厉害了,近一个月,华中农业大学连续发表了
iNature
年6月以来，华中农业大学连续发表了8篇高水平的文章，其中包括王学路课题组的NatureCommunication的文章一篇，该研究首次揭示了植物激素油菜素甾醇协同独脚金内酯决定水稻中胚轴驯化的遗传和分子机制；张献龙课题组的PlantCell的文章一篇，该研究阐明了DNA甲基化对于高温胁迫下花粉活性和花药开裂具有不同的调控作用；赵云德和邓秀新及徐强课题组的MolecularPlant两篇文章，分别报道了开发出了一种新的无残留基因编辑技术和提出了果实柠檬酸降低是橘子驯化最显著的特征；张献龙及金双侠课题组的PlantBiotechnologyJournal的文章一篇，该文报道了开发了一种连续组织培养、再生驯化策略提高棉花再生、转化效率的新策略，并利用多重组学研究手段对这一策略的表观遗传学机制进行解析；刘继红课题组的NewPhytologist的文章一篇，该文建立了一个完整的盐胁迫应答信号通路（即ABA-ABF2-WKY40-SOS2/P5CS1），并揭示了非生物胁迫下植物积累脯氨酸的分子调控网络，并为建立逆境条件下激素合成、信号转导以及代谢物积累的整合调控网络提供了强有力的证据；别之龙课题组的JournalofExperimentalBotany的文章一篇，该文解析了印度南瓜和中国南瓜耐盐差异的生理和分子机制；叶志彪教授课题组的PlantJournal的文章一篇，该文揭示了番茄多细胞腺毛可能不同于拟南芥单细胞茸毛形成的分子机制，为进一步利用多毛性状培育抗虫番茄新品种奠定了关键基础。
年6月28日，NatureCommunications发表了华中农业大学王学路团队的最新研究成果:“NaturalselectionofaGSK3determinesricemesocotyldomesticationbycoordinatingstrigolactoneandbrassinosteroidsignaling”。该研究首次揭示了植物激素油菜素甾醇协同独脚金内酯决定水稻中胚轴驯化的遗传和分子机制。
胚轴的伸长是种子萌发后顶土出苗的动力，中胚轴的伸长是与禾本科作物出苗密切相关的重要株型性状。中胚轴的长度在野生稻和栽培稻中的多样性呈现明显差异，具有优良的中胚轴伸长能力的种质将能推动水稻从传统的移秧耕种方式向节约劳动力和水资源的直播耕种模式的转变。因此，揭示水稻中胚轴发育的驯化、遗传、细胞和生化机制是向高效节约型耕种模式转变的推动力。
该研究首先通过水稻中胚轴长度的GWAS分析，发现并证明了油菜素甾醇（Brassinosteroids,BRs）信号通路的关键组分OsGSK2编码区的等位变异通过改变自身激酶活性决定了水稻中胚轴长度的自然变异和从野生稻到栽培稻的驯化；BRs促进水稻中胚轴伸长主要通过OsGSK2磷酸化调控一类植物特有的功能未知的细胞周期蛋白CYCU2的蛋白稳定性来促进细胞分裂；进一步研究发现独脚金内酯（Strigolactones，SLs）通过D3降解被OsGSK2磷酸化的CYCU2来抑制中胚轴的伸长。该研究不仅揭示了BRs协同SLs共同调控水稻中胚轴的驯化和伸长的分子机制，也揭示了由OsGSK2介导的BR信号通路在水稻中的驯化机制。
本研究发现的新细胞周期蛋白CYCU2受油菜素甾醇信号和独脚金内酯信号关键组分协同调控的遗传、生化和进化机制，回答了长期以来人们探究的油菜素甾醇和/或独脚金内酯如何调控中胚轴伸长的科学问题，具有重要的理论意义。这些发现为通过改良水稻中胚轴伸长从而促进水稻直播模式的发展提供了具有自主知识产权的新基因、独特的等位变异和新途径。
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年6月ThePlantCell杂志在线发表了华中农业大学张献龙课题组题为“Disruptedgenomemethylationinresponsetohightemperaturehasdistinctaffectsonmicrosporeabortionandantherindehiscence”的研究论文，该研究阐明了DNA甲基化对于高温胁迫下花粉活性和花药开裂具有不同的调控作用。
该课题组前期鉴定了两个在高温下存在表型差异的材料：“”（耐高温）和“H05”（敏高温），转录组测序发现敏高温材料“H05”在高温下的差异表达基因数目远远超过耐高温材料“”，猜想“”和“H05”中存在有差异的表观修饰，同时液相色谱测定结果显示两者内源的DNA甲基化整体水平在高温胁迫下存在显著差异，DNA甲基化整体水平的波动可能影响糖信号、活性氧、和生长素之间的平衡导致雄性败育（Minetal.,PlantPhysiology）。进一步分析发现高温胁迫上调敏高温材料“H05”中I型酪蛋白激酶在花药绒毡层和小孢子中的表达，影响花药中糖与激素信号之间的平衡，导致败育（Minetal.,PlantJournal）。但DNA甲基化参与植物雄性生殖器官高温响应的机制仍不清楚。
为建立高温胁迫导致DNA甲基化变化调控花药育性之间的关系，继续采用“”和“H05”，分别在常温和高温条件下，构建了四分体时期，绒毡层降解时期和花药开裂期三个重要花药发育时期的DNA甲基化差异图谱。阐明在高温胁迫下，“H05”呈现出相对较低的DNA甲基化水平，而“”则一直维持在较高的水平。“H05”中较低的24nt小RNA数量暗示着小RNA介导的DNA甲基化建立途径（RdDM）受到影响。通过外施DNA甲基化抑制剂，发现“H05”在常温下出现了类似高温胁迫下花粉不育的表型，但与此同时花药壁却正常开裂。进一步的RNA测序结果显示，糖和活性氧代谢途径明显受到DNA甲基化的调控，而生长素路径在抑制剂的处理下却没有出现明显的变化。
本研究首次绘制了高温与常温下棉花花药中的DNA甲基化图谱，并首次发现高温胁迫下导致的花粉不育和花药壁不开裂表型受不同的路径调控，这对进一步研究高温导致雄性不育的机理，创制耐高温种质具有重要意义。
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年6月MolecularPlant在线发表了华中农业大学赵云德课题组题为“Programmedself-eliminationoftheCRISPR/Cas9constructgreatlyacceleratestheisolationofeditedandtransgene-freericeplants”的研究论文，该研究开发出了一种新的无残留基因编辑技术。
在植物基因编辑领域，高效基因编辑技术依赖于将带有Cas基因表达盒和sgRNA转录盒的DNA元件稳定转化到植物体内。但是，转基因片段上的基因编辑元件的存在势必增加脱靶效应的风险，使得表现型不能稳定。此外，对于遗传学研究来说，转基因片段上的基因编辑元件的存在使得难以确定检测到的突变是从上一代遗传还是由当代新产生的。
目前，从基因编辑体系中获得不带有转基因片段的方法主要有如下几种：1）多代自交或回交分离鉴定。2）使用荧光标记辅助筛选。3）将CRISPR/Cas9元件与除草剂敏感元件偶联，然后通过除草剂筛选不含转基因片段的植物。但是，这些方法均需要比较大的种植规模和筛选量。4）核酸-蛋白复合体转化方法。由于该方法不加抗生素筛选，严重影响获取被编辑植株的概率。虽说可以通过PCR的鉴定来筛选有突变的植株，但是这也是一项劳动强度比较大的工作。
为了解决以上问题，赵云德课题组提出了一种新型的快速高效获得非转基因的定点基因突变植株的技术方案。研究人员将两个自杀基因元件与CRISPR/Cas9基因编辑元件整合成一个连锁的系统，称为TKC（TransgeneKillerCRISPR）系统。该系统可以主动和自动消除任何含有转基因DNA片段的植株，但仍能使植物体在转基因DNA片段被去除之前发生靶向基因编辑。作者以水稻分蘖角变大突变体lazy1为范例，通过该系统成功实现了在不影响基因编辑效率的情况下高效自主获取非转基因突变体的目标。该系统极大地减少了分离无转基因片段的基因编辑植物所需的时间和劳力，为作物改良提供了非常有用的工具，并且该系统也可以防止由花粉或种子的飘散而引起的转基因漂移。作者相信该系统作为一种新的无转基因基因编辑策略将在水稻以及其它植物的基因编辑中有广泛的应用前景。
图编辑靶基因后，自杀基因介导的转基因DNA片段自我消除示意图
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年6月MolecularPlant在线发表了来自华中农业大学邓秀新课题组领衔的题为“Genomeofwildmandarinanddomesticationhistoryofmandarin”的研究论文。本研究完成了野生橘“莽山野橘”的基因组组装与群体分析，解析了橘子驯化的分子基础及特征，提出了果实柠檬酸降低是橘子驯化最显著的特征。
橘（Citrusreticulata）是柑橘属的三个基本种之一，在我国有悠久的栽培历史，据《禹贡》记载，大约年前，夏朝将湖南、湖北、江苏、安徽、江西等地生产的柑橘列为贡品献给大禹王；屈原作《橘颂》将橘列为自己精神寄托的一种优雅而清高的果实；而《史记·苏秦传》“齐必致鱼盐之海，楚必致橘柚之园”，《史记货殖列传》“蜀汉江陵千树橘”、“此其人皆与千户侯等”均指出柑橘生产对楚地（今湖南湖北）人民生活、农业发展甚至是社会地位有重要价值。栽培橘果实酸甜可口，营养丰富，果皮易剥，深受人们喜爱。
我国有丰富的地方橘资源以及野生橘资源，但国际上一直对橘的起源与驯化地有不同观点。该研究在我国南岭附近收集了野生橘和栽培橘群体，特别是湖南南部的生长于莽山一带的莽山野橘森林，表现出了柠檬酸极高、树体古老、果实小和遗传背景纯合等原始种特征，可以作为橘的代表品种。进一步完成莽山野橘的基因组组装与分析，基因组大小为.2Mb，预测的基因数目为28,个，与其他已经测序的柑橘基因组特征比较相似。通过自主开发的基因组背景分析方法发现，大部分栽培橘都有或多或少的柚子遗传成分的渐渗；另外野生橘的基因组中发现少量其他野生柑橘成分的渐渗，大约是基因组的1.77%左右。通过PSMC模型研究橘进化过程中有效群体变化发现，橘其中一个栽培群体在进化过程中有两次群体瓶颈效应，而另一个栽培群体只经历了一次瓶颈效应，有效群体大小持续降低，这与其他多年生的果树比如葡萄具有相似的群体进化特点。
通过群体比较发现我国栽培橘有两个独立的驯化事件，大致分布在南岭山脉的南面和北面，说明橘子群体中是有不同地域的独立选择和驯化方向，南岭北部的橘表现出果实大，颜色偏红，果实柠檬酸中等等特点；南岭南部的橘表现出果实小，颜色偏黄，柠檬酸很低等特点。但是驯化过程中栽培橘果实相对于野生橘柠檬酸降低是最显著的特点，而总糖含量在野橘和栽培差异并不明显，这与传统的认识不同。传统观点认为果树驯化主要是增加了果实糖度，酸的减少是搭车效应（Hitchhikingeffects）。本结果揭示了酸显著降低是柑橘最近这次驯化最显著的特征，同时暗示了柑橘驯化可能是分步骤的，果实糖含量增加有可能在更早期。
野生橘在中国南方南岭山脉附近驯化的模型示意图
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年7月PlantBiotechnologyJournal杂志在线发表了来自华中农业大学金双侠及张献龙课题组题为“Multi-omicsanalysesrevealepigenomicsbasisforcottonsomaticembryogenesisthroughsuccessiveregenerationacclimation(SRA)process”的研究论文，该文报道了开发了一种连续组织培养、再生驯化策略提高棉花再生、转化效率的新策略，并利用多重组学研究手段对这一策略的表观遗传学机制进行解析。
许多转基因作物是通过农杆菌介导的遗传转化、植株再生（器官发生，体细胞胚胎发生等）方式产生，过程非常耗时且高度依赖于基因型。以棉花（Gossypiumspp.）遗传转化为例，目前只有少数几个材料能够通过组织培养获得再生植株，而且整个转化、植株再生过程需要1年甚至1年半的时间。再生效率低、转化周期长，已经成为制约棉花功能基因组研究的主要障碍之一。目前国际上只有Corker//，泗棉3号,中12等少数棉花材料能够通过体细胞胚胎发生途径获得再生植株，但这些材料的农艺性状都普遍较差，且再生转化效率偏低，转化周期长。
该棉花团队自上个世纪90年开始一直致力于棉花遗传转化体系的优化和改良，先后对数百个陆地棉材料进行了再生能力的比较，筛选到一个优良的受体材料YZ-1。YZ-1作为受体材料的转化效率、再生周期较以往的棉花受体材料都有较大提升，其转化效率提高到25%以上，是国际上棉花遗传转化模式材料-柯字棉系列（Corker//）转化效率（3%-5%）的5倍左右，再生周期由18个月缩短到8至10个月，YZ-1目前已经成为国际上最重要的棉花转化受体之一，但YZ-1存在生育期短，综合农艺性状差，不耐高温等不足，因此亟待培育新的、优良的棉花转化受体材料来代替YZ-1。
本研究以一个年后选育的、农艺性状较好的棉花主栽品种为研究对象，通过连续再生驯化（SRA）提高棉花的转化效率策略（以获取经过体细胞胚胎发生过程获得的再生植株的种子，作为下一次组织培养的受体材料，连续重复这一过程多次）,获得了高遗传转化效率的材料，将其命名为Jin（转化效率约20%-25%）远高于母体材料Y（WT）（8-10%）。
在植物组织培养阶段，很多与植物再生相关的内源基因会经历DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传因子的改变，为了研究SRA潜在表观遗传机制，团队构建了再生植株和野生型以及Jin体细胞胚胎发生三个特定时期（NEC，EC，SE）全基因组上单碱基分辨率的DNA甲基化图谱，结果研究显示Jin与R0相比，显示出低的CHHDNA甲基化，再生后代中整体甲基化呈下降趋势。在体细胞胚胎发生阶段，NEC到EC过程中DNA甲基化呈现上升的趋势与RdDM途径和H3K9me2途径协同调控，EC到SE阶段DNA甲基化呈现下降，与RdDM显著相关，不与H3K9me2相关，进一步分析发现在EC到SE过程中DNA去甲基化酶ROS1和DME显著上调，该过程可能高度依赖DNA甲基化途径。通过对差异表达基因和启动子区域的DMR分析发现，57个基因在启动子区域低甲基化可以激活生长素激素相关和WUSCHEL等标记基因表达。在NEC时期外施DNA甲基化抑制剂增加了胚胎数量，激活了WOX11、CKX7、KNOX2等基因表达，促进了体细胞胚胎的发生。因此，团队推测在SRA过程中低（去）甲基化有助于体细胞胚胎发生相关基因的激活，进而提高植物再生能力，可能是SRA策略起作用的重要原因之一。
Jin优良受体材料的鉴定将会为棉花功能基因研究提供新的重要的支撑材料。对SRA机制的研究丰富了团队对植物再生过程中DNA甲基化分子机制的认知，为提高植株再生效率提供可行策略，对提高其他植物物种的再生效率具有重要意义。
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年NewPhytologist在线发表了来自华中农业大学刘继红课题组题为“ThetranscriptionfactorFcWRKY40ofFortunellacrassifoliafunctionspositivelyinsalttolerancethroughmodulationofionhomeostasisandprolinebiosynthesisbydirectlyregulatingSOS2andP5CS1homologues”，该文在柑橘非生物胁迫应答调控网络研究上取得新进展。
转录调控是植物逆境应答的重要分子机制，构建转录调控网络及鉴定参与该网络的转录因子对于阐明植物逆境应答有着重要的理论意义，也为挖掘能用于抗逆分子改良的关键基因奠定了基础。该研究通过生理测定、遗传转化及分子生化分析等工作，阐明了转录因子FcWRKY40的抗盐功能，并证实了其机制是直接作用于两个靶基因FcSOS2及FcP5CS1，从而通过维持离子平衡及调控脯氨酸合成来参与胁迫应答。通过研究，建立了一个完整的盐胁迫应答信号通路（即ABA-ABF2-WKY40-SOS2/P5CS1），并揭示了非生物胁迫下植物积累脯氨酸的分子调控网络，并为建立逆境条件下激素合成、信号转导以及代谢物积累的整合调控网络提供了强有力的证据。
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年7月JournalofExperimentalBotany在线发表了来自华中农业大学别之龙课题组题为“Salttolerancemechanismsinpumpkinspecies(Cucurbita)）”的研究论文，该文解析了印度南瓜和中国南瓜耐盐差异的生理和分子机制。
南瓜是重要的蔬菜作物，也是黄瓜、西瓜和甜瓜等作物的嫁接砧木，在世界各地广泛栽培。印度南瓜（Cucurbita.maxima）和中国南瓜（Cucurbita.moschata）是南瓜的主要栽培种。目前，对于甜土植物耐盐机理的研究，大部分集中在减少地上部Na+的积累方面，关于地上部积累更高的Na+和具有耐盐性的组织耐盐机制（tissuetolerancemechanism）尚不明晰。
我校课题组通过选用10份典型的南瓜自交系为研究材料，发现印度南瓜的耐盐性普遍高于中国南瓜，但是地上部却积累了更高的Na+，表现出一种典型的组织耐盐机制。通过生理学和转录组研究手段，课题组发现印度南瓜的组织耐盐机制主要有三个方面：一是通过HKT1（Na+unloadingfromxylemvesselstoxylemparenchymacell）和NHX4/6（Na+vacuolarandendosomal白癜风品牌影响力单位白癜风有哪些什么症状
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