南农前沿 | 近期科研成果扫描

南京农业大学

2022.01.0617:35

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原标题：南农前沿 | 近期科研成果扫描

来源:南京农业大学

农学院/前沿交叉研究院

吴玉峰教授课题组在DNA表观修饰领域取得重要进展

农学院

杨守萍教授团队在大豆质核互作雄性不育机理研究中取得重要进展

生命科学学院

章文华实验室在水稻钾转运蛋白活性调控及其在耐盐性中的作用研究中取得新进展

资源与环境科学学院

沈其荣院士团队揭示过量施氮肥影响作物和微生物肥料“亲密”互作的分子机制

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农学院/前沿交叉研究院吴玉峰教授课题组在DNA表观修饰领域取得重要进展

2022年1月3日，我校农学院/前沿交叉研究院吴玉峰教授课题组在国际著名学术期刊Genome Biology在线发表了题为“N4-acetyldeoxycytosine DNA modification marks euchromatin regions in Arabidopsis thaliana”的研究论文。该研究首次在高等植物（拟南芥、水稻、玉米）和动物（人、小鼠）基因组DNA中鉴定到胞嘧啶乙酰化修饰(N4-acetyldeoxycytosine，4acC)，并初步揭示其表观生物学功能。研究结果拓宽了表观遗传的研究领域，丰富了基因转录表达的表观调控网络。

DNA和RNA上存在多种多样的化学修饰，如5mC/m5C、6mA/m6A等。目前，在生物基因组DNA上已鉴定到至少17种化学修饰，而在RNA上鉴定到的化学修饰种类则多达170余种。其中，多种化学修饰类型在DNA和RNA上同时存在，它们对基因转录调控、细胞命运的决定、生长发育及响应环境信号等过程起到关键的调控作用。因此，发现新型核酸修饰并揭示其表观调控作用对于解释生命体系的复杂性和多样性具有重要的科学意义。

该研究分别在拟南芥和玉米中绘制了4acC修饰图谱，发现4acC修饰主要分布于拟南芥常染色质区域，在蛋白编码基因的转录起始位点(TSS)附近丰度最高，其修饰丰度与基因转录表达水平呈显著正相关。此外，相关性分析表明4acC与活性组蛋白标记（如H3K4me2/3、H3K36me3、H3K9ac等）显著共定位，但与5mC分布相互独立，它们交互作用共同参与基因转录表达调控。

该论文基于TeA与拟南芥作用靶点D1蛋白的分子互作模型，以TeA为先导物对其5位的烷基侧链进行分子修饰，设计了一系列衍生物，通过分子对接和参数分析了数十个结构修饰化合物分子，从中筛选出3个高结合能的候选化合物（图1）。进一步基于实验室建立的合成方法（专利ZL200610038765.X和ZL201810359759.7）化学合成了3个化合物（图2），并对其进行了构效关系的研究和除草活性的验证，最终获得了2个高除草活性的化合物仲戊基TeA和仲己基TeA，其除草活性是TeA的2倍以上，显示出非常好的商业化前景（图3.）。

候选育性恢复基因的确定和单倍型分析

CRISPR/Cas9基因编辑载体的

构建和基因编辑植株的突变类型

近年来，气候变化引起更加频繁的干湿交替干扰，进一步影响土壤生态系统功能和农业生产。间作绿肥作为一种古老的农业管理措施，可以有效提高茶园土壤的物理、化学和生物肥力。然而，间作绿肥对茶园土壤抵抗干湿干扰能力的影响尚未见报道。本研究以大田4年不同绿肥种植模式下（茶树单作、茶树大豆间作、茶树大豆+紫云英间作）茶园土壤为试验材料，探讨了其对土壤干湿交替干扰抵抗力的影响。研究以高通量qPCR和C、N、P养分循环相关酶活性来表征土壤微生物功能基因丰度和生态系统的多功能性。研究结果表明，与单作茶园相比，茶园间作大豆和茶园间作大豆+紫云英的多功能性抵抗力均得到显著提升。随机森林分析表明，茶园土壤多功能抵抗力的主要驱动力并不是功能基因多样性，而是功能基因丰度。结构方程模型进一步证明，茶园间作绿肥可提高土壤特性介导的C循环相关功能基因的丰度，并最终提高茶园土壤对干湿扰动的多功能抵抗力。因此，茶园间作绿肥是维持茶园多功能抵抗力的有效途径，有利于在干湿交替干扰下维持土壤养分供给能力和茶园生产。

本研究工作以南京农业大学茶树生物学实验室为第一单位。园艺学院房婉萍教授为该论文的通讯作者，王婷博士为论文第一作者，博士研究生段玉和硕士研究生刘国栋为同等贡献作者。本研究得到了国家自然科学基金（31972460，31870680），国家现代农业（茶叶）产业技术体系（CARS-19），常州市科技支撑项目（CE20212017）和江苏高校优势学科建设工程资助项目的资助。

资环学院张瑞福教授和宣伟教授课题组合作鉴定根际木霉促进植物根系发育的活性物质雪松烯并揭示其调控分子机制

木霉菌能够显著促进根系发育和植物生长、防控土传病原菌，是重要的农用微生物制剂。然而除了其分泌的植物激素，对其分泌的促进植物根系发育的其他活性物质所知很少。从事根际微生物研究的张瑞福教授课题组和从事植物根系发育研究的宣伟教授课题组合作开展交叉研究，鉴定了微生物肥料菌种木霉分泌的促进根系发育的雪松烯，并揭示了其调控植物侧根发育的分子机制，近日在Plant Cell & Environment上发表了题为“The volatile cedrene from Trichoderma guizhouense modulates Arabidopsis root development through auxin transport and signaling” 的研究论文。

该研究通过固相微萃取与气相质谱相结合的方法鉴定出木霉菌NJAU4742的挥发性物质中倍半萜类是含量最为丰富，进一步使用纯品验证显示其中的雪松烯能显著促进植物生长和根系发育。进一步使用遗传学实验，药理学实验以及使用各种标记材料证明了雪松烯通过提高植物生长素的运输，促进生长素信号响应，诱导下游GATA23的表达，进而刺激侧根的起始和长出。木霉菌分泌的雪松烯诱导植物侧根形成和主根伸长的发现为微生物代谢物的生物技术应用开辟了新的途径。鉴定根际微生物分泌的促根活性物质，有望开发为新型促根剂肥料，增强作物根系发育和养分吸收利用效率，促进农业绿色发展。

资环学院博士研究生李宇聪和师资博士后邵佳慧为论文并列第一作者，张瑞福教授和宣伟教授为论文共同通讯作者，两个课题组的其他老师和研究生也参与了该研究。本研究得到国家自然科学基金、中央基本科研业务费等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1111/pce.14230

资源与环境科学学院沈其荣院士团队揭示过量施氮肥影响作物和微生物肥料“亲密”互作的分子机制

氮肥是作物产量的重要保障，然而农业生产上过量施用氮肥会带来土壤酸化等不利影响。氮肥过量会降低豆科植物共生根瘤菌的结瘤固氮，但氮肥对于广泛存在的根际益生菌与作物互作的影响仍然未知。根际益生芽孢杆菌是微生物肥料的主要生产菌种，揭示氮肥施用对根际益生芽孢杆菌与植物互作的影响，有利于科学指导化肥和微生物肥料的配施。

近日，植物学领域著名期刊《Plant Physiology》正式刊发了沈其荣院士团队张瑞福教授课题组的最新研究成果“Nitrogen fertilization modulates the beneficial rhizosphere interactions through signaling effect of nitric oxide”。该研究以微生物肥料典型生产菌种根际益生贝莱斯芽孢杆菌SQR9为对象，发现SQR9在作物根际的定殖量受到氮肥施用量的显著影响，其中适量施用氮肥，能显著提高菌株SQR9在作物根际的定殖数量，而施氮量不足或过量施用都会导致其定殖量下降。

研究发现氮肥不同用量通过反硝化过程产生的一氧化氮（NO）气体是调控SQR9根际定殖的关键信号，表现为低浓度NO促进而高浓度NO抑制SQR9的根际定殖。进一步研究揭示了NO通过影响SQR9胞外基质γ-多聚谷氨酸的合成而调节其生物膜形成和根际定殖。适量施氮条件下强化的益生菌根际定殖可促进其植物益生功能发挥，最终提高作物的氮素利用效率。本研究阐明了氮肥施用调控有益菌根际定殖与功能发挥的信号效应与机制，可为通过合理施肥增强植物-益生菌互作和提高氮素利用效率提供理论指导。

该研究得到了国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程和江苏省自然科学基金等项目的资助。硕士生康安（已毕业）和张楠副教授为共同第一作者，张瑞福教授为通讯作者，沈其荣院士、邹建文教授等参与了该项研究。张瑞福教授课题组近年来围绕微生物肥料功能菌株芽孢杆菌SQR9的益生机理及其与植物的互作机制，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，相关工作发表在Nature Communications、Cell Reports、Microbiome等国际权威学术期刊。

论文链接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab555/6447517?searchresult=1#

来源 | 南京农业大学新闻网
编辑 | 郭嘉宁

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图2.TeA及其3种具有高结合能衍生物的化学合成路线