中国农业大学生物学院科研进展【植物方向】生物学院近期高水平论文集锦

【植物方向】生物学院近期高水平论文集锦


	发布日期：2024-01-09 浏览次数：　　信息来源：生物学院

　　我院植物科学研究领域近期在Nature Plants、Nature Communications、Developmental Cell、PNAS、EMBO Journal、Molecular Plant、Plant Cell、New Phytologist、Journal of Integrative Plant Biology等国际主流学术期刊上发表23篇高水平论文。

植物逆境生物学研究领域：在植物耐盐机制研究领域，郭岩课题组揭示了盐胁迫下SOS2-RhoGDI1-ROP2模块通过调控根毛的生长发育来平衡植物生长与盐胁迫响应的机制。研究发现盐胁迫下植物经典抗盐通路SOS途径中的关键激酶SOS2磷酸化根毛生长调控因子RhoGDI1，解除了RhoGDI1对ROP2的抑制作用从而激活ROP2，使ROP2正确定位在根毛起始位点，起始根毛的生长发育。该研究阐述了植物在不同程度的盐胁迫下如何适应环境，从而在抵御盐胁迫与维持生长之间达到平衡(Liu et al., 2023)。郭岩课题组揭示了SOS途径在盐胁迫下调控主根生长的分子机制。研究发现盐胁迫激活的SOS2通过磷酸化作用稳定PLT1/2蛋白，而磷酸化的PLT1/2能够在盐胁迫下维持分生组织活性，并在盐胁迫缓解后促进根系恢复生长。该研究为植物生长和胁迫响应之间的权衡机制提供了新见解 (Hao et al., 2023)。郭岩课题组揭示了受体激酶GSO1调控植物钠离子平衡的分子机制。研究发现盐胁迫增强了GSO1在根中两个区域的积累：在凯氏带形成的内皮层中，通过CIF-GSO1-SGN1模块加强凯氏带屏障；在根尖分生组织中，通过GSO1-SOS2-SOS1模块减少Na⁺毒害。该研究阐明植物通过防止Na⁺扩散到导管系统以及减少Na⁺对分生组织中干细胞的毒害，从而在盐胁迫下维持根系生长(Chen et al., 2023)。郭岩/李景睿课题组揭示了植物乙烯信号和盐胁迫的交叉互作机制。研究发现SOS2磷酸化乙烯信号组分CTR1并抑制CTR1活性，从而激活乙烯信号，进而促进植物的耐盐性。该研究为植物激素和盐胁迫响应的互作机制提供了新的机制(Li et al., 2023b)。郭岩课题组和杨光辉课题组揭示了植物抗盐胁迫关键蛋白SOS1的结构和功能调节机理。研究获得了两种不同构象的SOS1，在结构上将SOS1划分为负责Na⁺转运的跨膜结构域和胞内结构域，详细阐释了胞内结构域的作用机制。该研究为深入理解SOS1的作用机理及抗盐植物培育提供了分子基础 (Zhang et al., 2023b)。郭岩课题组和李继刚课题组揭示了phy-SOS2-PIF分子模块在光下促进植物耐盐的分子机制。研究发现光激活的phyA/phyB能够显著增强盐胁迫诱导的SOS2激酶活性，进而促进SOS2介导的PIF1/PIF3蛋白磷酸化和降解，解除PIF1/PIF3对植物耐盐的负调控作用，最终增强植物对盐的耐受性。该研究揭示了植物在盐胁迫下破土见光过程中平衡生长和耐盐的调控机制，有助于理解植物如何根据环境动态变化的光信号，实时调整自身的生长发育及对逆境胁迫的耐受性 (Ma et al., 2023)。此外，李继刚课题组和郭岩课题组还揭示了SOS2调控植物协同响应遮荫和盐胁迫双重逆境的分子机制。研究表明盐胁迫激活的SOS2通过调控phyB-PIF模块，促进PIF4/PIF5蛋白稳定性，从而协同调控植物对遮荫和盐胁迫双重逆境的响应，防止盐胁迫下植物的避荫反应被过度抑制。该研究为深入解析植物对复杂逆境的响应机制提供了新的见解 (Han et al., 2023)。朱蕾课题组揭示了盐胁迫抑制根生长的分子机制。研究发现盐胁迫下E3泛素连接酶PUB30促进HB24降解，抑制糖转运体编码基因SWEET11表达，导致糖供应降低，从而抑制根的生长。该研究为盐胁迫下根的生长调控机制提供了分子基础 (Wang et al., 2023d)。蒋才富课题组和张敬波课题组（资源与环境学院）揭示了细胞分裂素信号途径促进玉米耐盐的分子机制。研究发现盐胁迫下细胞分裂素A型响应调节子ZmRR1蛋白水平下降，其对细胞分裂素信号正调控因子ZmHP2的抑制被解除，而ZmHP2介导的细胞分裂素信号上调ZmMATE29（编码一个液泡定位的可转运Cl^-的蛋白）的表达，进而ZmMATE29通过减少根部Cl^-往地上部的运输，最终促进玉米耐盐。该研究为玉米耐盐品种改良提供了遗传基础 (Yin et al., 2023)。

在植物耐低温机制研究领域，杨淑华课题组揭示了E3泛素连接酶PUB25/PUB26动态调控植物低温应答的分子机制。研究发现PUB25/PUB26在低温早期和后期以两种不同形式的泛素化链接（K63和K48）修饰低温信号正调控因子ICE1和负调控因子MYB15，从而动态调控低温下CBF基因表达。该研究解析了蛋白泛素化修饰动态调控低温应答的分子机制，为植物平衡生长和抗冻的调控机制提供了理论依据 (Wang et al., 2023b)。杨淑华课题组阐释了植物激素独脚金内酯（SLs）参与调控植物低温应答的分子机制。研究发现SLs一方面通过抑制WRKY41基因表达及促进WRKY41通过26S蛋白酶体途径降解，促进CBF及其下游基因表达，另一方面通过诱导SMXLs蛋白降解，促进花青素积累，增强植物抗冻性。该研究为全面阐明独角金内酯在植物耐低温的作用机制提供了重要的理论基础 (Wang et al., 2023a)。

在植物抗旱机制研究领域，李继刚课题组在酵母中重建光调控的ABA信号转导通路。研究在酵母中重建了ABA核心信号通路并检测了光信号组分对ABA信号途径的调控作用，发现光受体phyA照光激活后一方面通过抑制COP1−PIFs模块间接抑制ABA信号途径，另一方面通过阻碍ABA受体与共受体的互作，直接抑制ABA信号通路。该研究不但揭示了光信号拮抗ABA信号的新机制，还建立了快速鉴定特定组分对ABA信号通路调控功能的酵母系统，有望助力ABA信号转导和干旱应答机制的研究 (Li et al., 2023a)。于静娟课题组揭示m6A “阅读器”调控谷子抗旱的机制。研究鉴定到谷子中的m6A“阅读器”SiYTH1，并发现在干旱胁迫下SiYTH1通过稳定其直接结合的SiARDP和ROS清除相关基因的mRNA，正调控谷子抗旱。此外，研究还发现干旱胁迫诱导SiYTH1形成液样胞质凝聚体，并且SiYTH1的m6A结合活性促进了转基因植物中胞质凝聚体的形成。该研究为利用分子育种技术培育抗旱新品种提供了理论基础和基因资源 (Luo et al., 2023)。

杨淑华课题组、秦峰课题组和蒋才富课题组综述玉米耐非生物胁迫研究进展。该综述介绍了环境胁迫对玉米生产的影响，并且归纳了玉米响应水分胁迫、极端温度及盐碱等非生物胁迫的应答机制，提出作物耐非生物胁迫研究中有待解决的若干科学问题，提出玉米抗逆性改良的策略和可行性，以及今后农业可持续发展的研究方向。该综述为进一步为作物设计和育种提供了理论指导 (Yang et al., 2023)。秦峰课题组综述作物抗旱性研究进展。该综述总结了在作物抗旱性相关基因资源以及抗旱性遗传解析领域取得的研究进展，介绍了目前提高作物抗旱性的方法及其应用前景，提出了作物抗旱性研究中仍有待解决的若干科学问题，并对未来研究方面进行了展望。该综述为科研工作者了解作物抗旱研究领域进展提供了较全面的信息 (Yang and Qin, 2023)。

在植物响应生物胁迫研究领域，王涛/董江丽课题组发现双向调节氧化还原感受器。研究发现APT1是一种双向调节氧化还原感受器，通过APT1-NACsa信号通路响应氧化胁迫，并负反馈调节氧化还原平衡。另外，研究利用CRISPR-Cas9系统获得的apt1突变体，发现其表现出对苜蓿尖孢镰刀菌侵染的抗性。该研究揭示了APT1-NAC模块在应对生物胁迫和非生物胁迫中的广谱作用，展示了APT1-NAC模块在分子育种中的应用潜力 (Ji et al., 2023)。任东涛课题组发现MAPK调控植物鞘脂合成途径的新机制。研究发现拟南芥MAPK级联通路MKK9-MPK3/MPK6通过磷酸化AtLCB1亚基，促进鞘脂（SPT）形成高分子量复合体，增强SPT催化活性，进而促使t18:0相关复杂鞘脂的积累。该研究揭示了MAPK途径在脂类合成方面的新功能，为进一步探索植物免疫反应的分子作用机制提供了新的理论依据 (Li et al., 2023c)。张永亮课题组揭示甜菜黑色焦枯病毒（BBSV）复制复合体（VRCs）形成的宿主因子及其作用机制。研究利用TurboID邻近标记技术系统分析了BBSV VRCs的组成，鉴定到一个BBSV复制复合体的新组分RTNLB2，并揭示其在病毒复制工厂建成中的功能。该研究提供了TurboID邻近标记技术用于解析植物病毒VRCs组分的首个案例，为深入解析植物病毒与宿主互作机制提供了新的宿主因子组学数据，也为抗病毒作物遗传改良提供了潜在的靶点 (Zhang et al., 2023a)。

植物养分高效和生长发育研究领域：王涛/董江丽课题组解析豆科植物共生固氮碳源供给机制。研究发现了豆科植物特异的新型能量感受器家族蛋白SnRK1α4，证明其是共生固氮的正调节子，其被上游激酶DMI2激活后磷酸化苹果酸脱氢酶MDH，促进苹果酸产生，为类菌体提供碳源，促进共生固氮。该研究为构建谷类作物的共生固氮系统提供了新模块 (Guo et al, 2023)。张静课题组揭示了植物根系生长响应硝酸盐（NO₃⁻）的调控机制。研究发现高亲和力NO₃⁻转运蛋白NRT2.1通过响应低氮，直接调节生长素转运活性，从而调节根系生长。该研究为解析不同浓度硝酸盐下根系的生长调控机制提供了分子基础 (Wang et al., 2023c)。于静娟课题组揭示玉米避荫反应的新调控组分及其作用机制。研究发现ZmWRKY28直接结合并激活ZmSAUR54和ZmPIF4.1表达，同时DELLA 蛋白D8与ZmWRKY28相互作用，并抑制ZmWRKY28的转录活性。该研究为提高玉米的耐密性提供了基因资源(Zhang et al., 2023c)。

植物生物信息领域：张子丁课题组开发拟南芥蛋白相互作用的深度学习辅助预测工具DeepAraPPI。DeepAraPPI包括：基于word2vec编码的RCNN模型，基于域Domain2vec 编码的MLP模型，以及基于GO2vec编码的MLP模型。另外，DeepAraPPI通过逻辑回归模型，将三个独立预测因子的预测结果结合起来。该研究为拟南芥蛋白相互作用的深度学习提供了重要平台 (Zheng et al., 2023)。苏震课题组开发异源六倍体小麦及其祖先的比较共表达网络分析数据库WheatCENet。WheatCENet平台能够搜索和比较特定的功能共表达网络，以及识别其中聚集的基因的相关功能。该平台集成了功能注释，如途径、基因家族、蛋白质-蛋白质相互作用、miRNAs，还包括基因本体（GO）注释、基因集富集分析（GSEA）等工具。WheatCENet平台将有助于促进小麦比较和功能基因组研究 (Li et al., 2023d)。