生物技术前沿纵览
“支点”蛋白调控植物免疫系统
植物的免疫系统对不断进化的病原体做出反应，但反应不能过度。免疫反应需要能量和资源，植物常常通过杀死自身受感染细胞以防止病原体扩散。研究人员在被马铃薯病毒X（potato virus X）感染的马铃薯植株内鉴定出了一种名为Rx1的受体蛋白，与病毒上的一种蛋白结合后Rx1被活化，之后植物就会启动一系列导致免疫反应的事件。在这个过程中，从Rx1活化到转化成细胞其他活动的机理一直不得而知。研究表明与Rx1协同工作的是一种名为Glk1的转录因子，该转录因子可以结合DNA的特定区域，活化参与细胞死亡和植物免疫反应的基因。课题组发现，当Glk1绑定病毒激活的Rx1后，它会主动打开相应防御基因表达。有趣的是，缺失病毒蛋白后，Rx1似乎还会阻止Glk1去结合DNA，如此，防止不适当的免疫反应。免疫反应过程涉及整个细胞，乃至整株植物的重新编程，调节过程不仅关乎是否能启动免疫激活，还必须确保在没有感染的情况下关闭整个系统。（Journal of Biological Chemistry）
水稻条纹病毒卵传机制研究中取得进展
水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV）导致的水稻条纹叶枯病严重影响水稻的产量和品质。研究发现，与传统认为昆虫的Vg由脂肪体细胞合成并在卵巢中加工的观点不同，灰飞虱脂肪体合成的Vg在脂肪体中即被初步加工且不与RSV发生互作，而灰飞虱雌虫血细胞可产生丰富的Vg并最终介导RSV的卵传。通过对Vg一级结构中蛋白酶识别位点的分析，证明Vg在加工成为成熟的卵黄蛋白的过程中，会在两个酶切位点发生切割，产生三个Vg亚基。应用亚基特异性抗体对脂肪体和血细胞中Vg的剪切形式进行测定，发现在Vg运输至卵巢之前发生单位点酶切，并且在脂肪体和血细胞中以不同的分子形式存在。血细胞中的Vg经剪切产生N端小和C端大亚基并形成复合体，而脂肪体中的Vg则仅保留了N端的小亚基，其C端大亚基在产生后被快速消耗。由于和RSV互作的Vg结构域位于大亚基内，因此脂肪体合成的Vg小亚基不与RSV发生互作。此外，研究发现了Vg除介导RSV卵传以外的功能。血细胞是昆虫免疫系统的重要组成部分，Vg这种雌性特异性蛋白在灰飞虱幼虫和雄虫血细胞（不是脂肪体）中均可稳定表达。在非雌性昆虫体内，Vg以未切割的全长蛋白形式存在。通过对幼虫Vg的功能分析，证明灰飞虱Vg在血淋巴中保护RSV免受免疫系统攻击，提高了病毒存活能力，并间接帮助病毒的水平传播。（PLoS Pathogens）
玉米籽粒发育新机制
玉米籽粒性状是影响玉米产量的重要因素之一，对控制玉米籽粒发育相关基因的研究，对高产优质玉米新品种的遗传性状改良和选育有理论指导意义。研究人员通过筛选田间育种材料中的自然突变体，发现一份在穗部明显发生籽粒大小分离的材料；将突变体作为供体亲本，与自交系B73构建了BC1分离群体；通过图位克隆，初步证实玉米 Urb2 基因（ ZmUrb2 ）为控制籽粒发育性状的目标基因；通过构建CRISPR/Cas9基因敲除载体对候选基因进行等位验证，进一步验证了候选基因的准确性。然后通过蔗糖密度梯度超速离心、Northern Blot和Circular RT-PCR等方法进一步解析 ZmUrb2 的作用机制，证实了在玉米中同时存在类似于小鼠和人类等多细胞动物与类似于酵母的pre-rRNA加工路径， Urb2 主要通过影响核糖体的生物合成和pre-rRNA的加工来影响籽粒发育和整个营养生长过程；此外，单倍型分析表明 ZmUrb2 基因可能在玉米从热带到温带的驯化过程中被人工选择。（New Phytologist）
土壤微生物过程及养分限制性研究取得进展
土壤微生物在土壤生物地化循环过程中扮演着重要的角色，然而微生物生长及其一系列活动往往受养分有效性的限制。研究人员在中国西南区典型的喀斯特森林中，以酶化学计量学为指标，调查了喀斯特森林土壤主要的微生物过程（土壤有机分解和微生物呼吸）及微生物资源限制类型。研究结果发现，喀斯特森林生态系统的有机质分解和微生物呼吸速率显著高于非喀斯特森林。酶化学计量学的结果表明，喀斯特森林土壤微生物比非喀斯特森林更受碳限制。相比之下，喀斯特森林土壤微生物可能已经氮饱和，而非喀斯特森林土壤微生物仍受氮限制。喀斯特和非喀斯特森林均受到磷限制，但磷限制的程度在非喀斯特森林中更为突出。该研究指出了喀斯特生态系统独特的微生物养分限制特征，表明喀斯特生态系统对全球变化的响应可能完全不同于其他生态系统。（Functional Ecology）
植物根系生物地理格局和进化组织方式
从热带雨林到荒漠，植物吸收根直径整体在变细，倾向于更加灵活的构建方式，对共生真菌依赖性降低。通过该方式，植物单位碳投资的获取养分的效率得以优化，从而能够高效地捕获稍纵即逝的养分和水分资源，增强了植物物种对环境的适应与存活能力。在水分供应充足的热带雨林，根的设计减少了对水力安全性的考虑，细根和粗根物种共存，很多系统发育较古老的物种得以保存；而在水分胁迫较强的草原和荒漠，由于季节性资源供应方式不稳定，根系多样性下降。 研究解开了植物生存和传播一些隐秘的“地下规则”，对理解植物地下资源获取策略、生物地球化学循环模拟和植物多样性保护至关重要；解释了“为什么一些古老的粗根物种在进化过程中很难离开稳定湿润的生境，且容易在进化过程中被淘汰”。此外，相关理论还可应用于实际的生态保护工作，例如某些根较细、吸收效率较高的植物很可能成为入侵种。 （Nature）
研究人员揭示转录因子Th-POK在代谢调控中的新功能
Th-POK转录因子在T淋巴细胞谱系定向分化过程中发挥关键调控作用，并参与细胞外基质蛋白表达的负向调控。但Th-POK转录因子的其它生理、病理功能知之甚少。研究人员系统分析了Th-POK基因敲除小鼠的表型。研究发现，Th-POK在乳腺上皮细胞中高表达，且特异表达于乳腺腔上皮细胞中，其表达水平在怀孕末期和泌乳期达到峰值。Th-POK缺失不影响小鼠乳腺青春期的发育及孕期乳腺上皮的增殖及分化，提示Th-POK不参与调控乳腺上皮细胞分化和命运决定。Th-POK敲除小鼠在分娩后泌乳阶段存在严重缺陷，其乳腺腺泡上皮细胞胞内不能有效分泌脂滴。进一步的机制研究发现，Th-POK直接调控胰岛素受体下游关键接头蛋白IRS-1的表达，进而调控胰岛素诱导的mTOR信号通路、转录因子SREBP1的功能与脂质合成。该工作拓展了对Th-POK生物学功能的认识，揭示了Th-POK在代谢调控，特别是脂质代谢调控中的重要作用。（PLOS Genetics）
五味子降三萜中的非简并激子耦合现象
五味子降三萜（Schinortriterpenoids，SNTs）为五味子科植物特有的次生代谢产物，因其结构复杂且骨架类型丰富，近十年来，该类化合物引起了国内外天然产物化学、有机合成及量子化学研究者的极大兴趣。研究组选取化合物7，通过跃迁分析、分子轨道分析、相差图谱（Difference spectrum）分析等方法，证实了其B环发色团与侧链发色团之间存在非简并激子耦合作用（Nondegenerate exciton coupling，NDEC），从而导致了ECD图谱Cotton效应的异常。电子圆二色谱是天然产物绝对构型确定的重要手段，同时，其不合理使用，如简单地通过经验比较而忽略分子本身的复杂性（如发色团间的相互作用、构象的复杂性以及官能团取代等），往往导致得出错误结论。ECD经验规则往往只适用于简单的分子体系，且其普遍适用性受到很多因素的影响，如此研究中所涉及的NDEC以及烯丙位取代等，而这些因素常常又被简单忽略。可以说，ECD图谱经验对比是构型鉴定错误的重要原因。天然产物中的多发色团现象尤为普遍，因而，在以上研究的基础上，该课题组正在对五味子科植物中较为常见的一类环阿尔廷型三萜，即3，4：9，10-disecocycloartanes的结构进行重新验证，该类结构普遍存在多个发色团，且多使用ECD经验规则确定C-22位构型，然而所使用的经验规则极不统一，甚至相互矛盾，发色团之间的相互作用大都被忽略。该研究认为，对复杂天然产物的构型确证，应尽量使用多种手段，考虑多因素，应避免仅仅依靠经验规则。