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[学术文献 ] 武汉植物园发表软枣猕猴桃同源四倍体基因组 进入全文
Plant Communications
2024年3月2日，Plant Communication 在线发表了中国科学院武汉植物园王彦昌团队与高磊团队、新西兰皇家植物与食品研究院吴金虎博士，中国环境科学院刘勇波等合作，题为“Genome assembly of autotetraploid Actinidia arguta highlights adaptive evolution and dissects important economic traits”的研究论文。该研究论文构建了高质量的软枣猕猴桃四倍体雄性基因组，探究了软枣猕猴桃种群进化与环境适应机制，揭示22000年以来不同历史气候对基因组的选择位点，并基于多组学揭示了软枣猕猴桃果实快速软化和雌雄异株的遗传调控基础。本研究结合PacBio Revio和Hi-C等测序技术组装出四倍体雄性软枣猕猴桃‘M1’单倍型基因组，基因组大小2.77Gb，约2.61 Gb （94.21%）挂载至116条染色单体，四个单倍型大小分别为658、652、654、649Mb。基于高质量基因组，共注释到186,191个基因，四套单倍型分别注释42001、42216、41760、41585个基因。同时通过比四套单倍型间以及与二倍体猕猴桃基因组的对比确定了其为同源四倍体。比较基因组分析显示，软枣猕猴桃在猕猴桃属中最先分化，分化时间大约在29.8个百万年。对四倍体软枣猕猴桃多倍化时间进行推算，发现其至少经历了三次全基因组加倍事件，并推测大约于3.13个百万年由二倍体祖先加倍形成现在的四倍体。作者收集了101个软枣猕猴桃野生个体对其进行重测序，群体结构分析显示所有个体可以分为两个亚群：南部亚群和北部亚群。两个亚群大约于12.9个百万年分化，在分化过程中存在至少两次基因流事件。利用PSMC对人口历史的分析表明，几乎所有种群都经历了两次显著的扩张。软枣猕猴桃作为猕猴桃属中分布范围最广的物种，基因组信息中存在大量环境适应性位点。南北亚群间的遗传分化分析筛选到多个与冷胁迫、干旱以及春化相关基因。同时，通过重建古气候数据，利用全基因组环境关联分析挖掘到可能软枣猕猴桃分布范围扩张和适应环境变化的相关位点。该研究还通过代谢组学和转录组学研究鉴定到了三个果实快速软化关键基因：AaCEL1、AaPME1、AaDOF1。同时，基于全基因组关联技术确定了软枣猕猴桃性别连锁区域并通过转录组测序和WGCNA分析了参与性别建成的候选基因及相关网络。
[学术文献 ] 中国农业大学揭示糖代谢酶CsCWIN3介导黄瓜雌雄育性的重要功能 进入全文
Plant Physiology
2024年3月1日，中国农业大学园艺学院、设施蔬菜生长发育调控北京市重点实验室眭晓蕾教授课题组与天津科润黄瓜研究所、蔬菜生物育种全国重点实验室李加旺研究员团队合作于国际植物科学期刊Plant Physiology在线发表了题为Cell wall invertase 3 plays critical roles in providing sugars during pollination and fertilization in cucumber的研究论文，揭示了细胞壁酸性转化酶CsCWIN3介导黄瓜雌雄育性和种子形成的分子生理机制，为植物生殖发育调控网络解析和黄瓜分子设计育种提供了有价值的信息与见解。黄瓜是典型的雌雄同株异花蔬菜作物，同时其具备单性结实的能力，是研究雌雄配子体发育以及合子发育的理想模式植物。而种子是高等植物繁衍后代的重要生殖器官，也是农作物的经济器官。黄瓜作为我国主栽的蔬菜作物之一，其种子市场需求量巨大且种子质量高低直接影响黄瓜生产效益。光合同化物（糖）经植株源器官韧皮部装载，以及果实、花粉、种子等库器官韧皮部卸载、代谢和分配是决定黄瓜正常生长发育的重要基础。糖代谢和糖转运的分子生理调控机制不仅是植物生物学领域的研究热点，在农业生产上也具有重要的应用价值。课题组前期工作已明确，黄瓜蔗糖转运蛋白CsSUT1在雄花组织中高量表达，干扰其基因表达导致雄性不育的发生（Sun et al., Plant Physiology, 2019）；同时，我们也鉴定到一个黄瓜花粉（管）特异表达己糖转运蛋白CsHT1，干扰其基因表达显著影响授粉后花粉管在雌蕊传输组织中的伸长和后续的种子发育（Cheng et al., Plant Physiology, 2015）。但是，黄瓜雄性和雌性生殖组织发育过程中糖分如何被分解利用及其与糖转运蛋白协同作用的分子生理机制，尚未明确。植物中转化酶催化蔗糖不可逆分解产生葡萄糖和果糖，在糖代谢中发挥重要作用。本研究结果表明，细胞壁酸性转化酶CsCWIN3在黄瓜雄花的花药绒毡层和花粉粒，及其雌花的柱头、花柱传输组织（transmitting tract, TT, 花粉管通道），以及子房胎座维管束（PlVB）和胚珠中高量表达。利用反向遗传学技术发现，干扰CsCWIN3基因表达后黄瓜花粉活性明显减弱，同时蔗糖转运蛋白CsSUT1的表达在转基因株系中显著下降；另外，干扰CsCWIN3基因表达造成雌蕊柱头的乳突细胞发育异常，但是不影响单性结实的子房/果实的发育。野生型与CsCWIN3干扰株系不同自交和正反交实验结果表明，干扰CsCWIN3基因表达（无论父本或者母本）引起己糖转运蛋白CsHT1表达显著下调，花粉管在雌蕊花柱传输组织中伸长受阻，因此在花粉-雌蕊互作过程中糖分的代谢和供应可能受到了抑制，最终影响胚珠发育与种子形成。 综上研究结果表明，细胞壁酸性转化酶CsCWIN3可与蔗糖转运蛋白CsSUT1相互协调，参与调控黄瓜花粉的发育；同时CsCWIN3可将授粉后萌发花粉内或者雌蕊花柱传输组织中的蔗糖分解为己糖，并与己糖转运蛋白CsHT1共同作用，供给花粉管伸长所需营养，促进花粉管向子房内胚珠延伸。另外，种子中CsCWIN3还可以与黄瓜子房/果实中棉子糖系列寡糖（Raffinose Family Oligosaccharides, RFOs, 主要包括四糖水苏糖和三糖棉子糖）分解代谢关键酶CsAGA2（Liu et al., Plant Physiology, 2022, 课题组前期工作）相互配合，促进经源端韧皮部装载和长距离韧皮部运输至种子库端的RFOs分解为己糖，（并由尚未鉴定获知的糖转运蛋白以质外体途径介导库端韧皮部卸载，）从而为种子发育提供充足营养。综上所述，该研究揭示了糖代谢酶CsCWIN3与糖转运蛋白协同作用介导黄瓜雌雄育性和授粉后种子形成的分子生理机制，丰富了植物生殖发育调控网络认知体系，并为黄瓜种质创新提供了重要基因资源与理论基础。
[学术文献 ] 海南大学在木薯抗病基因网络和分子机制研究取得新进展 进入全文
Plant Physiology
2024年2月28日，海南大学热带农林学院和三亚南繁研究院热带作物生物育种全国重点实验室施海涛团队在Plant Physiology上发表了题为“Transcription factor AHL17 fine-tunes reactive oxygen species accumulation and cassava disease resistance”的研究论文。该研究揭示了转录因子AT-HOOK Motif nuclear localized 17 (AHL17)-Zinc finger protein67 (ZFP67)互作分子模块通过Respiratory burst oxidase homolog D (RbohD) 调控木薯活性氧（Reactive oxygen species，ROS）介导抗病反应的分子机制。基于前期鉴定的木薯抗病关联基因MeAHL17，研究进一步发现该基因正调控免疫应答过程中的ROS爆发，且MeAHL17直接结合MeRbohD启动子区域的AT-rich element 从而转录激活MeRbohD的表达和抗病反应。锌指蛋白MeZFP67与MeAHL17相互作用，并增强其对MeRbohD的直接转录激活，进而构建了MeZFP67 & MeAHL17-MeRbohD-ROS的抗病分子模块。因此，该研究解析了MeZFP67 & MeAHL17互作调控病原菌侵染过程中ROS爆发和免疫反应的分子机理，为木薯抗病遗传改良提供了候选基因模块网络。
[学术文献 ] 加州大学伯克利分校发现胞质钙稳态协调植物生长和免疫平衡 进入全文
Plant Physiology
2024年2月28日，加州大学伯克利分校栾升团队王超博士，唐仁杰博士与斯坦福大学的徐晓庶博士和加州大学伯克利分校的卢毅博士等合作在Nature上发表名为“Mechanisms of calcium homeostasis orchestrate plant growth and immunity”的研究论文。这项最新研究首次报道了拟南芥中两条完整的信号传导途径，它们都汇聚于激活液泡膜上的钙氢逆向转运体（CAXs，Ca2+/H+ antiporter），在不同的生理条件下清除植物细胞质内过量的Ca2+。第一条途径发生在植物正常生长于土壤过程中，是在响应外部Ca2+水平时激活的，由定位于液泡膜的钙感受器蛋白CBL2/3以及相互作用的蛋白激酶CIPK3/9/26形成的复合体介导，它们通过磷酸化CAX1/3自抑制结构域中的一组丝氨酸簇（S-cluster）来激活CAX1/3，从而降低周围环境中的钙对植物潜在的毒害。第二条途径是发生在植物遭遇微生物入侵时，由PTI相关的免疫信号激活，涉及免疫受体复合物FLS2–BAK1以及相关的细胞质激酶BIK1和PBL1，它们通过磷酸化CAX1/3中相同的S-cluster来促进细胞质Ca2+的清除并调节免疫中的钙信号。这两条信号转导途径前者是Ca2+依赖性的（CBL–CIPK-CAX/3）而后者是钙非依赖性（FLS2–BAK1–BIK1/PBL1-CAX/3），它们通过在不同的生理条件下调节细胞质Ca2+稳态，通过激活水杨酸合成和信号途径，来实现植物生长和免疫的平衡。
[学术文献 ] 河北师范大学揭示植物角质层维持暗形态建成的作用机制 进入全文
Plant Communications
2024年2月25日，河北师范大学刘西岗教授团队在Plant Communications在线发表了题为Plant Cuticles Repress Organ Initiation and Development during Skotomorphogenesis in Arabidopsis的研究论文。该论文发现植物角质层在暗形态建成过程中的发育功能，并揭示了一种植物发育策略，即光通过角质层合成的动态调节来启动光形态建成，从而在暗形态建成到光形态建成的转变过程中诱导器官的发生和生长发育。该团队通过拟南芥EMS诱变，筛选发现与角质层生物合成有关的关键基因BODYGUARD(BDG1) 突变体和长链酰基辅酶A合成酶2(LACS2)的突变体在黑暗下表现出下胚轴较短，顶端弯钩张开，SAM被激活的表型，由此说明角质合成基因参与了暗形态建成过程中植物的主要发育过程。随后该团队发现角质合成基因在黑暗条件下表达逐渐上升，而在持续光照下表达逐渐下降。进一步研究表明光信号途径抑制了BDG1和LACS2的表达以及角质的生物合成。转录组分析表明bdg1和lacs2突变体在暗中具有光形态建成中的基因表达模式，其中角质层对叶绿体的形态发生，特别是叶绿体的发育和功能以及对抑制蛋白质合成非常重要。遗传和分子机制研究表明，HOOKLESS1表达降低导致突变体顶端弯钩打开，而生长素信号通路基因以及Phytochrome-Interacting Factors (PIFs)基因表达的降低导致下胚轴缩短。进一步机制研究表明，角质层合成受损会增强SAM的低氧条件，从而诱导ZPR2的表达和相应的器官发生，并且细胞周期基因和细胞分裂素响应基因在bdg1-4和lacs-4突变体中上调表达导致了真叶的生长发育。综上，该团队的发现揭示了一种外界环境调控植物发育的新机制，即光信号通过动态调节角质层合成，诱导植物激素、蛋白质合成和细胞分裂的协调和系统变化来启动光形态建成。
[学术文献 ] 新加坡淡马锡生命科学院系统论述RNA结合蛋白相分离在植物中进展 进入全文
Molecular Plant
2024年2月27日，新加坡淡马锡生命科学研究院申莉莎课题组在Molecular Plant在线发表题为 “Plant RNA-binding proteins: phase-separation dynamics and functional mechanisms underlying plant development and stress responses” 的综述论文，系统总结了植物RBPs在LLPS中的最新研究进展。该文章阐述了RBPs凝聚物的形成，与RBPs-RNA结合的鉴定方法，RBPs介导的LLPS在参与生物生长发育和逆境响应等多个过程，讨论了影响LLPS的多重因素，并展望了LLPS在未来的应用前景。RBPs是调控RNA命运的主要因子之一，其参与RNA合成，剪接，多聚苷酸化和翻译等。RBPs在植物生长发育和生物、非生物胁迫应答中发挥着重要作用。RBPs中的无序区（intrinsically disordered regions， IDRs）是LLPS的重要区域。RBPs通过IDRs或其他结构域在细胞内发生聚集，由RBPs所形成的凝聚物主要包括：nuclear speckles，dicing bodies （D-bodies），Cajal bodies，photobodies，processing bodies （PBs）和stress granules （SGs）等。作者比较了多种用于鉴定与RBPs相结合的RNAs的方法，包括RIP-seq, CLIP-seq 和TRIBE为主的RNA编辑技术等，同时系统地总结了LLPS在mRNA 代谢，RNA修饰和miRNA合成等生物学过程中的功能；以及它们如何参与影响植物开花，叶片发育，逆境响应的多种过程。通过LLPS，候选的RBPs如HLRP、SR45、UBA2c和FCA等在特定区域形成凝聚物，精细参与调控植物开花过程。同样地，在外界环境刺激的条件下，RBPs通过在细胞核或者细胞质内形成PBs或SGs。RBPs比如RBGD2/4、ALBA4/5/6和ECTs等通过在细胞核或者细胞质等形成特定的凝聚物快速响应生长环境的变化，这些凝聚物通过影响翻译降解，储存保护或者影响酶活活性等对进入SGs或者PBs的mRNA行使特定的生物学功能来响应各种应激反应。RBPs参与的LLPS受多种因素的控制，包括环境刺激、翻译后修饰（post-translational modifications，PTMs）和mRNA修饰等。进一步地，作者比较分析了PTMs在参与LLPS中的研究现状， PTMs 修饰的位点是否存在于LLPS的结构区域、PTMs是否会影响RBPs的LLPS等仍是需要重点关注的生物学问题；同时作者分析了m6A RNA 修饰对LLPS的影响，讨论了m1A等其他RNA修饰在RBPs参与的LLPS的前景。最后作者比较拟南芥、水稻和玉米等8个物种间的RBPs，提出了LLPS是一种保守的时空精细调节机制。通过以拟南芥为线索，指出了RBPs介导的LLPS在植物学研究的理论基础，可以作为未来作物遗传改良育种的候选基因。
