水稻穗发育细胞命运决定的SPL6-IRE1调控机制及内质网胁迫信号过激导致细胞衰老退化和穗“秃顶”性状产生的分子机理

中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所郭房庆研究组最新研究成果发表于Nature Plants。论文结果揭示水稻SBP-box家族转录因子SPL6抑制细胞内质网胁迫感应因子（ER-stress sensor）IRE1的转录，控制胁迫信号的输出强度；SPL6在穗发育过程中呈现顶端高水平表达样式，其功能缺失导致IRE1过度表达，造成细胞内质网胁迫信号输出失控和下游基因过激表达，导致顶端小穗细胞衰老退化和穗“秃顶”性状产生。因此，SPL6作为细胞内质网胁迫信号途径的上游调控关键因子，调节胁迫信号输出的时空强度和平衡，进而决定水稻穗发育过程中的细胞存活命运。

分子机制模型（图片来源于上海生科院植生生态所）

调控水稻高产的新机理

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所易可可研究员与国内科研结构合作，揭示了土壤磷肥状况影响水稻叶片直立性的分子机理，为设计培育高产水稻品种提供了理论基础，文章发表于《植物细胞》。土壤中的磷素易被固定而难以被作物吸收，水稻田间生产目前主要通过大量施加磷肥来克服该问题，不仅提高了农业生产成本，还增加了水质污染风险。因此，解析土壤磷素肥力状况调控水稻叶片直立性的机理，对于培育磷高效利用且耐密植水稻品种尤为重要。3种形成的一对相互抗结的调控模块能够响应土壤磷素肥力状况，影响水稻叶枕（叶柄与叶鞘的连接区域）细胞的伸长，调节叶枕大小，最终影响水稻叶片直立性。

新的水稻谷粒大小调控开关

中国科学院植物研究所宋献军研究组与中国水稻研究所庄杰云研究组合作，发现一个新的水稻谷粒大小调控开关，研究论文发表于Molecular Plant。研究发现，TGW3是谷粒大小的负向调节因子，能够通过增加颖壳细胞大小、减少细胞数目，从而使颖壳变长，谷粒变大、变重；TGW3的大粒等位基因的第三内含子核苷酸碱基发生转变，改变其mRNA的剪切方式，导致其第三和第四外显子的丢失，其编码蛋白丧失形成二聚体的功能。研究人员通过水稻种质资源序列测定分析，找到了其他两个具有长粒表型的遗传材料，其编码序列与本次发现的大粒亲本相同，显示了该基因位点的稀缺性。

油菜氮素营养生理研究

华中农业大学资源与环境学院鲁剑巍教授团队在油菜氮素营养生理方面的研究论文发表于Journal of Experimental Botany。冬油菜是我国主要油料作物，对氮素养分的需求量较大。在叶片快速生长期，水溶蛋白形态储存氮是叶片扩展过程中主要储备氮源，可以有效地协调叶片生长和光合器官建成；当叶片完全展开后，叶片光合能力的维持则主要与非蛋白形态储存氮素密切相关。适宜的储存氮素含量是协调叶片扩展和光合能力的关键，与光合氮素之间的周转则可以维持高的光合速率以及延长高光合持续时间。从叶片氮素经济学的角度来审视，储存氮素的合理配置有利于作物碳收益最大化。

蓝藻代谢与环境适应的新途径

中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所杨琛研究组利用动态代谢流量组与代谢组分析技术发现一条新的代谢途径，揭示了该途径为蓝藻适应环境所必需及其重要的进化及生态学意义，研究论文发表于Nature Chemical Biology。研究表明在氮源充足条件下鸟氨酸—氨循环促使氮同化及存储以最大速率进行，而在氮源匮乏时该循环使得细胞中的氮储存迅速分解，从而满足细胞的生长需要。因此，鸟氨酸—氨循环具有氮存储和活化的功能，对于蓝藻适应环境氮源缺乏和变化极其重要。与动物体内的鸟氨酸—尿素循环相比，鸟氨酸—氨循环更为古老，它的存在提示不同物种为适应其生存环境可能进化出各种鸟氨酸循环。

新的氮代谢途径——鸟氨酸—氨循环（图片来源于上海生科院植生生态所）

糖信号调控植物生长发育的新机制

中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组与汪迎春研究员，安徽农业大学程备久教授，中国科学院植物所郑雷英副研究员合作，揭示了油菜素内酯受体BRI1和BAK1介导的糖信号转导的新机制，研究论文发表于Nature Communications。研究结果表明BRI1和BAK1的功能缺失突变体表现出对糖反应不敏感的表型，BRI1和BAK1之间的蛋白互作和磷酸化水平受到糖浓度调控，而且BRI1和BAK1蛋白在细胞膜上的定位也受糖浓度所调控。进一步研究发现，BRI1和BAK1与G蛋白作用在同一遗传途径中参与糖信号的调控。BRI1和BAK1对G蛋白的磷酸化影响了GPA1和AGB1/AGGs的解离，从而调控了植物生长发育。

植物繁育系统进化研究

中国科学院华南植物园系统发育与繁殖生物学研究组完成了对茜草科玉叶金花属植物半数以上种类的性系统和大部分物种的生活型研究；通过全面的采样（70%），基于8个叶绿体基因进行了系统发育关系重建以及性状相关性分析；在此基础上探讨了各种性系统、生活型对于物种分化速率的影响，研究论文发表于Molecular Phylogenetics and Evolution。二型花柱是玉叶金花属的原始的繁育系统类型；二型花柱进化到雌雄异株、单型短柱花、单型长柱花；雌雄异株4次独立从二型花柱起源，并两次逆转到两性同型花；雌雄异株和攀援木本是显著相关的，然而仅雌雄异株与快速分化的物种分化率相关，攀援木本对物种分化率没明显影响。

棉花黄萎病致病机制研究

中国科学院微生物研究所孔照胜课题组与石河子大学教授孙杰课题组合作揭示了V型肌球蛋白Myosin5介导的分泌装置在大丽轮枝菌与棉花互作中的重要作用，研究论文发表于Molecular Environmental Microbiology。棉花黄萎病是一种土壤传播的维管束病害，严重影响棉花的产量和品质。研究发现Myosin5在大丽轮枝菌菌丝生长过程中定位在菌丝顶端和细胞分隔处，通过介导囊泡运输调控分生孢子的发育和菌丝的极性生长过程。分泌蛋白组数据证实敲除突变体菌株分泌能力有缺陷，显示Myosin5作为分泌装置的重要组分，调节大丽轮枝菌致病相关因子的分泌，在大丽轮枝菌与宿主植物的互作过程中发挥重要作用。