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华中农大近期科研进展

2024-12-02 21:36

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

揭示磷脂酶途径增强草抗逆性机理

近日，华中农业大学园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室产祝龙教授课题组在Plant, Cell & Environment期刊发表了题为“Genome-wide analysis of the phospholipase Ds in perennial ryegrass highlights LpABFs-LpPLDδ3 cascade modulated osmotic and heat stress responses”的研究成果，揭示黑麦草LpABFs-LpPLDδ3级联调控在高温和渗透胁迫抗性中的功能。

黑麦草（Lolium perenne）是一种冷季型草种，生长速度快，广泛作为饲料和草坪草。在温带牧场农业中，它是生产奶制品和肉类的主要饲料草。但是对高温和干旱等非生物胁迫耐受性较差，阻碍了其在产业上的应用。作为细胞膜的重要组成部分，磷脂在植物细胞的信号传递过程中发挥着重要作用，磷脂水解的磷脂酶D (PLD) 参与多种植物非生物胁迫应答，其调控机理尚不明晰。ABF是ABA信号通路转录因子，能够增强植物对干旱和高温耐受性。ABA途径与磷脂代谢的关系仍不清楚。

研究人员从多年生黑麦草基因组数据中鉴定了12个PLD基因，大部分受干旱和高温诱导表达表达。其中LpPLDδ3基因在逆境下表达量变化尤其显著，且启动子区域顺式作用元件分析发现其含有多个ABRE元件，被确定为调控干旱和高温逆境胁迫的关键候选基因。进一步研究发现LpPLDδ3过表达株系磷脂酶D的活性显著增强，水解产物磷脂酸PA含量显著提高（图1）。

图1 过量表达LpPLDδ3增强磷脂酶D活性并提高磷脂酸PA的含量

在高温和渗透胁迫处理下，转基因OE材料的耐受性显著优于WT，特别是高温胁迫下OE生长及存活率远高于WT。转基因植株中ABA信号传导途径ABF转录因子表达量显著高于WT，热胁迫相关基因DREB2A、HSFs的表达量在转基因植株中也显著提高。ABA处理抑制了LpPLDδ3表达，LpPLDδ3启动子区域有多个ABF结合的ABRE基序。研究人员发现LpABF2/4能直接结合到LpPLDδ3启动子区域并抑制其表达（图2）。

图2 LpABF2和LpABF4直接结合到LpPLDδ3的启动子上抑制其表达

研究结果表明，高温和渗透胁迫条件下，LpPLDδ3表达量提高，通过水解PC/PE产生更多的PA，进行增强下游基因包括LpABF2和LpABF4的表达。逆境条件下ABA合成，激活ABF基因表达，黑麦草LpABF2和LpABF4通过直接结合到LpPLDδ3启动子区域来抑制LpPLDδ3的表达，形成负反馈调控通路。相关研究首次报道ABA通路ABFs对PLDs的调控作用（图3）。

图3 LpPLDδ3在高渗和高温应激调节中作用的模型

华中农业大学博士后杨迪为论文第一作者，产祝龙教授为论文通讯作者，美国克莱姆森大学Luo Hong教授对研究进行指导。华中农业大学王艳平副教授、向林副研究员参与部分工作。

在纳米技术缓解柑橘黄龙病氧化胁迫研究上取得新进展

近日，华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、纳米化学生物学团队韩鹤友教授课题组在Environment Science nano上发表题为“Manganese-based nanozyme enabled efficient mitigation of Huanglongbing-induced oxidative damage inCitrus”的研究论文。研究通过构建一种锰氧化物纳米酶（MONPs），实现对黄龙病感染柑橘组织氧代谢的清除和调节，从而保护叶组织对抗氧化胁迫的损伤（图1）。

图1. MONPs对黄龙病柑橘的保护作用示意图

论文研究了生理环境下MONPs是否具有清除活性氧的能力，在体外模拟了多种活性氧环境用于评估MONPs的抗氧化活性。结果表明MONPs具有多种类酶活性，具有广谱的活性氧直接清除功能。图2解析了MONPs在柑橘叶组织中的内化和分布情况：通过透射电子显微镜对喷洒和渗透MONPs的柑橘叶片进行精细扫描，可观察到大量的MONPs特征性纳米花结构定位于细胞壁周围的细胞外间隙，表明MONPs能够被柑橘叶有效吸收。这种基于MONPs的递送系统有望为解决柑橘和其他植物的递送问题提供一种更有效且环保的替代方法。

图2. 柑橘叶组织中MONPs内化的电镜图像

通过研究MONPs在柑橘体内的抗氧化机制，结果表明，MONPs处理展现出对患病柑橘中氧化防御相关基因表达和酶活性等显著的正调控，从而通过间接的抗氧化途径减轻CLas侵染所引起的胁迫。图3展现了MONP处理是否能够预防和保护柑橘免受黄龙病感染，通过对黄龙病感染初期的柑橘进行MONPs对长期处理，表明MONPs可通过抗氧化作用有效缓解黄龙病的相关症状。图4结果显示，MONPs处理后大幅改善了患病柑橘中相关生理指标，相关基因表达和酶活性，展现了对患病柑橘生长的有效保护。

图3.MONPs处理后黄龙病柑橘的表型进展

图4.MONP处理的黄龙病柑橘和健康柑橘的生理指标

综上，这种基于锰基纳米酶（MONPs）的防治策略，多功能、高稳定性和易于批量制备，可通过叶片喷雾和注射等施用方式有效地内化进患病柑橘内部，减轻氧化损伤，保护植物组织并缓解黄龙病症状。有潜力拓展纳米材料在柑橘黄龙病防治中的应用，服务于柑橘产业的发展。

本文的第一作者为华中农业大学生命科学技术学院博士生李烁钧（现中国科学院分子细胞卓越创新中心博士后）与化学学院硕士生龙玉滢，通讯作者为华中农业大学韩鹤友教授。

发现禽类TRIM13负调控宿主抗病毒天然免疫反应的新机制

近日，华中农业大学动物科学技术学院、动物医学院罗锐团队在国际学术期刊Autophagy在线发表了题为Avian TRIM13 attenuates antiviral innate immunity by targeting MAVS for autophagic degradation的研究论文。该研究首次揭示了禽类E3连接酶TRIM13通过选择性自噬负调控MAVS抗病毒天然免疫反应的分子机制，为禽类选择性自噬与天然免疫系统之间的相互作用提供了全新视角。

研究发现，鸭坦布苏病毒（DTMUV）等RNA病毒感染后，会显著上调鸭宿主蛋白TRIM13的表达。进一步研究表明，鸭TRIM13与鸭MAVS相互作用，促进了鸭MAVS与选择性自噬受体SQSTM1结合，从而介导鸭MAVS的选择性自噬降解，帮助病毒逃逸宿主的天然免疫反应。此外，该研究发现，鸭MAVS的自噬降解并不依赖于鸭TRIM13的E3连接酶活性或鸭MAVS的泛素化修饰。