生物学科技信息|气生根黏液·辣椒为什么红·水稻产量·安吉古鲎·葡萄驯化·新型细胞器·新抗生素·人造肉·“永生”干细胞
气生根黏液藏“心机”
微生物固氮控病有新招
摘自4月28日《中国科学报》报道，植物的茎或叶上所发生的根叫气生根，它是一种很特别的根系类型与变态器官，而有些植物气生根上则会附着大量黏液，从而形成了一种神奇的微环境。最近，中国科学院西双版纳热带植物园（以下简称版纳植物园）研究员徐鹏团队与浙江大学、中国农业科学院深圳农业基因组研究所的研究人员合作发现，藤蔓植物的气生根黏液中居住的微生物与固氮和促进植物生长息息相关，他们甚至在其中发现了潜在的病原菌防治方法。相关研究成果在线发表于国际期刊Microbiome。
蔓性野牡丹气生根黏液。
版纳植物园供图
2018年，徐鹏偶然在版纳植物园内发现了一种藤蔓植物蔓性野牡丹，它的茎节处长出了很多气生根，而且被一坨黏液包裹着，十分怪异。巧合的是，当时有一项最新研究显示，墨西哥玉米的气生根分泌物中存在大量碳水化合物，以及栖息于其中的固氮菌，它们甚至能贡献宿主植物29%-82%的生物固氮量，而氮是植物必不可少的生命元素。这项研究首次提出了，单子叶植物气生根黏液-微生物系统在满足植物氮需求方面发挥着重要作用。
该研究直接启发了徐鹏和研究团队。他们检测了蔓性野牡丹气生根黏液的化学组成，发现其中的碳水化合物含量比地下根系分泌物高出近百倍。随后，他们通过微生物组测序及同位素氮标记的培养体系进一步发现，黏液微生境中也富含大量的固氮细菌类群，其贡献了植物生物固氮量的37-54%，更好地支持了植物的生长。研究团队结合植物基因组、转录组等分子生物学证据，首次发现了双子叶植物的气生根能够通过黏液中的功能微生物行使固氮的生物学功能、实现与宿主植物的双向碳氮交换过程，该研究结果也扩展了传统植物生态学研究中定义的“根际”范畴。
不同的是，墨西哥玉米的气生根研究止步于此，而徐鹏却没有。“我们对气生根黏液分泌和固氮的生物学机制还不清楚。”徐鹏很好奇，黏液环境里，为什么不是各类微生物“大爆发”，而独由固氮细菌类群主宰？此时，研究团队提出了一种假设：黏液微生物群落中存在某些成分或特殊微生物，可以选择性地允许固氮菌的生长，同时抑制“不受欢迎”的环境和病原微生物。
于是，研究人员对黏液样品中分离到的56种真菌和细菌筛选它们的广谱抗菌活性。结果，他们惊喜地发现，真的存在一种真菌F-XTBG 8（刺孢壳属真菌Chaetomella raphigera），它具有广谱的抗菌活性，可以抑制100多种常见的植物病原菌和环境中的真菌生长，却唯独允许黏液中的固氮微生物类群生长，以维持黏液中微生物的稳态和微生境的平衡。F-XTBG 8正是被宿主“招募”和伴生的“保卫”真菌。
辣椒为什么那样红？
摘自科学网5月10日报道，辣椒为什么那样红？近日，华南农业大学园艺学院辣椒团队联合北京大学现代农业研究院等单位，解析了辣椒红素生物合成的转录调控机制。相关研究在线发表于The Plant Journal。
辣椒的显色物质主要是辣椒红素。
研究团队供图
辣椒红素是辣椒的成熟果实特异高度积累的一种类胡萝卜素，赋予成熟果实红色，决定果实外观和营养品质。同时，辣椒红素作为脂溶性天然色素，具有优异的抗氧化等生物活性和极高色价，被作为重要的工业原料广泛应用于食品、医药、化妆品及饲料添加剂等领域。论文共同第一作者、华南农业大学博士后宋佳丽表示，辣椒红素主要在辣椒果实转色期至成熟期合成，其合成基因PSY（八氢番茄红素合成酶）、PDS（八氢番茄红素脱氢酶）、β-CH（β-胡萝卜素羟化酶）和CCS（辣椒红素-辣椒玉红素合成酶）在转录水平层面控制辣椒红素含量，但是其合成的转录调控机制尚不清楚。
最新研究中，研究人员首次鉴定到辣椒红素生物合成的关键调控基因，明确了脱落酸信号介导非呼吸跃变型辣椒果实类胡萝卜素生物合成的机制，并且发现了辣椒红素在茄科生物合成差异调控方面的进化机制，为辣椒色泽遗传改良奠定了基础。
我国科学家揭示
极端降水对水稻产量影响与机制
摘自5月14日《光明日报》报道，极端降水对水稻产量有何影响？影响多大？北京大学城市与环境学院周丰和王旭辉课题组最新研究揭示了极端降水对水稻产量影响与机制。这项研究成果以长文形式日前发表于国际学术期刊Nature Food。该期刊同时配发了哈佛大学乔纳森·普罗克特博士的评述文章，他认为该成果为极端气候事件对粮食安全的影响研究提供了新范式和新证据。
极端降水造成水稻减产的生物物理和生物化学机制。
图片来源本论文
“频繁发生的极端气候事件对全球粮食安全产生重大影响，因此，准确理解极端气候事件对作物产量影响是全球变化研究关注的重大科学问题。以往大家的研究普遍关注高温、干旱和低温造成农作物减产，但对极端降水影响及其机制的认识十分有限。”周丰介绍，研究团队综合采用多尺度手段，揭示了极端降水造成水稻减产的生物物理和生物化学机制，量化了过去和未来极端降水对我国水稻单产的影响规律。针对联网观测难以区分极端降水影响的难点，研究团队提出了一种新的窗口搜索策略方法：针对每一个农业气象站的水稻产量时序数据，搜索发生特定事件的“处理年”和未发生特定灾害但其他灾害一致的“对照年”，计算处理和对照的产量相对变化。“结果发现，极端降水造成水稻产量下降7.6%左右，与极端高温相当，强于其他类型的极端气候事件，如极端低温、极端干旱、飓风等。”王旭辉说。
为揭示极端降水造成水稻减产的机制，研究团队于2018—2019年在荆州农业气象试验站开展了64场降水控制试验。结果表明，极端降水主要通过改变每穗饱满的籽粒数和有效穗数而造成水稻减产；这种影响具有生育期依赖性，即营养生长期的极端降水主要降低有效穗数，生殖生长期的极端降水主要降低饱满的籽粒数。同时，研究团队于2021年开展了两类补充试验，证实了生殖生长期降水强度降低顶粒受精而影响饱满的籽粒数，以及营养生长期降水量增加稻田氮损失和减少叶片氮吸收而影响有效穗数是最关键的两个影响机制。
研究团队将上述两个机制引入陆面过程模型，并基于改进后的模型模拟发现，过去20年极端降水造成我国水稻年均减产8.1%左右；到本世纪末，极端降水将在气候变暖、二氧化碳浓度上升影响的基础上，额外造成水稻减产7.6%左右，减产区域集中在我国东北和东南沿海地区，是水稻应对极端降水的关键区。
