植物研究

揭示鴉片罌粟基因組及嗎啡合成原理

西安交通大學(xué)葉凱青年科學(xué)家工作室團(tuán)隊(duì)、英國約克大學(xué)伊恩·格拉漢姆院士團(tuán)隊(duì)、英國惠康基金桑格研究所寧澤民研究員合作，開展罌粟基因組和嗎啡合成研究，破譯“惡之花”封存億萬年的基因密碼，相關(guān)論文發(fā)表于Science。該研究以英國本土罌粟植物為對象，利用基因組測序技術(shù)、復(fù)雜數(shù)學(xué)模型、深度挖掘及分析等方法，在國際上首次公布鴉片罌粟的高質(zhì)量全基因組序列，揭示其進(jìn)化歷史上主要加倍和重排事件，闡明嗎啡類生物堿、合成基因簇的進(jìn)化歷史，為進(jìn)一步開發(fā)鴉片罌粟藥用價(jià)值和揭示罌粟科乃至早期雙子葉植物進(jìn)化歷史奠定了基礎(chǔ)。

罌粟基因組特征及主要進(jìn)化事件（圖片來源于西安交通大學(xué)）

赤霉素信號途徑調(diào)控作物氮肥高效利用研究

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所傅向東研究組深入了我們對于植物生長與代謝協(xié)同調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)，找到了一條在保證糧食總產(chǎn)量不斷提高的同時(shí)，提高了氮肥利用效率，降低了生產(chǎn)投入成本，減少了對環(huán)境造成的污染的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)新途徑。研究論文發(fā)表于Nature。赤霉素通過促進(jìn)DELLA蛋白降解，進(jìn)而增強(qiáng)GRF4轉(zhuǎn)錄激活活性，實(shí)現(xiàn)植物葉片光合碳固定能力和根系氮吸收能力的協(xié)同調(diào)控，從而維持植物碳-氮代謝平衡。DELLA蛋白的積累實(shí)現(xiàn)了植株半矮化、耐高肥和抗倒伏的高產(chǎn)目標(biāo)，但也伴隨著氮肥利用效率的降低。相反，GRF4蛋白的高水平積累能協(xié)同提高作物光合作用和氮肥利用效率。

核糖體RNA基因拷貝數(shù)變異和表達(dá)調(diào)控研究

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所陳明生研究組在核糖體RNA基因拷貝數(shù)變異和表達(dá)調(diào)控方面取得進(jìn)展，研究論文發(fā)表于Genome Research。為了在玉米群體中重復(fù)人類核糖體拷貝數(shù)變異與基因表達(dá)的關(guān)系，研究人員利用該群體的7個(gè)不同組織材料大約2100個(gè)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對45S的拷貝數(shù)與基因表達(dá)水平進(jìn)行了相關(guān)分析。進(jìn)一步對于rRNA的表達(dá)水平在群體、不同組織以及不同發(fā)育時(shí)期的差異表達(dá)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)核糖體RNA（45S rRNA）的表達(dá)并不像人們之前想象的那么保守，而是存在著廣泛的變異。將45S rRNA的拷貝數(shù)以及表達(dá)水平與群體的田間性狀進(jìn)行了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩者都對于開花相關(guān)性狀顯著相關(guān)。

植物精細(xì)胞譜系發(fā)育的分子路徑

中國科學(xué)院植物研究所王臺(tái)研究組揭示植物精細(xì)胞譜系發(fā)育的分子路徑，相關(guān)成果發(fā)表于Plant Journal。研究番茄小孢子、生殖細(xì)胞和精細(xì)胞發(fā)現(xiàn)；小孢子具有全能性細(xì)胞的分子特征，從小孢子向精細(xì)胞的定向發(fā)育伴隨著細(xì)胞全能性、體細(xì)胞發(fā)育、代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄抑制以及生殖細(xì)胞和精細(xì)胞優(yōu)勢表達(dá)的基因顯著上調(diào)。激活型組蛋白修飾H3K4me3和H3K9ac水平的降低，抑制型組蛋白修飾H3K9me1/2/3水平的升高。精細(xì)胞譜系比非精細(xì)胞譜系細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組含有更高比例的長鏈非編碼RNA，而且位于共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)的長鏈非編碼RNA在生殖細(xì)胞顯著富集，表明長鏈非編碼RNA在精細(xì)胞譜系發(fā)育中可能起作用。

染色質(zhì)修飾調(diào)控植物基因表達(dá)的新機(jī)制

中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物逆境生物學(xué)研究中心何躍輝課題組與劉仁義課題組合作，在染色質(zhì)修飾沉默植物基因表達(dá)領(lǐng)域獲進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了植物特有的染色質(zhì)凝縮蛋白EMF1與含BAH結(jié)構(gòu)域的蛋白形成BAH-EMF1蛋白復(fù)合體，以介導(dǎo)高等植物基因沉默的分子機(jī)制。研究論文發(fā)表于Nature Genetics。在shl ebs lhp1三缺失突變體中，擬南芥基因組上的H3K27me3不能被維持，幼苗的體細(xì)胞分化被逆轉(zhuǎn)，形成愈傷組織；這一表型與H3K27三甲基化酶缺失突變體高度一致。這些發(fā)現(xiàn)揭示了植物在進(jìn)化過程中演化出了與動(dòng)物不同的H3K27me3解密機(jī)制來抑制基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控植物生長發(fā)育。

shl ebs lhp1三突變體（圖片來源于中國科學(xué)院上海植物逆境生物學(xué)研究中心）

植物SUVH家族組蛋白甲基化酶的調(diào)控機(jī)理

中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物逆境生物學(xué)研究中心杜嘉木課題組和美國加州大學(xué)洛杉磯分校Steven Jacobsen課題組合作，從結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)、基因組學(xué)等層面多角度對植物特有的SUVH家族組蛋白H3K9甲基化酶開展了研究，發(fā)現(xiàn)了這類酶的調(diào)控機(jī)制，并成功解析了植物CHG位點(diǎn)甲基化序列偏好性的分子基礎(chǔ)。研究論文發(fā)表于PNAS。DNA甲基化是一類重要的表觀遺傳標(biāo)記，可維持基因組的穩(wěn)定性。植物DNA甲基化嚴(yán)格受到組蛋白修飾H3K9me2的調(diào)控。植物中H3K9的甲基化主要由植物特有的SUVH家族蛋白來完成，通過其SRA結(jié)構(gòu)域結(jié)合甲基化的DNA，并通過其SET結(jié)構(gòu)域來進(jìn)行組蛋白甲基化。

藍(lán)光調(diào)控植物開花時(shí)間的新機(jī)制

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所劉宏濤研究組題揭示了藍(lán)光信號調(diào)控植物開花時(shí)間的新機(jī)制，相關(guān)論文發(fā)表于EMBO Reports。植物最終能否成功地進(jìn)行有性繁殖取決于精確的開花時(shí)間，開花時(shí)間的調(diào)節(jié)對植物完成世代交替至關(guān)重要。藍(lán)光是太陽光的一部分，能夠調(diào)控植物從萌發(fā)到開花的整個(gè)發(fā)育過程。研究發(fā)現(xiàn)兩個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子CO和CIB1能夠直接相互結(jié)合而共同促進(jìn)FT的表達(dá)及開花時(shí)間。CRY2-CIB1-CO這個(gè)復(fù)合體的形成不僅是藍(lán)光依賴的，同時(shí)也受到生物鐘的調(diào)控，它在黃昏達(dá)到峰值。CRY2-CIB1-CO復(fù)合體直接結(jié)合在FT啟動(dòng)子，介導(dǎo)藍(lán)光和時(shí)間信號精確調(diào)控FT表達(dá)和開花時(shí)間。

仿生人工木材

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授俞書宏科研團(tuán)隊(duì)，發(fā)展了一種冰晶誘導(dǎo)自組裝和熱固化相結(jié)合的新技術(shù)，以傳統(tǒng)的酚醛樹脂和密胺樹脂為基體材料，研制出一系列具有類似天然木材取向孔道結(jié)構(gòu)的新型仿生人工木材。該系列仿生人工木材具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕和隔熱防火等優(yōu)點(diǎn)，研究論文發(fā)表于Science Advances。該仿生人工木材具有類似天然木材的取向孔道結(jié)構(gòu)，壁厚和孔尺寸可調(diào)控。這種方法可以復(fù)合多種納米材料以制備多功能復(fù)合人工木材，簡單高效，容易放大生產(chǎn)。這種取向孔道結(jié)構(gòu)的人工木材具有突出的機(jī)械性能，壓縮屈服強(qiáng)度優(yōu)于已開發(fā)的多種仿木結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，且與天然木材性能相當(dāng)。