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        8月24日，在中国科学院“黑土粮仓”科技会战主战场大安示范区的吉林省长岭县试验田举行的测产工作中，专家组实地测得：
        通过种植豆科饲草田菁并全量还田，当地土壤pH值由原来的10.14降低到9.57，提升土壤有机质10%以上，第一茬亩产新鲜饲草2.03吨，实现了重度盐碱荒地的有效改良。
        这一成果为我国盐碱地的大规模开发与利用奠定了绿色高效的生物改良技术基础，对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。
吉林省长岭县田菁种植试验田
        据了解，我国有5亿亩左右的盐碱地，其中包括6000万亩最具粮食增产潜力的东北松嫩平原苏打盐碱地。该类型盐碱地土壤pH值高、改良利用困难极大，特别是盐碱旱地。
        针对这一问题，中国科学院曹晓风院士科研团队近年来开展了优质牧草选育和盐碱地改良利用系列研究工作，以期实现盐碱地的绿色改良，将盐碱地对农作物生产的劣势变为发展牧草种植的优势，建立与土地资源环境承载力相匹配的生态农业新格局。
试验田种植的田菁
        该科研团队同黑龙江省农业科学院合作，对800余份植物种质进行了重度盐碱地的大田筛选，获得了极耐碱的豆科绿肥田菁。为培育耐盐碱田菁优质品系，研究团队以国内外收集的400余份野生种质为材料，利用野生驯化和杂交选育方式，选育出耐盐碱高产田菁品系“中科菁1号”，并在大安示范区的长岭试验田种植。
        通过种植表明，该田菁品系具有耐盐碱、耐涝性突出等特点，配套团队研发的相关丰产栽培技术，在pH9以上的苏打盐碱地，可较好生长，具有晚熟、植株高大、分枝多、产草量高、蛋白含量高的特性。
 

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        性别是真核生物的共源性状，也是生命演化的主要驱动力。绝大多数脊椎动物的性别受性染色体调控，性染色体通常由常染色体获得性别决定基因而起源。独立的起源和性染色体的转换致使性染色体呈现出高度的多样性和易变性。模式哺乳动物中的X和Y性染色体以及鸟类中的Z和W性染色体解析得较为透彻，但是这些异形染色体都具有久远的演化历史，很难追溯性染色体早期阶段演化过程。因此，在一些非模式鱼类中，形成时间较晚的同形性染色体为阐明性染色体早期动态演化提供了理想系统。

        兰州鲇（Silurus lanzhouensis）又称黄河鲇，是黄河流域的特色经济鱼类，其雄性生长速率和个体大小显著优于雌性，具有重大的性别控制育种价值。中国科学院水生生物研究所桂建芳院士团队在前期研究中，通过人工雌核生殖鉴定兰州鲇具有XX/XY雄性异配型性别决定系统，开发X和Y染色体连锁的遗传标记；通过偶发的具有XY基因型的雌雄同体鱼自交，获得含有YY超雄子代自交家系（Wang et al.,2021, Aquaculture）。随后，利用自交家系中的YY超雄鱼与野生型的XX雌鱼繁育，获得XY全雄群体；该全雄群体与正常的两性群体相比具有显著的生长优势（4月龄体重提升17.8%）；与传统路径相比，利用雌雄同体鱼自交培育全雄群体的技术路径避免了激素使用、提高了子代纯度、缩短了育种周期（Niu et al.,2023, Aquaculture）。

        研究团队在此基础上，对兰州鲇雌核生殖纯化的XX个体和自交纯化的YY个体进行了从头测序组装，构建出两套高质量的染色体水平基因组，从而获得了无嵌合的X和Y染色体序列；通过重测序和性染色体比较分析，鉴定到24号染色体为兰州鲇的性染色体，并在Y染色特异区域发现了一个性别决定候选基因amhr2y；利用染色体原位杂交、表达模式分析和基因敲除等技术手段确定amhr2y为兰州鲇的性别决定基因；此外，研究团队对鲇属（Silurus）鱼类中的兰州鲇、南方大口鲇（S. meridionalis）和鲇（S. asotus）的性染色体进行详细的比较分析，揭示了鲇属祖先种24号染色体由于获得amhr2y发生了独立的性染色体起源，在南方大口鲇和兰州鲇中保留24号染色体为性染色体，而在鲇中发生了从24号到5号的性染色体转换事件；并且在鲇属性染色体演化过程中发生了重复序列富集、基因聚集以及基因降解等现象。

        这个研究揭示了鲇属性别决定基因起源、重复序列扩张、基因聚集和降解、性染色体转化等事件，展示了一个清晰的性染色体演化早期阶段的动态过程。同时，该研究也为促进兰州鲇精准遗传育种提供了理论和技术支撑。

        该研究工作以“Genomic anatomy of homozygous XX females and YY males reveals early evolutionary trajectory of sex-determining gene and sex chromosomes in Silurus fishes”为题在线发表于Molecular Biology and Evolution期刊（可点击左下“阅读原文”）。水生所王焘博士和华中农业大学巩高瑞博士为该论文共同第一作者，水生所李熙银研究员、桂建芳院士和梅洁研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（A类）（批准号：XDA24030505）等项目的资助。

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多倍化事件在植物界普遍存在，它主要是由物种间的全基因组加倍或杂交产生。多倍化被认为是植物物种多样性的主要驱动力，在植物基因组进化中具有重要意义。普通小麦(Triticum aestivum)的基因组由三个亚基因组(A, B和D)组成，其基因组的形成涉及三个祖先种的两次远缘杂交和异源多倍化过程，是研究染色体多倍化进程的重要模式材料。然而小麦的基因组巨大，且重复序列含量丰富，为小麦的研究带来了巨大的困难。前期对小麦着丝粒的研究，发现了两类着丝粒特异的重复序列，且在多倍化过程中小麦着丝粒结构发生重排，基因位置和表达水平发生变化，序列的遗传多样性增加 (Su et al., Plant Cell, 2019)。
生物体中除了典型的DNA B型双螺旋结构，还存在其他多种构象，如R-loop、G-四链体、十字结构、滑移/发夹结构、左手螺旋的Z-DNA等，也被称为非B型DNA结构（non-B-form DNA）。这些non-B-form DNA与基因表达、DNA复制、双链断裂、端粒维持和突变等生物学过程密切相关。有研究表明，non-B-form DNA倾向于在植物和动物着丝粒区域富集，暗示其在着丝粒区可能发挥着重要作用。在小麦多倍化过程中，着丝粒DNA经历了快速重排，然而，目前尚不清楚DNA序列变化所导致的构象变化对小麦多倍化的形成和进化有何影响。
中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组长期从事植物着丝粒的遗传和表观遗传学研究。前期在燕麦着丝粒研究中，发现从二倍体、四倍体到六倍体的进化过程中，着丝粒区non-B-form DNA动态变化(Liu et al., PNAS, 2022)。此外，还发现有活性的黑麦来源的1RS着丝粒含有更高比例年轻的反转座子和更稳定的non-B-form DNA(Liu et al., New Phytologist, 2023)
为了进一步研究non-B-form DNA在多倍化过程中的作用，该研究组以小麦作为研究对象进行分析，发现non-B-form DNA倾向于在小麦的着丝粒区域富集，且主要是A-phased repeat, Direct repeat和Mirror repeat三类non-B-form DNA。研究人员发现小麦着丝粒上的non-B-form DNA密度在不同亚基因组中有明显差异，其中A亚基因组最高，D亚基因组最少。通过分析不同倍性小麦的CENH3 ChIP-seq数据来预测其二级结构时，研究发现六倍体小麦的着丝粒区域形成non-B-form DNA的倾向性更强。此外，对新合成的多倍体小麦的着丝粒DNA进行比较分析，结果显示它们与其亲本相比，也更倾向于形成非B形态DNA（图1）。

图1. Non-B-form DNA倾向于在新和合成小麦的着丝粒区域富集

A, Non-B-form DNA在三个亚基因组中的富集特征；B, 三个亚基因组中不同区域non-B-form DNA的变异系数；C，不同亚基因组中non-B-form DNA形成可能性的累积分布；D，不同倍性小麦的non-B-form DNA的形成概率差异；E, 亲本与新合成小麦的着丝粒区域non-B-form DNA的可能性差异。

 

此外，为了进一步探究着丝粒和non-B-form DNA的关系，研究人员识别了着丝粒区域的全长反转座子（fl-LTRs），并发现non-B-form DNA倾向于在反转座子的两端LTR区域富集，且年轻的反转座子倾向于有更多的non-B-form DNA （图2），这些结果表明non-B-form DNA在着丝粒功能的进化和维持中可能发挥着潜在的作用。

图2. Non-B-form DNA倾向于富集在年轻的着丝粒LTRs上

A， 着丝粒LTR和随机区域的non-B-form DNA形成概率分布特征；B，三种类型non-B-form DNA在全长LTRs上的分布；C，LTRs插入时间和non-B-form DNA密度的相关性。

 

该项研究以《Non-B-form DNA is associated with centromere stability in newly-formed polyploidy wheat》为题于2024年02月04日在线发表于SCIENCE CHINA Life Sciences (DOI: 10.1007/s11427-023-2513-9)，韩方普研究组博士研究生易从杨, 刘倩博士和已毕业博士生黄宇虹为共同第一作者，韩方普研究员和刘阳副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金重大项目和国家重点研发计划项目的资助。

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光合微藻固碳占全球总固碳量的50%以上，是生态系统碳循环的重要组成部分。微藻的生长需要阳光，然而过量的光照会带来致命的光损伤。LHCSRs蛋白是绿藻的光保护蛋白，在强光下，该蛋白响应类囊体腔的酸化并激活光系统II超复合体的能量猝灭（qE），从而保护光合蛋白免受光损伤。qE机制对微藻的生存至关重要，是多年来光合作用研究的热点之一，但其中的光物理机制尚不清楚。
中国科学院植物研究所田利金研究组创新性地制备了既保留能量猝灭功能又具有低散射效应的莱茵衣藻微型细胞碎片样品，获得了高信噪比的飞秒瞬态吸收数据，在揭示依赖LHCSR3蛋白的超快能量猝灭机制方面取得了新进展。研究人员利用LHCSR3蛋白正常表达和缺失的莱茵衣藻细胞开展对比研究，在酸性pH条件下，含有光保护蛋白的细胞碎片样品具有较强的能量猝灭活性，而缺少此蛋白的样品不具有此猝灭能力。通过进一步对超快光谱学数据进行动力学建模，科研人员成功揭示了LHCSR3蛋白调控的能量猝灭过程是通过从叶绿素a Qy态到类胡萝卜素（叶黄素1）S1态的超快能量转移途径实现的，并且这一过程发生在极快的时间尺度（<10皮秒），即千亿分之一秒内，确保了对光系统II光反应快速运转过程进行高效的光保护。
莱茵衣藻中依赖LHCSR3的qE在天然类囊体膜中的能量猝灭机制
该研究提出了一种制备具有能量猝灭活性且低散射的类囊体膜样品的方法，成功捕捉了发生在超快时间尺度的微弱的激发能转移信号，并揭示了其能量耗散过程，证明了qE的能量耗散途径从绿藻到陆生植物具有进化保守性，对理解自然界植物中普遍存在的光保护物理分子机制具有重要意义。
该项研究成果于5月24日在线发表于国际学术期刊Nature Communications。植物所博士研究生郑梦圆和博士后庞肖杰为论文的共同第一作者，田利金研究员为论文通讯作者，陈明副研究员参与了研究工作。研究得到了国家重点研发计划、黄河三角洲农业高新技术产业示范区科技专项以及国家自然科学基金的资助支持。
文章链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48789-x

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        作为原产于中国的重要旱地作物之一，谷子拥有超过7000年的栽培历史。因其药用价值和抗氧化特性，谷子常被推荐作为多种营养和健康食品的成分。它能够抵抗各种恶劣的生长环境，如盐分胁迫和干旱胁迫等。然而，对于谷子适应这些恶劣环境的具体机制，目前的了解仍然有限。
        近期，中国科学院华南植物园资源植物研究与产业化应用团队房林研究组完成的题为“Phosphorylation of SiRAV1 at Ser31 regulates the SiCAT expression to enhance salt tolerance in Setaria italica”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture(《农业科学学报》(英文)，JIA) 2023年12期正式发表。

盐害严重威胁着植物的生长和发育。因此，识别和筛选盐胁迫响应的关键基因并解析其作用机制对提高植物的耐盐性至关重要。本研究运用磷酸化蛋白质组技术对盐胁迫处理前后的谷子样品进行检测分析，共鉴定出4000个磷酸化多肽，其中123个显著差异。非冗余蛋白质数据库（NR）功能注释显示，有23个转录因子表达差异显著，如SiRAV1转录因子。亚细胞定位分析显示SiRAV1位于细胞核中。表型和生理分析证实，SiRAV1的过表达能够提高谷子对盐胁迫的耐受性，且这一作用是通过抑制盐诱导的H2O2积累、丙二醛含量和电解质渗漏率的增加等方式实现的。进一步的研究表明，SiRAV1能够直接结合SiCAT启动子以激活SiCAT的表达，从而提高CAT酶的活性。本研究还发现，SiRAV1蛋白的Ser31位点磷酸化可以通过增强其与SiCAT启动子的结合能力来正向调节谷子的耐盐性。综上所述，本研究首次解析了SiRAV1在谷子盐响应中的作用机制：盐胁迫通过诱导SiRAV1蛋白的Ser31位点磷酸化，进而增强了其与SiCAT启动子的结合能力，激活了SiCAT的表达，从而提高谷子对盐胁迫的耐受性。



中国科学院华南植物园科研助理李巧璐为该文章第一作者，生态环境部南京环境科学研究所助理研究员王蒙蒙、浙江农林大学颜景畏教授和中国科学院华南植物园房林副研究员为该文章的共同通讯作者。该研究得到了国家自然基金（31902062）和中国科学院华南植物园青年人才专项（QNXM-02）的支持。

 

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https://do‍i.org/10.‍1016/j.‍ji‍a‍.2023.04.‍034

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