植物

泛基因組分析揭示栽培稻和野生稻中基因組變異

中科院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所和上海師范大學生命與環境科學學院黃學輝教授團隊合作，在水稻基因組復雜遺傳變異的研究中取得進展，相關成果發表于《自然—遺傳學》。該研究繪制了栽培稻—野生稻的泛基因組圖譜，系統鑒定了涵蓋各類群水稻的編碼基因集，其中很多新鑒定出的基因在各類群水稻中呈現出豐富的“存在—缺失”變異。水稻是我國重要的糧食農作物。亞洲栽培稻及其祖先種普通野生稻存在多種類群，分布廣泛，可以適應多樣的生態環境和農藝條件。水稻豐富的遺傳多樣性在馴化和現代育種中都發揮了重要的作用，并將成為應對糧食需求增長和環境變化進行品種改良的關鍵資源。

水稻各類群材料中編碼基因的系統鑒定和存在—缺失變異分析

來自不同水稻類群的栽培稻品種和野生稻株系

基因疊加對玉米轉錄組代謝組的影響

中國農業科學院生物技術研究所王志興課題組解析了多基因疊加對玉米轉錄組和代謝組的影響，相關論文發表于The Plant Journal。基因疊加（Gene stacking）是當前轉基因作物研發的趨勢，即在一個植物中同時轉入兩個或兩個以上外源基因。對基因疊加的效應評估是轉基因作物安全評估中的重要問題。該研究將2個轉基因玉米材料進行雜交后，分別對比了轉基因雜交玉米12-5×IE034和2個親本轉基因玉米以及6個常規玉米品種中的轉錄譜和代謝譜的差異。結果顯示，轉基因玉米育種復合所帶來的基因表達和代謝物的變化數量介于常規玉米品種間的變異范圍之內。

水稻低溫適應性的“分子開關”

中科院植物研究所種康院士率領的研究團隊發現水稻MADS-box轉錄因子家族OsMADS57協同其互作蛋白OsTB1，能夠調控水稻的低溫耐受性，具有平衡器官發生和防御反應的分子開關特性，研究論文發表于New Phytologist。植物協調應對逆境脅迫的防御反應和器官發育的環境塑造，是植物在長期的進化過程中適應多變環境的基本條件。因此，植物適應環境的分子機制是植物科學最重要的科學問題之一，也是作物分子設計的理論基礎。OsMADS57作為調控水稻側芽發育和低溫耐受性的分子開關，平衡水稻的生長發育和脅迫響應的分子調控網絡，控制植物對低溫環境的適應性。

異源四倍體小麥進化的穩定性研究

南京農業大學陳增建教授團隊對異源四倍體小麥進化的穩定性研究取得進展，相關論文發表于The Plant Journal。四倍體硬粒小麥（AABB）和六倍體面包小麥（AABBDD）都是種間雜交和多倍化形成的。但是，只有部分種間雜交形成了新的多倍體物種。該研究發現兩個四倍體小麥在基因和小RNA表達、組蛋白修飾和轉座子激活方面存在很大差異。在AADD四倍體中，很多基因表達下降、與異染色質有關的組蛋白修飾減少，導致很多轉座子的表達，不利于維持染色體的穩定；而SSAA四倍體中的基因表達、染色質和轉座子相對穩定。SSAA演化成了自然界中的硬粒小麥（AABB），而AADD不穩定，不能形成穩定的四倍體小麥。

東亞植物區系形成新觀點

中科院昆明植物研究所孫航研究組最新研究論文發表于National Science Review。在中國—日本森林植物亞區和中國—喜馬拉雅森林植物亞區的基礎上，進一步將以古特有或孑遺植物集中分布的中國—日本森林植物亞區（華中—華東地區為核心）界定為“水杉植物區系（Metasequoia Flora）”；與之對應，將以杜鵑屬（Rhododendron）為代表、眾多形成物種分化中心的北半球大屬集中分布的中國—喜馬拉雅森林植物亞區核心區域（橫斷山—東喜馬拉雅地區）命名為“杜鵑植物區系（Rhododendron Flora）”，客觀地反映了東亞植物區系的核心范圍。在此基礎上對東亞植物區系在時間和空間上的演化進行整合分析（Meta－analysis）。

東亞植物區系的來源

棉花體胚發生調控機制研究

華中農業大學植物科學技術學院楊細燕副教授等人基于棉花團隊早期對高效體胚發生材料YZ1的小RNA和降解組測序中鑒定到的小RNA及其靶標基因，探討GhmiR157a/GhSPL10在棉花體細胞胚胎發生中的功能，相關論文發表于Journal of Experimental Botany。體細胞胚胎發生（SE）體系是研究組織和器官脫分化和再分化的良好模型，也是植物轉基因技術的重要依托，對于其機制的研究具有重要的理論和應用價值。microRNAs（miRNAs）是一類長度通常為19-25個核苷酸（nt）的內源非編碼RNA，在植物生長發育、激素信號轉導、逆境脅迫響應等方面起著重要的作用。

獼猴桃多重高效基因組編輯系統研究

中科院華南植物園黃宏文研究員等人，建立了一種新的快速高效的成對sgRNA的Cas9雙元表達載體的構建策略，研究論文發表于Plant Biotechnology Journal。獼猴桃為我國特有的雌雄異株多年生果樹，因其豐富的營養價值和獨特的風味而成為全球性重要的新興水果。獼猴桃中PTG/Cas9系統的靶標突變效率相比傳統的CRISPR/Cas9系統高出近10倍。實驗設計的兩種系統均能成功地誘導由G418抗性愈傷組織再生的獼猴桃幼苗白化表型。該研究在獼猴桃中建立了多重高效的PTG/Cas9基因組編輯系統，研究結果為在其他植物或作物中進行基因組編輯效率的優化提供了借鑒和指導。

小麥多倍體研究進展

中國農業大學農學院小麥研究中心辛明明等人與西北農林科技大學等合作，將小麥多倍體研究最新成果發表于The Plant Cell。研究利用轉錄組測序，從全基因組水平上分析了二倍體小麥、四倍體小麥和六倍體小麥不同發育時期胚乳印跡基因數目、種類及其功能類別，提出了母本印跡基因主要參與了營養的代謝而父本印跡基因參與基因轉錄調控。發現了約50%的印跡基因在小麥多倍體形成過程中表達模式具有保守性。同時，小麥多倍體形成過程中，可能由于亞組基因的互作影響了親本等位基因的表達，使得部分同源基因之間的父母本等位基因表達發生分化，從而在多倍體小麥鑒定到更多的印跡基因。