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[前沿资讯] 水稻基因组有了更清晰的三维图谱 进入全文

中国科学报

近日,华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室教授李兴旺和李国亮团队合作,绘制了水稻活跃基因以及异染色质参与的高分辨率三维基因组图谱,揭示了水稻三维基因组结构对基因的转录调控,以及遗传变异对三维基因组结构及基因表达的影响。8月13日,相关成果在线发表于《自然—通讯》。近年来,利用传统的Hi-C技术,水稻三维基因组研究获得了多项重要发现。然而,受限于分辨率不高等因素,Hi-C方法很难精确地检测到基因启动子—启动子交互(PPI)、染色质环等精细的三维基因组结构。科研人员利用改进的Long-read ChIA-PET技术,构建了RNA聚合酶II(RNAPII)、组蛋白修饰H3K4me3介导的水稻活跃基因的染色质交互图谱,以及组蛋白修饰H3K9me2介导的异染色质交互图谱,并进一步系统分析了三种交互的基本特征。结果显示,RNA聚合酶II介导了28213个染色质远程互作,H3K4me3修饰区域(主要是启动子区)参与了11230个远程互作,H3K9me2修饰区域(主要是异染色质区)参与了11590个远程互作。分析表明,与未参与染色质交互的结合位点比较,参与PPI交互的结合位点覆盖了更高活性和广泛表达的基因,且PPI锚定基因倾向于协同表达,而异染色质交互的染色质环形成了水稻染色体构象中相对稳定的结构模块。基于此,研究人员提出,水稻基因组在空间上可划分为几类具有不同转录活性的染色质交互模块,共覆盖了大约82%的水稻线性基因组区域。此外,研究人员还揭示了功能性遗传变异对水稻染色质拓扑结构及基因转录调控的影响,并通过整合已发表的eQTL数据,提出了染色质空间邻近为eQTLs-etraits遗传关系提供了三维基础。

[前沿资讯] 多晒太阳不易得稻瘟病机制获揭示 进入全文

中国科学院

稻瘟病是水稻生产上的毁灭性病害,在阴雨连绵、光照不足时常常会大暴发,但是其机制至今仍不清楚。近日,南京农业大学张正光课题组研究发现,有些水稻品种在光照较弱时,稻瘟病发病严重,而光照强时,则发病弱。相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。研究表明,水稻体内有一种专门负责吸收和传递光能的水稻捕光复合体(LHC)家族,其成员之一LHCB5,正常情况下会与其工作伙伴PsbS(一种电子转运相关蛋白)一起在叶绿体中组团工作。张正光团队发现,在光照条件下,稻瘟病菌入侵水稻时,LHCB5的第24位苏氨酸发生磷酸化,在水稻体内拉起“战时警报”。张正光介绍,水稻“战时警备”状态下,LHCB5会一反常态,加速向叶绿体中积累,撇开老朋友PsbS,自身以“三人特别行动队”的方式快速聚合。大量特别行动队在叶绿体中快速集合“巡逻”和“戒严”,导致叶绿体正常的电子行动不便,转运速率下降,这些电子在叶绿体中大量积累,与氧气合作,诱发叶绿体中活性氧的迸发,唤醒了叶绿体内专门的抗病相关基因,从而提高了水稻对稻瘟病菌的抗病性。该研究同时分析了3000份水稻种质资源,发现LHCB5基因的启动子区域存在丰富的多态性位点(SNPs),不同的SNPs决定着LHCB5基因转录水平的高低,并且在粳稻和籼稻品种中存在明显分化,粳稻中LHCB5的转录水平显著高于籼稻品种。

[学术文献] Circular RNA profiling of the rice photo-thermosensitive genic male sterile line Wuxiang S reveals circRNA involved in the fertility transition 进入全文

BMC Plant Biology

compared with WXS (S), of which 97, 87 and 60 circRNAs were differentially expressed at the pollen mother cell (PMC) formation stage (P2), the meiosis stage (P3) and the microspore formation stage (P4), respectively. Fertility specific expression patterns of eight circRNAs were analysis by qRT-PCR. Gene ontology (GO) and KEGG pathway analysis of the parental genes of differentially expressed circRNAs (DECs) revealed that they mainly participated in various biological processes such as development, response to stimulation, hormonal regulation, and reproduction. Furthermore, 15 DECs were found to act as putative miRNA sponges to involved in fertility transition in PTGMS rice line.CONCLUSION In the present study, the abundance and characteristics of circRNAs were investigated in the PTGMS rice line using bioinformatic approaches. Moreover, the expression patterns of circRNAs were different between WXS (F) and WXS (S). Our findings primarily revealed that circRNAs might be endogenous noncoding regulators of flower and pollen development, and were involved in the fertility transition in the PTGMS rice line, and guide the production and application of two-line hybrid rice.

[学术文献] Understanding and breaking down the reproductive barrier between Asian and African cultivated rice: a new start for hybrid rice breeding 进入全文

Sci China Life Sci

Understanding and breaking down the reproductive barrier between Asian and African cultivated rice: a new start for hybrid rice breeding

[前沿资讯] 我国东部四个气候带水稻土中微生物残留物对有机碳积累的贡献研究取得新进展 进入全文

中国科学院

微生物可以通过合成代谢作用将不稳定的有机碳转化为自身细胞组成,通过细胞的生长和死亡过程最终以微生物残留物形式对稳定有机碳库有重要贡献,但真菌和细菌残留物在此过程中的贡献随气候带的改变不清楚。我国水稻土从北向南跨越中温带、暖温带、亚热带和热带四个气候区,不同气候区耕作强度和气候条件差别巨大,微生物残留物(真菌和细菌)对有机碳积累的贡献对不同气候区的响应特征对解释大尺度上水稻土固碳机制有重要科学意义。基于此,中国科学院亚热带农业生态研究所苏以荣研究员团队随机采集了中温带、暖温带、亚热带和热带四个气候区的水稻土,研究了水稻土中真菌和细菌残留物对有机碳积累的贡献。结果表明,水稻土中微生物残留物以真菌残留物为主。真菌残留物对有机碳积累的贡献在四个气候区无显著差异,而总微生物残留物和细菌残留物对有机碳的贡献在较湿热地区(亚热带和热带)显著高于较干冷地区(中温带和暖温带)。进一步分析表明,真菌和细菌残留物对有机碳积累的差异取决于它们对气候条件(温度和降雨)的响应。对于真菌而言,从中国北方向南方因温度升高和降雨增加使土壤pH降低,低土壤pH促进真菌生长,而温度升高和降雨增加抑制真菌生长,两者相抵消使真菌残留物对有机碳的贡献对气候条件无响应。对于细菌而言,温度升高和降雨增加促进细菌生长,从而增加细菌残留物对有机碳积累的贡献。该研究结果表明尽管总微生物残留物主要来源于真菌残留物,但气候因子通过调节细菌残留物进而影响总微生物残留物对有机碳积累的贡献。此项研究强调了水稻土中真菌和细菌残留物对有机碳贡献在不同气候区的规律不一致,且细菌残留物积累由北向南的差异主导水稻土中微生物残留物对有机碳积累的贡献,其结果为解释我国水稻土固碳的微生物机制提供科学依据。

[前沿资讯] 化肥分施对秸秆在稻田土壤中矿化与激发效应的影响机制 进入全文

中国科学院

秸秆还田和无机肥料的施用对水稻土壤肥力提升和温室气体(如CO2和CH4)排放起着至关重要的作用。然而,以往大多数研究都是针对化肥一次性施入后对土壤有机碳矿化、转化过程的影响;而这与实际生产中在水稻不同生育期施用基肥和追肥的肥料施用方式不符。因此,研究秸秆还田条件下,化肥分次施入对秸秆分解及其激发效应的影响和微生物机制,对于明确施肥方式对稻田温室气体排放与固碳效应的影响机制具有重要的现实意义。基于此,中国科学院亚热带农业生态研究所吴金水研究团队通过以13C-水稻秸秆为外源有机碳,以(NH4)2SO4和NaH2PO4作为无机氮肥和磷肥,通过100d的室内培养实验,定量研究了淹水条件下,化肥一次性施入和分次施入(分三次施入)两种方式下,秸秆在稻田土壤中矿化及其激发效应的影响机制。结果表明:与不施肥处理相比,化肥一次性施入使秸秆碳的矿化率增加了30%,而分次施肥使秸秆碳的矿化率降低了19%。尽管秸秆添加对稻田土壤CO2和CH4排放量产生了明显的正激发效应,但是化肥施入抑制了土壤原有有机碳的矿化,尤其是化肥分次施入显著降低了总CH4的排放量,从而显著降低了总温室气体排放当量(以CO2和CH4计算)。进一步分析秸秆还田条件下,化肥分次施入降低了CO2和CH4排放的机制认为:化肥分次施用使土壤中可利用态的氮磷维持在较高的含量水平,能够满足微生物对养分的计量学需求,降低微生物对土壤原有有机质的养分矿化作用,提高微生物对秸秆碳的利用效率,促进微生物的合成代谢过程。所以,化肥分次施用是降低稻田生态系统温室气体排放,促进稻田土壤有机质积累的施肥管理措施,该研究结果可为制定合理的农业管理措施提供科学参考。

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