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[学术文献 ] 华中农业大学揭示类受体激酶OsCRK14调控水稻抗旱性的分子机制 进入全文
Molecular Plant
2025年7月16日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室/湖北洪山实验室熊立仲教授、熊海燕副研究员团队在Molecular Plant发表题为“A novel OsCRK14-OsRLCK57-MAPK signaling module activates OsbZIP66 to confer drought resistance in rice”的研究论文。该研究系统解析了类受体激酶OsCRK14通过磷酸化级联反应激活下游信号通路，最终稳定转录因子OsbZIP66以增强水稻抗旱性的分子机制，并发现OsCRK14启动子自然变异是水稻品种抗旱性差异的关键遗传基础。这一成果为作物抗逆分子设计育种提供了重要理论依据和基因资源。研究团队基于前期工作，锁定了一个在干旱胁迫下表达量显著上调的关键基因OsCRK14。为了解析OsCRK14的生物学功能，研究团队创制了基因敲除突变体和过表达株系。结果显示，oscrk14突变体在干旱条件下存活率显著降低，而过表达株系抗旱性增强，证明OsCRK14是水稻抗旱的关键正调控因子。通过酵母双杂交、BiFC和Co-IP实验，团队发现OsCRK14与受体样胞质激酶OsRLCK57直接互作，并通过磷酸化OsRLCK57的Ser241、Ser244、Thr245和Thr250位点激活其功能。互补实验发现，突变这些位点后无法挽救osrlck57突变体干旱敏感表型，证明OsCRK14对OsRLCK57的磷酸化修饰在OsRLCK57发挥抗旱性功能中至关重要。通过磷酸化蛋白质组学分析，发现OsCRK14-OsRLCK57模块激活了经典的OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6信号级联通路 。在干旱胁迫下，oscrk14和osrlck57突变体中OsMPK6的磷酸化水平均显著降低 。同时，OsCRK14对OsRLCK57的磷酸化是激活下游OsMPK6磷酸化的前提。进一步研究发现，被激活的OsMPK6与ABA响应转录因子OsbZIP66互作并磷酸化其Ser211和Ser260位点。该磷酸化修饰并不影响OsbZIP66的转录活性或DNA结合能力，而是显著增强了其蛋白稳定性，减缓了其通过26S蛋白酶体途径的降解速率。更稳定的OsbZIP66蛋白能够显著上调下游包括LEA基因在内的大量抗旱基因的表达，从而协同提升水稻的抗旱能力。单倍型分析发现，OsCRK14启动子主要存在Hap1和Hap2两种变异，Hap1类启动子序列中因含有完整的OsMYB72结合位点而具有更高表达量和抗旱性。这一发现揭示了不同水稻品种抗旱能力差异的遗传基础，并为利用优异OsCRK14等位基因进行抗旱分子设计育种提供了直接的靶点。这项研究揭示了一个新的由CRK介导的干旱响应调控分子模块（CRK-RLCK-MAPK-bZIP）。该模块将植物的细胞膜胁迫信号、MAPK信号级联和ABA信号通路有机地联系起来，为理解植物的抗逆机制提供了全新的视角。此外，OsCRK14优异单倍型的发现，为抗旱育种提供了宝贵的资源，对保障全球粮食安全具有重要意义。
[学术文献 ] 南京大学开发活体原位细胞相互作用组的化学解码工具CINTER-seq 进入全文
Immunity
2025年7月16日，南京大学化学化工学院李劼教授团队在Immunity杂志发表了题为CINTER-seq: Chemical profiling reveals interaction-dependent cell landscapes and gene signatures in vivo的研究论文。该研究发展了一种基于近红外光催化的活体原位邻近标记新技术，利用该技术成功捕获了活体动物内免疫细胞间以及肿瘤细胞与免疫细胞间的相互作用。更进一步，研究者巧妙结合单细胞多组学分析，构建了名为 CINTER-seq 的高通量细胞互作定量分析平台。该平台能够揭示由细胞互作塑造的特异性细胞图谱以及互作依赖的关键基因表达特征，为深入解码活体原位细胞互作网络、锁定驱动互作的关键分子提供了新工具。相较于体外模型，活体原位研究能更真实地反映细胞互作的自然状态。之前的活体互作研究工作主要包括以双光子显微成像为代表的成像技术和以uLIPSTIC为代表的酶催化邻近标记技术。前者通量较低，仅能追踪少数特定细胞类型间的互作且无法实现进一步的下游分析；后者则严重依赖构建复杂的转基因工程小鼠模型，操作繁琐且技术门槛高，存在一定的局限性。李劼团队基于其在单线态氧介导的邻近标记技术上的积累，将近红外光催化的邻近标记化学引入活体研究，以方便、快捷地在活体标记细胞。他们利用能够响应近红外光的天然卟啉骨架分子焦脱镁叶绿酸a (PPa) 作为催化剂，筛选出了标记效率显著提升的苯胺基生物素探针（BAn）作为标记探针，构建了一种高效的邻近标记体系。通过抗体偶联或岩藻糖转移酶（FT）介导的标记策略，将催化剂精准锚定在目标“诱饵”细胞（bait cell）表面。当“诱饵”细胞与邻近的“猎物”细胞（prey cell）发生相互作用时，通过近红外光照激活PPa催化剂，将氧气转化为具有高活性的单线态氧 (¹O₂)。¹O₂扩散至“猎物”细胞表面，氧化其生物大分子生成亲电基团。这些“激活”的位点迅速与亲核性的BAn探针发生反应，从而在发生相互作用的“猎物”细胞上共价标记上生物素标签（Biotin）。该方法被命名为NIR-PPL技术。在前期工作中，作者提出了“化学单细胞组学”概念（图2），并开发了LacNAc-seq和ClickTag混样标签技术。在本项研究中，为实现细胞相互作用强度信息与转录组数据的整合，作者沿用该策略，利用链霉亲和素-ssDNA（SA-ssDNA）将捕获细胞上的生物素信号高效转化为可测序的DNA标签，以便在单细胞转录组测序平台上进行读取和量化。基于此，作者整合SA-ssDNA信号转化、scTCR/scRNA-seq及ClickTag混样标签技术，构建了多维分析平台CINTER-seq。根据细胞表面的Biotin标记信号强度，作者将肿瘤内T细胞分成了三个群体（Biotin高、中、低）。聚类分析结果显示，调节性T细胞（Treg）、细胞毒性效应型CD8+ T细胞（cytotoxic effector CD8）及激活或功能失调的CD8+ T细胞（activation or dysfunction CD8）等亚群显著富集于Biotin信号较高的群体，表明与肿瘤细胞紧密相互作用的T细胞呈现出显著的激活与耗竭表型。进一步的转录组与Biotin信号相关性分析表明，T细胞中Lag3基因的表达水平与细胞互作强度高度正相关。深入机制研究揭示了免疫检查点分子LAG3不仅仅作为细胞耗竭的标志物，还能直接结合肿瘤细胞表面的MHC II分子，介导肿瘤细胞与CD4+ T细胞之间稳定的物理相互作用，其互作强度可与经典的pMHC-OT-II TCR互作相当。此外，作者还对与肿瘤细胞相互作用的中性粒细胞进行了相同的分析，揭露肿瘤细胞通过互作"驯化"中性粒细胞使其表现为促进肿瘤进展的表型，并且经过功能实验证实这类中性粒细胞可以抑制T细胞的增殖以及T细胞对肿瘤细胞的杀伤。综上所述，本研究开创性地提出了近红外光催化活体原位邻近标记技术（NIR-PPL），并将其与单细胞多组学分析相结合，构建了高通量的细胞互作定量解析平台CINTER-seq，实现了以单细胞精度解析体内细胞物理互作网络。相比现有方法尤其是uLIPSTIC，本技术无需构建复杂的基因工程小鼠模型，同时具备更加快速的反应动力学和独有的时空选择性，大幅提升了体内细胞互作研究的精准性与便捷性。这一突破不仅为深入揭示细胞通信与疾病机制提供了全新视角，也为未来开发更加精准有效的治疗策略奠定了重要基础。
[学术文献 ] 清华大学建立人工设计植物抗病基因的全新策略 进入全文
Nature
2025年7月16日，清华大学生命科学学院刘玉乐实验室在《Nature》杂志在线发表题为“重塑自激活NLR赋予植物广谱抗病 (Remodelling autoactive NLRs for broad-spectrum immunity in plants）”的研究论文，开创性地建立了一种简单高效的人工设计植物抗病基因的全新策略，可使植物获得广谱、持久且完全的抗病。植物NLR免疫受体主要包括三类：TNL（TIR-NLR）、CNL（CC-NLR）和RNL（CCR-NLR）。TNL和CNL负责识别病原效应子，RNL在免疫信号传导中发挥关键作用。近年的研究表明，CNL和RNL在识别病原入侵后可组装形成抗病小体，在膜上形成钙离子通道，激活免疫反应，这一过程依赖其CC或CCR结构域的氨基（N）端序列。因此，一个完整且游离的N端对其功能至关重要，与此一致的是，刘玉乐团队早在十年前就发现：在CNL的N端融合额外多肽会抑制其功能。另一方面，在NLR的MHD基序或其他关键区域引入特定突变，可产生自激活型植物NLR免疫受体（autoactive NLR, aNLR）。此外，全世界约45%的植物病毒编码其侵染所必需的蛋白酶，大量细菌、真菌、卵菌、线虫和刺吸式昆虫也依赖向植物细胞分泌蛋白酶致病。基于上述知识，刘玉乐团队提出并建立了一种人工设计植物抗病基因的全新策略 ：在植物中表达一种羧基（C）端携带病原蛋白酶识别切割位点（protease cleavage site，PCS）的多肽与aNLR的N端融合形成的蛋白，可使植物抗病。无病原存在时，aNLR被融合多肽抑制，保持失活状态；病原入侵时，其编码或分泌的蛋白酶特异切割融合蛋白，释放aNLR，从而激活强烈免疫反应，诱发植物对病原的抗性。若选用保守性高的蛋白酶识别切割位点，该策略可使植物广谱持久抗病。该策略已在模式植物和重要经济作物大豆中成功验证，可使植物对多种病毒完全免疫，有望成为植物抗病毒、细菌、真菌、卵菌、线虫和刺吸式昆虫等多种病虫害的通用策略。具体而言，研究团队将带有马铃薯Y病毒（PVY）蛋白酶识别切割位点 YEVHHQ↓A的HA标签多肽分别融合至CNL（Tm-22）和RNL（AtNRG1.1）自激活突变体的N端，构建了2种人工抗病基因。转这2种基因的本生烟草表现出对PVY、芜菁花叶病毒（TuMV）、辣椒斑驳病毒（PepMoV）、辣椒脉斑驳病毒（ChiVMV）和李痘病毒（PPV）等多种病毒的广谱抗性，并且抗性很强，甚至表现为极端抗性，病毒不能建立侵染。由于选用的病毒蛋白酶识别切割位点高度保守，预计构建的抗病基因可赋予植物“超级广谱”抗病性，抗超过100多种植物病毒。进一步地，研究团队还构建了针对大豆花叶病毒（SMV）的定制抗病基因，转基因大豆对SMV完全免疫。 相比现有方法，该策略在构建抗病基因方面具有多重优势：构建简单，仅需改造单个aNLR基因；可针对众多不同的病原进行定制化设计抗病基因、抗性广谱且持久稳定、不易被病原突破，且抗病效果强（对病毒等病原可实现完全免疫）。此外，该方法具有高度普适性，适用于所有作物，并可与基因组编辑技术结合，直接编辑植物内源NLR基因获得新型抗病基因。
[前沿资讯 ] 法国图卢兹大学开发ALFA标记技术实现植物膜蛋白超分辨率成像 进入全文
MPlant植物科学
近日，法国图卢兹大学Julie Neveu和Grégory Vert团队在Plant Communications发表题为“Broad application of the ALFA tagging technology for in planta nanobody-based imaging and biochemical characterization of plant proteins”的研究论文。该技术通过结合ALFA标签和ALFA纳米抗体（ALFA NB），实现了对植物蛋白质的高效检测、定位及功能分析，为植物生物学研究提供了全新的工具。研究人员首先构建了多种表达ALFA纳米抗体（ALFA NB）与不同荧光蛋白（如mCitrine、mScarlet等）融合体的拟南芥转基因株系。这些株系在植物的根尖、叶片和保卫细胞等多种组织中均表现出稳定的荧光信号，且不影响植物的正常生长发育。通过共聚焦显微镜观察，ALFA NB-荧光蛋白融合体在细胞质和细胞核中均匀分布。为了验证ALFA NB-荧光蛋白系统在蛋白质定位中的适用性，研究人员测试了多种亚细胞标记蛋白。例如，当ALFA NB-mCitrine与质膜标记蛋白Lit6b-ALFA共表达时，荧光信号特异性地定位在质膜上，并与FM4-64染料共定位。此外，微管结合蛋白MAP4和线粒体外膜蛋白OM64的ALFA标记版本也能被ALFA NB-荧光蛋白准确检测。然而，ALFA NB无法识别位于线粒体内膜或内质网腔的标记蛋白，表明其应用范围受限于标记蛋白的亚细胞定位。研究人员以拟南芥铁转运蛋白IRT1为例，展示了ALFA技术在难标记蛋白质研究中的优势。IRT1是一种疏水性跨膜蛋白，传统标记方法常影响其功能。通过将ALFA标签插入IRT1的特定胞质环中，研究人员成功获得了功能性融合蛋白，并通过ALFA NB-mCit实现了IRT1的活体成像。此外，研究还发现，金属过量会触发IRT1的内吞和液泡靶向。通过三分子荧光互补（TriFC）实验，研究人员成功检测到IRT1与已知互作蛋白（如AHA2和FRO2）的相互作用。此外，通过将ALFA NB与E3泛素连接酶RING结构域融合，研究团队实现了对IRT1-ALFA的靶向降解，为蛋白质功能调控提供了新工具。研究人员还利用ALFA标签和光转换荧光蛋白mEos3.2，实现了单粒子追踪光激活定位显微镜（sptPALM）对质膜蛋白Lit6b和IRT1的超分辨率成像。结果显示，IRT1的扩散行为与已知的质膜蛋白一致，进一步验证了ALFA标签技术的可靠性。综上所述，本研究通过构建ALFA标签-纳米抗体植物工具箱，系统验证了其在亚细胞定位、蛋白质互作、靶向降解及超分辨成像等领域的卓越性能，特别突破了IRT1等难标记蛋白的研究瓶颈，为植物蛋白功能研究提供了前所未有的灵活性，尤其适用于传统方法难以处理的蛋白。
[学术文献 ] 巴西圣保罗大学等合作揭示抗细菌药物粘菌素增强抗真菌药物机制 进入全文
Nature Communications
2025年7月1日，巴西圣保罗大学Gustavo H. Goldman研究组和南京师范大学陆玲课题组并联合日本、加拿大、以色列的病原真菌研究团队，在Nature Communications合作发表题为“Colistin enhances caspofungin antifungal efficacy against Aspergillus fumigatus by modulating calcium homeostasis and stress responses”研究论文。该研究揭示抗细菌药物粘菌素（Colistin）可通过调节钙稳态与应激反应，显著增强抗真菌药物卡泊芬净（Caspofungin）对致病真菌烟曲霉（Aspergillus fumigatus）的杀伤作用。这一发现为临床治疗侵袭性真菌感染提供了新的联合用药策略。烟曲霉是侵袭性曲霉病的主要病原，严重威胁免疫缺陷或免疫功能低下患者的健康。卡泊芬净因毒、副作用较小，是临床常用的抗真菌药物，但其单药主要表现为抑菌作用，疗效有限。粘菌素属于多黏菌素类抗生素，主要用于治疗耐药革兰氏阴性菌感染，其抗真菌作用机制此前尚未深入研究。为寻找提升卡泊芬净抗真菌效果的途径，研究团队筛选了来自三类不同来源药物库的5297种化合物，发现粘菌素可显著增强卡泊芬净的抗真菌活性，使药效从抑菌转变为杀菌。两者联用不仅有效清除真菌，还可减少耐药性发生。作用机制研究结合酵母化学基因组突变株文库、蛋白激酶抑制剂库筛选、基因敲除及生物化学实验，证实粘菌素通过干扰真菌细胞内钙离子稳态并激活应激反应，削弱了真菌对卡泊芬净的防御能力。在感染烟曲霉的动物模型中，联合用药显著提高宿主生存率、降低真菌负荷，显示出更优的抗真菌效果。由于粘菌素已获批临床使用、价格低廉，适合资源有限地区推广，其抗真菌潜力有望加速临床转化。该联合用药策略有助于延缓耐药性发展，改善现有抗真菌疗效。
[学术文献 ] 农科院生物所联合中外团队构建水稻多器官单细胞多组学图谱 进入全文
Nature
2025年7月9日，中国农业科学院生物技术研究所联合北京格致博雅、华大基因、加州大学河滨分校、海德堡大学、鲁汶大学等国内外多家研究机构在Nature发表了题为A single-cell multi-omics atlas of rice的研究论文。该研究在单细胞水平同时捕获水稻多个重要器官的RNA表达与染色质可及性状态，构建了首个水稻多器官单细胞多组学图谱，解析了细胞类型的功能及对复杂性状调控作用，预测并挖掘出细胞类型特异的调控水稻性状的基因，为水稻设计育种提供了细胞水平特异候选靶点。研究团队利用单细胞多组学（Multiome）技术，在水稻中单细胞水平上同步对基因表达（RNA）与染色质(ATAC)进行了测序，在水稻8个主要器官（根、茎、幼叶、旗叶、茎尖、分蘖芽、幼穗和种子）中共获取超11万个细胞的RNA表达与染色质可及性数据，通过分析和大量原位杂交试验验证鉴定出54个细胞类型，首次在水稻多个组织进行了全面的细胞类型鉴定及深入数据挖掘。基于细胞水平的表达与染色质开放信息，对水稻细胞命运扰动进行了“虚拟敲除”模拟，预测了基因扰动后细胞轨迹和状态变化。例如，通过模拟RSR1基因的敲除，预测了其对皮层细胞的显著命运改变，并经过了实验验证。这一方法分析关键基因对细胞发育的功能，提供了智能预测手段。同时，在单细胞水平上基于染色质可及性区域DNA序列motif富集度与转录因子表达趋势，预测了每个细胞类型中转录因子是激活型还是抑制型。对单细胞转录组数据进行共表达网络分析，将基因根据表达动态分成若干模块，每个模块中的基因在某些细胞类型中呈现出高度一致的表达趋势。每个模块代表一组功能关联的基因协作网络，比如M2模块与光合作用、M4与氮代谢密切相关。每个模块在细胞类型中的富集程度显著不同，为挖掘性状关联的单细胞调控网络提供了基础。通过将水稻群体GWAS结果和单细胞数据进行整合分析，发现了“细胞类型-性状”的潜在关系，发现分蘖数、粒重、抗病性等核心性状与特定细胞类型的表达和调控模式高度相关，如分蘖数与分蘖芽细胞、粒重与种胚细胞、抗病性与叶表皮细胞的精准对应。依托单细胞共表达网络与扰动模拟预测，作者挖掘出细胞类型特的调控水稻发育性状的三个基因：RSR1：在根皮层中高度特异表达，通过模拟敲除预测其为皮层细胞命运控制的基因。实验证明rsr1突变体根长显著增加、皮层细胞体积扩大，验证其负调控作用。OsF3H：碳代谢与氮代谢的枢纽基因，表达于叶肉和根维管，osf3h突变导致根短缩、光合能力下降、总氮含量降低，揭示其在碳氮协同中的关键角色。LTPL120：根皮层特异表达，通过GWAS关联与单细胞定位发现其是调控根系与株型的重要因子。突变体表现出分蘖数增加、株高变化，为株型优化提供潜在基因靶点。进一步对穗早期到齐穗期不同阶段的穗样本（包括SP3、SP4、SP6和SP8阶段）进行了单细胞多组学测序。首次发现了分生组织中的“过渡态细胞”，揭示其在细胞命运决定中的关键作用，为理解植物发育过程细胞的动态变化提供了新视角。关键转录因子OsRA2和OsERF82的突变体研究进一步支持了过渡态细胞的重要性：osra2突变导致籽粒变长、oserf82突变导致籽粒变宽，形态变化直接验证了其在籽粒发育初期的调控功能。另外，作者开发并上线了Rice-SCMR（Rice Single-Cell Multi-omics Resource）平台（http://www.elabcaas.cn/scmr）。该平台具备以下功能：支持在56个注释细胞类型中自由检索基因表达和染色质开放状态；提供基因调控网络、扰动模拟预测结果、细胞类型marker等可视化浏览；集成GWAS和性状的关联分析。Rice-SCMR的上线为水稻乃至其他作物单细胞研究提供了共享与合作的平台，助推多组学大数据在农业育种中的应用。综上所述，该研究构建了首个水稻多器官单细胞多组学图谱，通过基因扰动模拟、转录因子功能预测、共表达网络与GWAS整合等智能预测技术，实现了从单细胞功能的深度解析，为作物智能育种提供了单细胞水平的工具。
