泛基因組分析揭示栽培稻和野生稻中基因組變異

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所和上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院黃學(xué)輝教授團隊合作，在水稻基因組復(fù)雜遺傳變異的研究中取得進展，相關(guān)成果發(fā)表于《自然—遺傳學(xué)》。該研究繪制了栽培稻—野生稻的泛基因組圖譜，系統(tǒng)鑒定了涵蓋各類群水稻的編碼基因集，其中很多新鑒定出的基因在各類群水稻中呈現(xiàn)出豐富的“存在—缺失”變異。水稻是我國重要的糧食農(nóng)作物。亞洲栽培稻及其祖先種普通野生稻存在多種類群，分布廣泛，可以適應(yīng)多樣的生態(tài)環(huán)境和農(nóng)藝條件。水稻豐富的遺傳多樣性在馴化和現(xiàn)代育種中都發(fā)揮了重要的作用，并將成為應(yīng)對糧食需求增長和環(huán)境變化進行品種改良的關(guān)鍵資源。

水稻各類群材料中編碼基因的系統(tǒng)鑒定和存在—缺失變異分析

來自不同水稻類群的栽培稻品種和野生稻株系

基因疊加對玉米轉(zhuǎn)錄組代謝組的影響

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所王志興課題組解析了多基因疊加對玉米轉(zhuǎn)錄組和代謝組的影響，相關(guān)論文發(fā)表于The Plant Journal?；虔B加（Gene stacking）是當(dāng)前轉(zhuǎn)基因作物研發(fā)的趨勢，即在一個植物中同時轉(zhuǎn)入兩個或兩個以上外源基因。對基因疊加的效應(yīng)評估是轉(zhuǎn)基因作物安全評估中的重要問題。該研究將2個轉(zhuǎn)基因玉米材料進行雜交后，分別對比了轉(zhuǎn)基因雜交玉米12-5×IE034和2個親本轉(zhuǎn)基因玉米以及6個常規(guī)玉米品種中的轉(zhuǎn)錄譜和代謝譜的差異。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因玉米育種復(fù)合所帶來的基因表達和代謝物的變化數(shù)量介于常規(guī)玉米品種間的變異范圍之內(nèi)。

水稻低溫適應(yīng)性的“分子開關(guān)”

中科院植物研究所種康院士率領(lǐng)的研究團隊發(fā)現(xiàn)水稻MADS-box轉(zhuǎn)錄因子家族OsMADS57協(xié)同其互作蛋白OsTB1，能夠調(diào)控水稻的低溫耐受性，具有平衡器官發(fā)生和防御反應(yīng)的分子開關(guān)特性，研究論文發(fā)表于New Phytologist。植物協(xié)調(diào)應(yīng)對逆境脅迫的防御反應(yīng)和器官發(fā)育的環(huán)境塑造，是植物在長期的進化過程中適應(yīng)多變環(huán)境的基本條件。因此，植物適應(yīng)環(huán)境的分子機制是植物科學(xué)最重要的科學(xué)問題之一，也是作物分子設(shè)計的理論基礎(chǔ)。OsMADS57作為調(diào)控水稻側(cè)芽發(fā)育和低溫耐受性的分子開關(guān)，平衡水稻的生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，控制植物對低溫環(huán)境的適應(yīng)性。

異源四倍體小麥進化的穩(wěn)定性研究

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)陳增建教授團隊對異源四倍體小麥進化的穩(wěn)定性研究取得進展，相關(guān)論文發(fā)表于The Plant Journal。四倍體硬粒小麥（AABB）和六倍體面包小麥（AABBDD）都是種間雜交和多倍化形成的。但是，只有部分種間雜交形成了新的多倍體物種。該研究發(fā)現(xiàn)兩個四倍體小麥在基因和小RNA表達、組蛋白修飾和轉(zhuǎn)座子激活方面存在很大差異。在AADD四倍體中，很多基因表達下降、與異染色質(zhì)有關(guān)的組蛋白修飾減少，導(dǎo)致很多轉(zhuǎn)座子的表達，不利于維持染色體的穩(wěn)定；而SSAA四倍體中的基因表達、染色質(zhì)和轉(zhuǎn)座子相對穩(wěn)定。SSAA演化成了自然界中的硬粒小麥（AABB），而AADD不穩(wěn)定，不能形成穩(wěn)定的四倍體小麥。

東亞植物區(qū)系形成新觀點

中科院昆明植物研究所孫航研究組最新研究論文發(fā)表于National Science Review。在中國—日本森林植物亞區(qū)和中國—喜馬拉雅森林植物亞區(qū)的基礎(chǔ)上，進一步將以古特有或孑遺植物集中分布的中國—日本森林植物亞區(qū)（華中—華東地區(qū)為核心）界定為“水杉植物區(qū)系（Metasequoia Flora）”；與之對應(yīng)，將以杜鵑屬（Rhododendron）為代表、眾多形成物種分化中心的北半球大屬集中分布的中國—喜馬拉雅森林植物亞區(qū)核心區(qū)域（橫斷山—東喜馬拉雅地區(qū)）命名為“杜鵑植物區(qū)系（Rhododendron Flora）”，客觀地反映了東亞植物區(qū)系的核心范圍。在此基礎(chǔ)上對東亞植物區(qū)系在時間和空間上的演化進行整合分析（Meta－analysis）。

東亞植物區(qū)系的來源

棉花體胚發(fā)生調(diào)控機制研究

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院楊細燕副教授等人基于棉花團隊早期對高效體胚發(fā)生材料YZ1的小RNA和降解組測序中鑒定到的小RNA及其靶標(biāo)基因，探討GhmiR157a/GhSPL10在棉花體細胞胚胎發(fā)生中的功能，相關(guān)論文發(fā)表于Journal of Experimental Botany。體細胞胚胎發(fā)生（SE）體系是研究組織和器官脫分化和再分化的良好模型，也是植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的重要依托，對于其機制的研究具有重要的理論和應(yīng)用價值。microRNAs（miRNAs）是一類長度通常為19-25個核苷酸（nt）的內(nèi)源非編碼RNA，在植物生長發(fā)育、激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、逆境脅迫響應(yīng)等方面起著重要的作用。

獼猴桃多重高效基因組編輯系統(tǒng)研究

中科院華南植物園黃宏文研究員等人，建立了一種新的快速高效的成對sgRNA的Cas9雙元表達載體的構(gòu)建策略，研究論文發(fā)表于Plant Biotechnology Journal。獼猴桃為我國特有的雌雄異株多年生果樹，因其豐富的營養(yǎng)價值和獨特的風(fēng)味而成為全球性重要的新興水果。獼猴桃中PTG/Cas9系統(tǒng)的靶標(biāo)突變效率相比傳統(tǒng)的CRISPR/Cas9系統(tǒng)高出近10倍。實驗設(shè)計的兩種系統(tǒng)均能成功地誘導(dǎo)由G418抗性愈傷組織再生的獼猴桃幼苗白化表型。該研究在獼猴桃中建立了多重高效的PTG/Cas9基因組編輯系統(tǒng)，研究結(jié)果為在其他植物或作物中進行基因組編輯效率的優(yōu)化提供了借鑒和指導(dǎo)。

小麥多倍體研究進展

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥研究中心辛明明等人與西北農(nóng)林科技大學(xué)等合作，將小麥多倍體研究最新成果發(fā)表于The Plant Cell。研究利用轉(zhuǎn)錄組測序，從全基因組水平上分析了二倍體小麥、四倍體小麥和六倍體小麥不同發(fā)育時期胚乳印跡基因數(shù)目、種類及其功能類別，提出了母本印跡基因主要參與了營養(yǎng)的代謝而父本印跡基因參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控。發(fā)現(xiàn)了約50%的印跡基因在小麥多倍體形成過程中表達模式具有保守性。同時，小麥多倍體形成過程中，可能由于亞組基因的互作影響了親本等位基因的表達，使得部分同源基因之間的父母本等位基因表達發(fā)生分化，從而在多倍體小麥鑒定到更多的印跡基因。