本文我們將回顧一下6月份德國WALZ調(diào)制葉綠素熒光儀參與發(fā)表的9篇高分文章，其中Nature Communications (1篇)；Science Advances (2篇)，The Plant Cell (1篇)，New Phytologist (1篇), Plant Physiology (1篇), The Plant Journal (3篇)。德國WALZ制造的PAM調(diào)制葉綠素熒光儀在光合作用研究領域遙遙領先~遙遙領先~

烷烴由許多生物體產(chǎn)生，并表現(xiàn)出多種生理作用，反映了高度的功能多樣性。烷烴在植物中充當防水蠟，為昆蟲傳遞信息素，以及在某些細菌中充當微生物信號分子。盡管在藍藻和藻類葉綠體中發(fā)現(xiàn)了烷烴，但它們對光合膜的重要性仍然難以捉摸。

優(yōu)化光合效率是開發(fā)更可持續(xù)和高產(chǎn)作物品種的一個非常有前途的策略。這一方法有可能顯著提高田間作物的農(nóng)藝性狀，已有幾項突破性成果證明了這一點，例如構建新的光呼吸支路、提高替代電子傳遞途徑的效率或增加熱耗散NPQ。2024年6月7日，Science Advances在線發(fā)表美國加州大學伯克利分校植物與微生物生物學系Krishna K. Niyogi課題組題為"Multiplexed CRISPR-Cas9 mutagenesis of rice PSBS1 noncoding sequences for transgene-free overexpression"的最新研究論文。報道了該研究小組通過CRISPR/Cas9工具編輯植物中自然存在的參與光保護過程的基因來改變光合作用。

另外，植物表型與蛋白表達關系的研究結果是鑒定出兩種顯著提高PsbS蛋白豐度和NPQ的等位基因，但OX等位基因的頻率較低(1.67%)。研究發(fā)現(xiàn)，OX等位基因使OsPsbS1蛋白豐度增加了兩到三倍，增強了NPQ能力和iWUE。PsbS豐度和NPQ之間存在對數(shù)關系，表明PsbS豐度的微小增加對NPQ能力的影響很小，這導致在篩選過程中KO/KD突變的富集。

結構變異和表型效應的研究發(fā)現(xiàn)，5′UTR插入/缺失和倒位在推動KO/KD和OX表型中起著重要作用。復雜的結構變異(如252-kb的重復/倒位)顯著影響基因表達，而不會引起主要的脫靶轉錄組擾動。轉錄組分析顯示，在重復/倒位區(qū)域內(nèi)外的差異表達基因，表明基因調(diào)控的目標性和特異性。

氣體交換和紅光依賴的表型研究發(fā)現(xiàn)，PSBS1的過表達在非常高的光強下增加了NPQ能力，但也顯示了在中等光強下PsbS蛋白豐度和iWUE之間的強相關性。這表明除了NPQ之外，其他因素(如類囊體醌的氧化還原狀態(tài))可能參與了在不同光照條件下調(diào)節(jié)光合作用和氣孔導度。

總之，本研究的諸多發(fā)現(xiàn)強調(diào)了CRISPR-Cas9在通過靶向基因編輯產(chǎn)生顯著遺傳變異和改善農(nóng)藝性狀方面的潛力。高通量篩選方法有效地鑒定出理想表型，但OX等位基因的低頻率表明隨機順式調(diào)控元件誘變的挑戰(zhàn)。理解順式調(diào)控機制并改進基因編輯策略，有助于開發(fā)具有顯著農(nóng)藝效益的小效應等位基因。

植物光合作用和呼吸對環(huán)境因素(例如光、空氣溫度和濕度、大氣CO₂和土壤水)的響應已得到廣泛研究。葉子的光合作用和呼吸作用也與植物的內(nèi)部狀態(tài)密切相關，其特征是非結構碳水化合物 (NSC) 和氮 (N) 濃度以及水勢。然而，與外部環(huán)境變量相比，葉片氣體交換率對葉片內(nèi)部 NSC 濃度變化的響應受到的關注較少。

當多種生物共生時，它們必須協(xié)調(diào)新陳代謝和生理機能，以維持共生關系。如果共生體對應激源的反應不對稱，這種協(xié)調(diào)就會瓦解，導致共生體解體，尤其是在氣候紊亂的情況下。盡管最近在珊瑚等一些共生體中發(fā)現(xiàn)了應激引起的共生體解體(失調(diào))現(xiàn)象，但在許多具有重要生態(tài)和進化意義的共生體中，這種現(xiàn)象仍未得到充分研究，其中包括第一個被認為是共生體的共生體：地衣。

2024年6月14日，Science Advances雜志在線發(fā)表美國明尼蘇達大學Daniel E. Stanton實驗室題為Symbionts out of sync: Decoupled physiological responses are widespread and ecologically important in lichen associations的研究論文。在本研究中，Abigail R. Meyer等人研究了地衣(Evernia mesomorpha)中這種不對稱的生理、生態(tài)和轉錄基礎。這種碳平衡的不對稱性取決于水合來源，并與氣候范圍的限制相一致。E. mesomorpha共生體的基因表達差異表明，主要地衣共生體的生理結構是分離的。此外，研究人員還利用氣體交換數(shù)據(jù)表明，碳平衡的不對稱性在進化過程中不同的地衣共生體中普遍存在。以碳平衡不對稱為例，他們?yōu)楣采�體中生理不對稱的廣泛重要性提供了證據(jù)。

光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)利用光能催化水氧化裂解和質(zhì)體醌還原。在高光照條件下，它極易受到光損傷，受損的PSⅡ需要通過稱為PSⅡ修復循環(huán)(PSII repair cycle)的過程進行修復。PSⅡ修復循環(huán)是一個多步驟的復雜過程，其中包括：(i)PSⅡ核心亞基的可逆磷酸化；(ii)PSⅡ核心的單聚體化和從基粒垛疊區(qū)到基質(zhì)區(qū)的橫向遷移；(iii)PSⅡ的部分解體；(iv)受損D1的蛋白水解降解；(v) 用新的拷貝替換受損的D1蛋白；(vi) PSⅡ單聚體的重新組裝和遷移回基粒垛疊區(qū)進行二聚化和超復合物組裝。即便如此，PSII修復過程的詳細分子機制仍然難以捉摸。

紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是世界上最重要的多年生豆科牧草之一，因其品質(zhì)好、蛋白含量高、生態(tài)適應性廣等優(yōu)勢，被稱為“牧草之王”。全球土壤鹽堿化面積逐年擴大，低溫等極端天氣時常發(fā)生。苜蓿具有較強的抗旱、抗寒、抗鹽堿等特性，在中高緯度鹽堿地種植紫花苜蓿不僅可以開發(fā)利用鹽堿地、減緩土壤鹽堿化趨勢，還可以緩解其與糧食作物爭奪土地的矛盾。前人研究大多集中在苜蓿在單一寒冷或鹽堿脅迫下分析，缺乏對苜蓿在寒冷和鹽堿脅迫下的全面研究。因此，研究植物對低溫和鹽堿復合脅迫的響應機制對提高農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)水平具有重要意義。

2024年6月29日，The Plant Journal雜志在線發(fā)表了哈爾濱師范大學郭長虹教授團隊題為“Metabolomics and transcriptomics analysis revealed the response mechanism of alfalfa to combined cold and saline-alkali stress”的研究論文，揭示了紫花苜蓿對低溫和鹽堿復合脅迫的響應機制。在本研究中，Lei Liu等人利用多組學分析了兩種苜蓿(肇東[ZD]和藍月亮[BM])對冷和鹽堿脅迫的復雜響應機制。結果表明，ZD比BM具有更強的承受綜合壓力的能力。兩個品種的三羧酸循環(huán)對聯(lián)合脅迫做出積極反應，ZD積累了更多的糖、氨基酸和茉莉酸。兩個品種的類黃酮生物合成途徑基因表達量和類黃酮含量存在顯著差異。加權基因共表達網(wǎng)絡分析和基于RNA-Seq數(shù)據(jù)的共表達網(wǎng)絡分析表明MsMYB12基因可能通過調(diào)節(jié)類黃酮生物合成途徑來響應組合脅迫。MsMYB12可以直接結合MsFLS13的啟動子并促進其表達。此外，MsFLS13過表達可以增強黃酮醇積累和抗氧化能力，從而提高綜合應激耐受性。這些研究結果為提高苜蓿對寒冷和鹽堿聯(lián)合脅迫的抗性提供了新的見解，表明黃酮類化合物對于植物抵抗聯(lián)合脅迫至關重要，并為未來的育種計劃提供理論指導。

眾所周知，溶解二氧化碳濃度的增加和海面溫度的上升(海洋變暖)可以對海洋浮游植物產(chǎn)生相互作用，但在長期進化規(guī)模上這種相互作用的最終分子機制相對尚未被探索。

2024年6月29日，The Plant Journal雜志在線發(fā)表了廣州大學金鵬老師課題組題為"The adaptive mechanisms of the marine diatom Thalassiosira weissflogii to long‐term high CO₂ and warming"的研究論文。在該研究中，Yunyue Zhou等人對適應變暖和/或高二氧化碳條件約3.5年的海洋硅藻(Thalassiosira weissflogii)進行了轉錄組學和定量代謝組學分析以及生理特征分析。研究發(fā)現(xiàn)，長期變暖對基因表達的影響比二氧化碳濃度升高的影響更明顯，從而導致更多的差異表達基因(DEG)。在適應變暖+高二氧化碳的人群中觀察到最大數(shù)量的DEG，表明這些因素之間存在潛在的協(xié)同相互作用。研究人員進一步確定了DEG發(fā)揮作用的代謝途徑以及豐度顯著變化的代謝物。他們發(fā)現(xiàn)，核糖體生物合成相關途徑被上調(diào)，以滿足變暖或變暖與高二氧化碳相結合后增加的物質(zhì)和能量需求。這導致能量代謝途徑的上調(diào)，例如糖酵解、光呼吸、三羧酸循環(huán)和氧化戊糖磷酸途徑以及相關代謝物。這些代謝變化有助于補償光化學效率和光合作用的降低。本研究強調(diào)核糖體生物合成的上調(diào)在促進浮游植物適應全球海洋變化方面發(fā)揮著重要作用，并闡明了全球變化背景下變暖和高二氧化碳對海洋浮游植物適應的相互作用影響。

柳樹是一種非常常見的河道綠化樹種，但是你知道嗎？與雄性柳樹相比，雌性柳樹表現(xiàn)出更強的耐旱性，并且更多地受益于外源乙酸(AA)提高的耐旱性。然而，驅(qū)動這些性別特異性反應的潛在機制仍不清楚。

2024年6月30日，The Plant Journal雜志在線發(fā)表了四川大學生科院張勝教授課題組題為"Sexually dimorphic acetyl‐CoA biosynthesis and utilization in response to drought and exogenous acetic acid"的研究論文。在本研究中，研究人員為了全面研究柳樹對干旱和外源 AA的性二態(tài)性響應機制，對暴露于干旱和AA干旱處理的雌性和雄性桃金娘柳進行了生理、蛋白質(zhì)組、賴氨酸乙酰蛋白質(zhì)組和轉基因分析，重點關注蛋白質(zhì)豐度和賴氨酸乙�；� (LysAc)變化。耐旱雌性遭受干旱引起的光合作用和氧化損傷較少，并且不會像對干旱敏感的雄性那樣強烈激活AA和乙酰輔酶A生物合成、TCA循環(huán)、脂肪酸代謝和茉莉酸信號傳導。外源性AA會導致男性內(nèi)源性 AA 過度積累，并抑制乙酰輔酶 A 的生物合成和利用。然而，外源AA極大地增強了乙酰輔酶A的生物合成和利用，并進一步增強了雌性的抗旱性能，這可能決定了AA比雄性更能提高雌性的耐旱性。有趣的是，乙酰輔酶A合成酶(ACS)的過度表達可以重新編程脂肪酸，增加LysAc水平，并提高耐旱性，這凸顯了ACS衍生的乙酰輔酶A在干旱反應中的參與。此外，干旱和外源AA誘導柳樹中與組蛋白、轉錄因子和代謝酶相關的性二態(tài)性LysAc。特別是，外源AA可以通過降低LysAc水平和增加光合蛋白的豐度來極大地提高S. myrtillacea雄性的光合能力。雖然糖酵解、TCA循環(huán)和脂肪酸生物合成中的過度乙酰化可能作為負反饋，以適應干旱脅迫的雄性和施用AA的雌性的乙酰輔酶A生物合成和利用。因此，乙酰輔酶A的生物合成和利用決定了桃金娘對干旱和外源AA的性二態(tài)性反應。

2. Patel-Tupper, D., et al. (2024). "Multiplexed CRISPR-Cas9 mutagenesis of rice PSBS1 noncoding sequences for transgene-free overexpression." Science Advances 10(23): eadm7452.

3. Tian, M., et al. (2024). "Seasonal dynamics and punctuated carbon sink reduction suggest photosynthetic capacity of boreal silver birch is reduced by the accumulation of hexose." New Phytologist n/a(n/a).

4. Zhang, Z., et al. (2024). "The MdHSC70-MdWRKY75 module mediates basal apple thermotolerance by regulating the expression of heat shock factor genes." The Plant Cell.

5. Meyer, A. R., et al. (2024). "Symbionts out of sync: Decoupled physiological responses are widespread and ecologically important in lichen associations." Science Advances 10(24): eado2783.

6. Li, A., et al. (2024). "Structural basis for an early stage of the photosystem II repair cycle in Chlamydomonas reinhardtii." Nature communications 15(1): 5211.

7. Liu, L., et al. (2024). "Metabolomics and transcriptomics analysis revealed the response mechanism of alfalfa to combined cold and saline-alkali stress." The Plant Journal n/a(n/a).

8. Zhou, Y., et al. (2024). "The adaptive mechanisms of the marine diatom Thalassiosira weissflogii to long-term high CO2 and warming." The Plant Journal n/a(n/a).

9. Xia, L., et al. (2024). "Sexually dimorphic acetyl-CoA biosynthesis and utilization in response to drought and exogenous acetic acid." The Plant Journal n/a(n/a).

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