华中农大近期科学研究进展

在硼缓解柑橘砧木铝毒害研究领域取得新进展

近日，资源与环境学院教授姜存仓课题组在Journal of Hazardous Materials杂志发表题为“Boron reduces aluminum deposition in alkali-soluble pectin and cytoplasm to release aluminum toxicity” 的研究论文，相关研究揭示了硼降低铝在枳壳砧木根系细胞壁碱溶性果胶和细胞质中铝的积累，最终减轻铝对植株的毒害作用机理。

铝（Al）是地壳中含量最丰富的金属元素。铝毒是酸性土壤（pH≤5）中限制作物生长的重要因素。硼（B）是高等植物生长发育必需的微量元素之一，缺硼症状首先出现于根系，与铝毒症状相似，且细胞壁被认为是缺硼和铝毒作用的主要位点。柑橘是我国重要的水果作物，其主要种植在南方酸性土壤中，硼缺乏和铝毒害并存问题在柑橘园很常见。2017年该课题组在Environmental Pollution报道了硼可改变枳壳砧木根系果胶组分及纤维素特性而缓解铝毒，但是更深入的缓解机制还有待探索。

本研究中发现，铝胁迫下根系79.60-87.33%的铝积累在细胞壁上，加硼降低根系细胞壁铝含量，X射线光电子能谱结合扫描电镜X射线能谱仪技术验证了此结论。进一步探究发现，铝胁迫下加硼主要降低果胶（尤其是碱溶性果胶中）铝含量。原因是铝胁迫下加硼抑制果胶，尤其是碱溶性果胶合成及其PME活性，同时，加硼增加质膜H+-ATPase活性，促进H+外排，降低质外体pH而进一步降低PME活性，增加果胶甲基酯化度，从而抑制果胶水解出更多的羧基基团；原子力显微镜观察发现硼促进碱溶性果胶交联，形成稳定的细胞壁网状结构，减小细胞壁的孔径，二者共同作用降低铝在细胞壁中的积累。另外，透射电镜X射线能谱仪技术探究细胞间隙、细胞质和液泡中铝含量及对NRAT1（负责将Al3+从细胞间隙转运到细胞质）和ALS1（调控铝离子从细胞质转运到液泡）表达量的测定，得出胁迫下加硼抑制根尖对铝的吸收，及加速细胞质铝的液泡区室化，最终减轻铝对植株的毒害作用。本次研究有助于酸性土壤中柑橘产业的发展，更为酸性红壤中硼肥施用措施提供科学的理论依据。

博士研究生闫磊为本文的第一作者，教授姜存仓为通讯作者。

打通“信息孤岛” 实现玉米多组学数据“云端”集成检索分析

玉米是我国最重要的农作物之一，总产量和种植面积跃居全国第一。近年来，我国玉米基础研究起步晚、进步快，取得了显著成绩。特别是随着高通量检测技术的快速发展，玉米相关的生物学数据朝着多组学、多维度的层面快速积累。但我国学者对基础研究的材料和数据的收集和分享长期依赖国际数据库，国内玉米研究的材料和数据的共享平台亟待加强。同时，现有的玉米数据库大多关注一种或特定几种组学数据，不同数据库之间难以有效整合利用，形成了一个个“信息孤岛”。

近日，严建兵教授课题组成功整合了来自于同一玉米群体的基因组、转录组、表型组、代谢组、表观基因组、遗传变异以及遗传定位结果等多组学数据，构建了一个玉米属综合数据库ZEAMAP（http://www.网址未加载/），并内嵌了基因组“浏览器”和“搜索引擎”，实现对相关组学数据的高度集成、快速检索和智能分析。

该数据库以严建兵课题组牵头收集并被国内外同行广泛使用的玉米关联群体为基础（据不完全统计，该群体已经被超过60个国内外实验室所使用，严建兵课题组已分发的材料多达15000余份，已经产生了大量的各类数据和成果），收集整合了该群体的基因组、转录组、表型组、代谢组、表观基因组、遗传变异以及遗传定位结果等多组学数据，构建了一个玉米属综合数据库ZEAMAP。该数据库同时收录了4个玉米基因组和1个大刍草基因组，并进行了详细的功能注释，内嵌了基因组“浏览器”以及丰富的数据检索、分析和展示工具，可以直观地对比较基因组、基因共线性区块、表达模式聚类、遗传变异基因型、连锁图谱、遗传定位结果、染色质交互、组蛋白修饰以及群体水平的DNA甲基化等多组学数据进行检索和分析，并提供相应的条目链接，实现在不同组学数据之间进行跳转访问。

严建兵课题组表示，将持续维护和更新该数据库，开放共享数据和材料，欢迎广大科研工作者使用并提改进意见。并期待这一云端集成检索有效促进对玉米现有组学数据资源的利用，有助于深入理解玉米遗传变异、表型和基因之间的关系，辅助玉米的遗传育种和改良，共同促进科学事业的发展。

相关成果以“ZEAMAP，a Comprehensive DatabaseAdapted to the Maize Multi-Omics Era”为题发表在iScience杂志。华中农业大学植物科学技术学院博士后桂松涛博士为论文第一作者，植物科学技术学院严建兵教授和博士后杨宁博士为论文通讯作者。

从全基因组角度揭示鳜鱼的凶猛食性机制

近日，梁旭方教授课题组完成了鳜科4种鱼类的基因组测序工作，并在Nature旗下期刊Communications Biology上发表了题为“Mandarin fish (Sinipercidae) genomes provide insights into innate predatory feeding”的研究论文。

翘嘴鳜捕食活饵料鱼

比较基因组学研究

鳜科(Sinipercidae)鱼类生性凶猛，自开食起即以其他鱼类为食，通常拒食浮游动物或人工饲料。适口活饵料鱼的稳定供应成为鳜鱼产业发展的关键制约因素，用人工饲料替代活鱼养鳜是产业健康可持续发展的必然选择。梁旭方教授课题组主导并与德国莱布尼茨淡水生态与内陆渔业研究所(IGB)合作完成了翘嘴鳜(Siniperca chuatsi)基因组的三代测序及染色体水平组装，以及大眼鳜(Siniperca kneri)、斑鳜(Siniperca scherzeri)和少鳞鳜(Coreoperca whiteheadi)高质量基因组组装。通过比较基因组学分析揭示了鳜科鱼类在凶猛食性、生长、幽门盲囊和盐度适应等性状上的快速适应性进化机制。

鳃耙与鱼类食性密切相关，鳜科鱼类仅有4-9个鳃耙，少于其它鱼类。鳃耙发育相关基因edar低表达可能是翘嘴鳜鳃耙数目少的原因。Edar-/-鱼鳃耙缺失，对浮游动物的摄食减少，而对饵料鱼的摄食增加。EDAR激活剂能够促进鳃耙发育，更密的鳃耙有利于滤食浮游动物。bmp4高表达能够通过结合edar上游的Xvent-1位点抑制edar表达和鳃耙发育，从而使得鳜鱼更加凶猛。

华中农业大学何珊副教授、博士研究生李玲和吕丽媛为论文共同第一作者，梁旭方教授和德国莱布尼茨淡水生态与内陆渔业研究所的Dr. Heiner Kuhl为论文通讯作者。

由于篇幅所限，今天所分享的仅为近期华中农业大学科学研究成果的一部分。更多科研动态，欢迎点击文末“阅读原文”，浏览华中农业大学南湖新闻网科学研究专题进一步了解。

供稿 |闫磊桂松涛 何珊

编辑 | 刘涛

校对 | 匡敏