01揭示叶绿体延伸因子提高植物光合作用和抗病性机制 近日，华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、洪山实验室和农业农村部马铃薯生物学与生物技术重点实验室固定研究人员、马铃薯团队田振东教授课题组在Nature Plants上发表了题为 “Chloroplast elongation factors break the growth-immunity trade-off by simultaneously promoting yield and defence” 的研究论文。该研究发现增强叶绿体延伸因子StTuA/B表达能够提升马铃薯光合作用、提高产量，同时增强马铃薯晚疫病抗性；揭示了晚疫病菌效应子Pi22926通过抑制丝裂原活化蛋白激酶StMAP3Kβ2对StTuA/B的磷酸化使其滞留在细胞质中被降解、从而抑制植物免疫应答的机制。 高产、抗病是作物育种的重要目标。通常情况，产量与抗性相互拮抗，即高产品种往往抗性较差，高抗品种在产量上表现往往不佳。如何平衡产量与抗性的关系、培育高产、抗病品种是育种中需要解决的重要课题。目前已发现一些基因在不影响产量的前提下，能增强植物抗性，但能同时提高产量和抗性的基因报道较少，此类基因也是育种家梦寐以求的优异基因。叶绿体作为绿色植物光合作用的主要细胞器，是作物产量形成的主要能量来源，同时也是植物免疫系统的关键枢纽。该课题组前期发现晚疫病菌效应子Pi22926通过靶向免疫正调控因子StMAP3Kβ2抑制马铃薯免疫应答（Ren et al., 2019，Plant Physiology），但其具体机制尚不明确。后续研究表明Pi22926 在马铃薯及本氏烟中表达影响叶绿体发育，同时抑制生长发育及免疫反应。 图1 效应子Pi22926抑制马铃薯生长发育与免疫进一步的研究发现，效应子Pi22926与叶绿体延伸因子StTuA和StTuB互作。过表达StTuA和StTuB的马铃薯和本氏烟表现出对多种病原菌的抗性（晚疫病菌、辣椒疫霉），同时其产量或生物量均显著高于对照。沉默StTuA和StTuB 则导致叶绿体发育受阻，叶片黄化失绿，植株抗性显著下降。深入研究表明，作为叶绿体延伸因子，StTuA/B能够提高叶绿体蛋白翻译效率、促进光合作用相关蛋白表达及调控病原诱导时叶绿体活性氧清除相关蛋白表达，从而达到抗病增产的效果。 图2 叶绿体延伸因子StTuA/B增强马铃薯晚疫病抗性及产量进一步研究揭示，核编码的叶绿体蛋白StTuA/B从细胞质转运进入叶绿体依赖StMAP3Kβ2激发的磷酸化及伴侣蛋白StHSP70-3的协助。效应子Pi22926则通过抑制StMAP3Kβ2对StTuA/B的磷酸化使其滞留在细胞质中并促进其通过26S蛋白酶体降解，从而抑制马铃薯的生长发育及免疫。 图3 Pi22926抑制StMAP3Kβ2对StTuB的磷酸化 图4 Pi22926抑制植物免疫及StTuA/B增产抗病的模式图 该项研究经过10多年的持续探索，揭示了效应子Pi22926 抑制植物免疫应答的机制；以晚疫病菌效应子为探针，挖掘到同时调控植物光合作用和免疫的重要靶标基因。StTuA/B兼顾了生长与免疫的平衡，同时提升产量和抗性，展示了叶绿体蛋白表达调控在作物育种中的潜力。华中农业大学博士毕业生戚烨通（现为浙江省湘湖实验室博士后）为论文第一作者，田振东教授为通讯作者。英国邓迪大学Paul Birch教授、西北农林科技大学王海霞教授为本研究提供了指导和帮助，研究生吴佳辉、杨筑、李红军、刘琅、吴昕雅等也参与了研究工作。 02在光热催化合成氨领域取得新进展 近日，华中农业大学化学学院陈浩教授带领的先进材料与绿色催化科研团队在Angewandte Chemie International Edition发表题为“Regulating the Scaling Relations in Ammonia Synthesis through a Light-Driven Bendable Seesaw Effect on Tailored Iron Catalyst”研究论文。该论文详细报道了一种具有台阶表面暴露特性的合成氨铁催化剂，并展示了其在光驱动下对于合成氨反应中线性关系的调节作用。氨是最重要的化学品之一，是制造化肥、塑料、纤维、炸药等不可或缺的原料。目前，Haber-Bosch工艺仍然是最有效的工业氨生产方法，但由于其苛刻的反应条件，消耗了大量能源。研究表明，催化剂表面氮气的活化能与氮吸附能间呈线性关系。因此，如图1中的“跷跷板”所示，催化剂的氮吸附能过弱不利于氮气活化，而过强则对后续的加氢和脱附产生不利影响，故存在一个最佳值对应着合成氨催化性能的顶点。因此，要进一步提升合成氨催化剂性能，且降低能耗，必须开发突破该线性关系的新方法。鉴于此，研究论文报道了一种{110}台阶表面暴露的铁催化剂，并揭示了该材料在光驱动下对于合成氨反应中线性关系的调节作用。在模拟太阳光照射下，无需外加热源，材料即能展现出了卓越的光致热催化合成氨性能，其产氨效率可达到1260 μmol g−1h−1。研究表明，该材料的{110}台阶表面具有适度的氮吸附能，其热催化性能比商用熔融铁催化剂高出3.8倍。此外，在光照条件下，光诱导热电子可在催化剂与吸附物种间转移，同时促进了氮气活化和解离氮物种的加氢，弯曲了普遍认知的“跷跷板效应”，首次在单一反应位点突破了合成氨反应中的线性关系。因此，该催化剂的光热催化性能相较于同温度下的热催化性能提升了30倍，创造了纯铁合成氨催化剂的新纪录。这项工作为深入理解光热催化合成氨反应以及设计高效合成氨催化材料提供了新策略。图1 合成氨反应中的“跷跷板效应”华中农业大学化学学院青年教师杨懿、汪佩、张晓虎博士为论文共同第一作者，华中农业大学化学学院丁星副教授、陈浩教授和北京工业大学卢岳教授、日本国家材料研究所叶金花教授为论文共同通讯作者。
03揭示硒蛋白W在维持肌肉健康中的生物学功能 近日，农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、动物育种与健康养殖前沿科学中心、湖北洪山实验室、华中农业大学动物科学技术学院、动物医学院孙铝辉教授课题组在Science Advances期刊上发表了题为“Loss of SELENOW aggravates muscle loss with regulation of protein synthesis and ubiquitin-proteasome system”的研究论文。该研究首次揭示了硒蛋白W（SELENOW）在肌肉萎缩中的重要功能及机制。 硒是人和动物所必需的微量元素，主要以25个硒蛋白的形式发挥生物学功能。然而，我国有超过2/3以上的国土面积存在硒的缺乏，导致人和动物均面临着营养性缺硒的风险。在集约化的畜禽养殖业中，高密度饲养、热应激、有害气体及霉菌毒素等多种应激源常使动物处于亚健康状态，使得畜禽对硒的需要量升高，严重情况下，甚至诱发群体性营养性缺硒疾病的发生，如缺硒性肌营养不良症（NMD），它会引起动物生长发育的迟缓和肉品质下降，给养殖业造成巨大经济损失。课题组前期研究发现，缺硒诱导肉鸡NMD发生与肌肉中一碳代谢紊乱诱导机体免疫系统和氧化还原稳态失衡相关，其中，SELENOW在此过程中下调尤为显著（JournalofNutrition,2023）。然而，SELENOW在NMD发生中的作用与机制尚不清楚。因此，本研究系统性探究了SELENOW在肌肉中的功能。研究结果表明，正常生理条件下，SELENOW的缺失并不影响动物的生长和肌肉的发育；在地塞米松诱导的急性肌肉萎缩和自然衰老相关的慢性肌肉萎缩条件下，SELENOW会表达上调，然而，SELENOW的缺失会加剧此萎缩条件下肌肉质量的流失；体内外过表达SELENOW，可缓解地塞米松诱导的肌管和肌肉萎缩。进一步的机制研究表明，SELENOW通过与RAC1蛋白互作，调控RAC1-mTOR级联信号通路。当SELENOW缺失时，通过抑制RAC1-mTOR级联导致肌肉内蛋白质合成减少，泛素化降解加速，从而加剧了肌肉萎缩的进程。 图1 SELENOW通过调控RAC1-mTOR级联参与蛋白质稳态调节 本研究揭示了SELENOW缺失通过抑制RAC1-mTOR级联加剧肌肉萎缩。研究结果为合理应用硒防控畜禽NMD提供了新的科学依据，也为预防和治疗人类肌肉萎缩提供了潜在的靶点。华中农业大学动科动医学院已毕业博士杨嘉成（现为动科动医学院博士后）为论文第一作者，孙铝辉教授为论文的通讯作者。美国康奈尔大学雷新根教授、湖北省农业科学院魏金涛副研究员等也参与了本项研究。
04发表真菌病毒研究的综述论文
近日，农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室、植物科学技术学院姜道宏教授领衔的植物病害绿色防控团队，应邀在Annual Review of Microbiology上在线发表题为“Understanding the Diversity, Evolution, Ecology, and Applications of Mycoviruses”的综述论文。该论文系统性梳理了真菌病毒相关研究最新进展，总结了真菌病毒多样性、真菌病毒进化、真菌病毒生态功能的研究现状，重点阐述了低毒相关真菌病毒在真菌病害绿色防控中的应用策略，并就真菌病毒今后重点研究方向进行了展望。 微生物病毒是广泛存在于真菌、卵菌和细菌等微生物中的病毒，寄生真菌或卵菌的病毒称之为真菌病毒或噬真菌体。真菌病毒已经在壶菌门、接合菌门、子囊菌门以及担子菌门等主要真菌类群以及卵菌中被鉴定发现，是病毒圈重要成员。部分真菌病毒对其寄主的生命活动有显著影响，尤其能抑制病原真菌的致病和生长发育等特性的真菌病毒，是重要的生物防治资源。该论文系统梳理了人类和动物病原真菌、昆虫寄生真菌、重寄生真菌、植物病原真菌和卵菌、植物内生真菌、菌根真菌、海洋真菌和卵菌、以及环境样本（土壤、植物、动物等相关生境）中真菌病毒种类和多样性。虽然目前以真菌病毒为模式种建立了42个病毒科，83个病毒属，但依然有很大比例的新鉴定真菌病毒，未能在科或属水平上确定其分类地位。同时，论文总结了新发现真菌病毒独特的基因组结构，真菌病毒水平基因转移现象，真菌病毒与寄主共进化特性，以及真菌病毒与动植物病毒在进化关系上的独立性和关联性，为探究真菌病毒的起源进行了重新思考。此外，论文系统分析了真菌病毒的生态学功能，包括真菌病毒寄主范围、真菌病毒跨真菌种属、跨界（真菌和植物）传播现象，真菌病毒地理分布特异性，以及复合侵染中病毒间互作与寄主生物学特性相关性等，为真菌病毒应用潜力充分挖掘提供了思路。论文重点总结讨论了低毒相关真菌病毒防治真菌病害的两种实践应用策略。以减病毒CHV1防治欧洲板栗疫病为案例，阐述了“真菌病毒靶向病原真菌”策略，但该策略受限于真菌非我识别反应，限制其在不同地区的广泛应用，论文中就应对该限制提出了潜在解决方案。以核盘菌致病力衰退相关DNA病毒（SsHADV1）防治油菜菌核病为案例，详细阐述了“真菌病毒介导植物疫苗”的实施策略。SsHADV1将核盘菌由死体营养型病原真菌转变为对油菜有益的内生真菌，诱导油菜抗病途径、植物激素信号等相关基因的显著上调表达，促进油菜生长和增强其抗病能力，提高油菜产量。基于此，提出了SsHADV1介导的植物疫苗理念。植物疫苗可以提高植物的综合抗病能力、保护作物终身健康及并在田间引发病原真菌群体致病力衰退等，实现播种和油菜病害防治一体化，轻简高效（图1）。植物疫苗策略与真菌病毒靶向病原真菌策略具有显著区别，它可以使得更多真菌病毒介导的无致病力病原真菌成为有益微生物资源，不依赖真菌病毒能否在病原真菌间快速扩散，可以广泛用于大田作物病害绿色防控。 图1 核盘菌DNA病毒SsHADV1介导植物疫苗田间防治油菜菌核病示意图 植物疫苗处理种子后，可以随着种子发芽而在植物中生长，或用无人机在油菜幼苗期或盛花期喷施植物疫苗，可促进植物生长和抗病能力，通过菌丝接触或介体厉眼蕈蚊（mushroom flies）传播SsHADV1（a、b和c）。SsHADV1也可由介体昆虫传播至未经植物疫苗处理的油菜田中（d），诱发田间核盘菌群体致病力衰退。黄线代表生长在植物内部的植物疫苗菌丝，蓝点代表SsHADV1的病毒粒子。最后，该论文对真菌病毒后续研究方向进行了展望，主要涉及真菌病毒多样性和进化深入研究，利用病毒与真菌互作为模式探究病毒的重要基础科学问题，复合侵染中真菌病毒间互作机制，自然环境中真菌相关病毒的生态学功能，以及真菌病毒在“同一健康（One Health）”体系中的实践应用等。华中农业大学植物科学技术学院谢甲涛教授和姜道宏教授撰写了该综述论文。华中农业大学植物科学技术学院博士生黄煌和山西农业大学植保学院贾纪春博士在该论文准备过程中提供了帮助。
