生物技术前沿一周纵览（2017年8月11日）

生物技术前沿一周纵览（2017年8月11日）

低光下光能利用效率是控制水稻生物量的重要因子

改善冠层光合效率是提高作物产量的重要途径。冠层光合效率由三方面决定，包括叶面积指数、冠层形态结构和叶片光合特征。研究利用基因组遗传力（SNP-based Heritability）结合2.3M全基因组覆盖的SNP变异信息，证明低光光合效率（Alow）具有高度遗传性；进一步为量化低光光合效率与生物量的关系，本研究结合线性回归模型（LRMs）和逐步特征选择（Feature selection）方法，发现Alow在不同地点和组合的数据集中均表现出与生物量有高度相关性。同时，在11个当代商业化水稻品种中，Alow表现出很大变异，说明在人工驯化过程中，Alow未受到强烈选择。该项研究首次揭示了叶片低光光合效率与生物产量的关系，这对未来提高水稻产量提供了全新改造靶标。（Plant Physiology）

叶片叶肉导度的物理及分子机制研究解析或进展

叶肉导度用于表征二氧化碳从气孔下腔进入到叶绿体直至被Rubisco固定这一路径的阻力，是限制叶片叶绿体中二氧化碳浓度，进而影响叶片光合速率的重要生理参数。叶肉导度是继气孔导度、光合作用生化限制之后的第三大限制光合效率的重要因素。研究通过建立水稻叶片结构的三维重建，精确模拟了光和CO2在叶片内部的物理传播和生化反应过程。研究发现，叶肉导度受四个因素控制：叶片内部光合特性的异质性、呼吸及光呼吸速率、叶绿体被膜对碳酸氢根的通透性、细胞质及叶绿体基质中的碳酸酐酶催化的CO2水化反应。该工作除了发展了精细的三维反应扩散模型之外，同时还发展了叶肉导度解析模型，为开展叶肉导度的生理、生态及机理研究提供了理论工具。（Plant, Cell & Environment）

病毒可以侵染所有细胞生物包括原生动物、细菌、古细菌、无脊椎动物、脊椎动物、藻类、植物和真菌。在长期的进化历程中，它们的形态特征受到环境和寄主影响，而呈现各种形态，包括球状、杆状、线状等，有些病毒为裸露状态。刺盘孢（Colletotrichum camelliae）是侵染果树、茶等园艺作物的重要病原菌，研究人员从刺盘孢内发现了一个新的双链RNA（dsRNA）病毒，命名为Colletotrichum camelliae filamentous virus 1 (CcFV-1)，其具有8条dsRNA基因组（该病毒是国际首例具有8条基因组片段的病毒），长度范围在990～2444 bp。CcFV-1裸露的基因组RNA具有侵染性，是迄今为止国际上报道的第二例具有此特性的dsRNA病毒。CcFV-1形成特别长的丝状病毒颗粒，长度最长达4661.6 nm，比目前报道的最长线形病毒（3500 nm)还有长1161.6 nm。（Nature Communications）

学家发现水稻高产关键基因

上世纪７０年代，日本科学家提出水稻理想株型的理论，９０年代国际水稻研究所的科学家在实践中得以应用和发展，并培育了一些株型与产量方面具有突破性提升的水稻新品系。研究人员利用国际水稻研究所培育的理想株型新品系与中国水稻品种春江０６杂交后，根据其后代的遗传信息，成功分离并克隆了一个关键基因ＮＰＴ１，ＮＰＴ１能够调控水稻理想株型并有潜力增加其产量，将这一个基因和其他等位基因ＤＥＰ１聚合导入中国现有高产水稻品种后，在现有产量基础上还能进一步提高水稻的产量。（Cell Res）

科学家描述最早的花朵样子

近一个半世纪以来，开花植物的起源及其对全世界栖息地的快速征服一直是个谜。研究人员分析了几乎每种开花植物的解剖学证据，以确认它们最原始的特征。将获得的结果同来自分子分析的日期进行了校准，构建了进化树，并且对花朵进化的最早期阶段进行了建模。他们发现，最早的花朵可能拥有11个或者更多被片和雄蕊，并且通常分为3组，同时携带着雄性和雌性繁殖结构。和任何现存的花朵不同，它以一种独特的方式被排列起来。第一朵花有多大目前尚不明确，它的直径可能只有1厘米，或者不到1厘米。（Nature）

长期施用粪肥土壤中的抗生素抗性基因研究获进展

抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs）可以在土壤、水体及空气等不同环境介质中持久残留、传播和扩散，并通过食物链进入人体。研究人员利用定量PCR技术和现代分子生态学分析方法比较了猪粪、牛粪和秸秆连续还田30年对土壤ARGs的影响及其潜在因素。研究发现长期施用猪粪土壤中可检出25种ARGs，其中7种ARGs的丰度显著高于化肥处理。I型整合酶基因（intI1）常参与ARGs的水平转移，可表征人为污染的程度，在长期施用猪粪土壤中intI1丰度显著增加，并与受猪粪影响的ARGs丰度高度正相关。而长期施用牛粪和秸秆均未对土壤ARGs以及intI1造成实质性的影响。此外，施用粪肥土壤中Cu、Zn和Pb等重金属浓度也显著增加，与土壤ARGs以及intI1丰度显著正相关。利用分子生态网络分析进一步发现Firmicutes, Gammaproteobacteria 和Bacteroidetes可能是ARGs 的宿主细菌类群。以上结果表明，长期施用粪肥确会对土壤造成ARGs污染，尤其是猪粪；因此，有必要加强对猪粪的合理施用研究，以降低其生态风险。（Journal of Hazardous Materials）

细胞核内Net1调控TGF-β信号转导机制

Nodal是TGF-β超家族成员之一，在脊椎动物胚胎中内胚层诱导、神经图式形成、原肠运动、内脏器官左右不对称等发育过程中具有广泛而重要的作用。研究人员在原肠期斑马鱼胚胎中系统鉴定了Nodal/Smad2信号的靶基因，其中包括鸟核苷酸交换因子Net1（J Biol Chem. 2011）。Net1蛋白主要位于细胞核，少量位于细胞质，在多种肿瘤细胞中高表达，通过激活小G蛋白RhoA促进肿瘤细胞侵袭和转移。TGF-β/Nodal靶基因可以反馈调控信号通路。例如TGF-β信号通路激活2小时，可以显著增加SnoN的转录；另一方面，SnoN可以抑制Smad2及Smad3的磷酸化及Smad复合体与DNA结合，是TGF-β信号通路的抑制因子。因此，作为TGF-β/Nodal信号通路的靶基因，Net1可能参与了TGF-β信号通路的调控。研究发现，在胚胎及哺乳动物细胞中敲低net1后，抑制了TGF-β/Nodal信号活性，致使中内胚层及其衍生器官的形成产生严重缺陷。进一步的研究表明，与Net1鸟核苷酸交换因子活性无关，定位于细胞核内的Net1通过与Smad2结合，增强Smad2招募组蛋白乙酰化酶p300的能力，促进胚胎中内胚层的形成。因此，在脊椎动物早期胚胎发育过程中，Net1分别作为鸟核苷酸交换因子和适配体蛋白，整合了Wnt/β-catenin和Nodal/Smad2两种极为重要的信号通路，在体轴建立和中内胚层形成过程中扮演了关键的角色。鉴于TGF-β、Wnt及Net1在肿瘤细胞增殖、侵袭和转移中的重要作用，这项研究结果还为了解相关肿瘤发生发展机制及肿瘤诊治方面开拓了新的思路。（Journal of Cell Science）