植物研究

峨眉錐栗的雜交起源和生殖隔離位點的非均勻分布

中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園進化生態(tài)學(xué)研究組孫永帥等用多個方法分析峨眉錐栗與板栗、錐栗的遺傳差異，為峨眉錐栗的分類地位提供了基因組學(xué)證據(jù)。并采用hhs方法、溯祖模型比較分析等對峨眉錐栗的雜交起源過程進行解析，估算親本物種對峨眉錐栗基因組的相對貢獻。該研究鑒定了與生殖隔離關(guān)聯(lián)的候選基因組位點。研究論文發(fā)表于Nature Communications。在峨眉錐栗基因組中，僅6個生殖隔離位點來自于板栗。親本物種間生殖隔離位點的重新組合可為新物種形成的重要機制。候選生殖隔離位點偏集中分布于基因組的低重組區(qū)域。自然選擇和遺傳重組間互作塑造了峨眉錐栗基因組的進化過程。

4個栗屬Castanea類群的（a）樣品采集地、（b）演化關(guān)系、（c）遺傳結(jié)構(gòu)，以及（d）板栗基因組的重組率分布以及生殖隔離位點的分布式樣（圖片來源于中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園網(wǎng)站）

植物根系性狀及其對降水變化的響應(yīng)機制研究

中國科學(xué)院植物研究所白文明研究組以內(nèi)蒙古典型草原常見植物種為研究對象，利用多倫恢復(fù)試驗示范研究站的多年降水控制實驗平臺，結(jié)合自然降水梯度樣帶實驗，揭示了內(nèi)蒙古典型草原植物根系性狀種間和種內(nèi)變異規(guī)律及其對降水變化的響應(yīng)機制。研究論文發(fā)表于New Phytologist。典型草原植物根系性狀為多維的種間變異模式，并且不同物種的根系性狀對降水變化響應(yīng)的敏感性不同，不同類群草本植物根系解剖性狀的差異決定了其葉片生理過程對降水變化的差異性響應(yīng)。該研究從根系功能性狀的角度揭示了草原植物多樣的資源利用策略及其對降水變化的響應(yīng)和適應(yīng)機制，用于理解和預(yù)測草原植物對未來氣候變化的響應(yīng)。

植物維管發(fā)育表觀調(diào)控機制研究

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院錢偉強課題組聯(lián)合賀新強課題組借助獨特的擬南芥管狀分子異位誘導(dǎo)系統(tǒng)VISUAL，通過一系列的甲基化組和轉(zhuǎn)錄組分析，確定了DNA主動去甲基化在維管發(fā)育中的作用，并揭示了木質(zhì)部管狀分子分化的表觀遺傳調(diào)控機制。研究論文發(fā)表于Science Advances。DNA甲基化（5-methylcytosine，5mC）是一種植物和動物保守的用來沉默轉(zhuǎn)座子并調(diào)節(jié)基因表達的表觀遺傳修飾。DNA甲基化模式可以通過DNA被動或主動去甲基化來改變。該研究突出了RDD引發(fā)的DNA主動去甲基化在植物發(fā)育中的新功能，并提供了通過表觀遺傳調(diào)控機制調(diào)控TE分化的新見解。

黃櫨枯萎病菌致病性研究

北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院森林病理學(xué)研究團隊王永林等解析了黃櫨枯萎病菌（大麗輪枝菌）bZip轉(zhuǎn)錄因子VdAtf1作為新的氮代謝調(diào)節(jié)因子控制致病過程的分子機制。研究論文發(fā)表于New Phytologist。研究發(fā)現(xiàn)大麗輪枝菌bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子VdAtf1調(diào)控致病性的新機制。敲除該基因不影響病原菌對活性氧脅迫的敏感性，而參與了對活性氮的應(yīng)答。生化數(shù)據(jù)表明VdAtf1參與控制了病原菌體內(nèi)硝酸和銨的代謝平衡，并與氮代謝阻遏關(guān)鍵因子VdNut1形成反饋抑制。進一步研究證明VdAtf1通過增強真菌細胞壁、抑制丙酮醛和甘油的過度積累和應(yīng)答活性氮脅迫控制致病過程。該研究為闡明大麗輪枝菌致病機制提供了新的見解。

硼緩解柑橘砧木鋁毒害研究

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授姜存?zhèn)}課題組揭示了硼降低鋁在枳殼砧木根系細胞壁堿溶性果膠和細胞質(zhì)中鋁的積累，最終減輕鋁對植株的毒害作用機理。研究論文發(fā)表于Journal of Hazardous Materials。柑橘是我國重要的水果作物，其主要種植在南方酸性土壤中，硼缺乏和鋁毒害并存問題在柑橘園很常見。研究發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫下加硼主要降低果膠（尤其是堿溶性果膠中）鋁含量。硼促進堿溶性果膠交聯(lián)，形成穩(wěn)定的細胞壁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，減小細胞壁的孔徑，二者共同作用降低鋁在細胞壁中的積累。得出脅迫下加硼抑制根尖對鋁的吸收，及加速細胞質(zhì)鋁的液泡區(qū)室化，最終減輕鋁對植株的毒害作用。

示意圖：硼降低鋁在枳殼砧木根系細胞壁堿溶性果膠和細胞質(zhì)中鋁的積累，并最終減輕鋁對植株的毒害作用機理（圖片來源于南湖新聞網(wǎng)）

玉米細胞質(zhì)雄性不育研究

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所陳化榜研究組與合作單位鑒定了玉米S型細胞質(zhì)雄性不育（CMS-S）系的不育基因orf355，并進一步鑒定出一個在花藥中特異表達的轉(zhuǎn)錄因子ZmDREB1.7。研究論文發(fā)表于Molecular Plant。植物細胞質(zhì)雄性不育是廣泛存在并具有重要應(yīng)用價值的現(xiàn)象。在雄性不育材料中，花粉粒敗育但其他組織的生長發(fā)育不受影響，因此細胞質(zhì)雄性不育被廣泛應(yīng)用于雜交育種。細胞質(zhì)雄性不育也是研究細胞核與線粒體相互作用的利器，不育基因由線粒體基因組編碼，而大部分恢復(fù)基因由核基因組編碼，兩套不同的基因組如何協(xié)同調(diào)控花粉粒的育性，甚至影響植物生長發(fā)育，其分子機制還有待探明。

紅樹基因組水平的趨同進化機制

中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院施蘇華教授課題組發(fā)展了準確估計分子水平趨同進化的方法，以多種紅樹植物為研究對象，闡明了紅樹基因組水平的趨同進化機制。研究論文發(fā)表于National Science Review。紅樹植物是生長在海岸潮間帶環(huán)境的木本植物，包含了不同分類類群的數(shù)十個物種，是研究適應(yīng)性趨同進化的極佳對象。文章選擇了3個主要的紅樹植物類群共16種代表性的紅樹物種，進行了全基因組或轉(zhuǎn)錄組測序組裝，在全基因組水平檢測趨同進化。通過系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)3個紅樹植物類群起源的時間十分接近，共同經(jīng)歷了歷史上海平面的升降，并逐步適應(yīng)潮間帶環(huán)境。文章探討了準確估計分子水平趨同進化的方法。

水稻基因打靶技術(shù)研究

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心朱健康院士領(lǐng)銜的研究團隊在植物基因組編輯領(lǐng)域取得重要進展，研究人員采用修飾后的DNA片段作為供體，在水稻上建立了一種高效的片段靶向敲入和替換技術(shù)，高至50%的靶向敲入效率將極大地方便植物的研究和育種。研究論文發(fā)表于Nature Biotechnology。常規(guī)的HDR頻率極其低下，但前期實驗中發(fā)現(xiàn)基因組上串聯(lián)重復(fù)片段間的HDR頻率非常高。利用這一現(xiàn)象，通過將修飾的片段靶向敲入至目標位點后，人為制造這種串聯(lián)重復(fù)結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)TR-HDR去實現(xiàn)片段替換。這一技術(shù)突破將非常有助于植物學(xué)研究，并大大促進農(nóng)作物定向遺傳改良的進程。