植物研究

揭示鴉片罌粟基因組及嗎啡合成原理

西安交通大學葉凱青年科學家工作室團隊、英國約克大學伊恩·格拉漢姆院士團隊、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，相關論文發表于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、復雜數學模型、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量全基因組序列，揭示其進化歷史上主要加倍和重排事件，闡明嗎啡類生物堿、合成基因簇的進化歷史，為進一步開發鴉片罌粟藥用價值和揭示罌粟科乃至早期雙子葉植物進化歷史奠定了基礎。

罌粟基因組特征及主要進化事件（圖片來源于西安交通大學）

赤霉素信號途徑調控作物氮肥高效利用研究

中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東研究組深入了我們對于植物生長與代謝協同調控機制的認識，找到了一條在保證糧食總產量不斷提高的同時，提高了氮肥利用效率，降低了生產投入成本，減少了對環境造成的污染的可持續發展農業新途徑。研究論文發表于Nature。赤霉素通過促進DELLA蛋白降解，進而增強GRF4轉錄激活活性，實現植物葉片光合碳固定能力和根系氮吸收能力的協同調控，從而維持植物碳-氮代謝平衡。DELLA蛋白的積累實現了植株半矮化、耐高肥和抗倒伏的高產目標，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基因拷貝數變異和表達調控研究

中國科學院遺傳與發育生物學研究所陳明生研究組在核糖體RNA基因拷貝數變異和表達調控方面取得進展，研究論文發表于Genome Research。為了在玉米群體中重復人類核糖體拷貝數變異與基因表達的關系，研究人員利用該群體的7個不同組織材料大約2100個轉錄組數據，對45S的拷貝數與基因表達水平進行了相關分析。進一步對于rRNA的表達水平在群體、不同組織以及不同發育時期的差異表達進行了分析，發現核糖體RNA（45S rRNA）的表達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的拷貝數以及表達水平與群體的田間性狀進行了相關分析，發現兩者都對于開花相關性狀顯著相關。

植物精細胞譜系發育的分子路徑

中國科學院植物研究所王臺研究組揭示植物精細胞譜系發育的分子路徑，相關成果發表于Plant Journal。研究番茄小孢子、生殖細胞和精細胞發現；小孢子具有全能性細胞的分子特征，從小孢子向精細胞的定向發育伴隨著細胞全能性、體細胞發育、代謝相關基因的轉錄抑制以及生殖細胞和精細胞優勢表達的基因顯著上調。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。精細胞譜系比非精細胞譜系細胞的轉錄組含有更高比例的長鏈非編碼RNA，而且位于共表達網絡重要節點的長鏈非編碼RNA在生殖細胞顯著富集，表明長鏈非編碼RNA在精細胞譜系發育中可能起作用。

染色質修飾調控植物基因表達的新機制

中國科學院上海生命科學研究院植物逆境生物學研究中心何躍輝課題組與劉仁義課題組合作，在染色質修飾沉默植物基因表達領域獲進展，發現了植物特有的染色質凝縮蛋白EMF1與含BAH結構域的蛋白形成BAH-EMF1蛋白復合體，以介導高等植物基因沉默的分子機制。研究論文發表于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，幼苗的體細胞分化被逆轉，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。這些發現揭示了植物在進化過程中演化出了與動物不同的H3K27me3解密機制來抑制基因表達，進而調控植物生長發育。

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

植物SUVH家族組蛋白甲基化酶的調控機理

中國科學院上海生命科學研究院植物逆境生物學研究中心杜嘉木課題組和美國加州大學洛杉磯分校Steven Jacobsen課題組合作，從結構生物學、生物化學、基因組學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，發現了這類酶的調控機制，并成功解析了植物CHG位點甲基化序列偏好性的分子基礎。研究論文發表于PNAS。DNA甲基化是一類重要的表觀遺傳標記，可維持基因組的穩定性。植物DNA甲基化嚴格受到組蛋白修飾H3K9me2的調控。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結構域結合甲基化的DNA，并通過其SET結構域來進行組蛋白甲基化。

藍光調控植物開花時間的新機制

中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所劉宏濤研究組題揭示了藍光信號調控植物開花時間的新機制，相關論文發表于EMBO Reports。植物最終能否成功地進行有性繁殖取決于精確的開花時間，開花時間的調節對植物完成世代交替至關重要。藍光是太陽光的一部分，能夠調控植物從萌發到開花的整個發育過程。研究發現兩個重要的轉錄因子CO和CIB1能夠直接相互結合而共同促進FT的表達及開花時間。CRY2-CIB1-CO這個復合體的形成不僅是藍光依賴的，同時也受到生物鐘的調控，它在黃昏達到峰值。CRY2-CIB1-CO復合體直接結合在FT啟動子，介導藍光和時間信號精確調控FT表達和開花時間。

仿生人工木材

中國科學技術大學教授俞書宏科研團隊，發展了一種冰晶誘導自組裝和熱固化相結合的新技術，以傳統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構的新型仿生人工木材。該系列仿生人工木材具有輕質高強、耐腐蝕和隔熱防火等優點，研究論文發表于Science Advances。該仿生人工木材具有類似天然木材的取向孔道結構，壁厚和孔尺寸可調控。這種方法可以復合多種納米材料以制備多功能復合人工木材，簡單高效，容易放大生產。這種取向孔道結構的人工木材具有突出的機械性能，壓縮屈服強度優于已開發的多種仿木結構的陶瓷材料，且與天然木材性能相當。