植物科学文献每周速报 2020年4月27日

白皮书 : 向植物生物学研究生普及心理健康文化

研究生学习是一段充满挑战的经历，这其中充满了不确定性和压力。Dewa 等人通过对一年级的研究生开展一门有学分的必修课来解决这一问题，该课程题为“成为一个成功专业人士的方法以及如何加强你的健康状况和工作环境”。这个为期五周的课程包括了针对情绪和存在问题的讨论，同时还包括对一些提供方法的科学文献进行评估。将该课程设为必修且提供学分可以让研究生们感受到其研究生项目对其心理健康的重视。作者还强调，除了为研究生提供机会去正视他们自己的心理健康，该课程同样为研究生提供了有力的工具，他们可以在助教工作中与本科生分享这些方法和工具。（原文发表于Plant Direct 10.1002/pld3.211; 本文由 Mary Williams 总结，Weijia Su 翻译）

观点：什么是重复？

这是一篇非常有趣的文章，也值得与学生分享。Nosek and Errington 认为，人们通常将重复理解为重复相同的研究并观察到同样的结果，而这个定义并不准确。他们认为“重复”应该有更广的定义：重复应当可以支持实验的发现，而不依赖于使用的方法。作者们认为，成功的重复应当证明实验发现是可以被归纳的，而不成功的实验则是证明之前的结果是有条件限制的。换句话说，“与结论一致的实验结果可以加强结论的可信度，而与结论不一致的实验结果会降低其可信度”。作者认为，好的重复实验应当去除那些令作者，期刊和资助者勉强为之的因素。这是一篇发人深省的文章，其中还包含了一个有趣的关于夏季和冬季青蛙的故事。（原文发表于PLOS Biol. 10.1371/journal.pbio.3000691；本文由 Mary Williams总结，Weijia Su 翻译）

综述：色稻（pigmented rice）的营养价值及其遗传基础

色稻品种是指在谷粒外层的麸皮中具有色素沉积的稻米。这些稻米的颜色有棕色到红色（原花青素），或紫色到黑色（花青素）。在驯化过程中，由于色素沉积相关基因与控制种子落粒（shattering）和休眠的基因具有遗传连锁（genetic linkage），所以人类有意地对淘汰该性状。然而，在一些传统的稻米消费人群的认知中，色稻具有大量有益健康的特性，如消炎、抗糖尿病、抗高脂血脂、抗关节炎、抗癌和利尿等，一些现代科学研究也证实了这种观点。Mbanjo等人总结了色稻的营养和健康益处。他们讨论了这些益处背后的植物化学成分及其产生的遗传因素和机制，并列举了这些机制是如何被发现的。最后，他们讨论了培育色稻品种以满足日益增长的消费需求。（原文发表于Frontiers in Genetics 10.3389/fgene.2020.00229；本文由Hari Gowthem G总结，Jialu Wei翻译）

玉米和拟南芥的基因组-表型组的广泛关联发现了共同的分子和进化特征

全基因组关联研究（GWAS）被广泛用于将自然遗传差异与性状差异联系在一起，对单一或少数相关性状进行分析。高通量表型研究允许在几个时间点上对数百个个体的不同性状进行收集。数量遗传学研究的一个不可否认的结果是建立了庞大而复杂的数据集，这些数据集可以包含一个群体的众多性状的信息。在此，Liang等人在玉米和拟南芥上进行了全基因组-表型组关联研究 (GPWAS)。传统的GWAS只考虑相关的性状，而这种新颖的GPWAS方法将基因标记与多个相关和不相关的性状同时联系起来。作者发现，使用这种 "多性状和多SNP框架 "鉴定的基因，与注释的基因模型或传统GWAS结果相比，更类似于使用正向遗传学方法鉴定的基因。与那些已经经过功能缺失表型验证的类似，GPWAS识别的玉米基因在分子、群体和进化水平上分别有着较高的表达水平、同义保守性和更强的纯化选择，在拟南芥中的观察结果也与此相似。有趣的是，通过GWAS获得的与个体表型差异相关联的基因介于注释的基因模型和GPWAS/经典突变体之间。这可能表明，GPWAS更容易检测到多功能基因，而传统的GWAS更适合于识别控制较少量表型的基因位点。尽管如此，GPWAS代表了一种利用如玉米、水稻和拟南芥等模型生物的大量可用数据的有趣方法。（原文发表于Mol. Plant；10.1016/j.molp.2020.03.003；Caroline Dowling总结，Huyu Liu翻译）

WUSCHEL 结合的结构基础

转录因子WUSCHEL(WUS)在茎的分生组织调控中起着核心作用。WUS中三螺旋束的同源域（homeodomain）能与多个不同的位于靶基因启动子中的DNA序列模体（motif）相结合，但是我们对于这些结合事件缺乏结构方面的了解。Sloan等人解析了WUS-同源域（WUS-HD）与不同DNA探针结合时的结构，其中包括："TAAT"序列；串联 "TGAA "重复序列，以及来自WUS调控基因中的G-box序列。总的来说，WUS-HD 与DNA相互作用具有典型的同源域与DNA相互作用的特点，即起识别作用的螺旋中的保守残基插入到DNA的大沟中。但作者也发现在非保守的，具有WUS家族特异性的残基在WUS和DNA的接触中起到了重要的作用。与其他同源域的转录因子不同的是，通常情况下WUS都是以二聚体的形式与靶点进行结合。同时作者也提供了一些其他结构方面的证据，包括通过DNA介导的WUS-WUS相互作用的合作结合；DNA螺旋形状的倾向性；以及与不同的DNA序列的结合亲和性的顺序及其原因，其中“TGAATGAA”重复序列是亲和力最高的靶点，其次是G-box和TAAT序列。将这一研究结果与全基因组ChiP-seq数据进行比较发现，在体外获得的相对结合亲和力的结论得到了细胞内数据的支持。这篇文章的结果为进一步探索依赖WUS转录的复杂调控网络提供了合理的研究基础。(原文发表于bioRxiv 10.1101/2020.03.26.009761v2; 本文由Frej Tulin总结，Xiang Li 翻译)

去泛素化酶UBP12、13拮抗E3连接酶BIG BROTHER和DA2

翻译后修饰（如泛素化和去泛素化）对于维持蛋白质稳态进而对植物生长至关重要。DA1和DA1相关蛋白1，2（DAR1，DAR2）是潜在的肽酶，它们被E3连接酶BIG BROTHER（BB）和DA2泛素化后激活。在本文中，Vanhaeren等鉴定出的泛素结合蛋白12、13（UBP12、13）是DA1，DAR1和DAR2在体外和体内的互作蛋白。UBP12、13的过表达减少了莲座丛和叶片的大小，这是由于细胞分化和内复制的延迟导致细胞大小的减少。当两个UBP12、13都被下调时，也观察到叶片尺寸减小。体外和体内实验表明，UBP12、13相互作用且去泛素化DA1，DAR1，DAR2，使活性肽酶失活。研究表明，UBP12、13和DA1，DAR1，DAR2在整个叶片发育过程中共表达和共定位。此外，与DA1靶定BB，DA2，UBP15相反，UB1 12和13不受DA1靶定作用。因此，UBP12、13在调节植物生长中作用于DA1，DAR1，DAR2的上游。（原文发表于 eLIFE 10.7554/eLife.52276；本文由 Vijaya Batthula总结，Yawei Li翻译）

新发现的miRNA可能有助于甘蔗根中的通气组织形成

甘蔗是制糖和制乙醇的主要农作物之一，已经成功地用于蔗糖发酵生产第一代乙醇，但通过细胞壁解聚生产第二代乙醇仍然受到限制。甘蔗根中的通气组织形成是通过消化细胞壁而发生的，但对它的调控过程仍不清楚。在本文中，Traves等人通过鉴定甘蔗中的39个miRNA，发现在通气组织形成过程中潜在的表观遗传控制。对这些miRNA的假定转录靶定的基因本体富集分析表明，有2.3％和3.5％的指定靶分别富集于细胞壁组织和碳水化合物代谢。考虑到与通气组织形成有关的各种模块，确定的miRNA目标似乎与激素感知，细胞分离和半纤维素水解模块有关。对13种可能参与乙烯感知和信号传导的miRNA的鉴定支持了之前关于乙烯在通气组织形成过程中作用的发现。对鉴定出的miRNA的进一步研究应能够提供对细胞壁降解和细胞壁聚合物水解的更深入了解，并有助于制造生物燃料。（原文发表于 Plant Direct 10.1002/pld3.204；本文由Sunita Pathak总结，Yawei Li翻译）

芦笋（asparagus）性染色体的进化

在开花植物中，雌雄异株，即雌花与雄花分别生长在不同的株体，已从雌雄同体的祖先开始发生了多次独立进化。一个长期以来的理论指出，当两个紧密连锁的基因发生突变，对雄性和雌性发育产生拮抗作用时，雌雄异株植物中专化的X和Y染色体便发生演化。在这篇文章中，Harkess等人利用芦笋(Asparagus officinalis)对这种性染色体进化的双基因模型提供了功能上的证据。在芦笋中，X染色体和Y染色体在细胞学上是同态（cytologically homomorphic）的，但Y染色体中含有一个~1 Mb的、半对称的性别决定区。此前的研究显示，该性别决定区包含了雌性功能抑制因子（SUPPRESSOR OF FEMALE FUNCTION，SOFF1）基因，该基因主要阻断雌蕊发育。在该结论的基础上，本篇文章研究者通过证明花药发育中密切相关的DEFECTIVE IN TAPETAL DEVELOPMENT AND FUNCTION(TDF)在花药发育中的必需性，深化了此前的认识。TOFF1和TDF1的结合活动很好地从遗传角度解释了雌雄异株的芦笋是如何决定性别的，并对植物性染色体进化提供了新的见解。（原文发表于Plant Cell 10.1105/tpc.19.00859；本文由Frej Tuli总结，Jialu Wei翻译）

CsIVP在黄瓜中具有调控维管发育和抗霜霉病的功能

高产作物往往抗病性较弱，反之亦然，这表明植物的发育和抗病性之间存在着潜在的共同调节机制。Yan等人在黄瓜中发现了一种转录因子(CsIVP)，该因子具有调控维管发育和抗霜霉病(由卵菌纲Pseudoperonospora cubensis引起)的功能。CsIVP在维管组织中高度表达，并且在细胞核中表达。RNAi介导的CsIVP基因敲除导致植株的维管发育受损和叶脉中生长素的积累。转录组分析显示，与野生型植物相比，在CsIVP-RNAi中，几个已知的发育调节因子以及生长素相关的基因的表达发生了显著改变。实验表明，CsIVP与维管相关基因的启动子中的E-box相结合，这些维管相关的基因当中包括CsYAB5。CsYAB5的敲除模拟了CsIVP的表型，表明CsYAB5在调节维管发育中，该基因于CsIVP的下游发生作用。CsIVP-RNAi对温室病害表现出异常抗性，从而表明CsIVP在植物对病原体的反应中可能发挥作用。与野生型植物相比，CsIVP-RNAi植物对霜霉病具有特异性抗性，显示出病灶减小和分生孢子缺失的现象。与防御相关的植物激素基因也在CsIVP-RNAi中显著富集。事实上，水杨酸（SA）在CsIVP-RNAi叶中显著增加。综上所述，CsIVP分别与CsYAB5和CsNIMIN1发生相互作用从而在植物器官形态发育和抗霜霉病方面起到调控作用。(原文发表于PLOS Biol.10.1371/journal.pbio.3000671;本文由Toluwase Olukayode 总结，Xiang Li 翻译)

成为病毒靶向作用目标的生长素反应因子

生长素从多个方面调节植物生长发育，它还有助于植物的防御反应。生长素通过促进抑制剂Aux/IAA蛋白的降解，释放关键的转录因子ARFs（生长素反应因子），从而激活下游的信号转导。众所周知，病原体通过靶向作用于Aux/IAA蛋白来操纵植物的生长素信号转导来削弱植物的防御反应，但尚不清楚ARFs是否也是病原体的靶向目标。Zhang等人发现植物病毒以多种方式靶向作用于一种水稻的ARF蛋白OsARF17。他们表明，多种病毒的蛋白质，包括ssRNA病毒、dsRNA病毒和负链sRNA病毒，都能与OsARF17的不同结构域相互作用，并干扰其转录或DNA结合活性。利用OsARF17过表达或敲除的植物进行分析，发现OsARF17是植物防御这些不同类型的植物病毒的阳性调节剂。这项研究揭示了OsARF17在防御各种植物病毒的过程中发挥着重要作用，并表明不同的病毒病原体已经独立地演化出了，通过靶向作用于OsARF17这一生长素信号转导关键成分来促进感染的策略。（原文发表于Proc. Natl. Acad. Sci. USA 10.1073/pnas.1918254117；Tatsuya Nobori总结，Huyu Liu翻译）

倍性 (ploidy) 影响多年生草本植物的种子、休眠期和幼苗特性，使其在恶劣的气候条件下具有优势

多倍性（即拥有两套以上的染色体）和种子性状都会影响植物的适应性。然而，这两个因素之间的相互作用尚未得到充分的研究。在此，Stevens等人测试了多倍体和种子发育环境对 1)种子活力和质量；2)种子休眠；3)干旱条件下的种子发芽；4)幼苗生长的影响。为了实现这一目标，他们使用了黄背草 (Themeda triandra)，一种产于澳洲的C4禾本科植物，并选取了来自于三个不同地区的二倍体和四倍体的种子，并将其暴露在周围环境或实验控制的的高温条件下。尽管来源地和高温处理对种子性状有不同的影响，但作者发现四倍体种子的质量、成活率和休眠期一般都较高。另外，四倍体植物的幼苗较大，生长较快。然而，四倍体种子在较为严格的条件下发芽。这些结果表明，多倍体植物通过种子休眠和更严格的发芽要求来限制在不适合的条件下发芽，从而使多倍体植物对干旱有更好的适应性。（原文发表于Plant Biol. 10.1111/plb.13094；本文由 Carlos A. Ordóez-Parra总结，Zihao Zheng翻译）

林草植物 (forest herb) 性状对环境变化的个体反应

功能性状已显示出其改善种间植物对环境因素反应的预测能力，但大多数基于性状的研究还没有涉及到种内性状变异(ITV)在性状-环境关系中的作用。气候变化压力和土地利用历史可能会直接或间接改变ITV，这取决于个体的表型可塑性水平。Blondeel等人使用因子操纵实验(factorial manipulative experiment)，测试了15种不同植物物种的平均植物高度和平均比叶面积（SLA）在欧洲温带森林中的平均植物高度和平均比叶面积（SLA）随着气候变暖、荧光光照增加和氮气增加而发生的变化。这些植物具有多样性，包括不同程度的森林（树荫）适应性和定殖 (colonization) 能力，所处土壤有不同的农业使用历史。ITV对处理的反应是多变的，而且取决于物种，但确实展现出了一些模式。这项研究发现，由于光照增加、气候变暖和农业用地的使用，物种内的平均植株高度增加，主要是由于植被覆盖率的提高。在处理过程中，速生植物的平均植物高度增加最多。这些结果突出了气候变化和土地利用历史的间接影响的潜在重要性，即竞争的增加和向快速生长和定殖物种的转变。令人惊讶的是，不同处理方法对ITV没有交互作用，平均SLA经历了物种依赖性的双向变化，几乎没有出现强烈的应对处理的模式。（原文发表于Plant Biology 10.1111/plb.13103；本文由Sienna Wessel总结，Zihao Zheng翻译）

来源：ASPB公众号（ID: aspb）。The American Society of Plant Biologists (ASPB) supports the global plant science community through its journals, its conferences, and its networking and professional development activities.欢迎关注！