Nature Communications| 專家推薦！近期令人興奮的植物研究集錦（絕對值得閱讀）

2021年1月26日，

Nature Communications

雜誌以“

Plants and agriculture

”為題目的專題內容，

重點介紹了近期令人興奮的植物研究工作。

1 海南大學路延篤教授團隊發現了一種嶄新的基於光系統I捕光天線的“光利用”與“光損傷”平衡的調控機制

海南大學路延篤教授團隊在海洋微藻光合機制研究方面取得重要進展

，

發現了一種嶄新的基於光系統I捕光天線的“光利用”與“光損傷”平衡的調控機制。

路延篤教授領銜的環境微生物團隊以海洋微擬球藻（Nannochloropsis oceanica）為模式，透過定向進化、蛋白質組等分離並表徵了一株名為hlr1的LHCR突變體。HLR1缺失減弱了PSI的光捕獲能力，但提高了對強光（HL）的耐受力。研究表明，突變體對HL耐受性的提高歸因於光系統I（PSI）的變化，使其不易產生活性氧，從而限制了氧化損傷，進而有利於其HL下的生長。同時，

該蛋白具有廣泛的進化分佈和相對保守功能，在光保護與光利用之間的動態平衡過程中起到關鍵作用。相關機制的發現為開發調控“光利用”與“光損傷”平衡的合成生物學方法提供了理論支撐。

2 組裝了利馬豆的高質量參考基因組，提供了豆莢發育階段的基因表達資訊

哥倫比亞國立大學Maria Isabel Chacón-Sánchez教授為該論文的通訊作者。在這項研究中，

作者組裝了利馬豆高質量參考基因組，提供了豆莢發育階段的基因表達資訊，並對近500種野生和馴化種質進行基因組變異的全面評估。結合比較基因組學和群體遺傳學方法繪製了物種間基因組遺傳變異分佈圖，旨在為利馬豆的遺傳育種提供高質量的基因組資源。

3 LEAFY是一種先驅轉錄因子，可以對根細胞進行重新程式設計以產生花朵

賓夕法尼亞大學的研究工作。

該研究揭示了花原基屬性轉錄因子LFY透過改變染色質狀態、啟用改變細胞命運的基因表達程式的分子機制，認為LFY蛋白是一個具備改變染色質狀態能力的 “先鋒轉錄因子”。

“先鋒轉錄因子” 一般具有如下特點：

（1）具備進入核小體結合到其順利作用元件上；（2）引導或協助其他非“先鋒轉錄因子”隨後進入染色質、結合到它們的結合位點；（3）啟用下游基因，改變影響細胞命運的基因表達程式。

4。 植物磷酸鹽營養平衡調節的分子機制

日內瓦大學的研究工作。發現InsP8透過控制寡聚狀態，從而控制PHR透過其SPX受體的啟動子結合能力來調節植物Pi的體內穩態。

5小麥染色體配對和減數分裂重組分子機制取得重要突破：Ph2編碼抑制小麥同源重組的錯配修復蛋白MSH7-3D

小麥在減數分裂過程中存在幾個配對的同源（Ph）位點，只有相同亞基因組（AA、BB或DD）的同源染色體配對和重組，才能保證小麥在減數分裂過程中表現為二倍體。控制同源重組的兩個主要位點分別位於染色體臂5BL和3DS上，分別命名為Ph1和Ph2。相比於Ph1，Ph2的誘發基因序列尚未確定。明確Ph2的遺傳控制及其作用機制，將為開發近緣種外源基因匯入麵包小麥種質資源提供重要的科學依據。

進行了Ph2的定位克隆和小麥DNA錯配修復蛋白MSH7-3D作為同源重組關鍵抑制子的功能驗證，解決了一個長達半個世紀的問題。這項工作為異源多倍體減數分裂重組的分子調控提供了基礎，併為更有效、更靈活地獲取遺傳多樣性開闢了道路。

7孔宏智研究組首次對假蜜腺這一特殊結構進行了全面而深入的詳細描述，而且澄清了蜜腺和假蜜腺在諸多方面的區別

中國科學院植物研究所孔宏智研究組的研究工作。

系統研究了花瓣上假蜜腺的形態學本質、光學屬性、發育過程、分子機制和生態學功能。

不僅首次對假蜜腺這一特殊結構進行了全面而深入的詳細描述，而且澄清了蜜腺和假蜜腺在諸多方面的區別。

該研究發現：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高表達密切相關；假蜜腺其實具有視覺吸引和蜜導的作用。

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8 E3泛素連線酶NOT4A，影響葉綠體的功能

英國伯明翰大學

Daniel J. Gibbs

團隊的工作。在進化上保守的E3泛素連線酶、PPR蛋白表達的控制和葉綠體功能的調控三者之間建立了聯絡。透過促進

PGR3

的表達和葉綠體的翻譯，NOT4A對在發育和應激反應過程中確保強大的光合作用至關重要。

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9 應用藻類CO2濃縮機制提高C3作物的產量

愛丁堡大學分子植物科學研究院的

Nicky Atkinson

團隊的工作。該文章揭示了

在高等植物葉綠體中Rubisco凝聚在初始澱粉核的機制，提出將藻類CCM機制運用於C3作物中可提高產量。目前該模型表明，在C3植物中引入功能性萊茵衣藻的CCM可使產量提升高達60%。

CO2 同化酶Rubisco 的低效性限制了植物光合CO2 的固定。在大多數真核藻類中，Rubisco 聚集在一個被稱為蛋白核（pyrenoid） 的微隔室（microcompartment） 中，這與CO2 濃縮機制有關，該機制提高了低無機碳條件下的光合效率。最近的研究表明，蛋白核基質是一種相分離的液態冷凝液。在萊茵衣藻（

Chlamydomonas reinhardtii

） 中，濃縮由兩種成分介導：Rubisco 和連線蛋白EPYC1 （Essential Pyrenoid Component 1）。 本研究發現成熟的EPYC1 和植物-藻類雜交Rubisco 的表達會導致Rubisco 在擬南芥葉綠體中自發濃縮成單相分離的小室，具有類似於蛋白核基質的液體性質。

10 擬南芥鈣依賴蛋白激酶調控肌動蛋白細胞骨架組織和免疫

美國密歇根州立大學

Brad Day

教授課題組的研究工作。

擬南芥鈣依賴性蛋白激酶CPK3是模式觸發免疫和效應蛋白觸發免疫的關鍵調控因子。

表明肌動蛋白解聚因子4（ADF4）是CPK3的生理底物，CPK3對ADF4的磷酸化控制著與模式觸發免疫相關的肌動蛋白細胞骨架組織。CPK3調節flg22誘導的氣孔關閉，並且是抵抗Pst DC3000所必需的。

11 高質量染色體級別醋栗番茄基因組，揭示了番茄育種過程中基因組結構變異

美國康奈爾大學

費章君

和

吳珊

為通訊作者的研究工作。醋栗番茄（

Solanum pimpinellifolium

）是栽培番茄的野生祖先種，因其優良的抗逆性和濃郁的風味，醋栗番茄已被用作現代番茄育種的重要種質資源。

該研究報道了一個高質量染色體級別的醋栗番茄LA2093基因組序列

。

在約600個代表性番茄種質中對結構變異進行基因分型鑑定出在番茄馴化、改良和現代育種過程中被選擇的等位基因。

12 乙烯前體ACC可能是一種新型激素訊號分子！

美國馬里蘭大學

Caren Chang

和

José A. Feijó

研究團隊的研究工作。植物激素乙烯對於植物的生長和發育具有多個方面的作用。乙烯的中間前體1-氨基環丙烷-1-羧酸（ACC）是由ACC合酶合成的非蛋白氨基酸。

本研究發現了ACC獨立於乙烯的訊號轉導，並鑑定到ACC潛在的受體。研究結果為解析ACC作為一種全新的訊號分子在植物中發揮生理功能提供了依據。

專題頁連結：

https://www.nature.com/collections/jgjcebchgg

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