作為科(ke)技(ji)型企業(ye)，澤泉科(ke)技(ji)一直洞悉科(ke)研(yan)脈搏，走(zou)在行業(ye)前沿(yan)，想知(zhi)道業(ye)內有哪些(xie)研(yan)究成(cheng)果，您可以在科(ke)研(yan)動(dong)態版(ban)塊(kuai)一窺究竟。近期的科(ke)研(yan)動(dong)態包括(kuo)植物有效(xiao)利用光能的機理、復粒稻多(duo)粒簇(cu)生形成(cheng)的機制(zhi)、花粉活力分析儀在葫蘆科(ke)作物中的應用、棉花耐(nai)受重(zhong)金(jin)屬(shu)鎘的分子(zi)調控機制(zhi)、大西(xi)洋南(nan)部海(hai)域春季碳(tan)排放(fang)的主要載體、氣(qi)孔導度與光合作用等。
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在最(zui)近的研究中，科學家們通過PGR5抑(yi)制子篩選(xuan)，發現了一種獨(du)特的機制，該機制在植(zhi)物適應波動(dong)光照中發揮著(zhu)關鍵作用。PGR5（proton gradient regulation 5）是一種(zhong)在(zai)光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)(yong)中起作(zuo)用(yong)(yong)的蛋白質，其缺失會導(dao)致植(zhi)物在(zai)波動光(guang)照(zhao)條件(jian)下光(guang)系統I（PSI）過度敏感，從而導致植物死亡。研究(jiu)團隊(dui)通過篩選能夠恢復(fu)pgr5突變體(ti)在波動光(guang)照下(xia)生存能力的(de)抑制子突變，鑒定了一系列影響(xiang)光(guang)合作用(yong)相關蛋(dan)白的(de)突變。這些(xie)突變影響(xiang)了12個不同的光合作用(yong)相關蛋白，包(bao)括一些對PSII（光系統II）功能至(zhi)關重要的蛋白，以及對細胞色素b6f復合體組裝和功能至關重(zhong)要的(de)蛋白。這(zhe)項研究不(bu)僅為我們理解(jie)植物如何調節其光合作用(yong)來(lai)適應不(bu)斷(duan)變化的(de)光照條件提供(gong)了新(xin)(xin)的(de)見解(jie)，而且也為開發能夠更有效(xiao)利用(yong)光能的(de)作物品種提供(gong)了新(xin)(xin)的(de)策略。
缺(que)乏(fa)DEIP1/NTA1和PGR5的幼苗中Cyt b6f蛋(dan)白積累與(yu)光(guang)合作用。(A)在MS板(ban)上長時間培(pei)養4 d的WT (Col-5)、單(dan)(pgr5)和雙(shuang)(pgr5 deip1- cas# 1和pgr5 deip1- cas# 2)突變體(ti)植株。下面是假彩(cai)色圖像，根據面板底部(bu)的(de)色階(jie)顯示了(le)每條植株線的(de)Fv/Fm值(zhi)。對于每(mei)條線，顯示值(zhi)(n=3)±標準差(SD)的平均值。(B)從(cong)(A)中(zhong)的(de)幼苗中(zhong)分離(li)出(chu)等(deng)量的(de)葉片總蛋白(bai)(調整為等于新鮮(xian)重(zhong)量)，在還原條件(jian)下(xia)通過SDS-PAGE分離，轉移到PVDF膜上，并用(yong)PetA-，PetB-或petc特異性抗(kang)體進行免疫修飾。考(kao)馬斯(si)亮藍(c.b.b)染色作為(wei)上樣對照。給出(chu)了三(san)個實驗的代表性印跡，以及波(bo)段(duan)定量(n=3)相對于pgr5(100%)±SD的平均(jun)值。(C)在100 μmol m?2 s?1的光化光作用下，使用HEXAGON-IMAGING-PAM熒(ying)光成像系統對(dui)(A)中暗適應幼苗(miao)的誘導恢(hui)復曲線(xian)(如上圖白色和黑色條所示)的PSII量子產率(Y(II))和非光(guang)化學猝(cu)滅(NPQ)。顯(xian)示至少3次重復的(de)平均值±SD。
原(yuan)文： Penzler J F, Naranjo B, Walz S, et al. A pgr5 suppressor screen uncovers a distinct mechanism safeguarding the cytochrome b 6 f complex from damage through PGR5[J]. bioRxiv, 2023: 2023.11. 28.569138.
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2024年3月8日，由中國農(nong)業科學(xue)院作物科學(xue)研(yan)究所童紅寧研(yan)究員(yuan)領銜的研(yan)究團隊在Science發表(biao)了題為Enhancing rice panicle branching and grain yield through tissue-specific brassinosteroid inhibition的研究論文，破(po)譯了(le)復(fu)粒稻多粒簇生形(xing)成(cheng)的機制，發現了(le)控制簇生形(xing)成(cheng)的基(ji)因編碼(ma)植物激素(su)油菜素(su)甾醇（BR）的(de)代謝(xie)基(ji)因(yin)。解(jie)析了(le)(le)激素信號通路(lu)如何(he)以(yi)精確的(de)時空方式（即細胞(bao)和組織特異性(xing)信號傳導）作(zuo)(zuo)(zuo)用以(yi)提高水稻的(de)籽粒(li)數(shu)。此研(yan)究展示了(le)(le)從基(ji)因(yin)克隆(long)到潛(qian)在(zai)分子機(ji)制(zhi)剖析，成(cheng)功利用含(han)有有益等位(wei)基(ji)因(yin)的(de)天然水稻種質資源來培育優良水稻品系。這項(xiang)工作(zuo)(zuo)(zuo)突出了(le)(le)組織特異性(xing)激素操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)在(zai)克服各(ge)種性(xing)狀之間的(de)權衡和釋放作(zuo)(zuo)(zuo)物產量潛(qian)力方面的(de)潛(qian)力。
組織特異性BR抑制促進水稻(dao)穗分枝
原文：Xiaoxing Zhang, et al. Enhancing rice panicle branching and grain yield through tissue-specific brassinosteroid inhibition[J]. Science 383, eadk8838(2024).
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高花(hua)粉(fen)活性和(he)(he)(he)(he)足量(liang)(liang)的(de)(de)花(hua)粉(fen)是(shi)實現(xian)作(zuo)物(wu)穩定結籽(zi)率的(de)(de)關鍵，因此(ci)檢測花(hua)粉(fen)質量(liang)(liang)是(shi)具有成(cheng)本效(xiao)益的(de)(de)種子(zi)生(sheng)產中不(bu)可(ke)或缺的(de)(de)重要環節(jie)(jie)。在育種過程中全面了(le)解花(hua)粉(fen)質量(liang)(liang)并及(ji)早確(que)(que)定有效(xiao)的(de)(de)授粉(fen)株(zhu)系，不(bu)僅能(neng)簡化育種工作(zuo)，還(huan)能(neng)為后續(xu)的(de)(de)生(sheng)產研究和(he)(he)(he)(he)種子(zi)生(sheng)產節(jie)(jie)省時間(jian)和(he)(he)(he)(he)資源(yuan)成(cheng)本。與許多其他蔬菜作(zuo)物(wu)不(bu)同，葫蘆科作(zuo)物(wu)的(de)(de)雄(xiong)花(hua)只能(neng)在短時間(jian)內使用(yong)(yong)，花(hua)粉(fen)不(bu)易(yi)被分離(li)和(he)(he)(he)(he)儲存起來用(yong)(yong)于種子(zi)生(sheng)產，因此(ci)根據雌雄(xiong)比例培育出足夠(gou)數量(liang)(liang)的(de)(de)雄(xiong)花(hua)才能(neng)確(que)(que)保(bao)葫蘆科作(zuo)物(wu)的(de)(de)成(cheng)功授粉(fen)，所(suo)以(yi)對葫蘆科作(zuo)物(wu)各品系的(de)(de)花(hua)粉(fen)特性進(jin)行鑒定就顯得(de)尤為重要，了(le)解哪些授粉(fen)株(zhu)系表現(xian)最佳(jia)，不(bu)僅能(neng)減少勞動力(li)和(he)(he)(he)(he)資源(yuan)需(xu)求(qiu)，還(huan)能(neng)對雄(xiong)株(zhu)進(jin)行有效(xiao)管理(li)。應(ying)用(yong)(yong)于花(hua)粉(fen)活力(li)分析儀Ampha Z40/P20的(de)葫蘆科(ke)作物專用(yong)芯片，可以自動分析黃瓜(gua)、甜瓜(gua)和西瓜(gua)的(de)花粉(fen)活力和數(shu)量，并(bing)即時輸出分析結果，不僅能夠為(wei)農業生(sheng)產(chan)及科(ke)研決策，提(ti)供可靠的(de)數(shu)據(ju)支撐，還為(wei)花粉(fen)的(de)常規質量控制和系統篩選提(ti)供了一種省時、省力、高效(xiao)的(de)解決方案。
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近日，中國農業科學院棉花研究所李付廣研究員團(tuan)隊在Plant Biotechnology Journal上發表了以”GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1 transcriptional cascade”為題(ti)的文章(zhang)。揭示(shi)了氧化脅迫調(diao)控蛋白(bai)GhRCD1通過(guo)調控GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1轉(zhuan)錄級聯通路響應鎘脅迫的分(fen)子機制，為培育耐(nai)鎘棉(mian)花新品(pin)種和通過植物修復手段降低鎘污染(ran)提供了(le)新思路。此研究揭示了(le)GhRCD1響應(ying)鎘脅迫的調控級聯(lian)反應(ying)，即GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1分(fen)子模(mo)塊；增(zeng)加(jia)了棉(mian)花中(zhong)鎘(ge)耐受性調節機制的(de)理(li)解，為培育耐鎘(ge)棉(mian)花品種提供了優異基因和材(cai)料；拓展了棉(mian)花在治理(li)土壤重金(jin)屬污染方面(mian)的(de)應用改良方向(xiang)。
圖(tu)1 GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1調控棉花(hua)Cd2+耐受性的通路示意圖
原文(wen)：Wei, X., Geng, M., Yuan, J., et al. GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12–GhMYB44–GhHMA1 transcriptional cascade[J]. Plant Biotechnology Journal (2024).
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在整個南大洋，通(tong)常假定(ding)大型硅藻（≥20μm）是碳(tan)排放(fang)的主要載體，盡(jin)管這(zhe)一假設主要源自(zi)夏季(ji)觀察。在這(zhe)里(li)，我們(men)通過對大西洋南部海域春季(ji)浮游植(zhi)物群(qun)落組成的高分辨率表征和尺(chi)寸分級測量凈(jing)初級生產(chan)力（NPP）、氮(dan)（硝酸(suan)鹽、銨、尿素）和鐵(tie)(tie)（可溶性無機鐵(tie)(tie)、有機絡合鐵(tie)(tie)）的吸收來(lai)調查碳生產和排放潛力。在整個盆地（40°S至(zhi)56°S），NanoPlankton大小（2.7-20μm）的硅藻，Chaetoceros spp.，在(zai)生物(wu)量、NPP和硝酸(suan)鹽吸(xi)收方面占(zhan)據主(zhu)導地(di)位，我(wo)們將其歸因于它(ta)們對鐵的低需求、對光增加的迅(xun)速響(xiang)應(ying)以(yi)及在聚集成鏈時逃避捕食的能力。我(wo)們估計，春季Chaetoceros的(de)盛(sheng)開在大西(xi)洋南部海洋中占年度排放生產(chan)的(de)25%以上，這一發現與其他地區(qu)的(de)最近觀(guan)察結果一致，突顯了浮(fu)游植物(wu)“中產階級”在碳排放(fang)中的核心(xin)作(zuo)用(yong)。
(A) 五個(ge)實(shi)驗站的大小(xiao)分(fen)級(ji)顆(ke)粒有機(ji)碳(tan)（POC）濃度的條形圖，(B) 5-125 m之(zhi)間的相對浮游植物豐度和總細胞計(ji)數，(C) 5-125 m之間(jian)的(de)相(xiang)對和總(zong)浮游植物生物量，（D）從(cong) Bongo 網(wang)收集的相對和總中型浮游動物計數(shu)的條形圖。(E) CytoSense 流式細胞儀拍(pai)攝的(de)在(zai)實驗(yan)站中存在(zai)的(de)優(you)勢(shi)種 Chaetoceros spp. 鏈的(de)圖像。所有(you)面板的(de)右 Y 軸上標有不同區(qu)域(yu)的標簽。
本研究測量了(le)南大洋開闊海域主要水文區的三個(ge)站(zhan)點(dian)（即亞(ya)南極區（SAZ）、極鋒帶區(qu)（PFZ）、開放南(nan)極區（OAZ）和(he)邊緣冰(bing)區（MIZ））中三(san)種浮游植物粒徑級別（0.3-2.7 μm，picoplankton；2.7-20 μm，nanoplankton；20-200 μm，microplankton）對N（作為(wei)NO3-、NH4+和(he)尿素(su)）和(he)鐵(tie)（作(zuo)為可滴(di)定的無機鐵(tie)和(he)有機絡(luo)合鐵(tie)）的凈初(chu)級(ji)生產（NPP）和(he)攝取速率。我(wo)們將這些攝取率與同時測量的（來自四個(ge)實驗站點(dian)加上八個(ge)輔助站點(dian)）的大(da)量營(ying)養鹽和(he)鐵濃度(du)、以及植物和(he)浮游動物群落組成的數(shu)據相結合進行(xing)解(jie)釋。從營(ying)養物數(shu)據中(zhong)，我(wo)們還估計了凈群落生產(chan)（NCP），這(zhe)提供了一(yi)個(ge)碳輸出的(de)衡(heng)量。最后，通(tong)過綜(zong)合(he)為浮游(you)植(zhi)物生長季節可(ke)用的(de)觀測數(shu)據，我們(men)將我們(men)的(de)春(chun)季觀測放入更廣泛的(de)時(shi)間框架中，以便了解春(chun)季爆發對隨后的(de)浮游(you)植(zhi)物群落(luo)的(de)生物地球化學影(ying)響。
原文：Raquel F. Flynn et al. Nanoplankton: The dominant vector for carbon export across the Atlantic Southern Ocean in spring[J]. SCIENCE ADVANCES, 9,eadi3059(2023).
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自然(ran)界(jie)中溫度(du)與飽和水汽壓虧缺(VPD)的強(qiang)烈共變限制了(le)我們對溫度對葉片氣(qi)體交換直(zhi)接影(ying)響的了(le)解。CO2和H2O中的穩(wen)定(ding)同位素能讓我們從機理上深入了解葉(xie)片(pian)氣體交換過(guo)程(cheng)中的生理和(he)生化(hua)過(guo)程(cheng)。2024年2月(yue)1日，New Phytologist在線刊(kan)發瑞士聯(lian)邦森林、雪(xue)與景觀研(yan)究所Haoyu Diao等人標題(ti)為Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques的(de)研究(jiu)文(wen)章(zhang)。該研究(jiu)對四種常(chang)見的(de)歐洲樹種進(jin)行了葉片氣體交換和在線同位素鑒別的(de)綜(zong)合測量(liang)，葉片溫度(du)范圍為 5-40°C，同(tong)時保持恒(heng)定的(de)葉-大氣水(shui)汽壓差(cha)(0.8 kPa)，而不受到土壤水分的限(xian)制。
本研究氣體交換測(ce)量及測(ce)量條件(jian)控制所(suo)用的旁路濕度控制系(xi)統均(jun)來(lai)自德(de)國(guo)WALZ，如便攜式(shi)光(guang)合熒光(guang)測量(liang)系統GFS-3000，大(da)葉室3010-GWK1，葉室光(guang)源RGBW-L084，冷阱(jing)，微型(xing)光量(liang)子(zi)傳(chuan)感器LS-C，葉片(pian)溫度傳感器3010-CA/TCL。所有氣體交(jiao)換測量組件放置在一個2.2m2d的Conviron PGR15氣候(hou)室里。
原文：Diao, H., Cernusak, L.A., Saurer, M., Gessler, A., Siegwolf, R.T.W. and Lehmann, M.M. (2024), Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques. New Phytol.
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在(zai)自然界中(zhong)，植物面(mian)臨(lin)著不(bu)(bu)斷變化的(de)(de)光(guang)(guang)照環境。從日出(chu)到日落(luo)，光(guang)(guang)線的(de)(de)強度和(he)光(guang)(guang)質都在(zai)不(bu)(bu)斷波動(dong)，這對植物的(de)(de)光(guang)(guang)合(he)作用提出(chu)了巨(ju)大的(de)(de)挑戰。近期，一項(xiang)發表(biao)在(zai)Plant, Cell & Environment上的研究(jiu)為我們揭(jie)示了植物如何在(zai)不同光照強度下調(diao)節其(qi)光合作(zuo)用，以保持生長和生產力的奧秘。研究中，德國和捷克聯合研究團隊深入探討了植物在面對光線波動時，其光合作用調節過程的動態變化。這項研究不僅增進了我們對植物生理機制的理解，也為未來作物改良和農業生產提供了新的視角。
這項(xiang)突破性的(de)(de)研(yan)究為我們(men)打開了(le)一(yi)扇窗，讓我們(men)得以(yi)窺見植物如何在自(zi)然界(jie)的(de)(de)光與影中(zhong)舞(wu)蹈。通過深(shen)入(ru)(ru)理解(jie)這些調節(jie)機制(zhi)，我們(men)不(bu)僅(jin)能(neng)更好地應對氣候變化帶來(lai)的(de)(de)挑戰，還能(neng)為未來(lai)的(de)(de)農(nong)業(ye)生產提供強有(you)力的(de)(de)支(zhi)持。隨著研(yan)究的(de)(de)不(bu)斷深(shen)入(ru)(ru)，我們(men)有(you)理由(you)相(xiang)信，未來(lai)的(de)(de)作物將更加堅韌，能(neng)夠(gou)在不(bu)斷變化的(de)(de)環境中(zhong)茁壯成長。研(yan)究中(zhong)使用(yong)德(de)國WALZ的(de)四通(tong)道動態(tai)LED陣列(lie)近紅(hong)外光譜儀DUAL-KLAS-NIR測量了PSI 反應中心（P700）、質體藍(lan)素（PC） 和鐵氧(yang)還蛋(dan)白 （Fd）的氧化還原變(bian)化。
原(yuan)文：Niu, Y., Matsubara, S., Nedbal, L. & Lazár, D. Dynamics and interplay of photosynthetic regulatory processes depend on the amplitudes of oscillating light[J]. Plant, Cell & Environment, 2024, 1-18.