华中农业大学近期科学研究进展

2021-6-23 16:47:40

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华中农业大学近期科学研究进展

发现影响甜橙果实酸味的体细胞变异

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▲图1. 甜橙芽变（体细胞变异）群体的表型

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▲图2. 甜橙群体果实柠檬酸含量的分化（a）、其遗传基础（b）以及可能的传播路线（c）

6月17日，华中农业大学园艺林学学院徐强课题组发现了影响甜橙果实酸味的体细胞变异。相关研究论文发表在Nature Plants。

大多数果树通过无性繁殖，基于体细胞变异的芽变育种成为果树重要育种途径。据统计，柑橘家族60%的品种来源于芽变育种。甜橙在全世界114个国家栽培，绝大多数品种来源于体细胞变异。甜橙具有无融合生殖特点，自然条件下进行严格的无性繁殖，成为体细胞变异研究的模式物种。体细胞变异来源于细胞有丝分裂过程中DNA复制和修复产生的一定概率的突变。相比于有性变异，人们对植物体细胞变异认识较少。在人类疾病中，体细胞变异的累积与癌症发生密切相关。在果树育种中，体细胞变异被广泛利用于芽变选种。

柠檬酸是柑橘果实风味的关键因子，团队前期研究发现糖酸比是柑橘果实风味的决定因子，柑橘驯化过程中主要降低了柠檬酸含量而改良了口感。该研究发现甜橙114个芽变材料的果实柠檬酸含量变化十分显著，如我国湖南南部收集到的自然高酸甜橙材料，其果实酸的含量接近于柠檬；而无酸甜橙的柠檬酸含量接近为0。

为了解析甜橙体细胞变异的遗传基础，挖掘影响果实酸味的关键基因，该研究采用了芽变群体结合基因组学的策略，提高了体细胞预测范围和精准度。研究团队首先组装了甜橙双单倍体（Double Haploid）及6个二倍体的基因组，构建起迄今柑橘家族质量最好的参考基因组，9条染色体平均每条染色体仅剩下3个缺口（gap）。利用高质量基因组和丰富的芽变材料，该研究在114个甜橙中共鉴定到 2321个结构变异（Structure variation），进一步鉴定到877个转座子跳跃事件。遗传和基因功能研究表明，这些转座子在低酸和无酸的突变体中插入到转运子（Transporter）基因或者其调控基因，从而影响了果实的pH值及柠檬酸含量。

甜橙在历史上数次从中国经过海上丝绸之路、陆地茶马古道传播到外地，据报道，最初被波斯（今伊朗地区）、地中海地区商人引入的中国甜橙是高酸类型，这类高酸的果实易于长途储运但风味不好。后来从中国引进了酸含量中等、风味更好的甜橙类型，并命名为China orange。本研究的遗传变异也支撑甜橙在历史上的传播路线，并在地中海品种和美洲品种检测到了更多的体细胞变异。本研究结果首次阐明了甜橙体细胞变异的基因组基础，为芽变机制提供了理论支撑，同时也为果实风味育种提供了基因资源。

华中农业大学园艺林学学院博士后王沦、博士生黄跃和刘子昂为该论文的共同第一作者，徐强教授为论文的通讯作者，邓秀新院士参与了项目的指导。西南大学柑橘研究所江东研究员、湖南农科院园艺所杨水芝研究员、陈鹏助理研究员参与了研究。

论文链接：

https://www.网址未加载/articles/s41477-021-00941-x

在外来入侵植物生态影响方面取得系列进展

▲图1. 野外调查样点(a)和本研究所涉及植物物种的系统发育关系(b)

▲图2. 不同生物群落丰富度纬度变化规律

近日，华中农业大学植物科学技术学院教授、农业微生物国家重点实验室PI卢新民课题组首次采用生物地理学和植物系统发育研究框架，综合纬度梯度野外调查和温室控制实验，比较了我国常见且共发生的60余种入侵和本土植物根际真菌群落结构（图1）。该成果发表于Global Change Biology杂志。

研究发现，植物根际真菌群落结构主要由植物系统发育关系决定，而植物来源（入侵或本土）和非生物环境（如气候、土壤理化性状）等的影响较弱；入侵和本土植物根际特异性真菌OUT的丰富度和相对含量均无显著差异；北纬25.2-29.2之间，入侵植物种间根际真菌群落组成差异较本土植物种间根际真菌群落种间差异大。这些发现不支持天敌逃逸假说、植物入侵导致本土生物均质化等观点，表明本土生物能够快速适应外来入侵生物形成新的相互作用。

课题组成员以入侵植物喜旱莲子草为对象，开展纬度梯度调查（跨14个纬度、49个样点），首次探讨了与入侵植物共存的不同生物群落纬度变化规律及其驱动因子。结果发现，由于对气候和生物因子（如植物入侵）变化的响应存在差异，与喜旱莲子草共存的植物（包括本土和外来植物）、节肢动物（包括草食动物、捕食性动物和食腐动物等）和土壤真菌（包括致病真菌、共生真菌和腐生真菌等）的多样性和组成呈现不同的纬度格局（图2）；与气候比较，植物入侵和其他生物因子对一些生物类群（如土壤致病真菌）多样性和组成具更强的调控作用。研究表明，气候和外来植物入侵同步调控生物群落组成，但两者相对作用强度因生物类群不同而有所差异。该成果发表于New Phytologist杂志。

课题组博士生韦春强和高伦伦为Global Change Biology文章的共同第一作者；博士生高伦伦、韦春强和硕士生徐浩为New Phytologist文章的共同第一作者。昆虫教研室刘晓艳副教授参与部分研究，卢新民教授为两篇论文的通讯作者。

论文链接：

https://网址未加载/10.1111/gcb.15683

https://网址未加载/10.1111/nph.17479

揭示武昌鱼基因组及其嗅觉适应性进化机制

近日，华中农业大学鱼类遗传育种与繁育研究团队公布了高质量的团头鲂（武昌鱼）基因组遗传图谱，基于比较基因组学探究了28种不同食性鱼类嗅觉受体基因（ORs）家族的进化历程和表达模式，发现鱼类ORs的进化与其栖息环境和食性密切相关，为鱼类摄食研究提供了新思路，也为鱼类定向育种提供理论支持。

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▲团头鲂与斑马鱼基因组共线性分析

嗅觉是动物最重要的感觉系统之一。ORs主要在鼻腔嗅上皮中表达，可分辨各种不同的气味分子，在食物选择、有毒物质识别及躲避天敌中扮演着重要角色。ORs是脊椎动物中最大的基因家族之一，尤其是哺乳动物，其数目占整个基因组基因总数的5%，哺乳动物嗅觉受体进化与其食性密切相关，不同食性动物之所以能识别和区分成千上万种不同的气味，这与其基因组中ORs的数目有关。不同食性鱼类嗅觉进化历程有何不同，特别是植食性和肉食性鱼类嗅觉的遗传基础是有何差别还不清楚。

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▲鱼类嗅觉受体基因家族的进化与表达模式

研究人员基于比较基因组学探究了28种不同食性（草食性、肉食性、杂食性和滤食性）鱼类ORs的进化历程，发现肉食性鱼类总ORs拷贝数显著低于草食性鱼类，淡水草食性鱼类特异性扩张ORs的β和ε亚型。科研人员认为这种扩张受到正选择压力驱使，通过对代表性鱼类的嗅觉器官转录组测序与分析，发现几乎所有ORs均表达，这一结果揭示了不同食性鱼类ORs的进化历程及其与食性的相关性，阐明了草食性鱼类和肉食性鱼类ORs的遗传基础，为进一步探究嗅觉在鱼类食性调控中的功能及分子机制奠定基础。

论文链接：

https://academic.网址未加载/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msab152/6277737?guestAccessKey=8ea0bded-aa5c-42cf-a16f-f42f5451c1ad

发现新冠病毒诱导自噬及其机制

近日，华中农业大学农业微生物学国家重点实验室金梅林团队与武汉大学生命科学学院陈明周团队等合作攻关，在新冠病毒（SARS-CoV-2）诱导细胞自噬及其机制方面取得重要进展。

自噬是真核细胞一种保守的稳态维持机制，广泛参与细胞生长、发育、免疫和感染等多种生理过程，然而新冠病毒是否能够利用自噬建立感染和致病尚不十分清楚。

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▲新冠病毒显著促进自噬形成

科研人员系统考察了新冠病毒感染细胞后自噬过程的多个指标，结果表明病毒感染能够显著促进自噬的形成。对病毒主要结构蛋白和非结构蛋白的筛选后，研究人员发现新冠病毒编码的M蛋白能够显著影响自噬的形成，并首次鉴定到M蛋白WxxL motif能够介导M与自噬标志蛋白LC3发生相互作用。

▲蛋白定位在线粒体中并介导线粒体自噬降解

基于LC3与自噬受体结合后能够介导相应靶蛋白/细胞器等的自噬降解这一理论基础，研究人员推测M蛋白或起到类似自噬受体的功能。有意思的是，研究发现M蛋白能够转位到线粒体外膜，并介导LC3转位到线粒体，促进线粒体的自噬性降解。

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▲蛋白抑制I型干扰素的产生

线粒体是细胞I型干扰素产生的信号聚集平台，其自噬性降解将会极大影响信号转导。研究人员发现，M蛋白指引LC3转位到线粒体后能显著削弱I型干扰素的产生，而无法与LC3互作的M蛋白突变体则表现出较弱的干扰素拮抗效应，表明M蛋白能通过促进线粒体自噬拮抗宿主固有免疫反应。这一发现说明M可能与早期临床感染病人延迟的I型干扰素反应存在重要关联。