共检索到508条,权限内显示50条;
[前沿资讯 ] 科技创新进展：研究揭示氮肥水平影响水稻种子内生菌群结构和籽粒品质的作用机制 进入全文
中国水稻研究所
近日，中国水稻研究所稻作中心稻田生态与资源利用课题组在期刊《Science of the Total Environment》上发表了题为“Nitrogen fertilization modulates rice seed endophytic microbiomes and grain quality”的研究论文，探索揭示了氮肥水平影响水稻种子内生菌群结构和籽粒品质的作用机制。本研究以粳稻秀水134为材料，试验设4个施氮处理：不施氮(对照;N0)、120 kg hm-1 (适宜施氮量;N1)、165 kg ha-1(中氮施用量;N2)、210 kg ha-1(高施氮量;N3)，进行大田栽培试验。于水稻成熟期，采集不同处理的水稻种子样品，提取种子内生微生物DNA，通过 16S rRNA 和ITS基因扩增子测序，分析了水稻在不同氮肥施用条件下种子内生细菌和真菌群落结构 (多样性、物种组成、差异微生物类群、共相关网络)的差异；同时测定了各个处理下水稻籽粒中的总淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量、蛋白质含量和氨基酸含量等品质指标，探索了氮肥水平对种子内生菌群结构和籽粒品质的影响机制。本研究结果表明，适量施氮处理的水稻种子内细菌和真菌群落多样性和丰富度均高于过量或不施氮处理，籽粒蛋白质和氨基酸含量随着施氮量增加而增加。在适度施氮条件下，种子内生微生物群落的共生网络更为复杂，富集更多潜在的有益菌群，而在过量施氮条件下则相反。此外，籽粒直链淀粉和支链淀粉含量与细菌和真菌优势属的相对丰度呈显著正相关，而籽粒氨基酸含量与细菌优势属呈负相关，与真菌优势属呈正相关。综上所述，适量施氮可以促进种子中细菌和真菌群落定殖，提高粮食食味和蒸煮品质。本研究拓展了我们对合理施肥在可持续农业中种子-微生物相互作用中的重要作用的认识。
[前沿资讯 ] 科技创新进展：系统研究无融合生殖杂交水稻的遗传稳定性 进入全文
中国水稻研究所
近日，中国水稻研究所王克剑团队联合南京农业大学农学院张文利团队在植物学知名期刊Plant Communications杂志在线发表了题为“Synthetic apomixis enables stable transgenerational transmission of heterotic phenotypes in hybrid rice”的文章，该研究将无融合生殖Fix材料繁殖至T4世代，从植株表型、基因组、甲基化、转录组和亚基因组转录等层面比较了不同世代克隆材料，证实了无融合生殖杂交稻在不同世代间的遗传稳定性，为未来人工无融合生殖体系在作物中应用奠定了理论基础。杂交稻的生产与应用大幅度提高了我国水稻产量，为我国粮食安全提供了重要保障。但是由于遗传分离，杂交稻种子后代无法再应用于农业生产，因此必须每年进行繁琐的制种工作。无融合生殖是一种通过种子进行克隆繁殖的无性生殖方式。在杂交稻中引入无融合生殖体系可以实现杂交稻自留种，被认为是杂交稻育种的最高目标。2019年，我所王克剑团队在杂交稻中建立了人工无融合生殖体系，实现了杂合基因型的固定，首次获得了杂交稻的克隆种子，证明了杂交稻进行自留种的可行性。但是，目前尚不清楚人工无融合生殖杂交稻的优异性状能否在不同世代间稳定遗传。而这一问题的解决是未来无融合生殖杂交稻走向生产应用的重要前提。研究人员首先利用连续四个水稻种植季节时间将人工无融合生殖Fix材料加代繁殖至T3世代。然后，借助流式细胞仪鉴定了T0、T1、T2和T3世代Fix植株结实种子的倍性。结果发现，每个世代Fix植株均保持了无融合生殖特性，二倍体克隆种子比例在1.9%~3.2%，大部分种子为四倍体，并有极少量非整体出现(0.4%)。这些无融合生殖材料和野生型种植在同一季节同一地块，用于无融合生殖遗传稳定性研究。接着，研究人员重点聚焦同一季节种植的不同世代二倍体克隆植株，考察了抽穗期、分蘖数、株高、穗长、每穗粒数、千粒重等重要农艺性状，发现它们表型相似。尽管不同世代Fix材料的结实率明显低于野生型，但结实率在无融合生殖材料之间基本相同(5.7%~7.0%)，诱导率也很接近(3.0%~4.3%)。因此，在植株表型上，克隆植株后代保持了杂种F1代的优势表型。随后，研究人员分别从全基因组、甲基化、转录组、亚基因组转录表达等分子层面研究了无融合生殖的遗传稳定性。全基因组测序发现，不同世代无融合生殖材料与野生型一致，保持了基因组的杂合性。甲基化分析揭示了无融合生殖材料的CG、CHG和CHH甲基化水平在基因区和转录间区基本无变化。转录组数据发现，不同世代间无融合生殖材料绝大部分基因表达水平相近，也存在一些差异基因，但数目占比极低，与对照相比没有明显差异。亚基因组转录结果显示，野生型杂交稻中60%以上的双亲等位基因存在表达差异(等位基因表达比≠1:1)，并且这种现象在不同世代无融合生殖材料中得以保持。以上结果从不同分子层面揭示了无融合生殖体系的遗传稳定性。
[前沿资讯 ] 揭示新的脂肪酸水解酶协同调控水稻耐盐性与开花时间的分子机制 进入全文
中国科学院
在全球气候变化背景下，日趋加剧的土壤盐碱化制约农作物的生产。土壤中过多的盐分造成植物生长受限，并消耗大量的能量以适应渗透调节，最终导致产量损失。因而在遭受到环境胁迫时，植物演化出多种进化策略以整合外源盐信号和内源发育信号，从而平衡生长发育和盐胁迫耐受性。其中，改变开花时间是植物应对环境压力或刺激所采取的积极手段之一。尽管如此，鉴于不同性状之间的复杂关联，植物在盐胁迫响应应答的过程中如何协同调控盐胁迫信号并传递到开花途径的作用机制尚不清楚。此外，尽管已有研究通过各种方法鉴定和克隆了一些水稻耐盐相关基因，但关于水稻抵抗盐胁迫的机制知之甚少。因此，深入挖掘水稻耐盐基因资源并解析相关调控机制，有助于剖析植物和环境的互作，且在生产应用上亦有重要价值。10月27日，Molecular Plant在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员林鸿宣研究组撰写的题为An α/β hydrolase family member negatively regulates salt tolerance but promotes flowering through three distinct functions in rice的研究论文。该研究分离并克隆了来自非洲稻自然变异位点的一个关键耐盐调控因子，并揭示了水稻耐盐性和抽穗期协同调控的新机制，为作物遗传改良及分子设计育种提供了新的基因资源和理论基础。研究组运用正向遗传学方法在非洲稻遗传资源中筛选、鉴定并定位克隆到一个新的控制水稻耐盐性状的关键QTL基因STH1，其编码一个α/β折叠结构域的水解酶，来源于非洲稻变异形式的STH1由于一个SNP的突变导致其翻译发生提前终止并丧失酶活。转基因遗传实验表明，STH1功能缺失与过量表达株系分别表现出盐胁迫耐受性的增加和降低，表明该基因是水稻耐盐性状的负调控因子。研究发现，STH1定位于细胞核和细胞质中，在叶片组织中呈现特异性高表达，并受盐处理下调其表达，参与多条盐胁迫响应应答途径。研究借助广泛靶向代谢组和体外酶活实验，证实了STH1行使脂肪酸水解酶的功能参与植株体内脂肪酸代谢，进而影响盐胁迫下质膜组分的完整性和流动性。此外，研究还发现STH1能够与F box蛋白D3以及耐盐关键调控因子OsHAL3发生两两相互作用，并在细胞核中形成蛋白复合体，从而加强D3介导的OsHAL3泛素化降解，影响其蛋白含量和稳定性。在水稻光周期介导的开花调控网络中，STH1同时扮演锌指蛋白Hd1转录共激活因子的角色，调节成花素基因Hd3a的表达水平，影响水稻的抽穗期和产量。导入非洲稻等位形式的STH1基因位点延迟水稻的抽穗时间，并能够明显提高水稻在正常田间环境和盐胁迫条件下的产量。在盐处理条件下，STH1会通过响应盐胁迫的方式下调自身表达水平，从而抑制Hd3a的转录激活和表达，以此推迟植株的成花转变，帮助植株保持在营养生长时期以抵御逆境。作为整合盐胁迫耐受性和开花两种性状的分子枢纽，STH1发挥一因多效的作用，也就是说，既是调控水稻耐盐性的负向遗传因子，又作为一个正向调控因子，影响水稻的开花时间。STH1能够平衡正常和高盐环境下Hd3a的表达量以此协同调控水稻产量和耐盐性的关系。此外，来自非洲稻的STH1HP46等位基因有助于维持水稻在盐胁迫下的高产稳产（在高盐胁迫下使水稻产量比对照提高67.14%），因而在生产上具备潜在的应用价值。该研究阐释了水稻整合耐盐与开花性状的遗传和分子机理，拓宽了科学家对植物耐盐机制的认识，并为水稻高产、耐盐育种提供了重要的遗传资源。
[前沿资讯 ] 教授团队在香稻施肥调控研究方面取得新进展 进入全文
华南农业大学
围绕施肥技术如何影响香稻米品质及其生理基础，研究探讨侧深施肥技术对香稻整精米产量、香气特征物质2-乙酰基-1-吡咯啉（简称2AP）含量和抗氧化生理指标的影响。研究探明了香稻高效益和高品质的施肥方案，试验中的侧深施肥方案（T3）增加了整精米产量，提高了稻米外观品质；提高了2AP积累，增加了脯氨酸和△1-吡咯啉-5-羧酸的积累，提高了脯氨酸脱氢酶活性；影响了香稻叶片的抗氧化响应。
[前沿资讯 ] 科技创新进展：鉴定到一个受高温诱导、调控稻米品质的关键转录因子并解析了其作用机制 进入全文
中国水稻研究所
近日，中国水稻研究所胡培松院士团队在水稻胚乳发育及稻米品质受高温影响的调控机理研究方面取得重要进展，在Plant Communications上在线发表题为“OPAQUE3, encoding a transmembrane bZIP transcription factor, regulates endosperm storage protein and starch biosynthesis in rice”的研究文章，报道了水稻OPAQUE3（O3）编码一个具有跨膜结构域的bZIP转录因子（OsbZIP60），能同时调控胚乳储藏蛋白和淀粉的生物合成，参与维持高温下胚乳内质网（ER）稳态，保证水稻胚乳的正常发育，为稻米品质遗传改良提供了重要的理论依据。该研究发现了一个稻米品质高温更敏感的胚乳不透明突变体opaque3 （o3），杭州自然高温环境下，野生型中花11籽粒饱满透明，而突变体o3籽粒灌浆速率降低，成熟籽粒中总淀粉、直链淀粉和总蛋白质及谷蛋白含量显著降低，谷蛋白57-kD前体大量积累，千粒重和单株产量均显著降低。设置更严格的人工高温（35℃/28℃）和常温环境（28℃/22℃）处理，发现人工高温环境下o3成熟籽粒比常温下突变表型更加极端，籽粒粉质皱缩，直链淀粉、蛋白质含量、粒重极显著降低，而中花11则变化较小，表明o3稻米品质对高温更敏感。细胞学观察发现o3胚乳ER结构异常，ER及其衍生囊泡中滞留了大量的蛋白前体；o3胚乳细胞中部分造粉体提前解体，导致大量的淀粉单粒存在。利用Mut-Map方法克隆了O3基因， 发现O3编码一个含跨膜结构域的bZIP转录因子（OsbZIP60），O3在发育中的籽粒中高表达；亚细胞定位显示O3在ER与细胞核中双重定位，添加DTT诱导发生ER胁迫，或去除其跨膜结构域后，O3则主要定位于细胞核中。进一步研究发现O3可以直接结合胚乳储藏蛋白和淀粉合成相关基因GluA2、Prol14、Glb1、GBSSI、AGPL2、SBE1和ISA2的启动子中O2、GCN4等motif调控其表达，参与胚乳储藏蛋白与淀粉的合成。此外，O3还可以直接结合ER蛋白质加工核心分子伴侣基因OsBIP1、PDIL1-1的启动子pUPRE-II box等，参与蛋白质加工与分泌。此外，O3受高温胁迫诱导高表达，高温下o3发生更加严重的ER胁迫，OsbZIP50、BIPs、PDILs、Calnexin、OsFes1C等响应内质网胁迫相关基因大幅度上调表达。严重的ER胁迫反馈促进O3的同源基因OsbZIP50等发生可变剪切进入细胞核，去激活BIPs、PDILs等相关基因的表达，帮助缓解高温下ER胁迫。本研究证明了O3在水稻胚乳发育，特别是高温胁迫下胚乳的正常发育中起着核心的调控作用。为稻米品质遗传改良及培育品质高温钝感水稻品种提供了重要的理论依据。此外，o3突变体胚乳中谷蛋白显著降低，也可以为培育适合肾脏病人群食用的低谷蛋白专用水稻提供重要的基因资源。
[前沿资讯 ] 专家团队研究组合作揭示假尿苷修饰在水稻低温响应过程中的调控机制 进入全文
中国科学院
中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组和中国水稻所魏祥进研究组合作，通过正向遗传学鉴定了水稻苗期温度敏感突变体ospus1，表现为低温叶色白化。OsPUS1编码水稻叶绿体定位的假尿苷合酶，且受低温诱导表达。OsPUS1能够与叶绿体rRNA前体直接结合并催化叶绿体rRNA发生假尿苷修饰。在低温下，OsPUS1的功能缺失造成叶绿体rRNA前体异常积累和成熟rRNA的减少，最终导致叶绿体中的核糖体生物合成和翻译状态受到干扰。结合转录组和翻译组分析表明，OsPUS1在调控植物生长发育和应激反应状态基因表达中发挥着重要的平衡功能，当这种平衡被破坏后会造成细胞内活性氧ROS的异常积累，最终导致低温下ospus1突变体异常白化的表型。该研究结果揭示了假尿苷修饰在水稻叶绿体核糖体生物合成和低温响应中的关键功能，在作物改良方面具有重要应用潜力。
