植物研究

揭示鸦片罂粟基因组及吗啡合成原理

西安交通大学叶凯青年科学家工作室团队、英国约克大学伊恩·格拉汉姆院士团队、英国惠康基金桑格研究所宁泽民研究员合作，开展罂粟基因组和吗啡合成研究，破译“恶之花”封存亿万年的基因密码，相关论文发表于Science。该研究以英国本土罂粟植物为对象，利用基因组测序技术、复杂数学模型、深度挖掘及分析等方法，在国际上首次公布鸦片罂粟的高质量全基因组序列，揭示其进化历史上主要加倍和重排事件，阐明吗啡类生物碱、合成基因簇的进化历史，为进一步开发鸦片罂粟药用价值和揭示罂粟科乃至早期双子叶植物进化历史奠定了基础。

罂粟基因组特征及主要进化事件（图片来源于西安交通大学）

赤霉素信号途径调控作物氮肥高效利用研究

中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究组深入了我们对于植物生长与代谢协同调控机制的认识，找到了一条在保证粮食总产量不断提高的同时，提高了氮肥利用效率，降低了生产投入成本，减少了对环境造成的污染的可持续发展农业新途径。研究论文发表于Nature。赤霉素通过促进DELLA蛋白降解，进而增强GRF4转录激活活性，实现植物叶片光合碳固定能力和根系氮吸收能力的协同调控，从而维持植物碳-氮代谢平衡。DELLA蛋白的积累实现了植株半矮化、耐高肥和抗倒伏的高产目标，但也伴随着氮肥利用效率的降低。相反，GRF4蛋白的高水平积累能协同提高作物光合作用和氮肥利用效率。

核糖体RNA基因拷贝数变异和表达调控研究

中国科学院遗传与发育生物学研究所陈明生研究组在核糖体RNA基因拷贝数变异和表达调控方面取得进展，研究论文发表于Genome Research。为了在玉米群体中重复人类核糖体拷贝数变异与基因表达的关系，研究人员利用该群体的7个不同组织材料大约2100个转录组数据，对45S的拷贝数与基因表达水平进行了相关分析。进一步对于rRNA的表达水平在群体、不同组织以及不同发育时期的差异表达进行了分析，发现核糖体RNA（45S rRNA）的表达并不像人们之前想象的那么保守，而是存在着广泛的变异。将45S rRNA的拷贝数以及表达水平与群体的田间性状进行了相关分析，发现两者都对于开花相关性状显著相关。

植物精细胞谱系发育的分子路径

中国科学院植物研究所王台研究组揭示植物精细胞谱系发育的分子路径，相关成果发表于Plant Journal。研究番茄小孢子、生殖细胞和精细胞发现；小孢子具有全能性细胞的分子特征，从小孢子向精细胞的定向发育伴随着细胞全能性、体细胞发育、代谢相关基因的转录抑制以及生殖细胞和精细胞优势表达的基因显著上调。激活型组蛋白修饰H3K4me3和H3K9ac水平的降低，抑制型组蛋白修饰H3K9me1/2/3水平的升高。精细胞谱系比非精细胞谱系细胞的转录组含有更高比例的长链非编码RNA，而且位于共表达网络重要节点的长链非编码RNA在生殖细胞显著富集，表明长链非编码RNA在精细胞谱系发育中可能起作用。

染色质修饰调控植物基因表达的新机制

中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心何跃辉课题组与刘仁义课题组合作，在染色质修饰沉默植物基因表达领域获进展，发现了植物特有的染色质凝缩蛋白EMF1与含BAH结构域的蛋白形成BAH-EMF1蛋白复合体，以介导高等植物基因沉默的分子机制。研究论文发表于Nature Genetics。在shl ebs lhp1三缺失突变体中，拟南芥基因组上的H3K27me3不能被维持，幼苗的体细胞分化被逆转，形成愈伤组织；这一表型与H3K27三甲基化酶缺失突变体高度一致。这些发现揭示了植物在进化过程中演化出了与动物不同的H3K27me3解密机制来抑制基因表达，进而调控植物生长发育。

shl ebs lhp1三突变体（图片来源于中国科学院上海植物逆境生物学研究中心）

植物SUVH家族组蛋白甲基化酶的调控机理

中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心杜嘉木课题组和美国加州大学洛杉矶分校Steven Jacobsen课题组合作，从结构生物学、生物化学、基因组学等层面多角度对植物特有的SUVH家族组蛋白H3K9甲基化酶开展了研究，发现了这类酶的调控机制，并成功解析了植物CHG位点甲基化序列偏好性的分子基础。研究论文发表于PNAS。DNA甲基化是一类重要的表观遗传标记，可维持基因组的稳定性。植物DNA甲基化严格受到组蛋白修饰H3K9me2的调控。植物中H3K9的甲基化主要由植物特有的SUVH家族蛋白来完成，通过其SRA结构域结合甲基化的DNA，并通过其SET结构域来进行组蛋白甲基化。

蓝光调控植物开花时间的新机制

中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所刘宏涛研究组题揭示了蓝光信号调控植物开花时间的新机制，相关论文发表于EMBO Reports。植物最终能否成功地进行有性繁殖取决于精确的开花时间，开花时间的调节对植物完成世代交替至关重要。蓝光是太阳光的一部分，能够调控植物从萌发到开花的整个发育过程。研究发现两个重要的转录因子CO和CIB1能够直接相互结合而共同促进FT的表达及开花时间。CRY2-CIB1-CO这个复合体的形成不仅是蓝光依赖的，同时也受到生物钟的调控，它在黄昏达到峰值。CRY2-CIB1-CO复合体直接结合在FT启动子，介导蓝光和时间信号精确调控FT表达和开花时间。

仿生人工木材

中国科学技术大学教授俞书宏科研团队，发展了一种冰晶诱导自组装和热固化相结合的新技术，以传统的酚醛树脂和密胺树脂为基体材料，研制出一系列具有类似天然木材取向孔道结构的新型仿生人工木材。该系列仿生人工木材具有轻质高强、耐腐蚀和隔热防火等优点，研究论文发表于Science Advances。该仿生人工木材具有类似天然木材的取向孔道结构，壁厚和孔尺寸可调控。这种方法可以复合多种纳米材料以制备多功能复合人工木材，简单高效，容易放大生产。这种取向孔道结构的人工木材具有突出的机械性能，压缩屈服强度优于已开发的多种仿木结构的陶瓷材料，且与天然木材性能相当。