該研究發(fā)現生長(cháng)遲緩（postnatal growth retardation, PGR）仔豬后腸中富集的史氏甲烷短桿菌（Methanobrevibacter smithii）和低豐度的短酸生成菌通過(guò)抑制肝臟酮體代謝功能，促使枯否細胞向促炎型極化，加劇肝臟損傷，進(jìn)而導致機體生長(cháng)受限。百邁客生物為該研究提供了轉錄組測序服務(wù)。

研究背景

仔豬出生后生長(cháng)遲緩是養豬業(yè)中普遍存在的棘手問(wèn)題，其發(fā)生率高，主要表現為體重增長(cháng)緩慢、生產(chǎn)性能低下，不僅顯著(zhù)增加了飼養周期與成本，更嚴重制約了養殖業(yè)的規?；l(fā)展與經(jīng)濟效益提升。

近年來(lái)，大量研究證實(shí)腸道微生物群落是調控動(dòng)物早期生長(cháng)發(fā)育的關(guān)鍵因素，其通過(guò)參與營(yíng)養物質(zhì)代謝、調節免疫功能等多種途徑影響宿主健康。然而，在眾多腸道微生物中，哪些特定菌群與仔豬生長(cháng)遲緩直接相關(guān)，以及這些菌群調控生長(cháng)發(fā)育的具體分子機制仍不明確，這一研究空白嚴重阻礙了針對性防控技術(shù)的研發(fā)。因此，系統解析腸道微生物與仔豬生長(cháng)遲緩的關(guān)聯(lián)及作用通路，成為當前畜禽養殖領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與迫切需求。

研究?jì)热?/h4>

研究團隊通過(guò)大規模仔豬跟蹤試驗，建立PGR仔豬模型，并系統分析了其腸道微生物組成與功能變化。發(fā)現PGR仔豬的后腸呈現出明顯的甲烷生成通路富集，而短鏈脂肪酸合成相關(guān)功能則明顯減弱。同時(shí)，肝臟酮體代謝水平顯著(zhù)降低，肝臟損傷標志物升高，且腸道M. smithii豐度與宿主酮體含量呈顯著(zhù)負相關(guān)，提示M. smithii豐度和宿主酮體代謝水平可能與機體生長(cháng)發(fā)育密切相關(guān)。

研究人員進(jìn)一步開(kāi)展糞菌移植和M. smithii單菌定植實(shí)驗，均發(fā)現M. smithii可以顯著(zhù)降低肝臟酮體代謝水平，表現為抑制生酮通路關(guān)鍵酶HMGCS2表達和β-羥基丁酸產(chǎn)生，造成宿主生長(cháng)阻滯。此外，M. smithii還能促進(jìn)肝臟枯否細胞M1型極化，引發(fā)炎癥反應，可能源于M. smithii增加了腸道通透性，脂多糖通過(guò)腸肝循環(huán)影響肝臟功能。當抑制M. smithii在腸道中的定植可以逆轉上述不良表型。

為了驗證酮體代謝對肝臟免疫功能的影響，該研究在肝臟特異性敲除Hmgcs2基因后，發(fā)現宿主酮體生成顯著(zhù)減少，肝臟M1型枯否細胞數量增加，T細胞數量無(wú)顯著(zhù)影響，說(shuō)明酮體可能特異性地調控枯否細胞的極化狀態(tài)。通過(guò)外源補充β-羥基丁酸，顯著(zhù)緩解生長(cháng)遲緩仔豬的肝臟損傷，有效改善其生長(cháng)性能。

圖-史氏甲烷短桿菌引起仔豬發(fā)育遲緩的潛在機制

研究總結

該研究通過(guò)系統深入的實(shí)驗，最終揭示了“M. smithii—肝臟酮體代謝—肝臟免疫”的調控軸在仔豬生長(cháng)遲緩中的核心作用：PGR仔豬后腸富集的M. smithii與低豐度的短酸生成菌共同作用，一方面抑制肝臟酮體代謝功能，減少β-羥基丁酸生成；另一方面增加腸道通透性，通過(guò)腸肝循環(huán)引發(fā)肝臟枯否細胞M1型極化與炎癥反應，加劇肝臟損傷，最終導致仔豬生長(cháng)受限。而抑制M. smithii定植或外源補充β-羥基丁酸，均可有效逆轉生長(cháng)遲緩表型。

該研究首次闡明了腸道微生物調控仔豬生長(cháng)發(fā)育的全新分子機制，豐富了“腸-肝軸”在畜禽領(lǐng)域的研究?jì)群?；為仔豬生長(cháng)遲緩的防控提供了精準靶點(diǎn)，未來(lái)可通過(guò)靶向抑制M. smithii定植、調節腸道菌群結構或外源補充酮體代謝產(chǎn)物等方式，開(kāi)發(fā)新型防控技術(shù)，降低養殖業(yè)損失。同時(shí)，該研究也為其他畜禽生長(cháng)障礙的機制研究與技術(shù)研發(fā)提供了重要的參考范式。

以上內容來(lái)源于岳麓山實(shí)驗室，侵刪

該研究首次揭示了H3K9me3和H3K27ac標記的二價(jià)染色質(zhì)對復合型轉座子SVA的協(xié)同調控機理和生物學(xué)功能，并證明了SVA的RNA依賴(lài)性增強子活性及其在造血系統分化和衰老相關(guān)髓系偏好性造血中的重要生理意義，提示其有望成為干預造血發(fā)育異常和造血衰老的潛在靶標 。百邁客生物為該研究提供了ONT三代測序服務(wù)！

研究背景

二價(jià)染色質(zhì)（bivalent chromatin）是指基因組上同時(shí)被激活性組蛋白修飾和抑制性組蛋白修飾共同標記的染色質(zhì)區域。例如，由激活性H3K4me3和抑制性H3K27me3共同標記的二價(jià)啟動(dòng)子（bivalent promoter）；由激活性H3K4me1和抑制性H3K27me3共同標記的靜息態(tài)增強子（poised enhancer）。這兩類(lèi)二價(jià)染色質(zhì)對于譜系基因的表達和譜系分化發(fā)育的精確調控具有重要作用。然而，人類(lèi)基因組中是否還有更多類(lèi)型的二價(jià)染色質(zhì)？這些二價(jià)染色質(zhì)的調控機理和生物學(xué)功能是什么？目前尚未得到全面深入的解析。

在人類(lèi)基因組中，轉座元件(transposable elements)占據了相當大的比例，其功能并非以往所認為的“垃圾DNA”那么簡(jiǎn)單。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明轉座元件在基因調控和基因組進(jìn)化中扮演了重要角色。然而，對于靈長(cháng)類(lèi)特異性的復合轉座元件(composite transposons)如何通過(guò)表觀(guān)遺傳調控機制影響細胞命運決定，仍然知之甚少。

研究?jì)热?/h4>

·復合轉座元件具有獨特的空間雙重染色質(zhì)標記

研究團隊首先通過(guò)對K562細胞系的組蛋白修飾ChIP-seq數據分析，發(fā)現基因組中存在1842個(gè)同時(shí)具有H3K9me3和H3K27ac修飾的基因座，其中大部分富集在轉座元件區域，特別是SVA、L1、Alu和LTR等轉座元件家族。值得注意的是，這些對立的組蛋白修飾并非共存于同一核小體，而是分布在轉座元件的不同區域，形成了獨特的空間雙重染色質(zhì)狀態(tài)。

圖1. 復合轉座元件攜帶空間分離的雙重染色質(zhì)標記

·全基因組CRISPR篩選鑒定SVA調控因子

為了系統鑒定調控SVA表達的因子，研究團隊構建了SVA-GFP報告系統，通過(guò)在K562細胞中進(jìn)行全基因組CRISPR-Cas9篩選，成功鑒定出161個(gè)SVA抑制因子和237個(gè)激活因子。這些因子功能多樣，涉及組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、轉錄調控和RNA代謝等多個(gè)過(guò)程。

圖2. 全基因組CRISPR篩選鑒定SVA表達調控因子

值得注意的是，m6A甲基轉移酶復合物組分METTL3和METTL14位列抑制因子前列，而著(zhù)名的造血調控因子LM02則是最重要的激活因子之一。研究人員通過(guò)FACS和RNA-seq驗證了這些因子對內源性SVA表達的調控作用，發(fā)現這些調控具有SVA位點(diǎn)特異性和協(xié)同性。

·LM02和METTL3/14通過(guò)拮抗調控SVA雙重標記

研究團隊深入解析了排名最高的激活因子LM02和抑制因子METTL3/14的調控機制。研究發(fā)現，LM02與TAL1形成復合物，結合在SVA的3’端，招募組蛋白乙酰轉移酶CBP，促進(jìn)H3K27ac修飾，從而激活SVA轉錄。

圖3. LM02通過(guò)招募CBP促進(jìn)SVA 3’端H3K27ac修飾

另一方面，METTL3/14復合物通過(guò)催化SVA RNA的m6A修飾，招募YTHDC1和SETDB1，促進(jìn)SVA 5’端的H3K9me3修飾，抑制SVA轉錄。這兩條通路相互拮抗，共同維持SVA雙重染色質(zhì)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡。

 

圖4. METTL3/14通過(guò)m6A-YTHDC1-SETDB1通路促進(jìn)SVA 5’端H3K9me3修飾

·SRNA依賴(lài)性增強子功能調控遠端基因表達

研究團隊發(fā)現SVA的增強子功能?chē)栏褚蕾?lài)其轉錄產(chǎn)生的RNA。通過(guò)構建可誘導的CRISPRa系統，研究人員發(fā)現激活SVA可在約512 kb范圍內增強基因表達，并加強SVA與靶基因啟動(dòng)子之間的染色質(zhì)環(huán)形成。

圖5. SVA通過(guò)RNA依賴(lài)性機制發(fā)揮增強子功能

最關(guān)鍵的是，使用反義寡核苷酸（ASO）敲低SVA RNA后，盡管DNA序列和局部組蛋白修飾未發(fā)生顯著(zhù)變化，但其增強子活性大幅減弱，遠端基因表達下降，證明SVA的增強子功能是RNA依賴(lài)性的。

·SVA調控造血分化命運決定

研究團隊發(fā)現SVA在造血分化中扮演重要角色。在K562細胞紅系分化和原代CD34+造血干/祖細胞（HSPCs）的體外紅系分化過(guò)程中，SVA表達顯著(zhù)上調，LM02結合和H3K27ac修飾增強，而H3K9me3信號減弱。這些激活的SVA通過(guò)形成染色質(zhì)環(huán)，增強SLC4A1等紅系分化關(guān)鍵基因的表達。ASO介導的SVA敲低嚴重損害紅系分化進(jìn)程。

圖6. SVA激活促進(jìn)紅系分化相關(guān)基因表達

研究還發(fā)現不同的SVA亞群分別在紅系和巨噬細胞分化中被激活，調控不同的基因網(wǎng)絡(luò )。在造血干細胞命運抉擇中，SVA表達促進(jìn)髓系分化而抑制淋巴系分化。在體外雙向分化體系中敲低SVA，導致髓系細胞減少而淋巴系細胞比例增加。

·SVA激活助推衰老相關(guān)髓系偏倚

隨著(zhù)年齡增長(cháng)，造血系統逐漸呈現髓系偏倚（Myeloid bias）。本研究發(fā)現，與年輕人相比，老年人來(lái)源的HSPCs中SVA上的H3K9me3減少、H3K27ac增加，轉錄活性和染色質(zhì)環(huán)強度更高，更強勁地激活髓系基因程序。在老年HSPCs中敲低SVA，能夠部分逆轉髓系分化傾向，使造血輸出恢復平衡。

圖7. 衰老相關(guān)SVA激活導致髓系偏倚

研究總結

該研究系統揭示了復合轉座元件SVA通過(guò)獨特的空間雙重染色質(zhì)標記和RNA依賴(lài)性增強子功能，在細胞命運決定中發(fā)揮重要調控作用。這項研究不僅深化了對轉座元件功能多樣性的理解，也為探索發(fā)育、衰老和疾病中的表觀(guān)遺傳調控機制提供了新視角。

值得一提的是，該研究開(kāi)發(fā)的SVA-GFP報告系統和全基因組篩選策略為研究其他重復元件的調控機制提供了有力工具。未來(lái)研究可以進(jìn)一步探索不同SVA亞群的功能特異性，以及這些元件在更多生物學(xué)過(guò)程和疾病狀態(tài)中的作用機制。

圖8. SVA通過(guò)雙重染色質(zhì)標記和RNA依賴(lài)性增強子功能調控細胞命運的工作模型

以上內容來(lái)源于綠色生物制造全國重點(diǎn)實(shí)驗室，侵刪

該研究構建兩個(gè)表型差異的菜用型和果用型兩性株栽培品種的高質(zhì)量基因組及其單倍型分型的性別決定區（SDRs），破譯了番木瓜果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀逐步選擇及其兩性株性狀獨特起源的遺傳基礎。百邁客生物為該研究提供了基因組、群體、轉錄組測序及部分分析服務(wù)！

研究背景

番木瓜（Carica?papaya）是中國和世界熱帶地區最重要的熱帶水果之一，被世界衛生組織列為最有營(yíng)養價(jià)值的十大水果之首，同時(shí)也是研究熱帶樹(shù)木和水果果實(shí)性狀及性別決定遺傳與基因組學(xué)的理想模型系統。然而，番木瓜關(guān)鍵果實(shí)馴化性狀的形成及商業(yè)上至關(guān)重要的兩性株現象的基因組基礎仍知之甚少。

研究?jì)热?/h4>

團隊經(jīng)過(guò)十年努力，搜集了來(lái)自全球4大州20多個(gè)國家地區的340多份番木瓜種質(zhì)資源，開(kāi)展核心種質(zhì)鑒定和育種技術(shù)攻關(guān)，保存了超過(guò)300份番木瓜核心種質(zhì)并建立了成熟高效的遺傳轉化技術(shù)體系。團隊通過(guò)對野生型、菜用普通型和鮮食水果型番木瓜的群體基因組分析，闡明了其馴化歷史和地理傳播模式。

基于全重實(shí)驗室熱帶生物組學(xué)大數據中心的全基因組選擇和分子設計育種技術(shù)體系，鑒定出了42個(gè)與果實(shí)大小、甜度和維生素C含量等關(guān)鍵育種性狀顯著(zhù)相關(guān)的分子標記。

整合正向遺傳學(xué)和基因編輯等功能實(shí)驗證據鑒定了控制番木瓜果實(shí)大小、甜度和維生素C含量的關(guān)鍵選擇基因，揭示了馴化和改良過(guò)程中針對CpPUP11和CpICMT的分步式選擇重塑果實(shí)大小，以及針對CpMAPK1、CpCOX、CpCIN和CpUBE3的人工選擇提升果實(shí)甜度和維生素C含量的遺傳基礎（圖1和圖2）。

同時(shí)，研究者發(fā)現從野生雄株到栽培兩性株性別轉換的兩次獨立事件（MSY1-HSY1和MSY3-HSY3），形成了兩個(gè)獨特的兩性株特異性Yh品系（HSY1和HSY3），揭示了一條獨特的雄性偏向的兩性株進(jìn)化路徑。

這種性別轉換是由針對雄性偏好基因的選擇驅動(dòng)的，并在Yh連鎖區域中定位了一個(gè)與性別轉換密切相關(guān)13?bp串聯(lián)重復結構變異（HSY3-TR-13bp）。該兩性株特異性變異位于雄性偏好基因CpPGLP1A中，且被HSY3群體選擇固定（圖3）。

圖1. CpPUP11決定番木瓜果實(shí)寬度

圖2.?CpCIN啟動(dòng)子變異調控番木瓜果實(shí)果糖含量

圖3.?兩性株性別的多系起源及雄性偏向基因對兩性株性別馴化的貢獻

研究總結

該研究系統揭示了番木瓜馴化的基因組基礎，描繪了分步選擇重塑果實(shí)性狀的演化軌跡，以及雄性偏好選擇驅動(dòng)新型兩性性別系統產(chǎn)生的遺傳基礎，為重要熱帶作物的馴化性狀演化與性別決定機制提供了新的認見(jiàn)解，促進(jìn)了番木瓜從組培擴繁到全兩性株種子苗繁育方式的轉變。

以上內容來(lái)源于中國熱帶農業(yè)科學(xué)院，侵刪

百邁客生物作為多組學(xué)基因科技服務(wù)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，以重要參展商身份在本屆大會(huì )上精彩亮相。會(huì )議期間，公司全面展示了基于高通量測序的基因組學(xué)研究整體解決方案，涵蓋全基因組組裝、重測序、群體遺傳進(jìn)化分析與全基因組關(guān)聯(lián)分析等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節，并通過(guò)分享在全球范圍內支撐動(dòng)植物多組學(xué)研究的成功案例，彰顯了其深厚的技術(shù)積累與項目執行力，獲得了現場(chǎng)眾多科研工作者的關(guān)注與認可。

展位現場(chǎng)交流氛圍熱烈，百邁客生物技術(shù)團隊與來(lái)自世界各地的學(xué)者圍繞當前基因組學(xué)研究的難點(diǎn)、趨勢與應用前景進(jìn)行了多輪深入探討。針對與會(huì )者提出的各類(lèi)技術(shù)問(wèn)題，團隊提供了細致而專(zhuān)業(yè)的解答，也與許多科研機構建立了進(jìn)一步合作的意向。

作為深耕多組學(xué)領(lǐng)域多年的領(lǐng)軍企業(yè)，百邁客生物的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )已覆蓋中國、歐洲、亞太、美洲等全球主要市場(chǎng)，累計為超過(guò)1500家科研院所、醫療機構、制藥企業(yè)及種業(yè)公司提供高質(zhì)量的組學(xué)技術(shù)服務(wù)和定制化解決方案。憑借扎實(shí)的技術(shù)積淀與持續的服務(wù)創(chuàng )新，公司已協(xié)助客戶(hù)在《Cell》《Nature》《Science》等國際頂級期刊上發(fā)表論文數千篇，累計影響因子超萬(wàn)分，持續推動(dòng)生命科學(xué)前沿成果向產(chǎn)業(yè)應用轉化。

未來(lái)，百邁客生物將繼續緊跟多組學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿，秉持“服務(wù)科研、助力創(chuàng )新”的宗旨，通過(guò)不斷升級的產(chǎn)品與解決方案，賦能全球科研工作者。公司期待與學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界攜手，共同推進(jìn)基因組學(xué)及相關(guān)交叉領(lǐng)域的科學(xué)探索與技術(shù)突破。

該研究首次揭示了缺磷環(huán)境促進(jìn)作物SL外排的生理現象，并解析了其分子機制，填補了通過(guò)調控SL外排控制獨腳金寄生研究領(lǐng)域的空白。百邁客生物為該研究提供了生物云平臺分析服務(wù)。

研究背景

寄生植物對作物的危害由來(lái)已久，其中尤以列當科-獨腳金屬（Striga?spp.）和列當屬（Orobanche?spp.）寄生植物危害最為嚴重。獨腳金主要危害高粱、玉米及谷子等單子葉作物，而列當則主要危害番茄、向日葵等雙子葉作物。二者每年造成約近7000萬(wàn)公頃土地受到侵染，3億人糧食安全受到威脅，直接經(jīng)濟損失達100-120億美元。因此，深入研究寄生植物的作用機制，解析宿主與寄生植物互作過(guò)程，對于作物抗寄生研究具有重要意義。

高粱是世界第五大糧食作物，起源于非洲薩赫勒地區，具有高度耐逆、耐貧瘠等表型。同時(shí)，干旱、貧瘠（尤其是缺磷）條件會(huì )誘導作物根系分泌獨腳金內酯（Strigolactones,?SLs），刺激土壤中獨腳金種子的萌發(fā)，導致寄生問(wèn)題。因此，高粱成為獨腳金的主要宿主，也常被用作研究植物寄生問(wèn)題的模式作物。盡管近些年關(guān)于通過(guò)調控獨腳金內酯合成通路來(lái)抗寄生的研究有所報道，但對于缺磷環(huán)境下作物與獨腳金互作的分子機制仍知之甚少。

研究?jì)热菁敖Y果

為探究缺磷條件下高粱誘導獨腳金寄生的生理過(guò)程，研究團隊創(chuàng )建了高粱水培缺磷模擬實(shí)驗系統，并發(fā)現在缺磷處理下高粱根系和水培液中SL含量顯著(zhù)升高。進(jìn)一步通過(guò)缺磷處理和SL處理高粱根系轉錄組測序聯(lián)合分析，確定了ABC轉運蛋白家族編碼基因SbSLT1和SbSLT2為高粱SL外排轉運蛋白的候選基因。SbSLT1和SbSLT2受到缺磷和SL處理顯著(zhù)誘導表達，表達模式、原位雜交等實(shí)驗表明SbSLT1和SbSLT2主要在高粱根系表皮細胞表達，符合其外排SL到土壤中的功能特性。

研究團隊利用酵母、爪蟾卵母細胞以及擬南芥異源表達系統，證實(shí)了SbSLT1和SbSLT2均具有顯著(zhù)的SL轉運活性。進(jìn)一步探究發(fā)現它們的同源蛋白SbSLT1-LIKE和SbSLT2-LIKE均不具備SL轉運活性，強調了SbSLT1和SbSLT2在高粱ABCG家族轉運蛋白中的SL轉運功能特異性。

為深入解析SbSLT1和SbSLT2轉運SL的分子機制，研究團隊利用AlphaFold結合HOLE對SbSLT1和SbSLT2在細胞膜上形成的SL轉運通道進(jìn)行了預測，結合實(shí)驗結果最終確定了SbSLT1-F693和SbSLT2-F642為關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)，有趣的是，同源蛋白SbSLT1-LIKE和SbSLT2-LIKE并不存在該保守氨基酸位點(diǎn)，這也解釋了二者不具備SL轉運活性的現象。通過(guò)蛋白序列比對發(fā)現，單子葉植物中SbSLT1和SbSLT2的同源蛋白與已知的雙子葉SL轉運蛋白均具有該保守苯丙氨酸位點(diǎn)，說(shuō)明在單雙子葉植物中可能存在保守的SL轉運機制。

進(jìn)一步構建高粱SbSLT1和SbSLT2基因編輯敲除株系進(jìn)行功能驗證，發(fā)現敲除突變體材料的根系分泌物中SL含量較對照株系顯著(zhù)降低，且利用該分泌物處理獨腳金種子，萌發(fā)率顯著(zhù)下降。田間小區實(shí)驗發(fā)現突變掉SbSLT1和SbSLT2基因的高粱寄生率降低了67-94%以上，同時(shí)高粱的產(chǎn)量損失減少了49%-52%。

研究總結

綜上所述，SbSLT1和SbSLT2基因在提升作物抗寄生能力，減少寄生對作物造成的損失方面具有顯著(zhù)的應用潛力。該研究為高粱、玉米等經(jīng)濟作物抗獨腳金等寄生植物寄生問(wèn)題提供了新的解決策略，為應對寄生植物對全球經(jīng)濟損失和糧食安全威脅具有重要戰略意義。

這項突破性研究，不僅揭示了作物抵御寄生威脅的關(guān)鍵機制，更展現了從分子解析到田間驗證的完整科研閉環(huán)。值得注意的是，百邁客生物云平臺為該研究的數據分析提供了重要支撐，再次印證了現代生命科學(xué)的重大突破，早已離不開(kāi)生物信息學(xué)的強大支撐。

作為連接實(shí)驗數據與科研結論的核心橋梁，生信技能已成為前沿科研人員不可或缺的核心競爭力?——?從基因組序列的精準組裝、轉錄組表達譜的差異分析，到表觀(guān)遺傳修飾的特征挖掘、代謝組與表型組的關(guān)聯(lián)解析，再到分子調控網(wǎng)絡(luò )的構建與驗證，每一個(gè)關(guān)鍵科研環(huán)節都離不開(kāi)生信技術(shù)的深度參與。它不僅能幫助科研人員從海量、復雜的生物數據中挖掘出隱藏的生物學(xué)規律，更能打破傳統實(shí)驗研究的局限，實(shí)現?“數據驅動(dòng)科研創(chuàng )新”?的全新范式。

可以說(shuō)，掌握扎實(shí)的生信技能，就意味著(zhù)手握了打開(kāi)生命奧秘之門(mén)的鑰匙，能夠在前沿科研領(lǐng)域搶占先機，加速從基礎研究到產(chǎn)業(yè)應用的成果轉化。

發(fā)表數量

2025年，Nature Genetics共發(fā)表文章246篇，其中研究型論文（Article）211篇，其余為少量評述、簡(jiǎn)報等類(lèi)型文章。該期刊為月刊（Volume 57，Issues1-12）,各期論文數量略有差異，但全年發(fā)表整體均勻，總發(fā)表量較上年穩中有升。在所有發(fā)表文章中，植物相關(guān)文章僅39篇，占比約16%。

核心研究物種

從物種分布來(lái)看，2025年度Nature?Genetics上發(fā)表的植物文章中，小麥占比最高，年發(fā)文量7篇。其中，2025年6月9日，該期刊同時(shí)在線(xiàn)發(fā)表三篇小麥抗病領(lǐng)域的重磅研究論文；其次依次為水稻（6篇）、棉花（4篇）、玉米（3篇）等物種。這一現象也印證了作物研究在全球植物科學(xué)與農業(yè)生物育種中的核心地位。

多組學(xué)融合研究特點(diǎn)

2025年度Nature?Genetics收錄的植物研究，普遍采用“多組學(xué)聯(lián)合分析”的技術(shù)策略，單一組學(xué)研究占比極低。

· 泛基因組聯(lián)合多組學(xué)

通過(guò)構建物種泛基因組，結合重測序、轉錄組、代謝組等技術(shù)，挖掘結構變異對性狀的調控作用，成為該領(lǐng)域的重要研究方向。2月，133個(gè)地錢(qián)樣本泛基因組+基因環(huán)境關(guān)聯(lián)分析研究、72個(gè)葡萄屬超級泛基因組+結構變異+eQTL分析、3月，11個(gè)大豆基因組結合GWAS和轉錄組等研究、4月，30個(gè)蘋(píng)果屬泛基因組+比較基因組、24個(gè)紫花苜蓿泛基因組+SV-GWAS+全基因組選擇分析、30個(gè)稻屬（亞）基因組泛基因組+比較基因組研究、8個(gè)代表性花生泛基因組+遺傳進(jìn)化+SV-GWAS研究、7月，9種豆科植物泛基因組+比較基因組研究、8月，27個(gè)擬南芥泛基因組+結構變異分析、23個(gè)燕麥屬的35個(gè)燕麥種質(zhì)泛基因組+遺傳進(jìn)化+GWAS+功能驗證、10月，70個(gè)稻屬T2T泛基因組+著(zhù)絲粒遺傳多樣性與演化規律、56個(gè)玉米種質(zhì)泛基因組+SV-GWAS+eQTL研究，這些研究全面展現了泛基因組技術(shù)在植物遺傳育種與演化研究中的核心應用價(jià)值及前沿發(fā)展趨勢。

·?完整基因組（T2T）+多組學(xué)

當前，研究結合PacBio HiFi、ONT?Ultra-long測序和Hi-C等技術(shù)，實(shí)現端粒到端粒的完整基因組（T2T）組裝，為后續變異挖掘與著(zhù)絲粒、端粒等機制解析提供高質(zhì)量參考基因組。2025年，有多篇相關(guān)研究見(jiàn)刊，3篇陸地棉T2T基因組（包含陸地棉TM-1、ZM113、具有極高體細胞再生能力的Jin668）、甜橙單倍型T2T基因組、六倍體小麥T2T基因組、70個(gè)稻屬AA組基因組近T2T組裝、亞洲梨與歐洲梨的單倍型T2T基因組等。

六倍體現代小麥T2T基因組

四倍體陸地棉TM-1 T2T基因組

·?圖位克隆+功能驗證

圖位克隆與功能驗證是植物基因功能研究的經(jīng)典核心技術(shù)組合，二者協(xié)同形成 “基因定位—功能解析”的完整研究閉環(huán)，在作物優(yōu)異基因挖掘、分子育種等領(lǐng)域應用廣泛。2025年6月9日，Nature Genetics同時(shí)在線(xiàn)發(fā)表三篇小麥抗病領(lǐng)域研究，均采用“圖位克隆+功能驗證”的手段，對小麥條銹病、小麥白粉病進(jìn)行了基因克隆、功能驗證及遺傳機制解析，深化了對小麥抵御病原菌分子機制的科學(xué)認知；12月15日，南京農業(yè)大學(xué)萬(wàn)建民院士團隊的研究通過(guò)圖位克隆和轉基因驗證，證實(shí)調控堊白的基因是OsTPS8，揭示了水稻堊白與種子活力的協(xié)同調控新機制。

·?基因組組裝+多組學(xué)

高質(zhì)量參考基因組是植物多組學(xué)研究的基石，其完整性、準確性直接決定了重測序比對、轉錄組定量、代謝組關(guān)聯(lián)分析等下游研究的可靠性。盡管當前植物基因組測序與組裝技術(shù)飛速發(fā)展，單仍存在某些亞種、品種、野生近緣種的基因組空缺。2025年相關(guān)研究成果顯著(zhù)：1月3日，廣西大學(xué)亞熱帶農業(yè)生物資源保護與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室張積森團隊解析了現代栽培甘蔗的復雜基因組，結合群體測序挖掘甘蔗糖份相關(guān)位點(diǎn)；3月，通過(guò)3個(gè)煙草基因組+5,196份簡(jiǎn)化基因組測序，揭示重要模式植物基因組進(jìn)化與復雜性狀調控機制；8月，完成亞洲梨與歐洲梨高質(zhì)量基因組組裝，結合362份不同種質(zhì)重測序數據，揭示亞洲梨和歐洲梨的演化歷史，開(kāi)展果實(shí)品質(zhì)相關(guān)SV-GWAS研究；11月，通過(guò)甜玉米基因組組裝，結合轉錄組、代謝組和功能驗證的系統整合分析，全面揭示了甜玉米風(fēng)味形成的遺傳與分子機制。

·?群體重測序+多組學(xué)

群體重測序與多組學(xué)（轉錄組、代謝組、表觀(guān)組等）的聯(lián)合應用，是解析植物復雜性狀遺傳機制、挖掘優(yōu)異基因的核心技術(shù)范式，尤其在植物育種與物種演化研究中價(jià)值突出。例如，在水稻紋枯病抗性研究中，通過(guò)對178份商業(yè)水稻進(jìn)行測序和人工接種，結合GWAS分析與重測序，發(fā)現了天然優(yōu)勢等位基因SBRR1，并完成遺傳機制解析和基因功能驗證；在小麥條銹病研究中，對來(lái)自全球2,191個(gè)小麥種質(zhì)的變異組數據和超過(guò)47,000條跨多種環(huán)境和病原菌品系的YR抗性數據，利用GWAS分析分析抗性基因位點(diǎn)，克隆抗性基因并評估其有效性；在1325份茶樹(shù)及其近緣種重測序研究中，揭示茶樹(shù)與其近緣種的遺傳分化、進(jìn)化瓶頸、種間基因滲入以及野生資源保護現狀，同時(shí)結合GWAS和mGWAS鑒定了葉片形態(tài)、兒茶素、咖啡因等農藝性狀及風(fēng)味代謝物的關(guān)鍵候選基因；在甜橙的起源與在馴化研究中，收集測序226份柑橘材料，組裝了甜橙和酸橙的T2T基因組以及4個(gè)相關(guān)柑橘品種的基因組，明確甜橙起源于酸橙與柑橘的雜交。

此外，泛轉錄組研究、植物串聯(lián)激酶蛋白（TKPs）研究、化學(xué)轉錄組研究水稻耐熱性、小麥串聯(lián)激酶RWT4作用機制研究等也取得了一定進(jìn)展。

驗證方法

為確保研究結論的可靠性與實(shí)用性，文章普遍采用分子驗證、表型驗證、群體驗證相結合的方法。

分子層面驗證：通過(guò)基因克隆、表達分析（qPCR、轉錄組）、蛋白互作實(shí)驗（酵母雙雜交、ChIP-seq）等，驗證基因功能與調控關(guān)系。玉米研究通過(guò)雙熒光素酶報告實(shí)驗等驗證轉錄因子結合位點(diǎn)變異對基因表達的影響；紫花苜蓿研究通過(guò)表達差異分析篩選耐鹽候選基因MsMAP65。

表型層面驗證：通過(guò)基因編輯（CRISPR-Cas9）、過(guò)表達等轉基因技術(shù)，構建突變體或過(guò)表達植株，驗證基因對目標性狀的調控作用。紫花苜蓿研究通過(guò)過(guò)表達MsGA3ox1基因，證實(shí)其可顯著(zhù)提高葉片數量、降低莖葉比，提升飼用品質(zhì)。

群體與田間驗證：通過(guò)大規模自然群體的基因型與表型關(guān)聯(lián)分析，驗證遺傳變異的普遍性；結合田間試驗驗證性狀改良效果，確保成果的育種應用價(jià)值。陸地棉研究通過(guò)品種推廣面積與田間表現，驗證早熟品種的生產(chǎn)適用性；紫花苜蓿研究通過(guò)基因組選擇分析，驗證結構變異標記對性狀預測的準確性?xún)?yōu)于SNP標記。

發(fā)表單位

2025年Nature Genetics植物類(lèi)文章發(fā)表單位以中國科研機構為主導，在全球39篇植物科學(xué)領(lǐng)域的文章中，第一單位來(lái)自中國的文章達30篇，占總數的約77%。核心單位包括南京農業(yè)大學(xué)、華中農業(yè)大學(xué)、中國農業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國農業(yè)科學(xué)院棉花研究所、北京大學(xué)現代農業(yè)研究院等；國際合作方面，加州大學(xué)戴維斯分校、以色列海法大學(xué)、比利時(shí)根特大學(xué)、澳大利亞莫納什大學(xué)等機構較活躍。

總結

2025年《Nature Genetics》植物領(lǐng)域研究清晰呈現三大趨勢：

T2T與泛基因組融合：從單一參考基因組向泛基因組 + T2T 組裝升級，提升遺傳變異捕獲精度。

多組學(xué)整合加速：代謝組、轉錄組與基因組結合，解析作物風(fēng)味、品質(zhì)、抗病等復雜性狀的遺傳基礎。

非作物植物崛起：苔蘚、地錢(qián)等低等植物成為演化基因組學(xué)熱點(diǎn)，拓展植物適應機制研究邊界。

?

染色體水平超大基因組：

研究團隊利用PacBio?HiFi長(cháng)讀長(cháng)測序和Hi-C三維基因組技術(shù)，成功組裝了H.?gigas的染色體水平的高質(zhì)量基因組（大小13.92?Gb）?；蚪M分析揭示了其兩大主要特征：內含子延長(cháng)和重復序列擴張。與近緣物種相比，H.?gigas的內含子長(cháng)度顯著(zhù)增加，主要是由于重復序列的插入，尤其是串聯(lián)重復和長(cháng)散在重復序列（LINEs）轉座子。H.?gigas基因組中71.98%為重復序列，主要為串聯(lián)重復，占到基因組的46.03%，顯著(zhù)高于其他無(wú)脊椎動(dòng)物。特別是，與其他無(wú)脊椎動(dòng)物基因組相比，H.?gigas基因組中長(cháng)單元串聯(lián)重復序列（小衛星，10-100?bp）的比例更高，其比例與無(wú)脊椎動(dòng)物基因組大小正相關(guān)。這些重復的產(chǎn)生可能與深淵極端環(huán)境的適應有關(guān)。

地理隔離塑造了不同鉤蝦群體的遺傳分化：

研究團隊對馬里亞納海溝的510只（11個(gè)群體）、雅浦海溝94只（1個(gè)群體）及西菲律賓海盆深淵區的18只（1個(gè)群體）H.?gigas個(gè)體進(jìn)行了高覆蓋的全基因組重測序和群體遺傳學(xué)分析。結果顯示來(lái)自馬里亞納海溝11個(gè)不同深度（~7000-11000米）群體不存在遺傳分化，表明生活在馬里亞納海溝內的鉤蝦是一個(gè)完全混合的群體，高靜水壓不會(huì )限制其在海溝內的垂直遷移。而西菲律賓海盆的鉤蝦群體與馬里亞納海溝的群體則表現出明顯的遺傳分化。這兩個(gè)海溝間相隔~(yú)1500公里，表明地理隔離阻礙了群體間的基因交流。

冰期-間冰期氣候變化可能影響深淵種群動(dòng)態(tài)歷史：

研究結果顯示H.?gigas的有效種群在約100萬(wàn)年前經(jīng)歷了一次急劇下降，這與更新世深海溫度的大幅波動(dòng)高度吻合。經(jīng)過(guò)遺傳瓶頸后，鉤蝦群體又經(jīng)歷了種群擴張。這一結果說(shuō)明，更新世時(shí)期大的冰期-間冰期氣候變化可能不僅造成了陸地動(dòng)物的大規模滅絕，而且也深刻影響了深海甚至深淵動(dòng)物。

宿主-微生物協(xié)同合作適應深淵極端環(huán)境：

研究團隊通過(guò)宏基因組和代謝組學(xué)整合分析揭示了H.gigas與共生菌的協(xié)同合作可能是鉤蝦適應深淵極高靜水壓和食物匱乏環(huán)境的關(guān)鍵。

氧化三甲胺（TMAO）是一種滲透調節物質(zhì)，在滲透壓調節以及在高靜水壓條件下維持細胞完整性方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。檢測發(fā)現，隨著(zhù)深度增加，鉤蝦腸道內容物中TMAO濃度顯著(zhù)升高，體組織中也呈現類(lèi)似趨勢。鉤蝦自身編碼fmo3基因，可將三甲胺（TMA）轉化為T(mén)MAO。而其優(yōu)勢共生菌Psychomonas的基因組中攜帶cutC和cutD基因簇，可將膽堿分解為T(mén)MA；同時(shí)擁有torYZ操縱子，可以將TMAO還原為T(mén)MA，從而調控宿主體內的TMAO濃度，形成動(dòng)態(tài)平衡。

極低的生產(chǎn)力和有限的食物被認為是制約深海生物代謝的關(guān)鍵因素之一。有研究推測H.?gigas可能具備消化木質(zhì)碎屑的能力。該研究在H.gigas基因組中發(fā)現了4種內切葡聚糖酶基因，可以將纖維素初步分解為纖維二糖；在共生菌Psychomonas中發(fā)現了纖維二糖酶、celB基因和磷酸纖維二糖酶，負責將纖維二糖進(jìn)一步轉化為D-葡萄糖，從而形成完整的纖維素代謝通路。這一機制可能最終促使H.gigas能夠高效利用深淵食物資源，從而使其在食物匱乏的深淵海溝中成為一大優(yōu)勢類(lèi)群。

總?結

目前，理解動(dòng)物如何適應深淵仍然是一個(gè)科學(xué)難題。H.?gigas的基因組是全球已發(fā)表的“最深”的動(dòng)物基因組，其群體研究產(chǎn)出的數據量是迄今為止全球最大規模的單一海洋物種重測序，為研究深淵生態(tài)系統提供了寶貴的數據資源。該研究結果也為深入理解生命如何適應深淵環(huán)境提供了新的見(jiàn)解。

研究成果以“Microbial?ecosystem?and?ecological?driving?forces?in?the?deepest?ocean?sediments”為題發(fā)表在《Cell》雜志上。百邁客生物為該研究提供了測序服務(wù)。

Microbial ecosystem and ecological driving forces in the deepest ocean sediments

研究背景

深淵區（水深超6,000米，或根據聯(lián)合國教科文組織定義為水深超過(guò)6500米）占海洋垂直深度的45%，以極端高壓（110兆帕）、低溫（接近冰點(diǎn)）、黑暗及有機質(zhì)稀缺為特征。盡管環(huán)境嚴酷，這里卻孕育了獨特的生物群落，如凝膠狀魚(yú)類(lèi)、端足類(lèi)甲殼動(dòng)物及依賴(lài)化能合成的微生物。這些生物通過(guò)基因和代謝途徑的適應性進(jìn)化，成為研究生命極限的范本。

從1960年起，人類(lèi)對深淵的探索歷程一直伴隨著(zhù)巨大的代價(jià)和犧牲，也為現代深淵研究奠定了基礎。直至中國“奮斗者號”全海深載人潛水器的出現（2020年創(chuàng )下10,909米下潛紀錄），深淵科考進(jìn)入新階段。其220公斤有效載荷、高速水聲通信系統及高國產(chǎn)化率，顯著(zhù)提升了采樣精度與效率。

研究?jì)热菁敖Y果

構建海洋最深生態(tài)系統圖景

上海交通大學(xué)肖湘團隊，作為全球深海高壓微生物領(lǐng)域極少數至今在研的科學(xué)團隊，與中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所等國內多家科研單位共同參加了“奮斗者”號載人潛水器TS21航次，探索了馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆6000-11000米水深區域，其中雅浦海溝最深點(diǎn)為人類(lèi)首次探索，采集了包括水體、沉積物、宏生物、巖石等千余份樣本。

通過(guò)對采集的1，648份沉積物樣本進(jìn)行宏基因組測序，研究人員鑒定7,564個(gè)原核微生物物種，其中89.4%為未報道的新物種，這說(shuō)明深淵微生物具有超乎想象的物種新穎性，盡管深淵調查區域的面積不足全球海洋的億分之一，其物種多樣性與已知的全球海洋微生物多樣性相當，說(shuō)明在最深海域超高壓下微生物異常繁榮。

為解釋深淵微生物的異常繁榮，肖湘團隊構建了一種新的基于宏基因組的生態(tài)分析流程，將環(huán)境生態(tài)驅動(dòng)過(guò)程與微生物基因組特征和代謝偏好結合起來(lái)，發(fā)現深淵微生物通過(guò)“精簡(jiǎn)型”和“多能型”兩種截然不同的深淵環(huán)境適應策略，支撐了高新穎性的微生物生態(tài)系統。

圖1.深淵微生物的超高新穎性和多樣性及其生態(tài)成因

構建全球深淵微生物數據庫

“溟淵計劃”構建的全球深淵微生物數據庫，總數據量與過(guò)去十年海洋微生物積累的總數據量相當，研究發(fā)現的深淵微生物出人意料的超高新穎性和多樣性，展現了深淵生命的新資源潛能，可能幫助人類(lèi)解決當前面臨的常規環(huán)境生物資源枯竭的困境。

“溟淵計劃”微生物數據集將依托國產(chǎn)數據庫向全球開(kāi)放共享，呼吁國內外研究學(xué)者協(xié)力攻堅深淵環(huán)境與生命的重大科學(xué)問(wèn)題，拓展人類(lèi)對深部生命的認知邊界。

圖2.全球深淵微生物數據庫

該研究專(zhuān)題報道了深淵研究的重大進(jìn)展，樣本分析顯示出較高的分類(lèi)新穎性，為我們呈現了一個(gè)海洋深處極度繁榮的生態(tài)系統。重點(diǎn)研究了深淵生態(tài)系統，包括深淵微生物、深淵無(wú)脊椎動(dòng)物（鉤蝦）和深淵脊椎動(dòng)物（魚(yú)類(lèi)）的特征與環(huán)境適應，從而描繪了深淵特殊的食物鏈：從微生物到鉤蝦再到魚(yú)類(lèi)。發(fā)現了深淵存在跨越物種邊界的深淵環(huán)境“共適應”策略。

以上內容來(lái)源于上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，侵刪

近日，北京大學(xué)李毅研究團隊聯(lián)合福建農林大學(xué)等多個(gè)實(shí)驗室在Nature上發(fā)表了題為“Perception?of?viral?infections?and?initiation?of?antiviral?defence?in?rice”的研究論文，揭示了水稻感知病毒侵染并啟動(dòng)抗病毒免疫反應的分子機制。百邁客生物為該研究提供了轉錄組測序服務(wù)！

研究背景

水稻作為全球半數以上人口的主糧作物，其產(chǎn)量穩定性對糧食安全至關(guān)重要。在過(guò)去的20多年里，科學(xué)家在鑒定新病毒、解析病毒致病機理和植物抗病毒機制等方面取得了一系列的重要進(jìn)展，但在植物細胞尤其是禾本科植物細胞如何感知病毒侵染進(jìn)而啟動(dòng)抗病毒免疫等方面還了解的十分有限。

主要成果

研究發(fā)現水稻RING1-IBR-RING2類(lèi)型的泛素連接酶RBRL不僅能夠識別水稻條紋病毒（Rice?stripe?virus，RSV）的外殼蛋白（CP），還能識別水稻矮縮病毒（Rice?dwarf?virus，RDV）的外殼蛋白P2。進(jìn)一步研究表明，RSV?CP不僅能誘導RBRL表達量上調，還能激活RBRL的泛素連接酶活性，進(jìn)而促進(jìn)RBRL介導的茉莉酸信號通路抑制因子NOVEL?INTERACTOR?OF?JAZ?3（NINJA3）的泛素化和降解，從而激活水稻茉莉酸信號通路。

水稻抗病毒防御反應的分子機制

這可以理解為，當病毒來(lái)犯時(shí)，RBRL蛋白迅速“變身”把茉莉酸信號通路抑制因子NINJA3蛋白“拿下”，從而讓茉莉酸信號通路“火力全開(kāi)”，增強水稻的抗病毒能力。

李毅團隊這次的發(fā)現結合團隊前期研究成果，在水稻中發(fā)現和解析了一條核心的抗病毒通路，即從水稻細胞感知和識別病毒侵染到激活水稻抗病毒免疫機制全鏈條解析。即以水稻為模式，發(fā)現了從RBRL介導對病毒外殼蛋白感知和識別（Nature,?2025）、茉莉酸信號通路（JA）抑制子降解（Nature,?2025）、到茉莉酸信號通路激活RNA沉默核心蛋白（AGO18）表達（Cell?Host?&?Microbe,?2020）以及AGO18介導的RNAi和ROS協(xié)同防御的完整抗病毒免疫通路（Molecualr?Plant,?2019;?Nature?Plants,?2017;?eLife,?2015;?PLoS?Pathogens,?2011）。

研究總結

該研究為水稻抗病毒育種提供了多靶點(diǎn)策略：
1）利用RBRL廣譜識別特性開(kāi)發(fā)廣譜抗病毒種質(zhì)；
2）通過(guò)精細調控JA信號通路增強基礎抗性；
3）協(xié)同優(yōu)化RNAi與ROS防御系統。

這一系統性成果將為作物抗病毒研究和育種提供新的理論框架和技術(shù)路徑。李毅團隊介紹，通過(guò)優(yōu)化RBRL蛋白功能、增強茉莉酸信號通路活性，以及強化RNA干擾（RNAi）與活性氧（ROS）協(xié)同防御能力等多種技術(shù)路徑，未來(lái)有望培育出更具抗病能力的水稻新品種，從而降低病毒病害帶來(lái)的農業(yè)損失，提高糧食生產(chǎn)穩定性。同時(shí)，這一研究為全球水稻生產(chǎn)提供了新的抗病毒策略，助力可持續農業(yè)發(fā)展。

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《Science》ARF3介導的生長(cháng)素信號對黃瓜性別決定至關(guān)重要

該研究揭開(kāi)了生長(cháng)素促進(jìn)雌花產(chǎn)生的神秘機制，鑒定到關(guān)鍵調控因子CsARF3（Auxin?Response?Factor?3），并闡釋了生長(cháng)素和乙烯在性別決定上的互惠關(guān)系，為植物性別決定的調控網(wǎng)絡(luò )提供了全新的認識。百邁客生物為該研究提供了轉錄組測序及分析服務(wù)！

研究背景

古人識草木，多辨“花葉果”之形，卻少知其“性別”之異。

被子植物的性別決定，不僅是進(jìn)化成功的重要標志，更是解鎖農業(yè)增產(chǎn)、推動(dòng)雜交制種的關(guān)鍵密碼。植物性別并非僅由染色體決定，還受基因調控、激素水平、環(huán)境信號（溫度、光照、養分）的調控，其復雜性遠超動(dòng)物。

葫蘆科作物性型表現豐富，已逐漸成為研究性別決定的典型模式植物。葫蘆科作物的花在早期發(fā)育階段是兩性的，隨著(zhù)心皮原基或雄蕊原基的發(fā)育停滯產(chǎn)生單性花?！吧L(cháng)素促進(jìn)雌花產(chǎn)生”這一現象自上世紀50年代被植物學(xué)家觀(guān)察到以來(lái)，一直是植物生理學(xué)領(lǐng)域的“未解之謎”，且生長(cháng)素與乙烯是如何協(xié)同調控植物單性花發(fā)育的遺傳機制仍模糊不清。

研究?jì)热菁敖Y果

CsARF3是黃瓜雌花形成所必需的

該研究首先發(fā)現，外源施加生長(cháng)素（IAA）可提高黃瓜雌雄花比例。在16個(gè)黃瓜ARF家族成員中，CsARF3在雌性系WI1983G的雌花芽中表達顯著(zhù)高于其近等基因系WI1983GM（ACS1G突變，以雄花為主）的雄花芽，且在性別決定期（第6期之前）的表達更高（圖1A-G）。利用CRISPR/Cas9技術(shù)構建的Csarf3移碼突變體（Csarf3-1和Csarf3-2）僅產(chǎn)生雄花，而野生型（WT）為雌雄同株（圖1H,?I）。突變體部分雄花在心皮殘留部位出現花柱樣組織，其比例與野生型的雌花比例相似，暗示Csarf3突變導致雌花向雄花轉化（圖1J,?K）。相反，CsARF3過(guò)表達株系（CsARF3-OE）的雌花比例和復合雌性（每節多雌花）比例均顯著(zhù)增加（圖1L,?M）。外源IAA處理無(wú)法恢復Csarf3突變體的雌花產(chǎn)生，表明CsARF3介導的生長(cháng)素信號是黃瓜雌花形成不可或缺的環(huán)節。

圖1 CsARF3 促進(jìn)黃瓜中的雌性化

CsARF3直接調控CsSTM和CsWIP1的表達

KNOX家族轉錄因子參與莖端分生組織（SAM）形成和心皮發(fā)育。研究發(fā)現，Csarf3突變體異常心皮中多數KNOX?I類(lèi)成員表達下調，其中CsSTM（SHOOT?MERISTEMLESS同源基因）下降最為顯著(zhù)（圖2A）。CsSTM在雌花芽中表達高于雄花芽，在Csarf3突變體莖尖中表達降低，而在CsARF3-OE株系中上調（圖2B-D）。酵母單雜交、凝膠遷移實(shí)驗（EMSA）和染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP-qPCR）證實(shí)，CsARF3可直接結合CsSTM啟動(dòng)子中的生長(cháng)素響應元件（AuxREs），并激活其轉錄（圖2E-H,?I）。CsSTM在性別決定前特異性富集于雌花的心皮原基。敲除CsSTM導致雌花比例下降和首朵雌花出現延遲，而Csarf3?Csstm雙突變體的表型與Csstm單突變體相似，表明CsSTM位于CsARF3下游共同促進(jìn)雌花形成（圖2J,?K）。

圖2 CsARF3 通過(guò)直接刺激黃瓜中的CsSTM表達來(lái)促進(jìn)雌性化

另一方面，雌性抑制基因CsWIP1在Csarf3突變體中表達上調約3倍，在CsARF3-OE中下調（圖3A,?B）。CsARF3可直接結合CsWIP1啟動(dòng)子上的AuxRE元件并抑制其轉錄（圖3C-F）。遺傳分析顯示，Csarf3?Cswip1雙突變體恢復了雌雄同株表型，產(chǎn)生雌花和兩性花，類(lèi)似于Cswip1單突變體（僅雌花），證明CsARF3作用于CsWIP1上游抑制其功能以促進(jìn)雌性發(fā)育（圖4A-D）。

圖3 CsARF3負向調控CsWIP1在心皮發(fā)育中的表達

CsARF3與乙烯生物合成基因的遺傳關(guān)系

乙烯生物合成基因ACS1G（F基因）是黃瓜雌性表型的關(guān)鍵因子。研究發(fā)現，外源乙烯利（ethephon）處理不能誘導Csarf3突變體產(chǎn)生雌花，而生長(cháng)素處理卻能恢復乙烯生物合成突變體Csacs11和Csaco2（僅雄花）的雌花形成。將Csarf3突變引入攜帶ACS1G的雌性系中，發(fā)現CsARF3的缺失阻斷了ACS1G誘導的雌花發(fā)育（圖4E-H），表明乙烯需要通過(guò)生長(cháng)素通路促進(jìn)心皮發(fā)育。此外，黃瓜中ACS7同源基因CsACS2在Csarf3和Csstm突變體中表達顯著(zhù)下調，在CsARF3-OE中上調（圖4I-K），說(shuō)明生長(cháng)素信號能促進(jìn)乙烯生物合成，兩者在性別決定中形成互饋循環(huán)。

圖4 黃瓜中已知性別決定基因與CsARF3的遺傳關(guān)系

研究總結

該研究不僅破解了“生長(cháng)素促進(jìn)黃瓜雌花產(chǎn)生”之謎，極大豐富了被子植物單性花發(fā)育調控網(wǎng)絡(luò )，而且為理解激素信號如何調控植物器官發(fā)育提供了全新的視角，為農業(yè)生產(chǎn)中的作物性別調控提供了精準的分子靶點(diǎn)。

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