原标题：南农前沿 | 近期科研成果扫描
来源:南京农业大学
01
信息管理学院黄水清教授团队研制完成后生动物基因表达和可变剪接分析平台
近日，信息管理学院黄水清教授课题组研制完成后生动物基因表达和可变剪接数据分析平台（https://bioinfo.njau.edu.cn/metaExp），成果“MetazExp: a database for gene expression and alternative splicing profiles and their analyses based on 53 615 public RNA-seq samples in 72 metazoan species”在生物信息学领域权威期刊Nucleic Acids Research（IF=16.9）在线发表。
高通量RNA-seq测序技术广泛应用于生物学研究，产生了海量转录组测序数据。重分析、共分析来自不同课题产生的原始数据可获得更多生物学假设。然而，复杂的数据处理要求和巨大的数据规模加剧了数据利用难度，造成海量数据难于重利用的尴尬局面。
为消除生物学研究人员和大数据之间的沟渠，提升公共数据的利用率，该团队将情报学的数据采集、信息组织、领域知识挖掘方法应用于生物信息领域。以72种后生动物为对象，全面搜集整理了对应的53 615个测序数据，对样品品系、基因型、组织、发育阶段、处理条件等重要生物学属性进行了标注，开发pipeline优化基因模型、识别可变剪接事件、完善基因组注释，并对测序样本中基因表达和可变剪接水平分别在多个层次上进行定量。在此基础上，开发了具有检索和在线分析功能的平台，可自动生成各种实用图表，以便科研人员获得有意义的生物学见解，为深入研究相关基因功能提供有价值的参考。
高通量RNA-seq测序技术广泛应用于生物学研究，产生了海量转录组测序数据。重分析、共分析来自不同课题产生的原始数据可获得更多生物学假设。然而，复杂的数据处理要求和巨大的数据规模加剧了数据利用难度，造成海量数据难于重利用的尴尬局面。
为消除生物学研究人员和大数据之间的沟渠，提升公共数据的利用率，该团队将情报学的数据采集、信息组织、领域知识挖掘方法应用于生物信息领域。以72种后生动物为对象，全面搜集整理了对应的53 615个测序数据，对样品品系、基因型、组织、发育阶段、处理条件等重要生物学属性进行了标注，开发pipeline优化基因模型、识别可变剪接事件、完善基因组注释，并对测序样本中基因表达和可变剪接水平分别在多个层次上进行定量。在此基础上，开发了具有检索和在线分析功能的平台，可自动生成各种实用图表，以便科研人员获得有意义的生物学见解，为深入研究相关基因功能提供有价值的参考。
南京农业大学为论文的第一作者和共同通信作者单位。我校信息管理学院刘金定副教授为论文第一作者，刘金定副教授、黄水清教授和密西根州立大学黄温助理教授为论文共同通信作者。信息管理学院硕士研究生尹斐、博士研究生郎坤、前沿交叉研究院段荣静老师等参与了相关研究工作。
据了解，黄水清教授团队计划进一步拓展该方向的研究工作，构建全面覆盖植物、真菌、家畜、水产等农业生命科学对象领域的高通量RNA-seq数据分析平台。
原文链接为：https://academic.oup.com/nar/advancearticle/doi/10.1093/nar/gkab933/6413608?searchresult=1。
02
生态系统生态学课题组揭示气候变暖改变丛枝菌根真菌群落构建机制
气候变暖和降水改变是全球变化的重要组成部分，可以显著影响植物生长与植物-微生物相互作用，尤其是植物与微生物的共生关系。丛枝菌根（AM）真菌是一类重要的植物共生微生物，在陆地生态系统中分布广泛并与80%以上的陆地植物根系形成共生体，其从寄主植物获得光合产物，并为植物提供营养作为交换。AM真菌在调节植物群落、根际微生物群落、土壤碳和养分循环等方面起着关键作用，特别是在养分循环受到温度限制的高寒地区，例如青藏高原草地生态系统，AM的作用尤为重要。因此, AM真菌群落对增温和降水改变的响应会对未来全球变化下植物群落动态和生态系统过程产生显著影响。然而，气候变暖和降水改变如何影响AM真菌群落构建尚不清楚。
近日，资源与环境科学学院生态系统生态学实验室在全球变化领域顶级期刊《Global Change Biology》上发表了题为“Climate warming promotes deterministic assembly of arbuscular mycorrhizal fungal communities”的研究论文。该研究依托于甘肃甘南草原生态系统国家野外科学观测研究站中的高寒草甸全球变化实验，在AM真菌群落构建对模拟气候变暖和降水改变的响应研究方面取得重要进展。
结果表明，气候变暖提高了微生物活性，增加了土壤可利用氮和磷的含量，促进了植物根系生长，从而降低了植物对AM真菌的依赖，减少植物对AM真菌的碳分配，由此加剧了AM菌根群落内物种之间对碳源的竞争，致使AM真菌群落组成发生变化（具有更高养分吸收能力的Diversisporaceae科相对丰度增加，而养分吸收能力较弱的Glomeraceae科相对丰度降低），最终使得AM真菌的群落构建由随机过程主导变为确定性过程主导。而降水改变则增加了AM真菌根外菌丝的生物量，却对AM真菌群落没有影响。这些结果说明气候变暖会改变高寒生态系统中AM真菌群落构建的主要机制，此发现有助于预测未来全球变化情景下AM真菌对植物群落动态和土壤碳与养分循环的影响。
结果表明，气候变暖提高了微生物活性，增加了土壤可利用氮和磷的含量，促进了植物根系生长，从而降低了植物对AM真菌的依赖，减少植物对AM真菌的碳分配，由此加剧了AM菌根群落内物种之间对碳源的竞争，致使AM真菌群落组成发生变化（具有更高养分吸收能力的Diversisporaceae科相对丰度增加，而养分吸收能力较弱的Glomeraceae科相对丰度降低），最终使得AM真菌的群落构建由随机过程主导变为确定性过程主导。而降水改变则增加了AM真菌根外菌丝的生物量，却对AM真菌群落没有影响。这些结果说明气候变暖会改变高寒生态系统中AM真菌群落构建的主要机制，此发现有助于预测未来全球变化情景下AM真菌对植物群落动态和土壤碳与养分循环的影响。
该研究由资环学院生态系统生态学实验室、北卡罗莱纳州立大学、中山大学和佐治亚理工学院合作完成，南京农业大学为通讯作者单位。资环院博士研究生徐新雨与仇云鹏博士为本文共同第一作者，仇云鹏博士与Shuijin Hu教授为共同通讯作者。佐治亚理工学院Lin Jiang教授和中山大学陈怀海副教授参与了此项研究。生态系统生态学课题组长期从事植物-土壤微生物相互作用、土壤碳氮循环过程及其对全球变化的响应的研究。近年来，在国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目等项目资助下，在Science Advances, Nature Geoscience, Ecology Letters，Global Change Biology等生态学顶级期刊上发表了研究成果。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15874
03
理学院章维华、夏青课题组在可见光促进EDA复合物引发的磺酰化反应方面取得新进展
近日，绿色和可持续科技领域的国际权威期刊Green Chemistry在线发表了南京农业大学理学院章维华、夏青团队完成的题为“Visible-Light-Driven Electron Donor–Acceptor Complex Induced Sulfonylation of Diazonium Salts with Sulfinates”的研究论文。该研究发展了可见光促进EDA复合物（electron donor–acceptor complex）引发的亚磺酸钠与芳基重氮盐的磺酰化反应，成功实现了芳基砜类化合物的绿色、经济、便捷的构建方法。
芳基砜类化合物广泛存在与天然产物和药物分子中，具有抗菌、抗肿瘤等多种生物活性。此外，芳基砜类化合物作为有机硫化合物的一个重要分支，在Julia烯烃合成、Van Leusen噁唑合成、Smiles重排等有机转化中也有着重要的应用。传统制备芳基砜类化合物的方法不可避免地会使用一些较苛刻的反应条件如高温、强酸环境或者使用气味或者毒性较大的反应物等，还存在成本效益不足、需要预组装官能团、底物范围较狭窄等问题。
近些年来，光有机催化反应已成为有机合成中最具吸引力的研究领域。其中光促进电子给体受体复合物（EDA complex）引发的自由基反应因其无需光催化剂和过渡金属催化剂、温和的反应条件而受到越来越多的关注。基于该课题组已发展的EDA复合物促进的烷基化（Org. Lett. 2020, 22, 7290）和氰基化（Org. Lett. 2020, 22, 9638）反应，作者设想两种简单易得的原料——芳基（杂芳基）重氮盐和亚磺酸钠作为电子受体和电子给体，从而实现可见光促进的磺酰化反应。该反应的优势在于：1) 未使用过渡金属催化剂、配体、光催化剂和氧化剂，反应条件温和，对环境友好，符合绿色化学的发展需求；2) 反应底物简单易得，反应兼容性好，原子经济性高，成本低廉。
该研究探寻了该磺酰化反应成规模化应用于工业生产的可能性。之前已有文献报道过以四步反应，总收率低于10%的方法得到吡唑芳基砜化合物3s（Eur. J. Med. Chem., 2009, 44, 2313）。与之相比，该研究使用6.8 mmol对甲苯亚磺酸钠2a与1-甲基吡唑重氮盐1s在标准反应条件下反应24 h，最终可生成1.43 g吡唑芳基砜化合物3s，收率达到89%。
本研究首次发现了可见光促进EDA复合物引发的磺酰化反应，用于芳基/杂芳基重氮盐和亚磺酸钠在温和的反应条件下的偶联反应。该反应的特点是条件温和、操作简单，避免使用过渡金属、配体、催化剂和氧化剂。该反应具有高原子经济性、官能团广泛的适用性以及对药物中间体和天然产物衍生物的兼容性，为未来工业生产中实现绿色、高效的砜基化反应提供了可靠的方法。
论文的通讯作者是南京农业大学理学院夏青讲师、章维华教授以及南开大学汪清民教授。南京农业大学理学院研究生梁鑫和李宇飞为该论文的共同第一作者，南京农业大学理学院研究生程兰，本科生郭建博和张沛对该工作也做出了重要贡献。该工作得到了国家自然科学基金（21907052, 32061143045）和中央高校基本科研业务费的资助。章维华课题组近年来围绕基于天然活性分子为模板的新农药创制研究，新型高效的绿色化学农药的分子设计、合成、生物活性及构效关系，环境友好的绿色合成反应等方面取得了一系列成果。相关工作在J. Agric. Food Chem.、Eur. J. Med. Chem.、Green Chem.、Org. Lett.、Anal. Chem.等国际权威期刊发表。
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/GC/D1GC03239A
04
资环学院土壤微生物与有机肥团队在微生物肥料合成菌群构建方面取得重要进展
近日，资环学院土壤微生物与有机肥团队张瑞福教授课题组的最新研究成果发现，施用典型根际益生芽孢杆菌SQR9不仅可以独自促进植物生长，其代谢产物还能诱导土著“帮手”微生物—施式假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）的显著富集，并与菌株SQR9共同在植物根际形成稳定的混菌生物膜。合成菌群的代谢建模、代谢组学分析以及功能基因敲除实验证明菌株SQR9能与土著施式假单胞菌代谢互养（Cross-feeding），拓宽了双菌菌群在植物根际的生态位宽度，并且这种代谢依赖驱动两株植物益生菌的长期共存，协同增强植物益生能力。该成果以“Bacillus velezensisstimulates resident rhizospherePseudomonas stutzerifor plant health through metabolic interactions”为题刊发微生物生态学领域著名期刊《The ISME Journal》。
基于以上理论，研究人员开发了以芽孢杆菌和假单胞菌为基础的合成菌群微生物肥料产品，盆栽实验证实该产品能显著促进植物生长并协助植物耐盐，效果显著优于单菌施用。基于本研究结果申请了微生物肥料产品专利。本研究实现了从理论探索到产品开发的完整闭环，为设计更高效的生物肥料菌群产品提供了理论指导。
本研究首次发现了可见光促进EDA复合物引发的磺酰化反应，用于芳基/杂芳基重氮盐和亚磺酸钠在温和的反应条件下的偶联反应。该反应的特点是条件温和、操作简单，避免使用过渡金属、配体、催化剂和氧化剂。该反应具有高原子经济性、官能团广泛的适用性以及对药物中间体和天然产物衍生物的兼容性，为未来工业生产中实现绿色、高效的砜基化反应提供了可靠的方法。
论文的通讯作者是南京农业大学理学院夏青讲师、章维华教授以及南开大学汪清民教授。南京农业大学理学院研究生梁鑫和李宇飞为该论文的共同第一作者，南京农业大学理学院研究生程兰，本科生郭建博和张沛对该工作也做出了重要贡献。该工作得到了国家自然科学基金（21907052, 32061143045）和中央高校基本科研业务费的资助。章维华课题组近年来围绕基于天然活性分子为模板的新农药创制研究，新型高效的绿色化学农药的分子设计、合成、生物活性及构效关系，环境友好的绿色合成反应等方面取得了一系列成果。相关工作在J. Agric. Food Chem.、Eur. J. Med. Chem.、Green Chem.、Org. Lett.、Anal. Chem.等国际权威期刊发表。
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/GC/D1GC03239A
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资环学院土壤微生物与有机肥团队在微生物肥料合成菌群构建方面取得重要进展
近日，资环学院土壤微生物与有机肥团队张瑞福教授课题组的最新研究成果发现，施用典型根际益生芽孢杆菌SQR9不仅可以独自促进植物生长，其代谢产物还能诱导土著“帮手”微生物—施式假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）的显著富集，并与菌株SQR9共同在植物根际形成稳定的混菌生物膜。合成菌群的代谢建模、代谢组学分析以及功能基因敲除实验证明菌株SQR9能与土著施式假单胞菌代谢互养（Cross-feeding），拓宽了双菌菌群在植物根际的生态位宽度，并且这种代谢依赖驱动两株植物益生菌的长期共存，协同增强植物益生能力。该成果以“Bacillus velezensisstimulates resident rhizospherePseudomonas stutzerifor plant health through metabolic interactions”为题刊发微生物生态学领域著名期刊《The ISME Journal》。
基于以上理论，研究人员开发了以芽孢杆菌和假单胞菌为基础的合成菌群微生物肥料产品，盆栽实验证实该产品能显著促进植物生长并协助植物耐盐，效果显著优于单菌施用。基于本研究结果申请了微生物肥料产品专利。本研究实现了从理论探索到产品开发的完整闭环，为设计更高效的生物肥料菌群产品提供了理论指导。
本研究由国家自然科学基金、国家重点研发计划和国家留学基金委等项目的资助，我校资源与环境科学学院博士生孙新丽和徐志辉副教授为论文共同第一作者，徐志辉副教授和张瑞福教授为共同通讯作者。沈其荣教授，丹麦科技大学Ákos T. Kovács教授、Anna Dragoš副教授等均参与了该项研究。张瑞福课题组近年来围绕生物肥料功能菌株芽孢杆菌SQR9的植物益生机制，在根际定殖与成膜机制、促生物质挖掘、诱导植物系统抗性和拮抗土传病原菌机制等方面取得了一系列成果。相关工作在Cell Reports、Environmental Microbiology、Applied and Environmental Microbiology、Molecular Plant-Microbe Interactions和Journal of Proteomic Research等国际权威期刊发表。
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41396-021-01125-3。
05
动科院熊波课题组在动物卵子质量控制研究方向取得新突破
近日，我校动物科技学院熊波课题组在Science Advances上发表题为The cohesin stabilizer Sororin drives G2-M transition and spindle assembly in mammalian oocytes的研究论文，解析了染色体黏合素稳定因子Sororin通过保护细胞周期蛋白Cyclin B2免受APCCdh1降解以驱动哺乳动物卵母细胞G2-M转换和纺锤体组装的独特调控机制。
雌性哺乳动物产生成熟卵子是一个漫长、复杂且不连续的减数分裂过程。处于生发泡（germinal vesicle，GV）期的未成熟卵母细胞停滞在第一次减数分裂前期（G2期），可见明显细胞核（生发泡）。动物性成熟后，在促性腺激素的作用下，卵母细胞发生生发泡破裂（germinal vesicle breakdown，GVBD），即G2-M转换，恢复第一次减数分裂进程。随后，微管开始形成纺锤体，伴随同源染色体整齐排列在赤道板，进入第一次减数分裂中期（metaphase I, MI）；接着，卵母细胞在第一次减数分裂后期（anaphase I, AI）发生同源染色体分离，排出第一极体，再次停滞在第二次减数分裂中期（metaphase II, MⅡ），成为成熟卵子，等待受精。
该研究中，为了探索Sororin在卵母细胞减数分裂过程中的作用，研究人员首先观察了卵母细胞发育成熟的两个关键事件，G2-M转换（减数分裂恢复）和第一极体排出（减数分裂成熟）。结果显示Sororin缺失导致卵母细胞G2-M转换受损和成熟率下降。进一步检测G2-M转换相关调节分子的蛋白水平，发现细胞周期蛋白Cyclin B2在Sororin缺失卵母细胞中显著减少，而表达外源Cyclin B2能挽救G2-M转换缺陷。此外，实验表明Sororin与Cyclin B2在卵母细胞中存在相互作用，提示Cyclin B2是Sororin的下游效应因子。同时，研究人员发现Sororin缺失的卵母细胞呈现出与Cyclin B2缺失相似的纺锤体形态异常，明确了Cyclin B2介导Sororin在纺锤体组装中的功能。最后，研究人员阐明了Sororin缺失引起Cyclin B2蛋白量下降的分子机制，证明Sororin可保护Cyclin B2免受E3泛素连接酶APCCdh1的降解以维持其正常蛋白水平，从而驱动卵母细胞G2-M转换和纺锤体组装，并且这一作用机制在小鼠和猪卵母细胞中是保守的。
综上所述，该研究揭示了黏合素稳定因子Sororin在减数分裂中作为哺乳动物卵母细胞G2-M转换和纺锤体组装调控因子的非经典功能，拓展了人们对染色体黏合蛋白所参与生物学过程的认知，同时也为研究人类和家畜卵母细胞减数分裂成熟障碍的发生原因提供了新的思路和理论依据。
动物科技学院博士周长银为该研究的第一作者，熊波教授为通讯作者，博士张雪、师资博士后苗义龙和博士生张玉、李誉也参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金的资助。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg9335
06
生科学院谢彦杰教授在《Trends in Plant Science》期刊发表硫化氢热点评述论文
近日，南京农业大学生命科学学院谢彦杰教授应邀在《Trends in Plant Science》期刊在线发表了题为《SnRK2.6 phosphorylation/persulfidation: where ABA and H2S signaling meet》的热点评述论文。文章对近期植物中硫化氢和蛋白质硫巯基化翻译后修饰在脱落酸信号通路中的分子机制进行了综述，并对未来研究工作提出了展望和设想。
硫化氢（H2S，hydrogen sulfide）一直以来被认为是一种有毒气体。近年来，H2S在植物体内的生理功能逐渐被揭示。H2S调控着植物生长发育和新陈代谢的诸多过程，在植物适应外界不利环境方面也起着至关重要的作用。L-半胱氨酸脱巯基酶是植物产生H2S的关键酶。H2S信号传递的方式通过S-硫巯基化修饰实现。S-巯基化修饰属于可逆的氧化还原翻译后修饰。蛋白质发生S-巯基化修饰后，半胱氨酸残基的巯基转变为硫巯基，相应的氧化还原状态和生理生化功能发生变化。H2S能提高物干旱抗性，这一过程与脱落酸（ABA，abscisic acid）有关。然而，H2S干旱胁迫反应调控的分子机制还不清楚。论文综述了近年来H2S和硫巯基化在干旱和ABA研究方面取得的突破性研究进展，主要包括：L-半胱氨酸脱巯基酶发生硫巯基化修饰和自我激活的发现，干旱响应关键蛋白SnRK2.6受S-硫巯基化修饰和磷酸化修饰的协同调控的分子机制等。
近年来，谢彦杰教授围绕H2S和硫巯基化氧化还原修饰在耐旱方面开展研究，揭示植物中H2S介导蛋白质硫巯基化蛋白调控网络：硫巯基化修饰通过DES1-RBOHD模块调节气孔运动的分子机制；硫巯基化修饰ABI4调控受ABA激活的MAPK级联途径，相关研究而成果从翻译后修饰的角度为植物ABA信号转导研究和逆境适应机制提供新思路。以上研究得到国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.08.005
https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.03.007
https://doi.org/10.1105/tpc.19.00826
https://doi.org/10.1111/jipb.13022
07
园艺学院滕年军教授团队在植物远缘杂交胚胎败育的分子机制解析方面取得系列新进展
近日，南京农业大学滕年军教授团队分别在园艺学与植物学期刊Horticulture Research和Journal of Experimental Botany上发表了题为“The transcription factor CmLEC1 positively regulates the seed-setting rate in hybridization breeding of chrysanthemum”和“A novel ERF transcription factor, CmERF12, negatively influences chrysanthemum embryo development” 的最新研究成果。两篇研究论文背靠背地解析了植物胚胎发育正调控转录因子CmLEC1和负调控转录因子CmERF12在菊花远缘杂交中胚胎败育的分子机制，并且发明了一种全新的克服植物远缘杂交生殖障碍的方法。
植物远缘杂交是杂交育种的一种方式，指不同种间、属间植物甚至亲缘关系更远的物种之间的杂交，已在农作物新品种培育方面发挥了巨大作用。然而，与近缘杂交相比，远缘杂交亲本遗传背景差异更大，更容易出现杂交生殖障碍和导致杂交失败。迄今，许多技术广泛用于克服远缘杂交生殖障碍，如特殊授粉、幼胚拯救等，但很多情况下效果并不明显。
针对植物远缘杂交中普遍存在生殖障碍现象，作者在前期研究中以菊花为材料，发现胚胎败育是其远缘杂交生殖障碍的主要形式，其中NF-YB类转录因子CmLEC1、AP2/ERF类转录因子CmERF12很可能参与了胚胎发育调控(Zhang et al. BMC Genomics, 2016,17:585)。发表在Horticulture Research上的论文对CmLEC1功能和作用机制进行了详细解析。作者发现过表达CmLEC1转基因菊花能促进杂交胚胎的正常发育，显著提高远缘杂交结实率，而amiR-CmLEC1干扰下调转基因菊花的远缘杂交结实率则显著降低。为深入研究CmLEC1正调控菊花胚胎发育的分子机制，作者通过酵母文库筛选获得CmLEC1互作蛋白CmC3H，并通过酵母双杂交、LCI、BiFC和Pull-down等实验验证了该互作，同时挖掘到CmLEC1的靶基因CmLEA，进一步研究发现CmLEC1可通过与CCCH锌指蛋白CmC3H相互作用形成复合物，进而结合CmLEA启动子的CCAAT基序促进其转录。
综上所述，该研究揭示了黏合素稳定因子Sororin在减数分裂中作为哺乳动物卵母细胞G2-M转换和纺锤体组装调控因子的非经典功能，拓展了人们对染色体黏合蛋白所参与生物学过程的认知，同时也为研究人类和家畜卵母细胞减数分裂成熟障碍的发生原因提供了新的思路和理论依据。
动物科技学院博士周长银为该研究的第一作者，熊波教授为通讯作者，博士张雪、师资博士后苗义龙和博士生张玉、李誉也参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金的资助。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg9335
06
生科学院谢彦杰教授在《Trends in Plant Science》期刊发表硫化氢热点评述论文
近日，南京农业大学生命科学学院谢彦杰教授应邀在《Trends in Plant Science》期刊在线发表了题为《SnRK2.6 phosphorylation/persulfidation: where ABA and H2S signaling meet》的热点评述论文。文章对近期植物中硫化氢和蛋白质硫巯基化翻译后修饰在脱落酸信号通路中的分子机制进行了综述，并对未来研究工作提出了展望和设想。
硫化氢（H2S，hydrogen sulfide）一直以来被认为是一种有毒气体。近年来，H2S在植物体内的生理功能逐渐被揭示。H2S调控着植物生长发育和新陈代谢的诸多过程，在植物适应外界不利环境方面也起着至关重要的作用。L-半胱氨酸脱巯基酶是植物产生H2S的关键酶。H2S信号传递的方式通过S-硫巯基化修饰实现。S-巯基化修饰属于可逆的氧化还原翻译后修饰。蛋白质发生S-巯基化修饰后，半胱氨酸残基的巯基转变为硫巯基，相应的氧化还原状态和生理生化功能发生变化。H2S能提高物干旱抗性，这一过程与脱落酸（ABA，abscisic acid）有关。然而，H2S干旱胁迫反应调控的分子机制还不清楚。论文综述了近年来H2S和硫巯基化在干旱和ABA研究方面取得的突破性研究进展，主要包括：L-半胱氨酸脱巯基酶发生硫巯基化修饰和自我激活的发现，干旱响应关键蛋白SnRK2.6受S-硫巯基化修饰和磷酸化修饰的协同调控的分子机制等。
近年来，谢彦杰教授围绕H2S和硫巯基化氧化还原修饰在耐旱方面开展研究，揭示植物中H2S介导蛋白质硫巯基化蛋白调控网络：硫巯基化修饰通过DES1-RBOHD模块调节气孔运动的分子机制；硫巯基化修饰ABI4调控受ABA激活的MAPK级联途径，相关研究而成果从翻译后修饰的角度为植物ABA信号转导研究和逆境适应机制提供新思路。以上研究得到国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.08.005
https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.03.007
https://doi.org/10.1105/tpc.19.00826
https://doi.org/10.1111/jipb.13022
07
园艺学院滕年军教授团队在植物远缘杂交胚胎败育的分子机制解析方面取得系列新进展
近日，南京农业大学滕年军教授团队分别在园艺学与植物学期刊Horticulture Research和Journal of Experimental Botany上发表了题为“The transcription factor CmLEC1 positively regulates the seed-setting rate in hybridization breeding of chrysanthemum”和“A novel ERF transcription factor, CmERF12, negatively influences chrysanthemum embryo development” 的最新研究成果。两篇研究论文背靠背地解析了植物胚胎发育正调控转录因子CmLEC1和负调控转录因子CmERF12在菊花远缘杂交中胚胎败育的分子机制，并且发明了一种全新的克服植物远缘杂交生殖障碍的方法。
植物远缘杂交是杂交育种的一种方式，指不同种间、属间植物甚至亲缘关系更远的物种之间的杂交，已在农作物新品种培育方面发挥了巨大作用。然而，与近缘杂交相比，远缘杂交亲本遗传背景差异更大，更容易出现杂交生殖障碍和导致杂交失败。迄今，许多技术广泛用于克服远缘杂交生殖障碍，如特殊授粉、幼胚拯救等，但很多情况下效果并不明显。
针对植物远缘杂交中普遍存在生殖障碍现象，作者在前期研究中以菊花为材料，发现胚胎败育是其远缘杂交生殖障碍的主要形式，其中NF-YB类转录因子CmLEC1、AP2/ERF类转录因子CmERF12很可能参与了胚胎发育调控(Zhang et al. BMC Genomics, 2016,17:585)。发表在Horticulture Research上的论文对CmLEC1功能和作用机制进行了详细解析。作者发现过表达CmLEC1转基因菊花能促进杂交胚胎的正常发育，显著提高远缘杂交结实率，而amiR-CmLEC1干扰下调转基因菊花的远缘杂交结实率则显著降低。为深入研究CmLEC1正调控菊花胚胎发育的分子机制，作者通过酵母文库筛选获得CmLEC1互作蛋白CmC3H，并通过酵母双杂交、LCI、BiFC和Pull-down等实验验证了该互作，同时挖掘到CmLEC1的靶基因CmLEA，进一步研究发现CmLEC1可通过与CCCH锌指蛋白CmC3H相互作用形成复合物，进而结合CmLEA启动子的CCAAT基序促进其转录。
发表在Journal of Experimental Botany上的论文对CmERF12功能和作用机制进行了详细解析。作者研究发现CmERF12在菊花杂交得到的败育胚胎中特异高表达，其蛋白是一个包含EAR基序的AP2/ERF家族转录抑制子。在拟南芥中异源过表达CmERF12显著降低其结实率，而在菊花中下调CmERF12的表达，菊花的杂交结实率则显著提高。为深入研究CmERF12负调控胚胎发育的分子机制，作者通过酵母文库筛选获得CmERF12互作蛋白CmSUF4，酵母双杂交结果表明CmERF12与CmSUF4互作区为CmSUF4蛋白165–248 aa，同时LCI和BiFC实验进一步证实了该互作。进一步的研究发现CmSUF4可以直接结合胚胎发育相关基因CmEC1的启动子激活其表达，而CmERF12-CmSUF4的相互作用显著降低了CmSUF4激活其靶基因CmEC1的能力，进而间接影响胚胎发育。
两篇论文从正反两方面解析了CmLEC1 和CmERF12调控胚胎发育的分子机制，丰富了植物转录因子调控胚胎发育的理论知识。更为重要的是，研究中采用基因工程技术对调控胚胎发育的单个关键基因进行操作，就可提高远缘杂交结实率，这为克服其它农作物远缘杂交生殖障碍提供了一种全新的方法和思路，具有重要的应用前景。
发表在Horticulture Research论文的第一作者是博士生徐素娟，青年教师吴泽博士和研究生侯慧中、赵静雅、张凤姣、滕人达、丁利平参与了研究。发表在Journal of Experimental Botany论文的共同第一作者为研究生徐素娟、侯慧中和吴泽博士，赵静雅、张凤姣、滕人达参与了研究。滕年军教授为两篇论文的通讯作者，陈发棣教授参与了项目的指导。本研究由我校独立完成，得到了国家自然科学基金和教育部新世纪优秀人才项目资助。
滕年军教授团队研究方向为花卉生殖发育与逆境生物学，目前主要从事百合花粉发育和逆境生理、百合育种与产业化等方面的研究与应用工作。近年来，团队还在Plant Physiology、Environmental and Experimental Botany、Plant Cell and Physiology等期刊上发表多篇相关研究论文，建有1个100多亩的百合资源保存、研究与产业化示范基地和“江苏省省级作物种质圃（百合）”。
文章链接：
(1) https://doi.org/10.1038/s41438-021-00625-9
(2) https://doi.org/10.1093/jxb/erab398
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农学院多倍体团队揭示玉米自交衰退的表观遗传调控机制
玉米是异花授粉植物，杂交育种产生典型的生长和产量优势，而自交（授粉）导致严重的衰退现象。虽然玉米杂种优势在农业生产中广泛利用，但是自交衰退的机理很不清楚。近日，南京农业大学多倍体杂种优势研究团队在Science Advances上发表了题为“An epigenetic basis of inbreeding depression in maize”的研究论文，揭示了玉米自交衰退的表观遗传调控机制。
1876年，Darwin首次提出了自交衰退现象。与杂种优势相反，自交衰退是指连续多代自交引起生长势、繁殖能力和产量下降的一种现象，在自然界中普遍存在。比如，动物间近亲繁殖会产生疾病。目前解释自交衰退的遗传假说认为，自交纯合性的增加会引起隐性有害基因的暴露和超显性位点的丢失，从而引起自交衰退。然而很多现象与该假说不符，例如，连续自交10代遗传上基本纯合的玉米系，继续自交仍然会引起产量持续降低，而杂交可以恢复部分优势。这些研究表明遗传学理论无法完全解释自交衰退。自花授粉拟南芥自交衰退不明显，然而其甲基化相关基因的突变体在自交过程中表现出明显的表型衰退。研究发现动、植物的自交或近亲繁殖会引起DNA甲基化增加。有趣的是，利用甲基化转移酶抑制剂5-氮杂胞苷（5-aza-2’-deoxycytidine）处理自交衰退的蓝盆花会消除其部分衰退现象。这表明DNA甲基化在自交衰退过程中可能扮演了极其重要的角色，尤其在缺少遗传多样性的群体中。
图1 玉米自交衰退过程中CHH甲基化显著增加
该研究通过比较玉米不同世代自交群体在第7-第11代（S7-S11）之间，以及自交群体S11与随机交配群体M11之间的生长势和DNA甲基化变化，发现自交衰退过程中伴随着基因上下游CHH甲基化的升高（图1）。而自交引起的DNA甲基化增加的区域富集Teosinte branched 1/Cycloidea/Proliferating（TCP）结合位点TBS和调控染色可及性的元件。相应的，自交衰退过程中这些DNA甲基化升高的区域表现出染色质可及性的降低，以及两个抑制性组蛋白修饰H3K27me2和H3K27me3水平的增加。TCP调控的线粒体、叶绿体和核糖体功能相关基因在DNA甲基化增加的基因中显著富集，并且这些基因的表达随着DNA甲基化升高而降低。有趣的是，随机杂交能够逆转这些自交诱导的高甲基化和TCP调控基因表达的下降，从而恢复生长势。随后，作者利用凝胶阻滞分析（EMSA）、DNA亲和纯化定量（DAP-qPCR）以及基于CMV-VIGS载体的病毒侵染实验，证明了玉米自交诱导的启动子区域的高甲基化会影响ZmTCP蛋白的结合，影响其下游基因的表达，从而表现出生长势的降低（图2）。
图2 TBS位点的高甲基化介导玉米自交衰退综上所述，该研究通过多组学联合分析和分子生化实验揭示了DNA甲基化介导玉米自交衰退的分子机制，为自交衰退的表观遗传调控研究提供了新观点。南京农业大学农学院博士研究生韩同文，博士毕业生王方（现山东农业大学副教授）为文章的第一作者，德克萨斯大学奥斯汀分校教授Z. Jeffrey Chen为通讯作者，南京农业大学宋庆鑫教授、叶文雪博士，山东农科院玉米所汪黎明研究员、刘铁山副研究员为共同作者。
论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/35/eabg5442
