华中农大近期科学研究进展

原标题：华中农大近期科学研究进展

发布首个多作物遗传变异参考面板数据库

近日，华中农业大学信息学院生物信息团队在Nucleic Acids Research中发表题为“Plant-ImputeDB: an integrated multiple plant reference panel database for genotype imputation”的研究论文。该研究通过收集包括水稻，玉米、小麦、油菜和棉花等12个重要农作物的遗传变异信息，构建了植物中首个多物种的高质量遗传参考变异库，为植物遗传育种研究提供了宝贵资源。

▲多作物遗传变异数据库

基因型填充（Genotype imputation）是根据参考面板（reference panles，又译参考集）中的单体型和基因型对目标样本中缺失基因型的估计填充过程。基因型填充可有效增加单核苷酸多态性(SNPs)密度，因此被广泛用于相对便宜和低密度的SNP芯片的填充以进行大规模全基因组关联研究(GWAS)。然而，大多数植物缺乏高质量的参考面板，这极大限制了基因型填充在植物中的应用。

为克服这一限制，研究团队开发了植物遗传参考变异库--Plant-ImputeDB，数据库整合了包括水稻，玉米、小麦、油菜和棉花等12个重要农作物的遗传变异信息和全基因组重测序数据（包括34,244个样本的约6,990万个SNP的遗传变异信息），构建了植物中首个多物种参考面板的综合数据库。该数据库提供在线的基因型填充，支持SNP和基因组block两种方式搜索、浏览并提供相应数据下载，同时接受不同类型的基因组变异数据的提交，提供对所有公开可用数据的免费和开放访问，以支持全球范围相关研究。

信息学院硕士研究生高英杰、博士研究生杨植全、杨文倩为论文并列第一作者，牛晓辉副教授、杨庆勇副教授和龚静教授为论文共同通讯作者，博士研究生杨彦波参与了研究工作。

数据库链接：

http://gong_lab.hzau.edu.cn/Plant_imputeDB/

原文链接：

https://doi.org/10.1093/nar/gkaa953

在植物三维基因组学研究技术取得新进展

近日，华中农大作物遗传改良国家重点实验室李兴旺教授和李国亮教授课题组在Trends in Plant Science在线发表了题为“Technologies for Capturing 3D Genome Architecture in Plants”的综述文章。

三维基因组学是基因组学研究的热点前沿领域之一。目前，以人类细胞系和动物细胞为研究对象，生物学家已经开发了很多高通量的三维基因组学研究技术。其中一些技术体系已经成功应用于植物三维基因组学研究。

李兴旺教授和李国亮教授课题组致力于三维基因组学和表观基因组学研究。前期，课题组与合作者以人类细胞系和动物细胞为研究材料，先后开发了Long-read ChIA-PET和Digestion-Ligation-Only Hi-C (DLO Hi-C)。2019年，课题组首次在玉米和水稻中建立Long-read ChIA-PET技术体系，并描绘了玉米和水稻的三维基因组图谱。2020年，李兴旺教授和李国亮教授课题组与杨芳教授课题组合作，用DLO Hi-C技术描绘了玉米雌雄穗的三维基因组图谱。

鉴于课题组在植物三维基因组学领域的取得的系列研究进展，Trends in Plant Science杂志邀请课题组撰写Technology of the Month的综述文章，介绍植物三维基因组学的研究技术。综述文章介绍了3C，Hi-C，in situ Hi-C，DLO Hi-C，ChIA-PET和HiChIP等应用于植物三维基因组学研究的技术，并阐述了如何应用这些技术解析的植物基因组的三维结构，特别关注了ChIA-PET和Hi-ChIP检测的染色质环（chromatin loop）结构。文章还提出目前植物三维基因组学研究技术的优势以及面临的挑战，对未来植物三维基因组学技术的开发以及三维基因组结构的解析具有启示意义。

我校生命科学技术学院博士研究生欧阳维枝和肖琴为综述文章共同第一作者，李兴旺教授和李国亮教授为综述文章共同通讯作者。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138520303319?dgcid=author

揭示蓝光受体CRY2激活的分子机制

近日，Nature Plants在线发表了我校作物遗传改良国家重点实验室和生命科学技术学院蛋白质科学研究团队揭示植物蓝光受体隐花色素CRY2光激活分子机制的最新研究成果。成果论文以“Structural insights into the photoactivation of Arabidopsis cryptochrome 2”为题发表。

▲光激活的CRY2四聚体结构

光受体是光调控植物生长发育过程中的重要媒介，在植物整个生长周期中都起到关键作用。隐花色素Cryptochromes （CRYs）是一类广泛存在于动植物中的蓝光受体。在植物中，CRYs主要参与调控光形态建成、开花时间、生物节律性等重要生长发育过程。CRYs在植物中还发挥其他的功能，包括植物昼夜节律、气孔开放、根系生长、渗透胁迫反应、避荫、叶片衰老等的调节。CRYs有两个结构域，N端的PHR结构域及C端的CCE 结构域。CRYs的PHR结构域非共价结合一分子黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。CRYs被蓝光激活后会产生多种响应，包括FAD的光还原、寡聚化等等。蓝光激活的CRYs发生寡聚化是一种在进化上极为保守的现象，与生物体内CRYs的光反应特性高度相关。寡聚的CRYs蛋白可以与下游的转录因子（CIBs、PIFs、IAAs等）或生长调控因子（COP1/SPA1等）互作，从而调控植物的生长发育。得益于这种光调控的聚合性质，CRYs也被广泛应用于光遗传学中。但蓝光如何诱导CRYs发生寡聚化至今并不清楚。

在该研究中，研究者开发了一套方法，在制备冷冻电镜样品前用蓝光处理CRY2蛋白，在光照后极短的时间（<7s）内迅速将蛋白冷冻停留在寡聚激活状态。通过这种方法，成功解析了蓝光激活的CRY2四聚体状态的冷冻电镜结构，分辨率为3.1 Å。通过与此前实验室报道的黑暗状态下单体CRY2的晶体结构比对以及化学计算，研究者发现蓝光激活CRY2的FAD结合口袋的体积变大。通过一系列生化分析验证，研究者发现FAD结合口袋的松弛会导致CRY2蛋白的寡聚化。该研究阐明了CRY2光诱导寡聚化的分子机制，也阐明了FAD光还原如何导致其寡聚化的分子机理。今年5月12日，课题组在Nature Structural & Molecular Biology上在线报道了BIC2蛋白抑制CRY2激活的分子机制。这一系列的关于蓝光受体CRY2的激活和抑制研究将会促进深入理解植物光信号传导调控，为农业生产和粮食安全提供有用信息，也为CRYs在光遗传学操作中调控蛋白的开发提供了新的思路。

生命科学技术学院博士研究生马羚为论文第一作者，殷平教授和南方科技大学龚欣教授为论文共同通讯作者，校级蛋白质平台为该研究的开展提供了强有力的支持。前期冷冻样品制备和样品筛选主要在华中农业大学电镜平台完成，冷冻电镜数据收集在南方科技大学冷冻电镜中心完成。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-020-00800-1

文| 辛西 欧阳维枝 马羚

编辑 | 裴梓馨

校对 | 匡敏

审核 | 刘涛