大爆发！中国农大农学院发表Nature, NG，PC等15篇高水平研究成果

来源：中国农大农学院

玉米有着谷物中最大的胚乳，是我们所需淀粉的主要来源。不过，由于胚乳中有上万个胚乳细胞和十余类胚乳细胞类型组成，导致探索不同胚乳细胞的调控网络难度很大。

1月2日，中国农业大学农学院玉米研究中心宋任涛教授团队在期刊Nature Communications上在线发表了题为“Decoding the gene regulatory network of endosperm differentiation in maize”的研究成果，首次在作物（玉米）胚乳中实现了单细胞分辨率的转录组和基因调控网络解析，绘制出了玉米胚乳发育的单细胞图谱，为深入解析胚乳发育提供了可参照的“密码本”，为产量和品质育种提供了依据。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44369-7

玉米叶片灰斑病是全球性的真菌病害，传染性强，危害大，会导致叶片枯死从而导致严重减产。更重要的是，在发病后较难防治，如何提升作物自身免疫力、实现“治未病”一直是相关研究热点。

1月18日，中国农业大学农学院玉米研究中心徐明良团队在 Nature Genetics 期刊在线发表题为“The ZmWAKL-ZmWIK-ZmBLK1-ZmRBOH4 module provides quantitative resistance to gray leaf spot in maize”的研究论文，历时十余载，全面阐述了从基因克隆、免疫信号传递到防御响应的复杂抗病分子机制。这不仅丰富了人们对植物复杂免疫信号传导网络的了解，也为玉米灰斑病的防治提供了新的分子靶标。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-023-01644-z

随着全球气候变暖和高温天气发生频率增加，作物生产面临高温威胁，尤其是小麦，全球气温每增加1℃，小麦产量将减少约6%，并且全球因高温造成的小麦产量损失已经达到5.5%，如何增加小麦的耐热性成为棘手问题。

3月7日，中国农业大学小麦研究中心在 Nature Communications 在线发表了题为 "Natural variation of STKc_GSK3 kinase TaSG-D1 contributes to heat stress tolerance in Indian dwarf wheat" 的研究论文，该研究揭示了 STKc_GSK3 激酶 TaSG-D1 单氨基酸变异提高了 TaPIF4 磷酸化水平，参与调控小麦耐热性的分子机制，为改善小麦耐热性提供了新思路。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46419-0

在我国大部分冬小麦种植区，小麦需要在田地里经历春夏秋冬四季，在其越冬、返青和拔节的过程中都可能遇到冷害和冻害，尤其是“倒春寒”，可能使其减产10-30%，严重时达到50%以上。如何提升小麦的耐冷性有重要意义。

3月28日，Plant Cell在线发表了中国农业大学小麦研究中心题为“Methyltransferase TaSAMT1 mediates wheat freezing tolerance by integrating brassinosteroid and salicylic acid signaling”的研究论文，该研究鉴定到一个调控小麦耐冷性的关键因子水杨酸甲基转移酶TaSAMT1，首次揭示了TaSAMT1通过整合油菜素内酯（BR）和水杨酸（SA）信号通路，从而提高小麦耐冷性的分子机制。

原文链接：https://academic.oup.com/plcell/article/36/7/2607/7635927?login=true

为了生存，植物在长期进化过程中“学会”了通过根据土壤水分条件来调整自己的用水策略，包括调整根系水分吸收和气孔水分蒸腾，其中控制气孔开闭是一个重要的途径。不过，调控气孔开闭的分子机制，以及其与植物抗旱性的关系，仍然有许多未知。

4月12日，Science Advances 在线发表了中国农业大学农学院小麦研究中心题为“The potassium transporter TaNHX2 interacts with TaGAD1 to promote drought tolerance via modulating stomatal aperture in wheat”的研究论文，解析了TaNHX2蛋白通过与谷氨酸脱羧酶TaGAD1互作，解除TaGAD1自我抑制，促进GABA（γ-氨基丁酸）积累，从而灵活调控气孔运动提高抗旱性的分子机制，为小麦抗旱性遗传改良提供了新思路和重要基因资源。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk4027

黍稷是起源我国的重要作物，也是世界上最古老的作物，在约一万年前就已有种植。然而，在漫长的进化和驯化过程中其基因组发生了巨大改变，通过解析其驯化之旅，不仅可以帮助理解黍稷的驯化过程，更重要的是，通过找回那些驯化过程中丢失的基因可用于改良现代黍稷。

4月24日，玉米生物育种全国重点实验室、国家玉米改良中心宋伟彬团队在Nature Genetics上发表了题为“Genomic variation in weedy and cultivated broomcorn millet accessions uncovers the genetic architecture of agronomic traits”的研究论文，通过野生黍稷和栽培黍稷基因组多态性分析，结合比较基因组学技术手段共鉴定出3,398个育种过程中受选择基因，为利用生物育种技术拓展玉米种质基础提供了重要基因资源。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01718-6

增加群体密度是玉米增产的重要途径，然而增加密度会导致群体内透光率下降，从而限制光合生产。理想玉米株型是上部叶片紧凑，而下部叶片平展。玉米如何感知群体大小以“智慧”地调整自己的“外貌”（株型）一直未知。

6月12日，Nature杂志在线发表了中国农业大学田丰课题组和李继刚课题组的合作研究论文“Maize smart-canopy architecture enhances yield at high densities”，首次在玉米中鉴定到“智慧株型”基因lac1，揭示了光信号动态调控lac1促使玉米适应密植的分子机制，建立了“一步成系”的单倍体诱导编辑技术体系。鉴于该研究的重要性，Nature杂志选择以“文章加速预览”（Accelerated Article Preview）模式在线发表上述研究成果。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07669-6

虽然DNA包含了所有的遗传信息，但需要转录成mRNA才可以继续行使功能。解析不同物种上万基因的表达模式及其调控机制是生命科学领域的难点。

6月18日，中国农业大学农学院玉米研究中心汪海团队联合美国康奈尔大学、丹麦奥胡斯大学、北京大学现代农业研究院、坦桑尼亚农业科学院等单位，在PNAS在线发表了题为“Modeling 0.6 million genes for the rational design of functional cis-regulatory variants and de novo design of cis-regulatory sequences”的研究论文，实现转录调控序列的人工智能设计。

原文链接www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319811121

作物产量形成需要源器官光合生产同化物，也需要库器官对同化物的利用和储存，协调源-库关系一直被认为是增加作物产量的重要途径和目标。但是，源和库在空间上处于不同的位置，如甘薯的叶片（源）在地上，但块根（库）在地下，如何协调它们的一直未见报道。

8月23日，中国农业大学农业农村部甘薯生物学与生物技术重点实验室、农学院特用作物研究中心刘庆昌/张欢团队在Nature Communications杂志上在线发表了题为 "Source-sink synergy is the key unlocking sweet potato starch yield potential " 的研究论文，揭示了转录因子IbbHLH49 和 IbPMA1同时在叶片和块根中调节同化物的运输和利用，以控制甘薯淀粉产量形成的调控机制。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51727-6

叶片是主要的光合器官，是光合生产的主要场所，其大小是影响作物群体结构和群体生产力的关键。

8月28日，中国农业大学农学院小麦研究中心在 Science Advance 在线发表了题为“The TaWAK2-TaNAL1-TaDST pathway regulates leaf width via cytokinin signaling in wheat”的研究论文，该研究克隆了控制叶片大小的关键基因 TaWAK2-A，系统阐释了 TaWAK2-TaNAL1-TaDST 介导的细胞分裂素信号调控叶片发育的分子机制，这不仅丰富了人们对小麦叶片发育信号网络的认识，也为小麦的株型育种提供了新的基因资源。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp5541

组蛋白乙酰化是由和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）调控的动态可逆过程。GCN5作为组蛋白乙酰转移酶（HATs）的重要成员之一，在动植物的表观遗传调控及染色质结构调整中发挥着关键作用。然而，GCN5在小麦籽粒发育特别是产量和品质性状形成中发挥的功能和分子机制尚不清楚。

9月25日，Plant Cell在线发表了中国农业大学农学院小麦研究中心题为“The transcription factor CAMTA2 interacts with the histone acetyltransferase GCN5 and regulates grain weight in wheat”的研究论文。该研究系统解析了转录因子CAMTA2通过与GCN5相互作用共同调控小麦籽粒大小和粒重的分子机制，并在自然群体中发现了CAMTA2-AH3优异等位变异，为小麦高产分子育种提供了新的基因资源。

原文链接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koae261/7775417

玉米粗缩病是一种严重影响植株生长的病毒病，被称为玉米之“癌”，会导致茎秆节间缩短，穗发育异常等。该病害在全球玉米产区都有发生，严重限制玉米生产。一直以来，没有高效地应对该病症的解决方案。

8月31日，中国农业大学玉米研究中心徐明良团队在Nature Communications发表了题为“ZmGDIα-hel counters the RBSDV-induced reduction of active gibberellins to alleviate maize rough dwarf virus disease”的研究论文。该论文揭示了隐性抗病蛋白ZmGDIα-hel通过抑制病毒侵染所诱发的活性赤霉素减少，从而缓解粗缩病发生的分子机制。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51726-7

10 月 11 日，Nature Climate Change 在线发表了中国农业大学农学院作物栽培生理研究中心王璞\黄收兵课题组题为 "Maize breeding for smaller tassels threatens yield under a warming climate" 的研究论文。该研究系统探明了玉米种质资源雌雄穗形态特征、开花特性及其耐热性的演化趋势，并确定了雄穗小穗数的关键阈值（约700 spikelet/tassel），并为全球玉米种植区选育品种提供参考。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-024-02161-5

10 月 16 日，Nature Genetics 杂志在线发表了中国农业大学农学院玉米研究中心董朝斌课题组与合作者的研究论文“A regulatory network controlling developmental boundaries and meristem fates contributed to maize domestication”，鉴定了玉米新的驯化关键基因 tsh4 ，并揭示了 tsh4 位于目前已知玉米株型穗型驯化调控网络最上游，阐明了驯化过程兼顾不同发育时期、不同性状的分子调控机理。该研究为进一步开展玉米株型和穗型的遗传改良提供重要理论指导。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01943-z

11月4日，中国农业大学农学院玉米研究中心徐明良团队在Nature Genetics上在线发表了题为“The ZmCPK39-ZmDi19-ZmPR10 immune module regulates quantitative resistance to multiple foliar diseases in maize”的研究论文。该研究历经十余载，详细阐述了广谱数量抗病基因的克隆和抗病分子机制。这一成果极大丰富了人们对植物在自然条件下应对多种病原菌的遗传基础和分子机制的了解，同时为抗病分子育种提供了重要的基因资源。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01968-4