揭示豆科根瘤与非豆科植物放线菌根瘤的进化关系

固氮根瘤共生代表了自然界的一种最有效的生物过程，豆科和山豆麻属（大麻科）植物可以与根瘤菌形成豆科根瘤，非豆科植物与Frankia属的放线菌形成放线菌根瘤。近日，科学家研究了豆科根瘤和放线菌根瘤的形成差异，并揭示了这两种类型根瘤的进化关系。研究表明，放线菌根瘤和豆科根瘤的差异主要在维管系统的起源，并且它们具有共同的进化起源。该研究发现豆科植物中共转录调节因子的编码基因NODULE ROOT1（MtNOOT1）的同源突变可以将豆科类根瘤转变为放线菌型（主要在与维管系统起源的变化）。进一步研究表明，豆科根瘤是基于放线菌根瘤进一步演化来的。此外，该研究还表明紫花苜蓿中的MtNOOT1可以抑制根瘤原基发育早期中柱鞘衍生细胞的细胞分裂。总之，该研究表明豆科根瘤和放线菌根瘤具有共同的进化起源并且通过NOOT1的同源突变可以将豆科根瘤的发育类型变为放线菌类型。（The Plant Cell）

发现植物向重力性与向光性调控的新机制

植物生长时刻受到周围环境的影响，正确地对重力与光信号做出向性反应是植物顺利存活的重要保证。近日，科学家研究揭示了Small Auxin Up RNA (SAUR) 家族基因的不对称表达在植物向重力性与向光性中的作用机制，完善了植物向性调控中生长素下游的信号通路。研究人员首先通过大豆的组学分析，鉴定到一组重力刺激后在大豆胚轴两侧不对称分布的SAUR基因，研究证实拟南芥中SAUR19亚家族基因的不对称表达对于植物向重力性与向光性均是必需的。进一步研究表明，SAUR19亚家族基因的不对称表达依赖于转录因子ARF7与ARF19的作用。总结起来，重力或光引起的生长素的不对称分布可通过转录因子ARF7与ARF19激活SAUR19亚家族基因的不对称表达，调控胚轴两侧细胞的不对称伸长，进而调控植物胚轴的负向重力性以及向光性生长。研究人员此前还发现了光在子叶和胚轴中差异性调控一类SAUR基因的表达从而形成对这两者生长的相反调控。这些工作共同阐明了SAUR 家族基因的器官或组织特异性表达在植物应对环境变化中发挥的关键作用。（Cell Reports）

揭示糖-ABA信号途径调控新机制

作为光合作用的产物，糖不仅为生命活动提供了物质基础和能量载体，而且生物体内糖丰度可以通过糖分子等介导的多个信号途径调控其生长发育。近日，科学家研究阐明了拟南芥NAC家族转录因子ANAC060负调控糖-ABA级联信号途径的分子机理，完善了ABA信号途径的核心转录因子ABI5的调控网络。该研究通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），在全基因组水平上，鉴定出2960个ANAC060结合位点，在这些位点中发现了G-box元件的高度富集，表明ANAC060主要通过结合G-box元件调控下游基因的表达。进一步分析发现，2960个结合位点关联到3282个靶基因，生物和非生物胁迫响应的基因得到富集，研究表明ANAC060在糖-ABA级联途径中起衰减作用。科学家进一步研究发现了ABA信号的核心转录因子ABI5，研究结果表明，ANAC060特异地结合到ABI5启动子的G-box元件上并抑制ABI5的表达。遗传分析结果表明，ANAC060对ABI5的抑制作用降低了糖和ABA的敏感性。总之，ANAC060抑制植物糖-ABA级联途径的分子机理是ANAC060直接负调控ABI5的表达。（The Plant Journal）

科学家厘清所有五个异源四倍体棉花起源

主要的栽培棉花为异源四倍体，其形成经历了复杂的杂交、多倍体化和驯化过程。近日，科学家研究绘制了所有五个异源四倍体棉花种的高精度参考基因组图谱，为探究多倍体植物基因组演化规律提供了重要参考依据。研究人员综合利用二代（Illumina）和三代（Pacbio）测序、染色质高级结构捕获（HiC）技术，构建了所有五种异源四倍体棉花的高精度参考基因组。这项最新的研究发现，这五个种的形成是单一起源，并历经了20-60万年的自然演化，逐渐形成五个棉花种。该研究还发现，不同棉种在150万年的杂交、多倍化和进化过程中，基因数量和排列结构并没有非常显著的变化。另外，虽然陆地棉和海岛棉是独立驯化，但驯化促使两种栽培棉花的纤维发育基因共表达网络趋向一致。该研究表明，种间杂交可以重新激活基因重组率，进而提高棉花育种的效率。该研究成果首次揭示了五个多倍体棉花进化和驯化的遗传和表观遗传规律，同时为通过种间杂交、表观遗传育种和基因编辑改良棉花提供了理论支撑和特有的基因组资源。（Nature Genetics）

揭示菌根起源基因在早期陆生植物适应性进化中的重要作用

菌根共生是一种古老而广泛存在于陆生植物与真菌之间的互惠共生关系，对绿色植物从水生到陆生的演化历程具有重要促进作用。近日，科学家研究发现了菌根类真菌起源的PpMACRO2基因在早期陆生植物适应性进化中的作用。该研究以小立碗藓Phycomitrella patens为实验材料，通过沉默及过量表达PpMACRO2基因，发现苔藓植物三维生长的主要形态配子体在大小和数量方面均发生显著变化；GFP及GUS双标签的遗传材料PpMACRO2表达结果显示其参与干细胞及配子体的发育。研究表明，PpMACRO2影响表观修饰及发育相关的转录因子AP2和Homeobox的表达。该研究揭示了从菌根类真菌转移来的PpMACRO2基因通过ADP-核糖基化作用影响其它类型的表观修饰机制（甲基化、乙酰化），进而调控与发育相关的转录因子AP2和Homeobox，最终参与干细胞及三维生长的配子体发育。该研究结果也表明菌根类真菌与植物之间的基因转移在陆生植物重要性状起源和演化方面发挥了重要作用。（Nature Communications）

揭示花粉发育新机理

花粉发育是被子植物生殖繁衍的前提。近日，科学家研究揭示了拟南芥两种Sar1亚型介导孢子体及配子体控制花粉发育的分子机理，证明差异性表达谱可能是造成Sar1亚型间功能差异性的一个主要因素。该研究利用基因组编辑技术创制Sar1b突变体，发现Sar1b突变导致孢子体雄性不育。利用绒毡层细胞特异性的启动子驱动Sar1b部分回补sar1b突变体雄性不育表型，暗示其在绒毡层中的表达对于孢子体控制的花粉发育至关重要。与之相符，Sar1c在绒毡层细胞中表达极低，但外源表达Sar1c可以回补sar1b突变体雄性不育表型。这些结果暗示Sar1b与Sar1c亚型功能可互换，其在孢子体控制花粉发育中的差异由表达差异所致。此外，Sar1b和Sar1c都在发育中的小孢子中表达，Sar1b和Sar1c双突变花粉败育，造成配子体型雄性不育。（Plant Physiology）

光信号和独脚金内酯协同调控植物分枝的分子机制

分枝（分蘖）数目是影响植株株型、产量和生物量的关键因素。近日，科学家研究揭示了植物通过耦合光敏色素信号途径与独脚金内酯信号途径协同调控植物分枝的分子机制。在本研究中，研究人员发现miR156-SPL分子模块的两个重要成员，SPL9和SPL15蛋白，可以直接激活下游分枝关键负调控因子BRC1的转录，从而抑制植株分枝的产生；光敏色素A (phyA) 信号通路中的两个重要信号传导因子FHY3/FAR1和独脚金内酯信号途径重要因子SMXL6/7/8都可以与SPL9/15两个蛋白互作，并抑制SPL9/15对BRC1的转录调控，从而促进植株分枝的产生。此外，研究还发现FHY3和FAR1能直接促进SMXL6和SMXL7的转录。在遮荫或密植栽培条件下，FHY3和FAR1蛋白水平下降，引起SMXL6和SMXL7的转录本和蛋白水平下降，使SPL9/15蛋白被释放出来，导致其下游基因BRC1的转录水平升高，从而抑制了植株分枝的产生。该研究首次从蛋白互作层面阐明了调控植物密植栽培条件下分枝发生的分子机制，完善了植物避荫反应的调控机理，可为耐密植作物新品种的培育提供理论指导。（Nature Communications）

（来源：基因农业网）