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[学术文献 ] 果树所与华南农大合作利用微生物组学分析根际分泌物与害虫互作 进入全文
Plant Biotechnology Journal
2025年5月7号，果树所优稀水果研究团队在国际学术期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Guava root exudate -driven rhizosphere microorganisms changes transmitted to foliar-feeding insects influence their feeding behavior”的研究论文。研究团队以不同砧木品种嫁接的番石榴为研究对象，通过微生物组学发现，不同砧木品种嫁接的番石榴生长情况不同，间接影响了斜纹夜蛾幼虫的为害程度。本研究分析并比较了不同砧木品种嫁接同种番石榴的土壤、根、茎、叶、斜纹夜蛾幼虫以及根系分泌物中的微生物群落差异。发现取食异砧嫁接番石榴叶片（砧木和接穗为不同品种）的斜纹夜蛾幼虫中肠中的超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性显著高于取食同砧嫁接番石榴叶片（砧木和接穗为同一品种）。番石榴根系通过调节根系分泌物的种类和数量，影响根系结构、土壤养分以及根际微生物的群落结构和多样性。此外，根系分泌物还通过调控根际微生物，影响斜纹夜蛾幼虫的生理生化状态，驱动“植物-微生物-昆虫”的相互作用。本研究为番石榴嫁接改良品种可提升其抗逆性提供了新的见解。
[学术文献 ] 农科院深圳农业基因组研究所构建需钠弧菌工程菌株降解有机污染物 进入全文
Nature
2025年5月7日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）/中国科学院深圳先进技术研究院戴俊彪团队与上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢全国重点实验室唐鸿志团队合作在《Nature》上以“Bioremediation of complex organic pollutants by engineered Vibrio natriegens”为题发表最新成果，在环境微生物技术研究方面取得进展，用合成生物学方法构建的需钠弧菌工程菌株能在高盐工业废水和高盐土壤中同时降解多种有机污染物。该项研究为解决石化废水排污、海洋石油泄漏等全球性环境问题提供了全新的技术方案。工业废水排污、海洋原油泄漏等复合有机污染事件对生态环境安全构成严重威胁。通过漫长的遗传突变和自然选择，自然环境中逐渐进化出一些能将污染物作为“食物”的微生物。利用这些微生物的分解代谢能力处理环境中的有机污染物，具备成本低廉、环境友好等优势。但现有的天然菌株“食谱窄”，仅能降解某种或少数几种污染物，无法在实际污染场景下实现对复合有机污染物的生物修复。为了攻克这一难题，研究团队利用合成生物学方法，对兼具快速生长、耐盐胁迫、基因编辑高效等特性的需钠弧菌进行基因工程改造，开发了高效自然转化方法和基因组迭代编辑技术INTIMATE，这种技术不仅可以将长片段DNA序列精准地插入底盘细胞基因组特定位点，而且通过迭代方法反复多次插入新的DNA序列，实现对同一菌株的不断拓展改造。经多轮迭代编辑后，研究团队获得了能够降解5种典型有机污染物的菌株VCOD-15，并开展了模拟应用测试。结果显示，在取自石油炼化厂和氯碱化工厂的高盐废水中，该菌株仅需2天即可净化其中同时存在的5种有机污染物。本研究成功开发了基于需钠弧菌的复合污染物工程菌构建平台，实现了从代谢通路的挖掘、设计和合成到单一、复合污染物降解菌株的构建、测试、以及在实际工业废水样本处理应用的全流程，为石化、氯碱等高盐废水处理、海上石油泄漏、微塑料污染等全球性挑战提供了生物解决方案。同时，INTIMATE技术为多基因簇工程底盘的构建提供了通用技术平台，使得同一菌株中多种代谢功能的整合以及优质菌种的迭代功能拓展成为可能，可扩展至其他污染物降解体系的构建乃至天然产物合成、高值化学品细胞工程构建等合成生物学应用场景。
[学术文献 ] 麻省理工开发用于体内持久表观基因组编辑的IscB进化用于指导蛋白质设计 进入全文
Nature Biotechnology
2025年5月7日，美国麻省理工学院张锋团队在《Nature Biotechnology》在线发表题为“Evolution-guided protein design of IscB for persistent epigenome editing in vivo”的研究论文，该研究开发了用于体内持久表观基因组编辑的IscB进化用于指导蛋白质设计。在这里，研究人员通过结合直向同源筛选、结构指导的蛋白质结构域设计和RNA工程以及基于深度学习的结构预测，设计了紧凑的专性可动因子指导活性(OMEGA) RNA指导的核酸内切酶IscB及其指导RNA (ωRNA),以产生改进的变体NovaIscB。研究发现紧凑的NovaIscB在人类基因组上实现了高达40%的indel活性(比野生型OgeuIscB提高了约100倍),相对于现有的IscB具有更高的特异性。进一步表明，NovaIscB可以与甲基转移酶融合，产生可编程转录阻遏物OMEGAoff，它足够紧凑，可以包装在单个腺相关病毒载体中，用于持续的体内基因阻遏。这项研究强调了将天然多样性与蛋白质工程相结合来设计用于分子生物学应用的增强型酶的力量。
[学术文献 ] 巴利文里研究大学等合作设计小分子诱导癌细胞铁死亡 进入全文
Nature
2025年5月7日，来自法国巴黎文理研究大学、美国哈佛大学、德国慕尼黑亥姆霍兹中心等机构组成的一支国际研究团队在《Nature》发表题为“Activation of lysosomal iron triggers ferroptosis in cancer”研究论文。研究人员发现，那些极具转移潜力的耐药性癌细胞具有一个显著的特点，其细胞表面大量表达CD44，而这种表面糖蛋白会帮助细胞通过内吞作用吸收和积累大量的铁，从而促进癌细胞生存，并更具侵袭性。而研究人员提出的创新策略可以说是“以子之矛攻子之盾”，利用了癌细胞爱吞铁的特点，促使其通过“铁死亡”途径自杀。铁死亡（ferroptosis）是一种由铁催化的细胞程序性死亡，其关键环节是铁催化生物膜中的脂质过氧化并导致脂质降解。为此，研究团队设计了一种能激活铁死亡的新型小分子，命名为fentomycin-1（简称Fento-1），用来诱导溶酶体的磷脂氧化降解。这种新型分子采用了药物开发中的“诱导接近”（induced proximity）理念，也就是通过把两种原本不发生相互作用的分子拉近，使特定的细胞事件发生，从而实现目标。具体来说，Fento-1由两个片段组成，一个片段用来与细胞膜的脂质结合，促使细胞发生内吞，从而进入细胞并移动到溶酶体，在那里聚积；另一个片段则被设计成与溶酶体中丰富的铁结合，提高铁的反应性，从而在溶酶体中启动膜脂质的过氧化反应，最终引发整个癌细胞的铁死亡。在概念验证阶段，Fento-1向几种素来以耐药性强、治疗难闻名的癌症发起挑战。论文展示的实验结果显示，Fento-1能够杀死原发性肉瘤细胞和胰腺癌细胞，并且能在转移性乳腺癌小鼠模型中显著减小肿瘤体积。这些临床前实验结果初步证实，对于标准化疗效果有限的癌症类型Fento-1有望发挥疗效。
[学术文献 ] 农业化学与食品技术研究所等合作通过改造TMV载体实现抗真菌蛋白的高效植物生产 进入全文
Plant Biotechnology Journal
2025年5月3日，农业化学与食品技术研究所（IATA-CSIC）和农业基因组学研究中心(CRAG, CSIC-IRTA-UAB-UB)在Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了题为“High yield production of the antifungal proteins PeAfpA and PdAfpB by vacuole targeting in a TMV-based expression vector”的研究论文。真菌作为重要的植物病原体，不仅导致作物减产，还因霉菌毒素污染威胁食品安全，而现有化学杀菌剂面临耐药性与毒性问题，亟需新型生物防治手段。抗真菌蛋白（AFPs）如 PeAfpA 和 PdAfpB，具高效抗真菌活性、稳定性及安全性，是理想的 “绿色生物杀菌剂” 候选分子。植物作为生产平台，具备可持续、适合二硫键蛋白折叠等优势，其中基于烟草花叶病毒（TMV）的瞬时表达系统可高效生产外源蛋白。此前研究通过质外体靶向提升 AFPs 产量，本研究进一步探索液泡靶向策略，旨在突破产量瓶颈，推动 AFPs 在农业病害防治中的应用。本研究通过改造烟草花叶病毒（TMV）的基因组，构建了一种高效且可控的植物表达系统。在TMV外壳蛋白（CP）编码区中，研究者巧妙设计了双信号肽策略——N端融合本氏烟渗透调节蛋白的AP24sp信号肽，引导目标蛋白（PeAfpA/PdAfpB）定向分泌至细胞外空间（apoplast），而C端引入烟草几丁质酶的液泡分选信号肽（VS），实现部分蛋白的液泡靶向转运。为确保蛋白高效表达与精准加工，研究保留了TMV的复制酶、运动蛋白等核心元件，使其在植物体内快速复制并系统性扩散；同时借助核酶序列（Ribozyme）实现目标蛋白的精确切割，避免病毒蛋白对宿主的潜在干扰。实验中，绿色荧光蛋白（GFP）作为阴性对照，用于动态监测病毒感染效率并排除非特异性信号干扰。这一系统创新性地整合了信号肽定向输送与病毒载体的天然优势，不仅突破了植物表达抗真菌蛋白的产量瓶颈，还通过亚细胞定位调控（如液泡隔离）解决了蛋白活性与宿主兼容性的矛盾，为后续功能验证及规模化应用奠定了关键技术基础。通过系统的Western blot和ELISA定量分析，本研究揭示了液泡靶向策略对抗真菌蛋白（AFP）表达效率的显著提升作用。数据显示，未添加液泡信号肽（VS）的PeAfpA在植物细胞外空间（apoplast）的表达量仅为12 μg/g鲜叶，而通过C端融合烟草几丁质酶的液泡分选信号肽（VS）后，其产量大幅提升至114 μg/g，增幅高达9倍。类似地，PdAfpB的液泡靶向版本产量达到1182 μg/g，较未修饰的细胞外表达形式（225 μg/g）增长3.5倍。这一突破性提升表明，液泡作为植物细胞内最大的储藏空间，能有效规避胞质蛋白酶的降解压力，同时利用其弱碱性环境维持蛋白稳定性，为高密度生产提供了新思路。值得注意的是，尽管定位策略不同，两类蛋白的抗真菌活性均未受显著影响。无论是细胞外分泌的AP24sp-PeAfpA还是液泡定位的AP24sp-PeAfpA-VS，其对灰霉菌（Botrytis cinerea）的最低抑菌浓度（MIC）均稳定在0.3-0.6 μg/mL范围内，与纯化自真菌的天然蛋白活性完全一致。这一结果证实，TMV载体介导的信号肽加工机制能够精准完成蛋白质翻译后修饰，保留关键半胱氨酸残基形成的三级结构，从而保障了蛋白功能的完整性。进一步的Western blot分析通过特异性抗体检测，直观展现了目标蛋白的高效表达。在SDS-PAGE胶中，AP24sp-PeAfpA-VS和AP24sp-PdAfpB-VS均呈现出清晰的条带，且Western blot验证了其分子量与理论预测值的高度吻合。尤为重要的是，免疫印迹信号强度与ELISA定量结果呈正相关，表明信号肽的引入并未导致蛋白降解或错误折叠，反而通过液泡隔离机制减少了宿主细胞对异源蛋白的应激反应。这种“表达-加工-功能”三位一体的优化策略，为后续开发基于植物工厂的绿色生物农药提供了重要的技术支撑。通过透射电镜（TEM）结合免疫金标记技术，首次揭示了抗真菌蛋白PdAfpB在植物细胞内的亚细胞命运。携带液泡分选信号肽（VS）的重组蛋AP24sp-PdAfpB-VS能够高效靶向中央大液泡，其信号集中分布于液泡腔内，仅少量残留于木质部导管，证实液泡作为植物细胞内最大的膜结合细胞器，为异源蛋白提供了稳定的储存环境与弱碱性微环境，有效避免了胞质中蛋白酶的降解作用；相比之下，未引入VS的PdAfpB（AP24sp-PdAfpB）则大量滞留于细胞质基质中，其异常积累可能引发宿主代谢紊乱，导致接种叶片出现萎蔫等胁迫表型，表明细胞质并非理想的异源蛋白表达场所；此外，绿色荧光蛋白（GFP）对照组中几乎未检测到特异性金颗粒信号，排除了抗体非特异性结合的干扰。这一发现从亚细胞层面阐明，液泡靶向策略不仅通过物理隔离大幅提升了蛋白积累效率，还降低了蛋白对宿主细胞的毒性压力，为植物“生物工厂”高效生产功能性蛋白提供了关键技术支撑，同时揭示了液泡在植物应对异源蛋白应激中的潜在调控作用。质谱分析结果表明，植物细胞对异源蛋白的翻译后修饰具有精准调控能力：AP24sp信号肽在AP24sp-PeAfpA中未被完全切除，其N端残留1-6个氨基酸片段，但并未显著影响蛋白活性，推测这些残留肽段可能在后续代谢过程中被逐步降解；而PdAfpB的VS信号肽则被液泡分选机制完全移除，验证了植物细胞对靶向信号的高效识别与处理能力。尤为重要的是，两种蛋白的成熟区（含6个保守半胱氨酸残基）均保持完整的三维结构，确保其抗真菌活性不受结构破坏影响。这一发现不仅证实了植物细胞器对异源蛋白的加工成熟能力，还为未来优化信号肽设计（如调整切割位点或增强分选效率）提供了关键依据，对提升植物生物反应器的蛋白表达效能具有重要意义。本研究通过工程化改造TMV载体，实现了抗真菌蛋白的高效植物生产。液泡靶向策略不仅提升了蛋白产量（最高达mg/g级），还通过亚细胞隔离降低了毒性风险。实验证明，植物提取物中的PeAfpA/PdAfpB可直接用于防治灰霉病、稻瘟病等多种真菌病害，活性媲美纯化蛋白。未来，这种“绿色生物农药”有望替代化学农药，为粮食安全和食品安全提供可持续解决方案
[学术文献 ] 安徽农大解析玉米籽粒微生物群落情况 进入全文
Journal of Advanced Research
2025年5月，安徽农业大学生命科学学院作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室韩国民教授和程备久教授团队联合在国际权威学术期刊《Journal of Advanced Research》发表了一篇题为“Insight into the composition and differentiation of endophytic microbial communities in kernels via 368 maize transcriptomes”的研究论文。玉米籽粒在其繁殖过程中具有核心地位，其中所含的微生物可通过垂直传播影响后代植株，在玉米的品质、产量及植株健康等方面具有重要影响。因此，系统解析不同玉米自交系籽粒中内生微生物群落的结构及其互作关系，对于推动玉米生产优化和种质资源创新具有重要的理论价值。本研究借助团队自主研发的技术手段，对368份玉米自交系的籽粒进行了深入分析，发现不同材料中内生微生物的种类及其相对丰度存在显著差异。尽管热带/亚热带与温带玉米种质在微生物群落结构上总体相似，但其丰富度和丰度表现出明显区别。进一步的共现网络分析显示，所有玉米自交系的内生微生物之间主要表现为正向协同关系，而热带/亚热带玉米的微生物网络更为复杂和密集。在核心物种组成方面，热带/亚热带玉米籽粒中以有益菌为主导，而温带玉米则含有更多的致病菌类群。这一发现为利用热带和亚热带玉米种质资源培育高抗性、优质玉米新品种提供了坚实的理论依据。本论文是首次从高等生物群体层面系统开展内生微生物研究的报道，为今后其他动植物中微生物互作机制的研究提供了重要参考。
