业大学园艺学院胡桂兵教授和秦永华教授团队在国际知名学术刊物Journal of Integrative Plant Biology上发表了题为“Gap-free genome and efficient transcript purification system reveals the genomes diversity and chlorophyll degradation mechanism in pitaya”的研究论文。该研究发布了火龙果首个端粒到端粒（T2T）级别的基因组和火龙果病毒污染的转录本纯化系统，揭示了叶绿素降解通路在不同果皮颜色火龙果中调控差异的分子机制。该研究用ONT、PacBio SMRT、Illumina和Hi-C四种测序技术对‘双色一号’火龙果进行了全基因组测序和组装，获得了T2T水平上具有高完整性、连续性和组装质量的火龙果基因组，同时获得了‘红花青龙’（青皮白肉）和‘大红’（红皮红肉）两个高质量火龙果基因组。基于参考基因组的比对，发现火龙果转录组中广泛存在Cactus virus X、Pitaya virus X、Schlumbergera virus X、Zygocactus virus X和Guangxi alphaflexivirus五种病毒。为了解决这一问题，我们设计了一种特异性消化火龙果中病毒转录本的寡核苷酸池，开发了一种高效、新颖和普适性强的火龙果转录本纯化系统。基于火龙果基因组中的结构变异和纯化后的高质量转录组数据，鉴定出一个与火龙果果皮叶绿素积累水平显著正相关的转录因子HuERF72，HuERF72与HuSGR1启动子之间发生相互作用，抑制HuSGR1的表达，从而使火龙果果皮叶绿素降解受阻。该研究解析了HuERF72-HuSGR1转录调控导致火龙果滞绿的调控网络，为火龙果果实颜色调控提供了重要的参考依据。
