揭示多倍体作物耐寒基因调控网络增强特性

低温严重影响着植物的生长发育，是制约植物地理分布和进化的关键因素。经过长期的进化，植物已经进化出多样性的适应机制来应对低温环境。近日，科学家研究揭示了多倍体作物耐寒基因调控网络增强特性。该研究选取了甘蓝型油菜等21个代表性物种，通过系统的比较分析，发现植物多倍化后，耐寒基因得到了明显的优先保留特性。同时，发现在多倍体植物中的耐寒基因调控网络得到明显加强，对多倍体植物耐寒性的提升具有重要的作用。例如，受多倍化影响的十字花科植物基因组中，与低温有关的调控网络相对于亲本植物，重要节点有更多的重复基因存在，鲁棒性更强。结合冷诱导染色体加倍的情况，作者推测冷胁迫可能通过多倍化的发生，以及选择性保留耐寒基因来促进多倍体植物的成功进化。该研究有助于了解多倍体产生的机理和拓展生态基因组学研究。研究结果对作物多倍体适应性进化和抗逆遗传育种具有重要的指导意义和应用价值。（Horticulture Research）

TOR蛋白激酶通过胞间连丝动态调节细胞间物质运输

植物细胞通过胞间连丝（PD）相互连接，细胞之间的代谢物质及小分子RNA和蛋白质等的运输均要通过PD，因此PD对植物发育和生理过程至关重要。近日，科学家研究揭示了TARGET OF RAPAMYCIN (TOR)通过调节PD的细胞间运输而在植物发育中发挥作用。研究人员通过对ise3（At2g25570）和ise4（reptin-1，At5g67630）突变体的表征，发现PD转运可能与TOR信号网络有关。研究发现R2TP-TTT对植物中TOR激酶的激活是必须的，TOR激酶抑制剂处理会显著增加PD运输，进一步表明TOR限制了植物细胞之间的物质运输。研究还发现，葡萄糖-糖酵解-OXPHOS（oxidative phosphorylation）-TOR信号途径与PD转运有关，外源葡萄糖处理显着降低了PD的转运，而对糖酵解途径以及OXPHOS的抑制则显著促进了叶片中的PD转运。除外，研究还发现TOR可以作为代谢的“可变电阻器”，在营养发育过程中协调包括源库转运在内的多种生理途径。总之，该研究表明，葡萄糖-TOR 代谢信号网络限制了叶片中PD的转运，并且TOR活性的变化通过PD运输刺激了糖从成熟向发育中叶片的运输。（PNAS）

揭示水稻根系生长适应硝和铵营养的新机制

土壤中硝和铵是植物根系获取的两种主要氮素形态，其数量、浓度、比例具有很强的可变性。同时，根系适应可变的氮素供应具有很强的生长发育的可塑性。近日，科学家研究发现了在硝和(或)铵供应条件下水稻根系生长的调控机制。研究利用Pull-Down，酵母双杂交和免疫共沉淀实验揭示了OsNAR2.1与两个腈水解酶蛋白OsNIT1、OsNIT2存在蛋白互作。在供硝条件下，分别敲除OsNAR2.1, OsNIT1, OsNIT2，尤其是同时敲除OsNAR2.1和OsNIT2，导致主根变短和侧根密度的下降。在供铵条件下，OsNAR2.1的表达受到抑制，但OsNIT1和OsNIT2的表达增强，敲除OsNAR2.1不影响根系生长，但敲除OsNIT1和OsNIT2仍导致主根变短和侧根密度的下降，增强GH3家族基因和PIN2基因的表达，抑制生长素（3H-IAA）向根尖的分配。该研究结果为通过遗传改良、提高根系吸收土壤和肥料氮素效率提供了新的分子基础。（Plant Physiology）

发布白羽扇豆高质量基因组，解析低磷适应机制

白羽扇豆（Lupinus albus，2n = 50），是一种耐低磷研究的模式植物，可以增加土壤中磷的有效性。近日，研究人员成功组装了磷高效利用模式作物白羽扇豆的染色体水平高质量基因组，揭示了白羽扇豆低磷适应的特征与其基因扩张与亚基因组优势关联，对磷高效利用作物的筛选与培育具有重要的参考价值。该研究利用三代测序PacBio和Hi-C mapping技术组装了白羽扇豆栽培种Amiga的染色体水平高质量基因组（558.74 Mb）。基因组进化分析发现，白羽扇豆经历了与芸薹属等异源多倍体物种类似的全基因组三倍化事件，即“two-step”多倍化进程，导致亚基因组优势现象。比较基因组、转录组及生理生化分析表明，白羽扇豆的自身碳固定、排根发育建成、土壤磷活化和内部磷利用等四个先后调控途径的多个相关基因发生显著扩张和特异性低磷诱导表达。其中，生长素稳态调节关键基因LaABCG36s和LaABCG37s对于排根形成至关重要，抑制其表达可大大减少排根形成。研究结果为作物磷高效利用的遗传改良提供了新思路。（Nature Communications）

揭示叶绿体核糖体RNA甲基化修饰的机制和功能

核糖体RNA（rRNA）的甲基化修饰是生物界中普遍存在的一种转录后修饰机制。近日，科学家研究发现在叶绿体内存在rRNA甲基化修饰现象，揭示了rRNA甲基化修饰在叶绿体核糖体生物发生以及植物发育过程中的作用。该研究利用亚硫酸盐测序法在叶绿体16S rRNA中鉴定到一个甲基化位点C1352，同时分离了一个拟南芥突变体cmal，在该突变体中C1352位点不能进行正常的甲基化。基因克隆表明，CMAL基因编码一个定位于叶绿体的SAM依赖型的RNA甲基转移酶。进一步的研究表明，该位点的甲基化修饰如果被破坏，叶绿体核糖体的组装将会受到严重影响，叶绿体mRNA的翻译效率因此也将会大幅下降。遗传和生化数据表明，CMAL可以通过调控植物生长素的信号转导途径从而影响植物的发育过程，暗示着叶绿体的核糖体装置可以作为一个信号源调控植物的器官发育程序。总之，该研究还发现叶绿体和细菌rRNA甲基化的机制和功能存在明显差别，这为认识高等植物叶绿体的进化过程提供了有用的线索。（Nucleic Acids Research）

揭示脱落酸促进梨芽休眠维持的分子机制

落叶树木冬季芽休眠的特性能使其免于低温伤害而安全越冬，其中，脱落酸（ABA）是调控休眠的重要植物激素，DAM（Dormancy-associated MADS-box）是调控休眠的关键转录因子。近日，科学家研究阐明了ABA对DAM基因及芽休眠的精细调控作用，为低需冷量梨品种的分子育种提供了新的靶标基因，同时也为开发低毒新型破眠剂奠定了理论基础。研究人员对处于不同休眠阶段的‘酥梨’花芽分别进行了ABA及其合成抑制剂处理，明确了ABA促进梨芽休眠维持的作用并发现DAM基因的表达受到内源ABA的调控。研究发现，响应ABA的关键转录因子PpyABF3与PpyDAM3在休眠过程的表达一致。进一步的试验表明，PpyABF3能够直接激活或者通过PpyCBF4间接激活PpyDAM3的表达进而使花芽维持休眠状态。在茄梨愈伤组织中过表达PpyABF3与PpyDAM3均表现出对愈伤生长的抑制。另外，同样响应ABA的另一个ABF蛋白PpyABF2能够通过与PpyABF3蛋白互作，干扰PpyABF3对PpyDAM3的结合和激活。这些结果说明，ABA通过对DAM基因的精密调控，维持芽的休眠状态。在经过长时间低温积累后，PpyCYP707A3的表达不断上调，促使ABA含量下降。此时，PpyABF3蛋白很快通过26S蛋白酶体等途径被降解，从而使PpyDAM3的表达下调，休眠解除。（Plant, Cell & Environment）

揭示UV-B诱导型黄酮糖基转移酶响应UV-B的机制

类黄酮作为一类重要的次生代谢物，在植物面临生物和非生物胁迫方面起着重要的功能，而水稻中除了含有一些常见黄酮外，也发现了较多的麦黄酮木脂素（tricin-lignan）类黄酮化合物。近日，科学家首次通过木脂素类黄酮（Flavonolignan）含量的GWAS分析发现了水稻中一个UV-B诱导型的黄酮糖基转移酶，并揭示了这个黄酮糖基转移酶响应UV-B的分子机制。该研究在不同水稻中通过对糖基化麦黄酮木脂素（tricin-lignan-glycosides）含量的GWAS分析，找到了一个黄酮的糖基转移酶OsUGT706C2。通过体外酶活和体内代谢物检测，OsUGT706C2具有7氧黄酮糖基转移酶活性及可能具有麦黄酮木脂素（tricin-lignan）糖基转移酶的活性。OsUGT706C2受到UV-B显著诱导，在水稻中过表达该基因明显增强了水稻对UV-B的耐受性。进一步分析发现，OsUGT706C2 启动子上含有多个UV-B相关的调控元件，UV-B可以增强OsUGT706C2启动子的活性。因此，该研究揭示OsUGT706C2不仅调控水稻黄酮代谢，而且在增强UV-B耐受方面具有十分关键的作用，为水稻稳产及应对非生物胁迫提供了新的参考。（Science China Life Sciences）

（来源：基因农业网）