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献礼国庆,中国植物科学家连发研究功效,事关若何提高水稻产量

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克日,Cell及Science主刊划分揭晓中国学者在植物科学领域取得的重大突破性功效,划分为

(一)何祖华研究团队在国际顶尖学术期刊《Cell》在线揭晓题为“Ca2 Sensor-Mediated ROS Scavenging Suppresses Rice Immunity and Is Exploited by a Fungal Effector”的研究论文。这是该研究团队继2017年在《科学》(Science)揭晓水稻广谱抗病新机制后的又一重大希望。研究展现了水稻钙离子新感受子ROD1细腻调控水稻免疫,降低水稻因广谱抗病而引发的生计价值,平衡水稻抗病性与生殖生长和产量性状的分子机制

(二)河南大学作物逆境顺应与改良国家重点实验室王学路团队在《Science》上揭晓了题为“Light-induced mobile factors from shoots regulate rhizobium-triggered soybean root nodulation”的研究论文,展现了大豆中受光诱导表达的GmFTs(FLOWERING LOCUS T)和GmSTF3/4(orthologs of LONG HYPOCOTYL 5)从地上移动到地下,在根中被根瘤菌激活的共生信号要害组分CCaMK磷酸化激活,诱导根瘤形成的机制。

两篇文章详细解读如下:

何祖华团队研究功效:

研究发现ROD1作为一个新的植物免疫抑制中枢,通过降解具有免疫活性的超氧分子(ROS),从而抑制植物的防卫反映。因此,在没有病原菌侵染时,植物的基础免疫维持在较低水平,有利于水稻生殖生长,进而提高产量。但当病原菌侵染时,植物进化出了伶俐的免疫引发新途径:通过降解ROD1削弱其功效,从而保证植物在抵御病原菌时能发生有用的防卫反映,不至于迅速发病枯死,并能滋生后裔。

ROD1招募过氧化氢酶CatB到细胞质膜周围祛除活性氧

另一方面,病原菌和植物耐久处于“军备竞赛”的协同进化历程中。研究发现水稻稻瘟病菌会进化出模拟ROD1结构的毒性卵白,在植物体内盗用ROD1的免疫抑制途径,实现侵染的目的。由于植物无法逃避病原菌的侵染,因此进化出了与病原菌配合生计的战略:通过适当削弱植物的抗病能力,来保证其生长滋生,延续后裔,让植物抗病性与滋生力维持相对平衡的水平。这就是植物伶俐的生计之道。

稻瘟病菌效应卵白AvrPiz-t模拟ROD1的结构及功效

以往相关研究聚焦在钙离子信号若何激活植物免疫的问题,但该功效展现了一条以钙离子受体ROD1为焦点的免疫抑制新通路,以及植物与病原菌行使卵白质结构模拟介导的协同进化机制,为植物免疫领域研究提供主要的新启示。该研究首次说明作物能够选择与天气或种植条件相顺应的免疫战略,让植物抗病能力与生长发育即环境顺应性到达最佳平衡。该研究组进一步挖掘ROD1的育种应用价值,通过对3000多种差异水稻品种的基因序列剖析,发现ROD1单个氨基酸的改变可以影响其抗性和地理漫衍,说明作物抗病性受地域起源的选择,厚实了作物驯化的理论基础。此外,研究还发现ROD1的功效在禾谷类作物中是守旧的,从而提出了可以通过编辑或操作这类新的感病基因实现广谱抗病的新战略,对培育高产高抗的作物品种具有主要的指导意义和应用潜力。

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ROD1自然变异的地理漫衍

ROD1介导的免疫反映作用模子

中科院分子植物卓越中央高明君、何洋、尹昕钟祥斌为配合第一作者,何祖华研究员、杨卫兵研究员和钟祥斌博士为配合通讯作者。美国俄亥俄州立大学王国梁教授、法国农业国际互助研究生长中央Didier Tharreau教授、中国农业科学院作物科学研究所徐建龙研究员以及华南农业大学张桂权教授等介入了本项事情的研究。本研究也获得了韩斌研究员和黄学辉教授在基因组序列对照和进化剖析上给予的鼎力辅助。本课题受到国家自然科学基金、中科院先导专项、科技部重点专项等的资助。

论文链接:

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01056-4

王学路团队研究功效:

该研究首先设计了一系列精巧的实验,证实光合产物和光信号在调控共生结瘤历程中的作用差异,光合产物是促进根瘤菌侵染植物所必须的,然则来自地上的光信号是促进大豆地下根瘤发育的要害因子。研究发现,大豆中受光诱导的卵白GmFTs和GmSTF3/4,从地上移动到地下,在根中相互依赖促进根瘤形成。进一步通过质谱、分子生化和遗传剖析证实,共生信号通路要害组分CCaMK被根瘤菌激活后通过磷酸化GmSTF3/4,促进GmSTF3/4和GmFTs互作。GmFTs-GmSTF3/4能够直接激活根瘤起始要害基因NIN、NF-YA1和NF-YB1的转录,从而调控根瘤形成。

综上所述,该研究展现了CCaMK-STF-FT模块整合地上光信号和地下共生固氮信号,调控根瘤形成的机制。该机制使宿主植物的根能够感知地上环境是否能可连续地为地下共生固氮提供必须能量,从而开启根部共生结瘤。该研究展现了植物地上-地下协同发育的新机制,为设计在暗处也可以共生固氮的新型植物提供了要害手艺手段,为优化生物圈碳-氮平衡提供了新思绪。

河南大学作物逆境顺应与改良国家重点实验室王学路教授和孙世勇教授为该论文的通讯作者,王学路教授团队的王涛博士为第一作者。该研究获得了国家重点研发设计、国家自然科学基金、科技部国家重大科学研究设计以及河南大学经费的支持。

论文链接:

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