水稻穗發(fā)育細(xì)胞命運決定的SPL6-IRE1調(diào)控機制及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫信號過激導(dǎo)致細(xì)胞衰老退化和穗“禿頂”性狀產(chǎn)生的分子機理

中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所郭房慶研究組最新研究成果發(fā)表于Nature Plants。論文結(jié)果揭示水稻SBP-box家族轉(zhuǎn)錄因子SPL6抑制細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫感應(yīng)因子（ER-stress sensor）IRE1的轉(zhuǎn)錄，控制脅迫信號的輸出強度；SPL6在穗發(fā)育過程中呈現(xiàn)頂端高水平表達(dá)樣式，其功能缺失導(dǎo)致IRE1過度表達(dá)，造成細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫信號輸出失控和下游基因過激表達(dá)，導(dǎo)致頂端小穗細(xì)胞衰老退化和穗“禿頂”性狀產(chǎn)生。因此，SPL6作為細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫信號途徑的上游調(diào)控關(guān)鍵因子，調(diào)節(jié)脅迫信號輸出的時空強度和平衡，進(jìn)而決定水稻穗發(fā)育過程中的細(xì)胞存活命運。

分子機制模型（圖片來源于上海生科院植生生態(tài)所）

調(diào)控水稻高產(chǎn)的新機理

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所易可可研究員與國內(nèi)科研結(jié)構(gòu)合作，揭示了土壤磷肥狀況影響水稻葉片直立性的分子機理，為設(shè)計培育高產(chǎn)水稻品種提供了理論基礎(chǔ)，文章發(fā)表于《植物細(xì)胞》。土壤中的磷素易被固定而難以被作物吸收，水稻田間生產(chǎn)目前主要通過大量施加磷肥來克服該問題，不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，還增加了水質(zhì)污染風(fēng)險。因此，解析土壤磷素肥力狀況調(diào)控水稻葉片直立性的機理，對于培育磷高效利用且耐密植水稻品種尤為重要。3種形成的一對相互抗結(jié)的調(diào)控模塊能夠響應(yīng)土壤磷素肥力狀況，影響水稻葉枕（葉柄與葉鞘的連接區(qū)域）細(xì)胞的伸長，調(diào)節(jié)葉枕大小，最終影響水稻葉片直立性。

新的水稻谷粒大小調(diào)控開關(guān)

中國科學(xué)院植物研究所宋獻(xiàn)軍研究組與中國水稻研究所莊杰云研究組合作，發(fā)現(xiàn)一個新的水稻谷粒大小調(diào)控開關(guān)，研究論文發(fā)表于Molecular Plant。研究發(fā)現(xiàn)，TGW3是谷粒大小的負(fù)向調(diào)節(jié)因子，能夠通過增加穎殼細(xì)胞大小、減少細(xì)胞數(shù)目，從而使穎殼變長，谷粒變大、變重；TGW3的大粒等位基因的第三內(nèi)含子核苷酸堿基發(fā)生轉(zhuǎn)變，改變其mRNA的剪切方式，導(dǎo)致其第三和第四外顯子的丟失，其編碼蛋白喪失形成二聚體的功能。研究人員通過水稻種質(zhì)資源序列測定分析，找到了其他兩個具有長粒表型的遺傳材料，其編碼序列與本次發(fā)現(xiàn)的大粒親本相同，顯示了該基因位點的稀缺性。

油菜氮素營養(yǎng)生理研究

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院魯劍巍教授團隊在油菜氮素營養(yǎng)生理方面的研究論文發(fā)表于Journal of Experimental Botany。冬油菜是我國主要油料作物，對氮素養(yǎng)分的需求量較大。在葉片快速生長期，水溶蛋白形態(tài)儲存氮是葉片擴展過程中主要儲備氮源，可以有效地協(xié)調(diào)葉片生長和光合器官建成；當(dāng)葉片完全展開后，葉片光合能力的維持則主要與非蛋白形態(tài)儲存氮素密切相關(guān)。適宜的儲存氮素含量是協(xié)調(diào)葉片擴展和光合能力的關(guān)鍵，與光合氮素之間的周轉(zhuǎn)則可以維持高的光合速率以及延長高光合持續(xù)時間。從葉片氮素經(jīng)濟學(xué)的角度來審視，儲存氮素的合理配置有利于作物碳收益最大化。

藍(lán)藻代謝與環(huán)境適應(yīng)的新途徑

中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所楊琛研究組利用動態(tài)代謝流量組與代謝組分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)一條新的代謝途徑，揭示了該途徑為藍(lán)藻適應(yīng)環(huán)境所必需及其重要的進(jìn)化及生態(tài)學(xué)意義，研究論文發(fā)表于Nature Chemical Biology。研究表明在氮源充足條件下鳥氨酸—氨循環(huán)促使氮同化及存儲以最大速率進(jìn)行，而在氮源匱乏時該循環(huán)使得細(xì)胞中的氮儲存迅速分解，從而滿足細(xì)胞的生長需要。因此，鳥氨酸—氨循環(huán)具有氮存儲和活化的功能，對于藍(lán)藻適應(yīng)環(huán)境氮源缺乏和變化極其重要。與動物體內(nèi)的鳥氨酸—尿素循環(huán)相比，鳥氨酸—氨循環(huán)更為古老，它的存在提示不同物種為適應(yīng)其生存環(huán)境可能進(jìn)化出各種鳥氨酸循環(huán)。

新的氮代謝途徑——鳥氨酸—氨循環(huán)（圖片來源于上海生科院植生生態(tài)所）

糖信號調(diào)控植物生長發(fā)育的新機制

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李云海研究組與汪迎春研究員，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)程備久教授，中國科學(xué)院植物所鄭雷英副研究員合作，揭示了油菜素內(nèi)酯受體BRI1和BAK1介導(dǎo)的糖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的新機制，研究論文發(fā)表于Nature Communications。研究結(jié)果表明BRI1和BAK1的功能缺失突變體表現(xiàn)出對糖反應(yīng)不敏感的表型，BRI1和BAK1之間的蛋白互作和磷酸化水平受到糖濃度調(diào)控，而且BRI1和BAK1蛋白在細(xì)胞膜上的定位也受糖濃度所調(diào)控。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BRI1和BAK1與G蛋白作用在同一遺傳途徑中參與糖信號的調(diào)控。BRI1和BAK1對G蛋白的磷酸化影響了GPA1和AGB1/AGGs的解離，從而調(diào)控了植物生長發(fā)育。

植物繁育系統(tǒng)進(jìn)化研究

中國科學(xué)院華南植物園系統(tǒng)發(fā)育與繁殖生物學(xué)研究組完成了對茜草科玉葉金花屬植物半數(shù)以上種類的性系統(tǒng)和大部分物種的生活型研究；通過全面的采樣（70%），基于8個葉綠體基因進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系重建以及性狀相關(guān)性分析；在此基礎(chǔ)上探討了各種性系統(tǒng)、生活型對于物種分化速率的影響，研究論文發(fā)表于Molecular Phylogenetics and Evolution。二型花柱是玉葉金花屬的原始的繁育系統(tǒng)類型；二型花柱進(jìn)化到雌雄異株、單型短柱花、單型長柱花；雌雄異株4次獨立從二型花柱起源，并兩次逆轉(zhuǎn)到兩性同型花；雌雄異株和攀援木本是顯著相關(guān)的，然而僅雌雄異株與快速分化的物種分化率相關(guān)，攀援木本對物種分化率沒明顯影響。

棉花黃萎病致病機制研究

中國科學(xué)院微生物研究所孔照勝課題組與石河子大學(xué)教授孫杰課題組合作揭示了V型肌球蛋白Myosin5介導(dǎo)的分泌裝置在大麗輪枝菌與棉花互作中的重要作用，研究論文發(fā)表于Molecular Environmental Microbiology。棉花黃萎病是一種土壤傳播的維管束病害，嚴(yán)重影響棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)Myosin5在大麗輪枝菌菌絲生長過程中定位在菌絲頂端和細(xì)胞分隔處，通過介導(dǎo)囊泡運輸調(diào)控分生孢子的發(fā)育和菌絲的極性生長過程。分泌蛋白組數(shù)據(jù)證實敲除突變體菌株分泌能力有缺陷，顯示Myosin5作為分泌裝置的重要組分，調(diào)節(jié)大麗輪枝菌致病相關(guān)因子的分泌，在大麗輪枝菌與宿主植物的互作過程中發(fā)揮重要作用。