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易降解有机物强化高粱对镉的积累研究取得进展

镉污染农田在全球广泛分布，其修复治理备受关注。植物吸取是一种成本低廉、环境友好的修复手段，但镉超富集植物的生物量一般较小，限制了修复效率。近年来，科学家在生物量较大的能源植物、纤维植物等用于镉污染农田修复方面开展了丰富研究，但其镉富集能力相对较弱是重要限制因子。通过施加重金属螯合剂强化植物吸取修复效率成为该领域的研究热点之一。低分子有机酸、可溶性有机物料降解周期短，是一类环境友好型螯合剂，如何在有限的降解周期内，提升其强化作物吸取镉的效应研究具有实用价值。

中国科学院亚热带农业生态研究所研究员黄道友团队以生物质高粱供试作物，以前期确定草酸配施水溶性有机肥（OA+DOF）和柠檬酸配施水溶性有机肥（CA+DOF）两种易降解有机物料组合为供试材料，研究了高粱不同生育期施用易降解有机物对植株镉积累的强化效应。结果表明，OA+DOF和CA+DOF可显著提高植株各部位镉含量21.5%～72.1%，而施用时期显著影响高粱植株对镉积累，以抽穗期施用最佳、旗叶期施用强化效应最弱；CA+DOF配方效果优于OA+DOF配方。其主要作用机理是通过降低土壤pH值和增加土壤可溶性有机物（DOC）含量，进而提高土壤有效态镉含量和促进高粱对镉的吸收与累积。研究结果为镉污染农田的植物强化修复提供了新见解。

该项研究近期发表在环境科学类期刊Chemosphere上，论文第一作者为联合培养博士生李波，通讯作者为副研究员朱捍华。该研究得到了国家麻类产业技术体系、湖南省自然科学基金创新群体和国家自然科学基金的支持。

（来源：亚热带农业生态研究所）

遗传发育所玉米育性研究获进展

玉米杂交优势强，是我国种植面积最大的作物之一，我国杂交种普及率近乎100%。玉米雄性不育系的利用是解决制种过程中人工去雄的有效途径。中国科学院遗传与发育生物学研究所陈化榜组长期致力于玉米雄性不育基因的克隆和应用，已克隆数个雄性不育基因（IPE1，2017，Plant Physiology；APV1，2017，The Plant Journal；Ms6021，2017，Scientific Reports），并探讨雄性不育机理（Xiao et al.，2020，Molecular Plant）。

花药角质层和花粉壁是保护植物生殖细胞免受外界环境干扰的重要屏障。在玉米雄穗发育过程中，上述组织的破坏可导致玉米雄性不育。课题组获得一个雄性不育彻底且稳定的玉米突变体，命名为irregular pollen exine2(ipe2)，该突变体表现为花药皱缩，且成熟的花粉粒中无淀粉积累。图位克隆和互补实验证实IPE2控制玉米雄性育性，该基因在花药发育的四分体期和小孢子释放期特异表达，编码一个内质网定位的GDSL脂肪酶。IPE2基因功能缺陷导致突变体中脂质代谢发生异常，尤其是C16/C18脂肪酸以及相关衍生物的含量显著下降，并造成突变体花药绒毡层和中间层细胞延迟降解，花药角质层和花粉外壁发育异常，导致玉米雄性不育。该研究扩展了对玉米雄性不育机理的认知，并为玉米不育化制种提供了新材料。

9月10日，相关研究成果在线发表在Plant Physiology上（DOI:10.1104/pp.20.00105）。陈化榜研究组博士研究生霍燕青和裴元荣为论文共同第一作者，助理研究员刘娟为论文通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

（来源：遗传与发育生物学研究所）

营养与健康所在基于木霉的真菌毒素脱毒转化、玉米原料中真菌毒素污染风险预警研究中获进展

9月1日，Environmental Pollution在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所研究员武爱波研究组题为Confrontation assays and mycotoxin treatment reveal antagonistic activities of Trichoderma and the fate of Fusarium mycotoxins in microbial interaction的研究论文。该研究报道生防木霉在与不同类型产毒真菌互作过程中，能够通过糖基化和去氧化实现对不同类型真菌毒素的脱毒转化，为发展基于木霉的真菌毒素源头防控提出新路径。同时，从毒素转化角度探讨木霉与产毒真菌的互作关系，为真菌毒素污染的安全控制提供新思路。

图1木霉-产毒镰刀菌互作关系与毒素脱毒转化路径

9月6日，Food Control在线发表了营养与健康所武爱波研究组题为Pre-warning of abiotic factors in maize required for potential contamination of fusarium mycotoxins via response surface analysis的研究论文。该研究建立了玉米基质中多种真菌毒素的同步检测方法，确定我国饲料及玉米原料中真菌毒素污染的主要类型（含隐蔽型）及其发生规律，进而构建玉米原料中真菌毒素污染风险的预警模型（针对水活度、温度等环境因子）。

图2玉米原料中真菌毒素污染发生的风险预警模型

研究工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中科院等的支持。博士生田野、于松分别为两篇论文的第一作者，武爱波为论文通讯作者。

（来源：上海营养与健康研究所）

合肥研究院农田活性氮氧化物交换通量研究获进展

近期，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员谢品华课题组在农田HONO和NOx交换通量研究中取得进展，相关研究成果发表在Science of the Total Environment上。

HONO作为OH自由基的前体物，在大气中扮演着重要角色，因其对臭氧和光化学烟雾形成的促进作用而引起关注。近年来的研究显示，HONO对OH自由基的贡献不单表现在清晨，在全天都有意义，对OH自由基初始来源的贡献在50%（夏季）至80%（冬季）。考虑HONO已知源汇，通过模式计算得到的模拟值和实际外场观测值差异较大，尤其是白天的HONO浓度，未知源强达到0.06-5 ppbv h-1，但具体的来源途径存在争议。

2019年，课题组研究员秦敏和唐科等利用自动动态箱技术，在寿县国家气候观象台开展淮河流域农田HONO和NOx交换通量观测。同步获得农田土壤HONO和NO排放通量，HONO和NO最大通量分别为7.69ngm-2s-1和34.52ngNm-2s-1。外场观测HONO通量结果与新鲜土样的测量结果在同一数量级，在假定混合层高度为300米的情况下，平均土壤排放可以解释大约0.06 ppbv h-1的缺失HONO源，是偏远地区白天HONO的重要来源途径。

研究工作得到国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的资助。

（来源：合肥物质科学研究院）

生物物理所等发现哺乳动物下丘脑神经前体细胞的分子和细胞特征

下丘脑是哺乳动物中最为复杂且进化上相对保守的脑区之一，对于生物体的生理、行为稳态的调节至关重要。与大脑皮层的层状结构不同，哺乳动物的下丘脑是由多种结构及功能复杂的细胞核团构成。层状结构大脑皮层的组织原则及神经发生规律在过去的十几年里已经得到比较深入的研究，中国科学院生物物理研究所研究员王晓群课题组前期工作揭示了放射性胶质细胞（RG）和外侧放射性胶质细胞（oRG）细胞是大脑皮层神经元发生的主要前体细胞（Nature Neuroscience 2011），并且揭示了这些皮层神经前体细胞的分子特征以及在大脑皮层发育进化上的贡献（Cell Stem Cell 2017，Nature 2018）。但是，一直以来，人们对于细胞核团类结构的神经发生发育机制仍不清楚，尤其是对于下丘脑神经前体细胞的种类特点以及产生神经元的细胞和分子机制所知甚少。

近日，该团队在Nature Communications在线发表了题为Cellular and molecular properties of neural progenitors in the developing mammalian hypothalamus的研究论文，系统阐明了哺乳动物下丘脑发育过程中神经前体细胞的形态特征、分裂模式、谱系发育特点，利用单细胞测序手段进一步揭示人胚胎下丘脑的神经前体细胞具有多样性，并对不同细胞类型及其关键分子及调控网络进行了系统探究。

研究人员发现在哺乳动物（人和小鼠）胚胎下丘脑中既存在典型的位于第三脑室的放射状胶质（hypothalamic radial glia，hRG），又找到了一种新的位于下丘脑外套层的单极RG（hypothalamic mantle zone radial glial，hmRG）。通过实时成像及免疫染色表明，hRG和hmRG在细胞分裂时分别历经动力核迁移过程和细胞易位过程，并产生子代前体细胞或神经元细胞。谱系追踪实验表明，在下丘脑发育早期，hmRG细胞以及后续的神经发生都起始于hRG细胞，部分细胞谱系呈现放射柱状分布。hRG细胞上的放射状胶质纤维束朝向特定下丘脑不同核团亚区延伸分布，被认为可能作为支架引导新生神经元的迁移方向和最终定位。

此外，研究人员利用高通量单细胞转录组测序技术，解析了人胚胎下丘脑不同的神经前体细胞亚型，差异表达基因及参与神经前体细胞增殖调控的关键通路。通过深入分析和验证，研究揭示了下丘脑神经前体细胞通过E2F1通路调控HMGA2基因和细胞增殖。该研究表明在人胚胎发育期10周，下丘脑神经元已开始分化，表现出较为复杂的神经元亚型，并表达核团特异性基因。与小鼠胚胎下丘脑进行比较，研究发现小鼠和人胚胎的下丘脑核团结构及参与调控核团发育的关键分子在发育进程中呈现保守性。对哺乳动物下丘脑神经前体细胞的细胞特征及分子特性系统性研究，为进一步深入研究非层状结构的下丘脑神经发生及核团形成机制提供了基础理论。

生物物理所博士周新为论文第一作者，王晓群为论文通讯作者。北京师范大学博士钟穗娟、教授吴倩参与了该课题研究。研究工作得到国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和脑科学与类脑研究北方科学中心科研项目等资助。

（来源：生物物理研究所）

遗传发育所农业资源中心等在谷子株型调控研究中取得进展

合理提高作物种植密度来实现有限耕地条件下的粮食产量提升，是解决粮食安全问题的主要途径之一。叶片是作物光合作用和有机物合成的主要器官，叶片形态建成与作物株型相关，可直接影响作物种植密度及产量。为提高密植状态下作物的光合作用及产量，作物育种过程中追求叶片直立（即叶片不下垂）而又紧凑（即叶片与茎的夹角小）。BR是重要的植物生长发育调节激素，围绕BR信号调控叶片与茎的夹角已经开展了大量深入机理的研究，但关于叶片直立与下垂的遗传基础尚缺乏认识，制约了禾谷类作物株型改良的效率和水平。

近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心与中国农业科学院作物科学研究所联合开展的谷子株型调控研究工作取得进展，阐释了谷子的披垂叶基因（DROOPY LEAF1）作为油菜素内酯（BR）激素信号的“刹车”基因如何调控叶片直立与披垂。

该研究利用谷子（Setaria italica）叶片严重披垂的突变体(droopy leaf 1，dpy1)，克隆了控制谷子叶片披垂的基因（DPY1）。该基因编码了一个新的富亮氨酸重复型膜蛋白受体激酶，其编码蛋白可以与油菜素内酯的共受体（SiBAK1）通过胞内的激酶结构互作，并竞争性地抑制油菜素内酯受体（SiBRI1）与共受体（SiBAK1）间的互作水平，从而以负反馈的方式抑制早期油菜素内酯信号的过度激活。因此，DPY1起到了“刹车”基因的作用（图2）。该过程可以促进叶片中脉的远轴厚壁细胞分裂及木质素的沉积，从而提高叶片的支撑力并促进叶片直立性。此外，该研究通过玉米披垂叶基因回补谷子突变体（dpy1）试验，证实在禾本科作物中这种机制是保守和共享的。该研究成果揭示了禾谷类作物叶片坚实度的遗传学基础及其调控机制，为作物株型改良提供了新的基因资源及研究思路。

谷子是我国的原产作物，且至今仍是旱作生态农业的主栽作物，在食物多样性和种植业结构调整中具有不可或缺的作用。谷子及其野生种青狗尾草（Setaria viridis）由于基因组小、高效转化、生育期短，且易于实验室培养操作，正在快速发展成为禾本科黍亚科和C4光合作用的模式植物。该研究也证实了谷子作为功能基因组研究模式植物的潜力，有助于促进谷子模式植物体系的发展。

相关成果以DROOPY LEAF1 Controls Leaf Architecture by Orchestrating Early Brassinosteroid Signaling（披垂叶基因通过调控早期油菜素内酯信号来控制谷子株型）为题，发表在《美国科学院院刊》上。农业资源中心博士赵美丞，作物科学研究所副研究员汤沙、博士张皓珊为论文共同第一作者；作物科学研究所研究员刁现民、农业资源中心研究员刘西岗为共同通讯作者。研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院STS计划、河北省自然科学基金等项目的资助。

（来源：遗传发育所农业资源研究中心）

北京基因组所等揭示猪早期胚胎发育的三维基因组学重编程规律

猪不仅是重要的经济家畜，在生物医学领域也有重要应用。生猪的育种中广泛应用了辅助生殖技术，包括体外受精技术、孤雌和孤雄生殖技术等。但与体外受精胚胎相比，孤雌和孤雄胚胎的存活率级低。这一存活率差异产生的机制目前还不清楚。深入理解这一机制不仅有助于增加商业化猪育种的产仔数，也将有利于生物医学研究中转基因猪模型的建立。哺乳动物早期胚胎发育过程中经历复杂的表观遗传信息的重编程。表观遗传信息的重编程其与胚胎的存活紧密关联。染色质三维结构是重要的表观遗传因素，与基因表达调控、发育及疾病等密切相关。然而猪的染色质三维结构及其在早期胚胎发育过程中的变化规律目前还是一个未知的领域。

近期，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）张治华团队与中国农业科学院王彦芳团队及中科院动物研究所赵建国团队合作在Genome Biology期刊发表论文，构建了猪体细胞染色质三维结构图谱，追踪了猪早期胚胎发育过程染色质空间构象重编程过程，并比较了孤雌、孤雄胚胎与体外受精胚胎发育过程中染色质结构的异同，揭示了在猪早期胚胎发育过程中的重要染色质结构重编程特点。

该研究分析了猪体细胞染色质构象的特点并与小鼠进行了比较，发现猪染色质同样存在不同层次的折叠，包括染色质区室、拓扑相关结构域（TAD）、染色质环，并且在各个折叠层次上与小鼠染色质结构相对保守。研究人员对猪体外受精胚胎的不同发育阶段进行了研究，发现与小鼠类似，猪染色质空间构象（染色质区室、TAD）在早期胚胎阶段逐渐建立。但与小鼠相比，猪早期胚胎的染色质区室结构范围更大。猪早期胚胎中，大约有一半的基因组被超过10Mb的超大染色质结构域所覆盖（超级结构域）。超级结构域在猪中比例显著高于小鼠，提示可能是大型哺乳动物的一个染色质结构特点。研究人员比较了孤雌、孤雄胚胎与体外受精胚胎发育过程中染色质重编程的异同，发现孤雌、孤雄胚胎在合子基因组激活的4细胞时期存在特殊的染色质区室的解体过程。解体的染色质区室在桑葚胚时期被部分重建。三种胚胎TAD的建立同样存在差异，虽然在孤雌、孤雄胚胎中TAD也是逐渐建立的，但孤雌胚胎在各个发育阶段TAD结构都要比孤雄胚胎更加明显，研究人员在小鼠胚胎中发现了同样的趋势，母源来源的染色体比父源的染色体具有更显著的TAD结构。

这项研究表明，染色质结构重编程的速率可能在胚胎成功发育中起关键作用。研究成果为染色质结构的进化研究提供了资源，而且为提高猪的辅助生殖效率提供了参考。张治华与王彦芳为本文共同通讯作者。该研究得到中科院战略性先导科技专项、科技部重点研发项目及国家自然科学基金委等的资助。