2019年中国植物科学若干领域重要研究进展

顶尖植物科学研究  |   2020-06-26 00:02

来源：顶尖植物科学研究

      2019年中国植物科学家在国际综合性学术期刊及植物科学主流期刊发表的论文数量大幅增加,在光生物学、植物抗逆和分子进化等若干领域取得了重要成果。其中, 硅藻光合膜蛋白超分子结构和功能研究入选2019年度中国科学十大进展和中国生命科学十大进展; 植物抗病小体的结构与功能研究入选2019年度中国生命科学十大进展。该文评述了2019年中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究进展, 以期追踪和报道当前中国植物科学领域发展的前沿和热点及展示中国科学家所取得的辉煌成果。

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2019年, 我国科学家在Cell、Nature和Science三个国际综合性学术期刊发表论文14篇(去年为11篇), 在Molecular Plant、Nature Plants、The Plant Cell、Plant Physiology和The Plant Journal五个植物科学主流期刊发表论文429篇, 与去年(403篇)相比明显增加。近3年的统计数据显示, 2017年中国科学家在这5个主流期刊上发表的研究论文(Article)数占这些期刊总载文(Article)数的30.4%, 2019年则迅速增长至37.5%, 从2017年和2018年的全球第2位, 跃居全球第1 (表1) (数据来源: Web of Science核心合集) (检索时间: 2020年6月17日)。     表1  2017–2019年中国与4个欧美国家在5个植物科学主流期刊(MP、NP、PC、PP和PJ)的发文量比较(数据来源: Web of Science核心合集)Table 1  The number of papers published by China, Ame­rica, Germany, France and UK in five major journals of plant science (MP, NP, PC, PP and PJ) from 2017 to 2019 (data sources: Web of Science)

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注: 文章数量按篇计算, 当1篇文章属于多个国家, 会计入每个国家1次, 分别被算入占比的数值, 所以占比之和大于100%。2017年、2018年和2019年, 5刊(MP、NP、PC、PP和PJ)的总载文(Article)量分别为1163、1128和1144篇。Note: When a paper is signed by more than one country, it will be counted into each country once, so the total percentage may be more than 100%. The total number of papers published in five journals (MP, NP, PC, PP and PJ) was 1163 in 2017, 1128 in 2018 and 1144 in 2019, respectively. MP: Molecular Plant; NP: Nature Plants; PC: The Plant Cell; PP: Plant Physiology; PJ: The Plant Journal此外, 通过对2017–2019年我国科学家在这5个主流期刊发表论文的研究材料进行分析, 发现以拟南芥为实验材料的研究呈现逐年递减趋势, 而以作物如水稻、玉米和小麦为材料的研究呈明显上升态势; 且在作物研究中, 以水稻为材料的研究所占比重最大(表2)。此外, 据我刊不完全统计, 2019年中国植物科学家在Science、Cell、Nature及其系列(Nature Plants、Nature Genetics、Nature Communi­cation)和PNAS期刊上发表的论文总数为116篇, 与去年(77篇)相比增长了约50%。这些成绩的取得不仅受益于国家政策的支持, 而且与中国科学家持续不断的努力息息相关。 表2  2017–2019年中国植物科学家在MP、NP、PC、PP和PJ发表以水稻、玉米、小麦和拟南芥为研究材料的文章数量(数据来源: Web of Science核心合集)
Table 2  The number of papers published by Chinese scientists in MP, NP, PC, PP and PJ from 2017 to 2019 using rice, maize, wheat and Arabidopsis as materials (data sources: Web of Science)

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注: 表中文章数量存在重复计数。MP、NP、PC、PP和PJ同表1。Note: Repeat count for number of articles in the table. MP, NP, PC, PP and PJ are the same as Table 1.
   为了帮助读者更好地了解我国植物科学研究的最新前沿和热点, 展示我国植物科学的重要成果, 我们经过专家投票从2019年我国科学家在植物科学领域发表的论文中遴选出29项重要进展, 并对相关进展进行系统评述。需要说明的是这仅代表《植物学报》的观点, 如有不妥请大家谅解。1  植物基因编辑1.1  基因组单碱基编辑器

高彩霞研究组在植物体内利用全基因组测序技术全面分析和比较了BE3 (基于融合rAPOBEC1胞嘧啶脱氨酶的CBE系统)、HF1-BE3 (高保真版本BE3)和ABE系统在基因组水平上的脱靶效应, 发现现有的BE3和HF1-BE3系统可在植物体内造成难以预测的脱靶突变, 需要进一步优化提高其特异性(Jin et al., 2019)。该研究创新性地利用相似遗传背景的克隆植物及全基因组重测序解决了以前大量异质细胞序列分析的复杂性问题。《植物学报》发表专文点评, 认为这一发现对单碱基编辑工具的应用和进一步改进具有重要意义(谢卡斌, 2019)。

1.2  基于RNA模板的植物同源重组修复自2012年CRISPR/Cas基因组编辑技术被发明以来, 已广泛应用于动物、植物和微生物等诸多物种的基因组编辑。基因组编辑首先在基因组靶向位置产生DNA双链断裂(DNA double-strandbreak, DSB)。之后, 这些产生的DSB可通过非同源末端连接(NHEJ)或者HDR途径进行修复。NHEJ最常用于移码突变进而破坏基因的功能, HDR则主要用于对靶标序列的精准替换或定点插入。2  作物生物学2.1  玉米紧凑株型的分子网络
2.2  水稻高产和氮高效基因OsNR2
2.3 水稻根系微生物组及氮磷协同利用
   后续储成才研究组发现膜定位的水稻NRT1.1B可与细胞质定位的抑制蛋白SPX4发生相互作用,且硝酸盐可增强两者的互作, 并促进SPX4蛋白的降解, 进而激活下游基因的表达, 触发硝酸盐应答反应。NRT1.1B介导SPX4蛋白降解也触发磷饥饿应答基因的表达。因此, 硝酸盐信号可通过NRT1.1B-SPX4同时实现对硝酸盐应答基因和磷饥饿应答基因的协同激活, 从而实现氮磷的营养平衡(Hu et al., 2019a)。该研究既揭示了硝酸盐受体传递信号的重要机制, 也阐明了氮磷协同利用实现植物营养平衡的分子机制, 对植物营养研究具有重要意义。3  逆境生物学3.1  生物胁迫3.1.1  植物“抗病”小体与抗病机制3.1.2  玉米纹枯病数量抗性基因ZmFBL413.2  非生物胁迫
3.2.1  植物细胞表面GIPC鞘脂是盐受体3.2.2  盐胁迫下特异Ca2+信号的产生与调控机制3.2.3  植物高温记忆代际传递的机制4  光合作用与光形态建成4.1  硅藻光合膜蛋白超分子结构4.2 phyB-BBX4-PIF3介导的红光信号通路4.3 PP6磷酸酶调控的拟南芥暗形态建成4.4  拟南芥幼苗顶端弯钩形成与打开的机制5  激素生物学5.1  不依赖于受体TIR1的生长素信号转导5.2  细胞分裂素调控植物根系向水性生长6  生殖生物学6.1  利用CRISPR创建水稻无融合生殖体系6.2  分泌小肽介导的物种遗传隔离7 植物系统进化7.1 陆生植物祖先适应陆地环境的策略7.2  古老被子植物花部特征的演化7.3  被子植物起源时间的 “侏罗纪空缺”7.4  活化石银杏的进化历史
7.5 菠萝和四倍体棉花的驯化历史
8  植物生态与环境生物学8.1  亚热带森林群落物种共存的真菌调控机制
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