作为科技型企业，尊龙凯时 - 人生就是搏!科技一直洞悉科研脉搏，走在行业前沿，想知道业内有哪些研究成果，您可以在科研动态版块一窥究竟。近期的科研动态包括植物有效利用光能的机理、复粒稻多粒簇生形成的机制、花粉活力分析仪在葫芦科作物中的应用、棉花耐受重金属镉的分子调控机制、大西洋南部海域春季碳排放的主要载体、气孔导度与光合作用等。
· 科学家借助Hexagon-Imaging-PAM和Dual-PAM-100揭秘植物如何在波动光下保护细胞色素b6f复合体
在最近的研究中，科学家们通过PGR5抑制子筛选，发现了一种独特的机制，该机制在植物适应波动光照中发挥着关键作用。PGR5（proton gradient regulation 5）是一种在光合作用中起作用的蛋白质，其缺失会导致植物在波动光照条件下光系统I（PSI）过度敏感，从而导致植物死亡。研究团队通过筛选能够恢复pgr5突变体在波动光照下生存能力的抑制子突变，鉴定了一系列影响光合作用相关蛋白的突变。这些突变影响了12个不同的光合作用相关蛋白，包括一些对PSII（光系统II）功能至关重要的蛋白，以及对细胞色素b6f复合体组装和功能至关重要的蛋白。这项研究不仅为我们理解植物如何调节其光合作用来适应不断变化的光照条件提供了新的见解，而且也为开发能够更有效利用光能的作物品种提供了新的策略。
缺乏DEIP1/NTA1和PGR5的幼苗中Cyt b6f蛋白积累与光合作用。(A)在MS板上长时间培养4 d的WT (Col-5)、单(pgr5)和双(pgr5 deip1- cas# 1和pgr5 deip1- cas# 2)突变体植株。下面是假彩色图像，根据面板底部的色阶显示了每条植株线的Fv/Fm值。对于每条线，显示值(n=3)±标准差(SD)的平均值。(B)从(A)中的幼苗中分离出等量的叶片总蛋白(调整为等于新鲜重量)，在还原条件下通过SDS-PAGE分离，转移到PVDF膜上，并用PetA-，PetB-或petc特异性抗体进行免疫修饰。考马斯亮蓝(c.b.b)染色作为上样对照。给出了三个实验的代表性印迹，以及波段定量(n=3)相对于pgr5(100%)±SD的平均值。(C)在100 μmol m−2 s−1的光化光作用下，使用HEXAGON-IMAGING-PAM荧光成像系统对(A)中暗适应幼苗的诱导恢复曲线(如上图白色和黑色条所示)的PSII量子产率(Y(II))和非光化学猝灭(NPQ)。显示至少3次重复的平均值±SD。
原文： Penzler J F, Naranjo B, Walz S, et al. A pgr5 suppressor screen uncovers a distinct mechanism safeguarding the cytochrome b 6 f complex from damage through PGR5[J]. bioRxiv, 2023: 2023.11. 28.569138.
· Science：中国农科院作科所童红宁团队破译“复粒稻”多粒簇生之谜
2024年3月8日，由中国农业科学院作物科学研究所童红宁研究员领衔的研究团队在Science发表了题为Enhancing rice panicle branching and grain yield through tissue-specific brassinosteroid inhibition的研究论文，破译了复粒稻多粒簇生形成的机制，发现了控制簇生形成的基因编码植物激素油菜素甾醇（BR）的代谢基因。解析了激素信号通路如何以精确的时空方式（即细胞和组织特异性信号传导）作用以提高水稻的籽粒数。此研究展示了从基因克隆到潜在分子机制剖析，成功利用含有有益等位基因的天然水稻种质资源来培育优良水稻品系。这项工作突出了组织特异性激素操作在克服各种性状之间的权衡和释放作物产量潜力方面的潜力。
组织特异性BR抑制促进水稻穗分枝
原文：Xiaoxing Zhang, et al. Enhancing rice panicle branching and grain yield through tissue-specific brassinosteroid inhibition[J]. Science 383, eadk8838(2024).
·Ampha Z40/P20花粉活力分析仪在葫芦科作物中的应用
高花粉活性和足量的花粉是实现作物稳定结籽率的关键，因此检测花粉质量是具有成本效益的种子生产中不可或缺的重要环节。在育种过程中全面了解花粉质量并及早确定有效的授粉株系，不仅能简化育种工作，还能为后续的生产研究和种子生产节省时间和资源成本。与许多其他蔬菜作物不同，葫芦科作物的雄花只能在短时间内使用，花粉不易被分离和储存起来用于种子生产，因此根据雌雄比例培育出足够数量的雄花才能确保葫芦科作物的成功授粉，所以对葫芦科作物各品系的花粉特性进行鉴定就显得尤为重要，了解哪些授粉株系表现最佳，不仅能减少劳动力和资源需求，还能对雄株进行有效管理。应用于花粉活力分析仪Ampha Z40/P20的葫芦科作物专用芯片，可以自动分析黄瓜、甜瓜和西瓜的花粉活力和数量，并即时输出分析结果，不仅能够为农业生产及科研决策，提供可靠的数据支撑，还为花粉的常规质量控制和系统筛选提供了一种省时、省力、高效的解决方案。
·中棉所李付广研究员团队揭示棉花耐受重金属镉的分子调控机制
近日，中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队在Plant Biotechnology Journal上发表了以”GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1 transcriptional cascade”为题的文章。揭示了氧化胁迫调控蛋白GhRCD1通过调控GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1转录级联通路响应镉胁迫的分子机制，为培育耐镉棉花新品种和通过植物修复手段降低镉污染提供了新思路。此研究揭示了GhRCD1响应镉胁迫的调控级联反应，即GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1分子模块；增加了棉花中镉耐受性调节机制的理解，为培育耐镉棉花品种提供了优异基因和材料；拓展了棉花在治理土壤重金属污染方面的应用改良方向。
图1 GhRCD1-GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1调控棉花Cd2+耐受性的通路示意图
原文：Wei, X., Geng, M., Yuan, J., et al. GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12–GhMYB44–GhHMA1 transcriptional cascade[J]. Plant Biotechnology Journal (2024).
·微型浮游生物（Nanoplankton）：大西洋南部海域春季碳排放的主要载体
在整个南大洋，通常假定大型硅藻（≥20μm）是碳排放的主要载体，尽管这一假设主要源自夏季观察。在这里，我们通过对大西洋南部海域春季浮游植物群落组成的高分辨率表征和尺寸分级测量净初级生产力（NPP）、氮（硝酸盐、铵、尿素）和铁（可溶性无机铁、有机络合铁）的吸收来调查碳生产和排放潜力。在整个盆地（40°S至56°S），NanoPlankton大小（2.7-20μm）的硅藻，Chaetoceros spp.，在生物量、NPP和硝酸盐吸收方面占据主导地位，我们将其归因于它们对铁的低需求、对光增加的迅速响应以及在聚集成链时逃避捕食的能力。我们估计，春季Chaetoceros的盛开在大西洋南部海洋中占年度排放生产的25%以上，这一发现与其他地区的最近观察结果一致，突显了浮游植物“中产阶级”在碳排放中的核心作用。
(A) 五个实验站的大小分级颗粒有机碳（POC）浓度的条形图，(B) 5-125 m之间的相对浮游植物丰度和总细胞计数，(C) 5-125 m之间的相对和总浮游植物生物量，（D）从 Bongo 网收集的相对和总中型浮游动物计数的条形图。(E) CytoSense 流式细胞仪拍摄的在实验站中存在的优势种 Chaetoceros spp. 链的图像。所有面板的右 Y 轴上标有不同区域的标签。
本研究测量了南大洋开阔海域主要水文区的三个站点（即亚南极区（SAZ）、极锋带区（PFZ）、开放南极区（OAZ）和边缘冰区（MIZ））中三种浮游植物粒径级别（0.3-2.7 μm，picoplankton；2.7-20 μm，nanoplankton；20-200 μm，microplankton）对N（作为NO3-、NH4+和尿素）和铁（作为可滴定的无机铁和有机络合铁）的净初级生产（NPP）和摄取速率。我们将这些摄取率与同时测量的（来自四个实验站点加上八个辅助站点）的大量营养盐和铁浓度、以及植物和浮游动物群落组成的数据相结合进行解释。从营养物数据中，我们还估计了净群落生产（NCP），这提供了一个碳输出的衡量。最后，通过综合为浮游植物生长季节可用的观测数据，我们将我们的春季观测放入更广泛的时间框架中，以便了解春季爆发对随后的浮游植物群落的生物地球化学影响。
原文：Raquel F. Flynn et al. Nanoplankton: The dominant vector for carbon export across the Atlantic Southern Ocean in spring[J]. SCIENCE ADVANCES, 9,eadi3059(2023).
·气孔导度与光合作用在高温下的解偶联
自然界中温度与饱和水汽压亏缺(VPD)的强烈共变限制了我们对温度对叶片气体交换直接影响的了解。CO2和H2O中的稳定同位素能让我们从机理上深入了解叶片气体交换过程中的生理和生化过程。2024年2月1日，New Phytologist在线刊发瑞士联邦森林、雪与景观研究所Haoyu Diao等人标题为Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques的研究文章。该研究对四种常见的欧洲树种进行了叶片气体交换和在线同位素鉴别的综合测量，叶片温度范围为 5-40°C，同时保持恒定的叶-大气水汽压差(0.8 kPa)，而不受到土壤水分的限制。
本研究气体交换测量及测量条件控制所用的旁路湿度控制系统均来自德国WALZ，如便携式光合荧光测量系统GFS-3000，大叶室3010-GWK1，叶室光源RGBW-L084，冷阱，微型光量子传感器LS-C，叶片温度传感器3010-CA/TCL。所有气体交换测量组件放置在一个2.2m2d的Conviron PGR15气候室里。
原文：Diao, H., Cernusak, L.A., Saurer, M., Gessler, A., Siegwolf, R.T.W. and Lehmann, M.M. (2024), Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques. New Phytol. http://doi.org/10.1111/nph.19558
·植物如何在不同光照环境下调节光合作用？最新研究揭示其调节机制
在自然界中，植物面临着不断变化的光照环境。从日出到日落，光线的强度和光质都在不断波动，这对植物的光合作用提出了巨大的挑战。近期，一项发表在Plant, Cell & Environment上的研究为我们揭示了植物如何在不同光照强度下调节其光合作用，以保持生长和生产力的奥秘。研究中，德国和捷克联合研究团队深入探讨了植物在面对光线波动时，其光合作用调节过程的动态变化。这项研究不仅增进了我们对植物生理机制的理解，也为未来作物改良和农业生产提供了新的视角。
这项突破性的研究为我们打开了一扇窗，让我们得以窥见植物如何在自然界的光与影中舞蹈。通过深入理解这些调节机制，我们不仅能更好地应对气候变化带来的挑战，还能为未来的农业生产提供强有力的支持。随着研究的不断深入，我们有理由相信，未来的作物将更加坚韧，能够在不断变化的环境中茁壮成长。研究中使用德国WALZ的四通道动态LED阵列近红外光谱仪DUAL-KLAS-NIR测量了PSI 反应中心（P700）、质体蓝素（PC） 和铁氧还蛋白 （Fd）的氧化还原变化。
原文：Niu, Y., Matsubara, S., Nedbal, L. & Lazár, D. Dynamics and interplay of photosynthetic regulatory processes depend on the amplitudes of oscillating light[J]. Plant, Cell & Environment, 2024, 1-18.