开发植物DNA-free基因编辑新系统

病毒载体系统是外源基因体内递送和瞬时表达的理想工具，是转基因稳定表达系统的重要补充。近日，科学家首次利用一种工程化的植物负链RNA弹状病毒载体向植物体内系统递送CRISPR/Cas9核酸内切酶，并高效产生可稳定遗传的靶向基因编辑。研究团队前期实现了植物负链RNA病毒遗传操作技术的突破，为病毒载体构建提供了可能。研究发现，病毒载体递送的CRISPR/Cas9对多个内源基因靶点均表现出较高的编辑频率（40-91%不等）。进一步研究表明，产生的基因编辑可在后代中稳定遗传，传递规律符合经典的孟德尔遗传定律。RNA病毒复制过程不涉及DNA阶段，病毒基因组无法整合到寄主植株染色体，因而编辑植株不含有外源DNA片段。总之，该研究提供了一种不依赖于遗传转化、无需分离特定的受体细胞或组织、通过简单易行的病毒侵染方法，可在植株个体水平递送CRISPR/Cas核酸酶进行高效基因组编辑的新方法，为作物DNA-free基因组编辑提供了新的思路。在病毒学领域，研究结果揭示了弹状病毒独特的生物学特性，发展了病毒载体新的应用方向。（Nature Plants）

解析植物细胞器基因组超低突变率相关机制

拟南芥msh1突变体细胞器线粒体基因组出现大量短重复序列介导的异常重组，同时该蛋白的MutS1特定结构域GIY-YIG可以识别DNA错配或损伤，但在植物中是否具有该功能一直存在疑问。近日，研究人员利用Duplex sequencing测序技术检测了拟南芥七个与细胞器DNA复制、重组、修复相关基因的突变体植株中处于异质体（heteroplasmons/cytohets）状态的超低频突变，为陆生植物细胞器基因组低突变率维持机制研究提供了新的研究思路。该研究首先在原有的Duplex-seq测序技术基础上进行优化改进，使其检测精度接近2 ×10-8。通过检测7个突变体中的超低频突变，本研究发现仅msh1突变体出现叶绿体和线粒体等细胞器基因组突变大量增多的现象。并通过微滴数字PCR（ddPCR）技术验证了部分单碱基的突变可以遗传到下一代。这些结果在实验上证明了MSH1基因参与到植物细胞器基因组突变的识别与修复过程，与陆生植物细胞器基因组低突变率维持密切相关。（PNAS）

揭示光信号调控水稻响应盐胁迫的新机制

光信号在幼苗形态发生和转换中发挥着重要作用。近日，科学家研究揭示了光信号调控水稻响应盐胁迫的新机制。研究团队长期开展光信号转导机制的相关研究，研究人员对水稻光敏色素互作因子（OsPIL）的功能和分子机理展开研究，发现分别过量表达6个OsPILs基因（OsPIL11-16）均能促进黑暗下水稻中胚轴的伸长，其中OsPIL14表现最为明显。而赤霉素信号转导核心抑制因子DELLA蛋白（SLR1）负调控水稻中胚轴伸长。进一步研究发现，OsPIL14与SLR1能相互作用，这种互作使SLR1抑制了OsPIL14对下游细胞伸长相关基因的转录激活能力。特别是，研究发现盐处理促进了OsPIL14蛋白的降解，增强了SLR1蛋白的稳定性。过量表达OsPIL14使水稻幼苗在黑暗中对盐具有较高的耐受性，并显著提高了盐胁迫下水稻覆土直播的出苗率。综上，该研究揭示了水稻光敏色素互作因子OsPIL14整合光信号与赤霉素信号调控水稻在盐胁迫下生长的分子机制，对通过分子设计提高水稻直播出苗率和盐胁迫条件下的生长性能具有重要的指导意义。（Plant Physiology）

科学家揭示凯氏带形成的分子机制

在植物根部内皮层细胞垂周和横向细胞壁的特定区域，形成以木质素为主要组分的凯氏带，阻断物质运输的质外体途径，使得营养物质只能通过共质体途径才能进入中柱并向上运输。凯氏带与动物细胞紧密连接的不同之处在于，细胞壁从物理上隔离了相邻细胞的质膜。近日，科学家研究发现拟南芥漆酶家族成员LAC3在根部内皮层细胞胞外形成特异的表达域，与凯氏带质膜定位蛋白CASP共同提供凯氏带的定位信息。研究者通过基因表达谱发现漆酶基因LAC3特异表达在内皮层细胞。利用proLAC3::LAC3-eGFP转基因报告材料，发现LAC3在凯氏带发育的整个过程中都围绕着CASP表达域以及木质素域。运用化学遗传方法抑制漆酶表达后，研究者发现凯氏带变得更加弥散且在靠近皮层一侧出现依赖SGN3通路的异位木质素沉积，同时发现CASP1的定位也失去清晰边界而变得更加弥散。以上结果提示LAC3可能在胞外确定凯氏带的位置信息，与CASP蛋白相互配合，从而指导形成极性定位的凯氏带结构。（PNAS）

揭示miR319—PtoTCP20调控毛白杨次生维管组织发育的机制

次生维管组织发育作为树木重要特征是木材形成的生物学基础，它的发育需要植物激素、转录因子和miRNAs等多种调控机制协同调控。近日，科学家研究揭示了miR319a的靶基因PtoTCP20通过在蛋白水平上与PtoWOX4a相互作用、在转录水平上激活PtoWND6A/B的表达，进而调控毛白杨次生维管组织发育的机制。该研究发现，miR319a在茎顶端分生组织-原形成层-形成层发育过程中表达量逐渐降低，而PtoTCP20的表达量变化则与之相反；进一步证实，miR319a对PtoTCP20的靶向切割作用。研究表明，miR319a的靶基因PtoTCP20 调控毛白杨次生维管组织发育。进一步研究发现，PtoTCP20能够与维管组织发育相关因子PtoWOX4a相互作用并且激活PtoWND6A/B的表达。研究人员验证了PtoTCP20与PtoWOX4a和PtoWND6A/B的相互作用关系，揭示了PtoTCP20通过与PtoWOX4a互做促进形成层细胞增殖，通过激活PtoWND6A/B的表达促进形成层向次生木质部细胞分化，进而促进毛白杨次生维管组织发育。研究结果为揭示树木次生维管组织发育调控机制提供了实验依据，并为树木的速生和木材品质改良提供理论基础。（New Phytologist）

多组学联合分析揭示自噬对玉米代谢的调控作用

植物在生长过程中，会通过各种适应性响应维持其细胞生长发育所需的养分，细胞内存在的回收途径涉及到胞内蛋白质、脂质、碳水化合物和核酸的自噬-周转，从而在细胞稳态的维持和后续养分的供应中发挥重要作用。近日，研究人员结合代谢组学、转录组学、蛋白组学和离子组学的方法，通过对玉米自噬突变体atg12对固碳抑制的响应研究，揭示了自噬在细胞代谢稳态维持中的关键作用。研究表明，与胁迫、光合有机物相关的mRNA表达水平上调而与碳水化合物、能量和氮代谢相关的过程受到抑制。该研究还揭示了碳应激期间的新陈代谢变化及自噬反应过程的重要性。总之，该研究通过多组学联合分析的方法表明，在不存在自噬的情况下，固碳抑制会调节呼吸底物的选择从而改变氨基酸、核苷酸和碳水化合物等代谢过程。该研究揭示了自噬通过代谢调控从而影响植物生理过程的关键作用，为未来利用自噬相关过程调节作物代谢并优化产量和逆境适应性提供了理论基础。（The Plant Cell）

发现油菜COL转录因子参与植物干旱胁迫耐受性的调控

油菜是世界上重要的油料作物，也是抗逆性较差的作物。近日，研究人员通过对油菜FOX拟南芥库进行筛选与鉴定，得到干旱响应关键基因BnCONSTANS-LIKE2（BnCOL2），进而揭示BnCOL2可能通过影响ABA信号通路及干旱胁迫相关基因的表达负调控植物对干旱胁迫的耐受性。在前期的研究中，研究团队利用RNA-seq筛选获得了70个受非生物胁迫显著诱导的差异表达油菜基因。经过筛选和鉴定共获得20个胁迫响应的油菜基因，其中过表达BnCOL2基因拟南芥在干旱胁迫下叶片温度与WT有显著差异。据此推测该基因可能参与干旱胁迫响应。进一步研究发现，BnCOL2是一个具有转录激活活性的核定位转录因子，BnCOL2主要在叶中表达且受PEG6000诱导下调表达。BnCOL2过表达拟南芥种子萌发及萌发后幼苗阶段的抗逆性分析结果表明，在PEG6000处理下，与野生型拟南芥相比，过表达BnCOL2显著降低转基因拟南芥渗透胁迫的耐受性。基因表达分析表明，BnCOL2可能通过影响干旱胁迫相关基因的表达进一步参与了植物对干旱胁迫的响应。（Environmental and Experimental Botany）

（来源：基因农业网）