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园艺学院 梨创新团队揭示ELF3可变启动调控梨花芽分化 农学院 水稻栽培团队在稻田固碳领域取得重要进展
资源与环境科学学院 沈其荣院士团队在木霉生物有机肥防控土传病害机制解析方面取得重要进展 农学院 吴玉峰教授团队联合康奈尔大学Jian Hua教授合作揭示mRNA m6A修饰调控低温抗性和翻译效率的分子机制
园艺学院 梨创新团队揭示ELF3可变启动调控梨花芽分化 梨是我国第三大水果树种，栽培面积和产量均占世界的70%左右。花芽分化是梨产量形成的决定性因素，不同梨品种花芽分化能力差异显著，例如库尔勒香梨等新疆梨品种花芽分化能力相对较弱，但是潜在的分子机制并不清楚。 近日，南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室梨创新团队在著名期刊The Plant Cell发表了题为“Reciprocal regulation of flower induction by ELF3αand ELF3β generated via alternative promoter usage”的研究论文(https://doi.org/10.1093/plcell/koad067)，揭示了ELF3基因的可变启动子调控花芽分化的分子机制。 该研究发现，ELF3基因具有可变启动的特性，能够编码ELF3α和ELF3β两种转录本。ELF3β与ELF3α结合形成聚合体后，抑制ELF3α-LUX转录调控复合体的功能，进而促进花芽分化。同时，在苹果、大豆、番茄和拟南芥等物种中也鉴定到ELF3β转录本，表明ELF3基因的可变启动调控机制可能广泛存在于在植物界。研究结果进一步丰富了对梨花芽分化分子调控机制的认知，相关研究结果也授权了发明专利，为梨育种提供了可靠的分子标记。
南京农业大学副教授王鹏、钟山青年研究员李玉、博士后刘哲和硕士生李旭涵为论文共同第一作者，南京农业大学吴巨友教授为论文通讯作者。河北农林科学院石家庄果树研究所王迎涛研究员和李晓研究员、南京农业大学张绍铃教授、许冬青教授、李超教授、李姗教授、王长泉教授和顾婷婷副教授等也参与了本研究。 该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省自主创新资金和国家梨产业技术体系等项目资助。 农学院 水稻栽培团队在稻田固碳领域取得重要进展 近日，南京农业大学水稻栽培丁艳锋团队在国际知名期刊《Soil Biology and Biochemistry》连续刊发2篇题为“Long-term fertilizer postponing promotes soil organic carbon sequestration in paddy soils by accelerating lignin degradation and increasing microbial necromass”和“Long-term fertilizer postponing increases soil carbon sequestration by changing microbial composition in paddy soils: A 13CO2labelling and PLFA study”的研究论文，报道了他们在稻田土壤固碳中的重要进展。 稻田土中的有机质对于实现作物高产可持续性和缓解气候变化至关重要。该团队依托地处江苏省丹阳市延陵镇南京农业大学实验站的长期稻田定位试验和盆栽试验，首先明确了长期施肥后移（fertilizer postponing，FP）通过提高土壤有机质来提高水稻产量，该部分成果已发表在The Crop Journal上。基于之前的工作，该团队又采用宏基因组测序和13C-PLFA技术从植物残体碳和活根释放碳两个角度探究长期肥料后移提高土壤有机质的固存规律，为长江中下游稻麦轮作区作物高产高效可持续发展提供科学依据和技术支撑。
图1-1. 长期肥料后移主要通过加速木质素降解和增加微生物残体含量提高土壤有机质 论文Long-term fertilizer postponing promotes soil organic carbon sequestration in paddy soils by accelerating lignin degradation and increasing microbial necromass，该研究表明长期肥料后移主要通过增加根茬生物量提高土壤有机质含量，并影响根残体转化为有机质的过程（图1-1）。一方面，长期肥料后移提高了土壤酚氧化酶和过氧化物酶活性，但不影响β-葡萄糖苷酶活性，表明长期肥料后移加速了木质素降解，而非纤维素降解（图1-2）。宏基因组结果也表明，长期肥料后移通过激活相关微生物的生长显著增加了木质素降解基因的相对丰度（图1-3）。另一方面，肥料后移通过提高微生物生物量显著增加细菌和真菌残体碳含量（图1-2）。并且基于冗余分析、结构方程模型和随机森林回归的结果，该研究得出在较高根残体输入和土壤NH4+-N含量充足的条件下，主要通过加速木质素降解和增加微生物残体含量提高SOM（图1-4, 1-5, 1-6）。
图1-2. 长期养分管理对土壤有机质和碳库组分的影响
图1-3.长期肥料后移对土壤中纤维素和木质素代谢的影响
图1-4. 土壤有机质组分与植株残体碳和微生物残体碳组分的冗余分析
图1-5.RDA显示了参与木质素和纤维素降解的不同微生物（a）和微生物残体与土壤化学性质间的关系（b）
图1-6. 结构方程模型和随机森林模型揭示了根茬生物量和土壤NH4+-N含量对SOC的影响
图2-1. 长期肥料后移通过改变活性微生物群落结构，减少光合碳损失并增加土壤中微生物碳源的输入 论文Long-term fertilizer postponing increases soil carbon sequestration by changing microbial composition in paddy soils: A 13CO2labelling and PLFA study，该研究通过对幼穗分化期（panicle initiation stage，PI）和抽穗期（heading stage，HS）的植株进行13CO2脉冲标记，探究在长期肥料后移下，水稻活根释放的碳对土壤有机质的影响。结果表明肥料后移不影响植物在幼穗分化期和抽穗期同化光合碳的能力，但显著降低了幼穗分化期同化光合碳的损失（图2-2, 2-3）。13C损失量与微生物生物量[13C磷脂衍生脂肪酸（PLFA）含量]和微生物群落组成显著正相关。在幼穗分化期13CO2标记6小时后，肥料后移显著降低了总13C-PLFA含量（图2-4），这主要是因为肥料后移减少了利用该时期同化13C的优势微生物[即G（α15:0和α17:0）和G+（16:1ω7c）细菌]（图2-5）。而在抽穗期13CO2标记6小时至收获时，肥料后移显著增加了13C-PLFA含量（图2-4），主要是因为肥料后移增加了利用该时期同化13C的优势微生物（即真菌18:1ω9c和20:1ω9c）（图2-5）。并且冗余分析表明，在幼穗分化期和抽穗期使用13C的微生物分别受到土壤可溶性有机氮和总氮的调节（图2-6）。因此，长期肥料后移通过减少幼穗分化期土壤中G和G+细菌的含量降低了同化光合碳的损失，并通过增加抽穗期土壤中真菌的含量提高了土壤中微生物碳源的输入（图2-1）。
图2-2. 肥料后移对水稻-土壤系统中总13C积累量（a）和标记-收获阶段13C损失量（b）的影响
图2-3. 肥料后移对水稻地上部（a）、根（b）、根际土（c）和非根际土（d）中13C含量的影响
图2-4. 肥料后移对根际土（a）和非根际土（b）中13C-PLFA含量的影响
图2-5. 根际和非根际土壤中的13C-PLFA组成的主成分分析. a-d: 幼穗分化期13CO2标记6小时后至收获时的微生物组成的变化; e-f: 抽穗期13CO2标记6小时后至收获时的微生物组成的变化
图2-6. 幼穗分化期（a）和抽穗期（b）的土壤性质与利用13C的微生物的冗余分析 原文链接： 资源与环境科学学院 沈其荣院士团队在木霉生物有机肥防控土传病害机制解析方面取得重要进展 2月28日，植物学领域国际权威期刊《New Phytologist》正式在线发表了沈其荣院士团队在利用木霉生物有机肥防控农作物土传枯萎病机理研究方面的最新成果：“Additive fungal interactions drive biocontrol of Fusarium wilt disease”。该成果揭示了益生木霉NJAU4742通过激活有益真菌互作过程，与土著益生真菌协同抑制病原真菌侵染作物根系，防控香蕉土传枯萎病发生的作用机制，为利用施肥靶向激活土壤抑病功能提供了理论借鉴。
由病原真菌导致的植物病害严重威胁我国农业绿色可持续发展，研究表明，微生物在抑制植物病害方面发挥着至关重要的作用，因此，解析利用有益微生物调控抑病型土壤微生物群落形成的具体机制是开发利用土壤微生物保护农作物健康生长的重要途径。团队前期研究发现，通过生物有机肥将特定益生菌引入病害土壤可有效抑制土传病害的发生，然而，决定益生菌应用成功的微生物生态学机制依然不明。本研究基于木霉生物有机肥调控高发土传病害土壤试验，联合高通量测序、可培养真菌组构建、真菌回接与互作等技术研究发现，土壤抑病能力的激活与木霉诱导的真菌群落组成变化密切相关。进一步研究发现，木霉能够与土著腐质霉形成有效抵御病原菌侵染植物的益生“菌团”，该“菌团”通过协同作用竞争病原真菌的生存资源，并诱导植物系统抗性，从而增强真菌群落对宿主植物的保护作用。
我校资源与环境科学学院钟山青年研究员陶成圆博士为文章第一作者，李荣教授为通讯作者。沈其荣院士、熊武教授、沈宗专副教授、张楠副教授、邓旭辉讲师、博士生吕娜娜、刘珊珊和王哲，荷兰乌特勒支大学George A. Kowalchuk教授，荷兰瓦赫宁根大学Stefan Geisen博士等均参与了该项研究，该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。 论文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18793 农学院 吴玉峰教授团队联合康奈尔大学Jian Hua教授合作揭示mRNA m6A修饰调控低温抗性和翻译效率的分子机制 近日，南京农业大学吴玉峰教授团队联合康奈尔大学Jian Hua教授合作在植物学领域权威期刊Plant Physiology在线发表了题为“m6A mRNA modification promotes chilling tolerance and modulates gene translation efficiency in Arabidopsis”的研究论文，揭示mRNA m6A修饰可调控低温下基因的翻译效率，并且是植物生长发育不可或缺的组分。 N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine, m6A）是高等生物mRNA中含量最丰富的甲基化修饰，影响mRNA诸多代谢过程如mRNA稳定性、可变剪切、翻译效率、PolyA位点选择及核-质转运等，可在转录和翻译水平调节基因表达。低温胁迫是限制植物生长的主要环境因子之一，但对m6A修饰如何响应低温信号的分子机制知之甚少。 该研究发现敲低m6A甲基转移酶复合体成员MTA和FIP37的表达严重影响拟南芥在低温下的生长（图1A），且低温会导致mRNA的m6A修饰整体水平降低（尤其是3′ UTR区）（图1B），说明mRNA m6A修饰参与响应低温信号且是拟南芥低温生长不可或缺的组分。进一步研究发现缺少m6A修饰仅改变一小部分基因对低温的转录响应（图1C），但却导致约1/3的基因翻译效率发生异常（图1D）。
图1.MTA介导的mRNA m6A修饰参与拟南芥低温响应调节 另外，该研究通过关联分析发现冷响应基因DGAT1（Diacylglycerol Acyltransferase 1）在AmiR-mta突变体中的m6A修饰水平和蛋白翻译效率降低，但其转录表达水平没有发生显著变化（图2A和B）。缺失DGAT1不影响拟南芥在常温下的生长，但会导致其耐冷性降低（图2C）。
图2.mA修饰基因DGAT1促进拟南芥耐冷性 综上所述，该研究揭示了m6A修饰在拟南芥冷响应过程中参与翻译效率调控的重要作用，拓宽了我们对植物耐冷性分子机制的认识。 南京农业大学青年教师王帅和博士生王海彦、许志晖为论文共同第一作者，南京农业大学吴玉峰教授和康奈尔大学Jian Hua教授为共同通讯作者。课题组研究生姜莎莎、石雨成、谢海蓉也参与了相关工作。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费、作物遗传与种质创新利用全国重点实验室创新项目和江苏省现代作物生产协同创新中心的资助。 来源 | 南京农业大学新闻网 植物科学最前沿，专注于植物科学前沿进展、资讯、招聘信息的发布及方法软件共享等。投稿及招聘请后台回复“投稿”，均为无偿；商务合作请联系微信ID：zwkxqy； |
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