水稻花粉萌發孔發育新機制

水稻花粉萌發孔發育新機制

上海交通大學生命科學技術學院梁婉琪研究組在植物花粉發育研究中取得新進展，證明水稻中的凝集素受體激酶OsDAF1（DEFECTIVE IN APERTURE FORMATION1）和未知功能蛋白OsINP1相互作用共同決定單子葉水稻花粉萌發孔的形成和發育模式。研究論文發表于Nature Plants。該研究首次報道了導致不同物種花粉萌發孔形態差異的重要因素，為揭示谷類糧食作物花粉發育過程中花粉的表面模式形成、萌發孔極性建立的分子機制提供了新線索。花粉是開花植物的雄配子體，在植物有性生殖、物種繁衍以及糧食生產中扮演重要角色。水稻、玉米、小麥等禾本科的糧食作物具有類似的花粉萌發孔的形態。

水生植物蓮的基因組進化研究

中國科學院武漢植物園王青鋒研究員、陳進明研究員等與合作者對蓮基因組古倍化進行了深入研究。研究論文發表于Molecular Biology and Evolution。研究發現蓮各類基因在古多倍化后的不同命運（如恢復單拷貝、全基因組復制遺留、持續小規模復制等）主要是由于功能層面的差異導致，主要反映在它們的表達調控、甲基化模式、蛋白互作網絡、功能富集等方面的顯著差異，并揭示這些差異化的功能約束對各類基因的微觀進化（如群體核苷酸多樣性、插入缺失頻率）及宏觀進化（物種間直系同源基因拷貝數變化）有重要的影響。此外，該研究還發現蓮的古多倍化存在亞基因顯性現象，認為蓮可能曾是古老的異源四倍體。

農作物廣譜抗病的分子機制與育種策略綜述

中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華研究組和美國俄亥俄州立大學/中國農業科學院植物保護研究所王國梁教授等受邀撰寫綜述文章，對不同作物已克隆廣譜抗病基因的功能、廣譜抗病的分子機制、廣譜抗病分子育種策略等進行了系統總結，并提出未來作物廣譜抗病育種可能遇到的挑戰及解決辦法。該論文發表于Annual Review of Plant Biology。植物在整個生長季節受到不同病原微生物的侵染，在與病原菌的長期的斗爭過程中，進化出一套先天免疫系統來抵抗病原菌的入侵。植物先天免疫系統主要包括兩層免疫反應：（1）PTI（PAMPs-triggered immunity）；（2）ETI （Effector-triggered immunity）。

植物轉亞硝基化酶被發現

中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室左建儒研究組與合作者最近發現了植物特異的轉亞硝基化酶。研究論文發表于Developmental Cell。之前，科學家在動物和大腸桿菌已經發現了數個結構迥異的轉亞硝基化酶。在植物中，尚未發現轉亞硝基化酶。該研究發現擬南芥gsnor1突變體的抑制子突變ROG1介導GSNOR1的亞硝基化修飾導致其通過自噬途徑被降解，從而形成一個正反饋環調控NO信號通路。ROG1即為過氧化氫酶CAT3（catalase 3）。對水稻ROG1-like蛋白（OsCATA）和CAT2-like蛋白（OsCATC）的特異性酶活分析得出相似的結論，表明這是植物中一種高度保守的機制。

假蜜腺形成機制和生態功能研究

中國科學院植物研究所孔宏智研究組在假蜜腺形成機制和生態功能研究中取得新進展。研究論文發表于Nature Communications。研究發現，假蜜腺是一類微小的半球形突起結構，表面覆蓋有緊密排列的非分泌性表皮細胞，在紫外光和蜜蜂視覺下具有反光屬性；假蜜腺突起結構的形成和光學屬性的獲得與細胞分裂、葉綠體發育及蠟質形成相關基因的特異表達密切相關；背性基因NidaYAB5的異位表達是假蜜腺形成的關鍵，其表達下調會導致假蜜腺完全消失。通過對照研究發現傳粉者在缺少假蜜腺的花上的訪問頻率和訪花時間均顯著降低，訪花行為也發生了明顯改變，這表明假蜜腺具有視覺吸引和蜜導的作用。

溫帶闊葉樹和針葉樹通過不同的資源配置策略達到相似的功能平衡

中國科學院西雙版納熱帶植物園生理生態研究組與合作團隊在長白山利用林冠塔吊通過采集當地常見的14個闊葉及針葉樹種的冠層枝條，系統開展了兩者的比較解剖學研究。研究成果發表于Tree Physiology。研究發現在相似葉面積投入下，針葉樹種會投入更多資源用以構建更大的木質部面積，通過增加管胞面積減小射線細胞面積從而補償針葉樹種較低的導水率。同時，同等的葉面積下，針葉和闊葉樹種的韌皮部面積相似，表明兩者的糖分傳輸能力相當。這就說明針葉樹種以快速消耗碳資源為主，減少碳儲存的方式達到和闊葉樹種相似的生長速率，從而達到共生。

菌根起源基因參與苔蘚干細胞與配子體發育

中國科學院昆明植物研究所黃錦嶺研究員、孫航研究員等與合作者揭示了菌根起源基因參與苔蘚干細胞與配子體發育。研究論文發表于Nature Communications。菌根共生是一種古老而廣泛存在于陸生植物與真菌之間的互惠共生關系。文章揭示了從菌根類真菌轉移來的PpMACRO2基因通過ADP-核糖基化作用影響其他類型的表觀修飾機制（甲基化、乙酰化），進而調控與發育相關的轉錄因子AP2和Homeobox，最終參與干細胞及三維生長的配子體發育。該研究結果也表明菌根類真菌與植物之間的基因轉移在陸生植物重要性狀起源和演化方面發揮了重要作用。

葉綠體DNA重組修復的分子機制被揭示

華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室、生命科學技術學院結構生物學研究團隊殷平教授等與合作者解析了植物葉綠體Holliday junction（HJ）解離酶序列特異性識別和切割DNA的分子機制。研究論文發表于Nature Communications。HJ是由英國生物學家Robin Holliday提出的DNA分子間的十字交叉結構，是同源重組過程中一類重要的DNA中間體，其對于DNA損傷修復及保持物種遺傳多樣性等具有重要意義。文章解析了植物葉綠體HJ解離酶MOC1單體以及結合HJ的復合體的晶體結構。鑒定了一個重要的DNA堿基識別環（base recognition loop）。從分子水平上對于HJ解離酶序列特異性切割HJ的科學問題進行了解答。