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水稻土甲烷與氧化亞氮排放的微生物調(diào)控機制研究獲進(jìn)展

稻田是大氣中CH4和N2O的重要排放源之一。已有研究表明管理措施顯著影響稻田土壤的甲烷和氧化亞氮排放，然而其中的微生物機制尚不清楚。

中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所桃源農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站科研人員通過長期定位試驗研究，揭示了稻田土壤氧化亞氮和甲烷的排放規(guī)律與土壤特征及功能微生物之間的耦合關(guān)系。利用定量PCR技術(shù)，科研人員從DNA和mRNA水平獲得了不同處理下產(chǎn)甲烷菌（mcrA）、甲烷氧化菌（pmoA）、硝化菌（amoA）和反硝化菌（nirK/nirS/nosZ）數(shù)量。同時，測定了田間條件下甲烷和氧化亞氮的排放量以及相關(guān)的土壤理化性質(zhì)。研究結(jié)果表明：甲烷和氧化亞氮排放呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，氧化亞氮的排放量遠(yuǎn)低于甲烷的排放量。曬田和施用稻草通過改變土壤氧化還原電位、土壤銨態(tài)氮濃度和可溶性有機碳而影響相關(guān)功能基因的豐度。在DNA水平上，受土壤銨態(tài)氮和可溶性有機碳含量的影響，施用稻草顯著提高amoA、nosZ和mcrA的豐度；在mRNA水平上，受土壤氧化還原電位的影響，持續(xù)淹水稻田mcrA基因豐度顯著高于間歇灌溉稻田。甲烷的排放速率與mRNA水平上的mcrA基因豐度成正相關(guān)，與土壤氧化還原電位呈負(fù)相關(guān)；而氧化亞氮的排放速率與mRNA水平上的nirS基因豐度呈顯著正相關(guān)，與土壤氧化還原電位呈正相關(guān)。該研究揭示了在mRNA水平上有活性的功能基因豐度，如mcrA基因與甲烷排放和nirS基因與氧化亞氮排放，可以反映酸性稻田受土壤氧化還原電位調(diào)控的甲烷和氧化亞氮此消彼長的關(guān)系。

上述研究成果發(fā)表在Biology and Fertility of Soils上。該研究得到國家科技支撐計劃課題(2016YFD0200307)、國家自然科學(xué)基金(41771335,41271280)、湖南省自然科學(xué)基金 (2016JJ3133)等的支持。

（中科院網(wǎng)）

王漢中院士團(tuán)隊揭示油菜產(chǎn)量性狀調(diào)控新機制

日前，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所油菜遺傳改良創(chuàng)新團(tuán)隊首席科學(xué)家王漢中院士帶領(lǐng)科研人員揭示了油菜種子重量的母體調(diào)控新機制，為油菜產(chǎn)量性狀改良提供了新的理論和途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生物技術(shù)（Plant Biotechnology Journal）》上。

種子重量是油菜產(chǎn)量的重要構(gòu)成因子，前人對植物種子重量的研究主要集中在種子本身，如種胚和胚乳，而母體植株如何影響種子的重量尚不清楚。為此，該團(tuán)隊研究人員從油菜核心種質(zhì)中挑選代表性的極端大粒和極端小粒品系進(jìn)行遺傳分析，首次發(fā)現(xiàn)母體基因型對油菜種子重量貢獻(xiàn)率高達(dá)93%，占主導(dǎo)地位。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊利用極端大粒、極端小粒品系從遺傳、形態(tài)、細(xì)胞、生理生化和分子水平進(jìn)行了系統(tǒng)的比較分析，發(fā)現(xiàn)這些油菜品系攜帶有兩個控制角果皮（母體器官）長度的主效基因位點，其通過調(diào)控下游角果發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)，影響角果長度及其光合作用面積，進(jìn)而影響光合產(chǎn)物的積累及轉(zhuǎn)運儲存，最終影響種子填充、大小和重量。

（中國農(nóng)科院網(wǎng)）

科學(xué)家揭示類驅(qū)動蛋白調(diào)控水稻發(fā)育的分子機制

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊利用水稻極度矮化突變體std1，揭示了類驅(qū)動蛋白通過影響細(xì)胞分裂進(jìn)而調(diào)控水稻葉片大小和植株高度，進(jìn)一步深化了人們對植物矮化機理的認(rèn)識。相關(guān)研究發(fā)表在《植物學(xué)報（The Plant Journal）》上。該研究通過對水稻極端矮化突變體std1的組織細(xì)胞學(xué)觀察、基因克隆及蛋白功能研究，發(fā)現(xiàn)類驅(qū)動蛋白的ATP酶活性降低后，可導(dǎo)致植物體產(chǎn)生含有多個細(xì)胞核、體積膨大、形態(tài)異常的細(xì)胞，同時細(xì)胞分裂速率顯著降低，植株能夠產(chǎn)生葉片但不能形成莖從而呈現(xiàn)極度矮化的表型。表明類驅(qū)動蛋白的ATP酶活性對于水稻正常的細(xì)胞分裂和器官發(fā)育是必不可少的。該研究得到了轉(zhuǎn)基因重大專項、國家自然科學(xué)基金、科技部973計劃和中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程的資助。

（中國農(nóng)科院網(wǎng)）

作物馴化基因平行選擇研究取得進(jìn)展

作物馴化是農(nóng)業(yè)發(fā)展中最重要的事件之一。作物馴化過程中，一些重要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)出趨同馴化的特征，這些特征綜合在一起被稱為“馴化綜合征”。控制這些性狀的基因是否在不同物種馴化中受到平行選擇一直是進(jìn)化研究中的重要科學(xué)問題。迄今為止，同一基因在不同科作物馴化中受到平行選擇仍未見報道。

種子休眠減弱是一個典型的“馴化綜合征”相關(guān)農(nóng)藝性狀。由于種子休眠表型難以鑒定，目前在作物馴化中受到選擇的控制種子休眠基因報道極少，也是最難研究的馴化性狀之一。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所田志喜研究組和儲成才研究組合作，聯(lián)合美國喬治亞大學(xué)教授Scott Jackson等團(tuán)隊，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定到一個控制大豆種皮綠色的G基因。有意思的是，G基因在大豆馴化過程中受到選擇，且與大豆種子休眠減弱相關(guān)。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，G在水稻和番茄中的同源基因在馴化過程中也受到選擇。遺傳學(xué)實驗同樣證明，G在水稻馴化中同樣與種子休眠減弱相關(guān)。此外，擬南芥中該基因的同源基因也參與種子休眠調(diào)控，且野生群體中不同單倍型在休眠特性上也存在明顯差異。生化分析表明，G蛋白可能通過與調(diào)控植物休眠激素脫落酸（ABA）合成蛋白NCED3、PSY相互作用，調(diào)節(jié)ABA在種子中的積累，從而影響種子休眠。

該基因是首個被發(fā)現(xiàn)在多個科作物馴化中受到平行選擇的基因，這對于新物種的馴化具有重要指導(dǎo)意義。

相關(guān)的研究成果于近日在線發(fā)表于《自然-遺傳學(xué)》 雜 志（Nature Genetics，DOI： 10.1038/s41588-018-0229-2）。田志喜研究組王敏、房超、劉羽誠與儲成才研究組李文振、徐凡為該論文共同第一作者，田志喜、儲成才與Scott Jackson為共同通訊作者。該研究得到中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)研究計劃、國家自然科學(xué)基金委的資助。

（新浪網(wǎng)）

植物之間經(jīng)土壤傳遞的化學(xué)信號物質(zhì)被揭示

近20年，植物之間的化學(xué)通訊識別大多集中于地上部空氣媒介的信號，如茉莉酸甲酯和乙烯等揮發(fā)性物質(zhì)，而地下部土壤媒介的化學(xué)信號物質(zhì)由于土壤和根系互作的復(fù)雜性一直沒能澄清。針對這一問題，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)校資源與環(huán)境學(xué)院生態(tài)系孔垂華團(tuán)隊歷時7年發(fā)現(xiàn)植物根系分泌的黑麥草內(nèi)酯[(-)-loliolide]是介導(dǎo)植物地下部土壤媒介的化學(xué)信號物質(zhì)?；谠撗芯康恼撐囊延诮赵贜ature Communications發(fā)表。研究顯示植物間的化學(xué)作用涉及化學(xué)識別和化感作用兩個密不可分的機制，這一機制的闡明對正確認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)中植物間的地下生態(tài)作用具有積極的意義。

（中國農(nóng)大網(wǎng)）

水稻抽穗期蛋白調(diào)控研究取得新進(jìn)展

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻科研團(tuán)隊吳昌銀教授課題組通過蛋白泛素化調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析了水稻適應(yīng)長日照條件抽穗的分子機制。該研究成果對分子設(shè)計水稻抽穗期、提高水稻地域適應(yīng)性具有重要意義。

課題組前期鑒定了一個具有RINGfinger 結(jié)構(gòu)域的泛素連接酶HAF1，解析了HAF1通過降解其底物Hd1在短日照條件調(diào)控水稻抽穗期的分子機制。然而，HAF1是如何介導(dǎo)蛋白降解從而使水稻適應(yīng)長日照抽穗的分子機制并不清楚。吳昌銀課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，OsELF3作為一個生物鐘基因，它的晝夜表達(dá)相位是影響水稻長日條件下抽穗期的關(guān)鍵因素。該研究通過蛋白互作實驗發(fā)現(xiàn)HAF1與長日照調(diào)控水稻抽穗期的關(guān)鍵基因OsELF3相互作用。體外泛素化和體內(nèi)蛋白降解實驗證明，HAF1通過26S蛋白酶復(fù)合體降解OsELF3，從而調(diào)節(jié)OsELF3蛋白晝夜節(jié)律性累積。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OsELF3與HAF1互作的區(qū)段存在單個氨基酸的變異，該氨基酸的變異在水稻品種的地域分布中受到選擇。帶有OsELF3(L)的粳稻品種分布在高緯度地區(qū)，而OsELF3(S)的粳稻品種則分布在低緯度地區(qū)。野生稻和大多數(shù)秈稻品種為OsELF3(S)類型，OsELF3(S)蛋白不與HAF1互作，它的降解可能受到其它因子的調(diào)控。這些結(jié)果揭示了水稻抽穗期蛋白節(jié)律性調(diào)控可能存在品種間的多樣性。