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截止2019年6月23日，以国内学者为通讯作者的CNS文章，总共发表了8篇，分别为1篇Nature, 6篇Science, 1篇Cell。如果以第一单位为准，则是发表了6篇CNS。其中文章的单位有：中国科学院遗传与发育研究所、中科院上海植物逆境生物学研究中心、中国科学院植物科学研究所,、清华大学和北京大学等。此外，我们公众号iPlants总结了2018年的国内的CNS文章：2018年中国在植物与农业领域共发表7篇Nature, 4篇Science, 1篇Cell！

1. 2019年2月8日，Science杂志以长文形式发表中国科学院植物研究所沈建仁和匡廷云研究团队题为“Structural basis for blue-green light harvesting and energy dissipation in diatoms”的研究论文，该研究通过多种手段解析了一种羽纹纲硅藻——三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）特有的捕光天线蛋白“岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体”（Fucoxanthin chlorophyll a/c protein，FCP）二聚体1.8埃的晶体结构。（点击查看）

2.2019年3月1日，Science杂志发表了来自中国科学院遗传发育所高彩霞课题组题为“Cytosine, but not adenine, base editors induce genome-wide off-target mutations in rice”的研究论文，该论文在水稻中对BE3，HF1-BE3和ABE等碱基编辑器的全基因组脱靶突变进行了评估。研究发现BE3和HF1-BE3（胞嘧啶碱基编辑器）而非ABE（腺嘌呤碱基编辑器）可以诱导大量全基因组脱靶突变， 主要是C→T型单核苷酸变体（SNV），并且在富含基因区域。（点击查看）

3. 2019年4月3日，Nature 杂志发表了中科院上海植物逆境生物学研究中心为第一单位，徐通达研究员为通讯作者（现为福建农林大学）题为“TMK1-mediated auxin signalling regulates differential growth of the apical hook”的研究论文.该研究揭示了高浓度的生长素在顶端钩抑制细胞生长的机制。（点击查看）

4. 2019年4月4日，清华大学柴继杰课题组、中科院遗传发育所周俭民课题组和清华大学王宏伟课题联合同期背靠背发表两篇Science："Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”和"Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”的研究论文。该两篇文章完成了植物NLR蛋白复合物的组装、结构和功能分析，揭示了NLR作用的关键分子机制，是植物免疫研究的里程碑事件。（点击查看）

5. 2019年4月4日，Cell 杂志在线发表了来自瓦赫宁根大学Ben Scheres和中科院遗传发育所李传友研究组合作题为“A Jasmonate Signaling Network Activates Root Stem Cells and Promotes Regeneration”的研究论文，该研究揭示了损伤诱导的茉莉酸信号可以激活干细胞并促进再生。（点击查看）

6.2019年5月10日，Science杂志在线发表了中科院遗传发育所白洋组与英国JIC的Anne Osbourn组合作题为“specialized metabolic network selectively modulates Arabidopsisroot microbiota“等研究论文。该研究揭示了拟南芥代谢物三萜化合物对植物根系微生物组的调控规律。（点击查看）

7. 2019年5月31日，Science杂志在线发表了来自北大-清华生命科学联合中心瞿礼嘉教授课题组题为“Cysteine-rich peptides promote interspecific genetic isolation in Arabidopsis”的研究论文，该论文揭示了被子植物拟南芥中的一种由小肽信号介导的信号通路，该信号通路通过调控花粉管导向，促进种间遗传隔离的分子机制。（点击查看）

按发表时间顺序排列：

1. 2019年2月8日，Science杂志以长文形式发表中国科学院植物研究所沈建仁和匡廷云研究团队题为“Structural basis for blue-green light harvesting and energy dissipation in diatoms”的研究论文，该研究通过多种手段解析了一种羽纹纲硅藻——三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）特有的捕光天线蛋白“岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体”（Fucoxanthin chlorophyll a/c protein，FCP）二聚体1.8埃的晶体结构。

　　硅藻的FCP复合体属于捕光天线蛋白复合体（Light harvesting complex，LHC）超级家族，但其氨基酸序列与高等植物和绿藻的叶绿素a/b捕光天线蛋白的同源性很低，而且最为突出的是FCP结合大量岩藻黄素和叶绿素c，能够捕获蓝绿光以适应水下弱光环境。同时，FCP结合的岩藻黄素和硅甲藻黄素参与建立硅藻的超级光保护机制可以帮助这种浮游生物适应海水表面的强光环境。然而硅藻FCP复合体的结构长期没有得到解析，限制了硅藻光合作用机理的研究。

　　该研究人员发现，每个FCP单体中结合7个叶绿素a、7个岩藻黄素、2个叶绿素c、1个硅甲藻黄素和一些脂类及去垢剂分子；每个叶绿素c分子分别与2个叶绿素a分子成簇，并与其中一个叶绿素a分子紧密耦合，叶绿素c的原卟啉环结合在叶绿素a和岩藻黄素之间；每个叶绿素簇内部的叶绿素距离都在3.5埃左右，可以使能量快速高效地传递；FCP二聚体内部的叶绿素距离都在10埃以内，使激发能达到快速的平衡和传递。

　　研究人员还发现，FCP单体中有6个岩藻黄素分子插入到光合膜内，另1个新型的岩藻黄素分子水平结合在膜表面，这拓展了类胡萝卜素在捕光天线蛋白中的结合方式，提高了其绿光捕获能力；所有岩藻黄素与叶绿素距离都在4埃之内，使其捕获的光能可以高效地向叶绿素传递，同时也可能使岩藻黄素成为光保护的有效成员；硅甲藻黄素分子与FCP蛋白结合较弱，以便于参加到硅藻的类胡萝卜素循环中，进而使得硅藻适应从水下到水面的快速剧烈的光环境变化。

　　该研究首次描绘了叶绿素c和岩藻黄素在硅藻光合膜蛋白中的结合细节，阐明了叶绿素和岩藻黄素在FCP复合体中的空间排布，揭示了叶绿素c和岩藻黄素捕获蓝绿光并高效传递能量的结构基础；首次揭示了FCP二聚体的结合方式, 对几十年来硅藻主要捕光天线蛋白聚合状态研究提供了第一个明确的实验证据。研究成果为揭示光合作用光反应拓展捕光截面和高效捕获传递光能机理，以及硅藻超强的光保护机制提供了坚实的结构基础；为实现光合作用宽幅捕获和快速传递光能的理论计算提供了可能，为人工模拟光合作用机理提供了新理论依据；为指导设计新型作物、拓展捕光截面、防止光破坏提供了新思路和新策略。

　

　三角褐指藻类囊体膜上的FCP二聚体晶体结构。a和b：FCP蛋白晶体；蛋白中的叶绿素a（绿色），叶绿素c（洋红色）和岩藻黄素分子结构分别以棍状图显示，蓝色为硅甲藻黄素。　

文章链接：

http://science.sciencemag.org/content/363/6427/eaav0365

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2.2019年3月1日，Science杂志发表了来自中国科学院遗传发育所高彩霞课题组题为“Cytosine, but not adenine, base editors induce genome-wide off-target mutations in rice”的研究论文，该论文在水稻中对BE3，HF1-BE3和ABE等碱基编辑器的全基因组脱靶突变进行了评估。研究发现BE3和HF1-BE3（胞嘧啶碱基编辑器）而非ABE（腺嘌呤碱基编辑器）可以诱导大量全基因组脱靶突变， 主要是C→T型单核苷酸变体（SNV），并且在富含基因区域。

该研究通过全基因组测序分析在全基因组水平上对碱基编辑的特异性进行客观评估。研究选用了三种广泛使用的基础编辑器：BE3，HF1-BE3和ABE（下图A）。通过农杆菌转化将靶向11个基因组位点的总共14个碱基编辑载体转化到水稻中。取由BE3，HF1-BE3或ABE编辑的再生T0植物和只用编辑器转化没有sgRNA的T0植物用来后续测序和WGS分析。此外，使用12种野生型（WT）植物过滤掉背景，和9个经历转化过程但没有T-DNA整合的植物（称为对照植物）被用于评估组织培养和转化过程中发生的突变。

该研究发现，使用BE3和HF1-BE3，而不是ABE，会诱导水稻的全基因组突变。这些脱靶突变，主要是C> T类型的SNV突变，并且在转录的基因区域中富集。同时这些突变又不能通过当前计算机方法预测到。值得注意的是，在没有sgRNA的情况下用BE3或HF1-BE3处理水稻也导致全基因组SNV的增加（见下图）。因此。 为了使BE3或HF1-BE3的脱靶碱基突变最小化，必须对胞苷脱氨酶和/或UGI组分进行功能优化。

论文链接：

http://science.sciencemag.org/content/early/2019/02/27/science.aaw7166

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3. 2019年4月3日，Nature 杂志发表了中科院上海植物逆境生物学研究中心为第一单位，徐通达研究员为通讯作者（现为福建农林大学）题为“TMK1-mediated auxin signalling regulates differential growth of the apical hook”的研究论文.该研究揭示了高浓度的生长素在顶端钩抑制细胞生长的机制。

在该研究中，研究者发现tmk1突变体显示出顶端钩的不正常发育，并且用外源生长素处理后不能恢复的表型（如下图），说明了TMK1在顶端钩发育期间参与生长素介导的生长抑制可能不是通过调节生长素运输或生长素水平。有趣的是，研究发现在生长素维持期间检测出大量截短的TMK1蛋白（大小约50kDa），为TMK1C的C端，并且随生长素水平增加，TMK1切割也会增加（如下图）。

进一步，使用酵母双杂交筛选鉴定了TMK1C-末端的潜在相互作用配偶体，发现Aux/IAA家族的两个非经典转录抑制因子IAA32和IAA34相互作用，并且被磷酸化，从而调节ARF转录因子的表达。有意思的是IAA32和IAA34并不与经典的生长素信号通路的TIR1相互作用。同时与经典途径中Aux / IAA转录抑制因子的降解相反，新鉴定的机制是稳定非经典IAA32和IAA34转录抑制因子以调节基因表达并最终抑制生长（见下图）。

该文为我们描述了高浓度的生长素在顶端钩抑制细胞生长的机制，即生长素-TMK1信号传导途径起源于细胞表面，由高水平的生长素触发，通过TMK1切割其C端后转移到细胞核，与转录抑制因子IAA32和IAA34相互作用，进一步调节细胞的生长。该信号通路与TIR1 / AFB信号传导途径共享部分重叠的转录因子组。因此，不同浓度的细胞生长素通过不同的信号通路，从而使生长素信号分子能够介导复杂的发育结果。

图. 在顶端钩发育中生长素-TMK1-IAA32/IAA34信号通路模型

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1069-7

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4. 2019年4月4日，清华大学柴继杰课题组、中科院遗传发育所周俭民课题组和清华大学王宏伟课题联合同期背靠背发表两篇重量级Science文章，完成了植物NLR蛋白复合物的组装、结构和功能分析，揭示了NLR作用的关键分子机制，是植物免疫研究的里程碑事件。两篇文章分别是：

  "Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”的研究论文。该研究通过重建了拟南芥中NLB蛋白ZAR1-RKS1和ZAR1-RKS1-PBL2UMP复合物，并分别以3.7和4.3Å的分辨率确定了它们冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，揭示了ZAR1-RKS1识别PBL2UMP和PBL2UMP激活ZAR1的机制，为理解NLR蛋白提供了结构模板！

"Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”的研究论文。该研究重建了ZAR1-RKS1-PBL2UMP-dATP活性复合体，证明了其复合体在免疫激活过程中进行寡聚化，并揭示了其激活免疫反应的机制！（点击查看）

在第一项研究中，研究者在共同表达了ZAR1与RKS1，并解析了其复合体在ADP结合状态下的冷冻电镜结构。这一代表ZAR1处于“静息状态”的结构表明，RKS1的异二聚体只与ZAR1的富亮氨酸重复（LRR）结构域进行结合，而对这种结合起到关键作用的氨基酸在同一家族中趋于保守。

随后，研究人员们在这个复合体中引入了单尿苷酰修饰（mono-uridylylated）的PBL2，并发现它与RKS1的结合会造成构象的显著变化，将ADP排出ATP结合位点。在没有ATP存在的情况下，这一复合体能处于激活的过渡状态。因此，该研究揭示了ZAR1-RKS1识别PBL2UMP和PBL2UMP激活ZAR1的机制。

在第二项研究中，研究者又往ZAR1-RKS1-PBL2（有单尿苷酰修饰）的复合体中添加了dATP，并获取了冷冻电镜结构。有趣的是，在dATP的作用下，这一复合体会进一步形成五聚体。研究人员们发现，这种五聚体的氨基端会微微翘起，形成一个漏斗状的结构。他们猜测，这一结构可能会在细胞膜上制造孔洞，协助ZAR1行使其功能。当然，这一猜想还有待进一步的证实。因此，该研究证明了植物中的NLR在免疫激活过程中类似动物中的NLR进行多聚化。

综上所述，这两项研究成功地组装了ZAR1-RKS1-PBL2UMP复合物(抗病小体)，阐明了抗病蛋白从静息状态经过中间状态最终形成抗病小体的生化过程，揭示了抗病小体的工作机制。抗病小体具有重新调动防御系统的能力，并在植物细胞膜上发出自杀指令，让受到感染的植物细胞与细菌同归于尽，从而保护其它健康细胞。该项工作填补了人们25年来对抗病蛋白认知的空白，为研究其它抗病蛋白提供了范本。研究还发现，植物抗病小体的组装方式、结构与功能，与动物免疫中的炎症小体有着惊人的相似，展现了在不同生命形式中，进化对免疫形成的力量。

参考文献：

Jizong Wang et al., (2019), Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex, Science, DOI: 10.1126/science.aav5868

Jizong Wang et al., (2019), Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity, Science, DOI: 10.1126/science.aav5870

Jeffery L. Dangl and Jonathan D. G. Jones, (2019), A pentangular plant inflammasome, Science, DOI: 10.1126/science.aax0174

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5. 2019年4月4日，Cell 杂志在线发表了来自瓦赫宁根大学Ben Scheres和中科院遗传发育所李传友研究组合作题为“A Jasmonate Signaling Network Activates Root Stem Cells and Promotes Regeneration”的研究论文，该研究揭示了损伤诱导的茉莉酸信号可以激活干细胞并促进再生。

　在特定逆境胁迫下，植物通过茉莉酸途径抑制主根生长而促进侧根发生（Sun et al., 2009, Plant Cell; Chen et al., 2011, Plant Cell）。中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组前期的研究发现，在这些生理过程的背后，茉莉酸途径的核心转录因子MYC2直接调控干细胞转录因子PLT1/2的表达，进而激活干细胞组织中心（静止中心）的细胞分裂活性(Chen et al., 2011, Plant Cell)，从而调控根系的适应性生长。

该研究表明，茉莉酸通过调控RBR-SCR分子网络和胁迫响应基因ERF115的表达从而激活根干细胞组织中心的活性。同时，位于ERF115上游由茉莉酸信号诱导表达的ERF109可以激活CYCD6;1转录，从而促进再生。进一步研究结果表明，来自土壤的机械胁迫以及线虫侵害能够激活茉莉酸介导的再生反应。 因此，该研究证实损伤诱导的茉莉酸信号可以激活干细胞并促进再生。

论文链接：https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0092-8674%2819%2930268-5

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6. 2019年5月10日，Science杂志在线发表了中科院遗传发育所白洋组与英国JIC的Anne Osbourn组合作题为“specialized metabolic network selectively modulates Arabidopsisroot microbiota“等研究论文。该研究揭示了拟南芥代谢物三萜化合物对植物根系微生物组的调控规律。

植物将20 ~ 30%的光合作用产物用于在根系中合成化合物，是为了防御病原菌或资源浪费吗？这些化合物是否参与植物与根系微生物的互作过程，是否直接调控特异种类的根系微生物吗？这些问题一直没有明确的答案。

该研究揭示了拟南芥三萜类化合物对根系微生物组的调控规律。该工作系统地解析了拟南芥中形成基因簇的三萜合成遗传网络。该网络的关键基因在植物根系特异表达，并具有潜力合成50多种未知的根系化合物（目前能稳定检测到的根系化合物大约300种）。与不能合成三萜的水稻和小麦相比，52%拟南芥特异的根系微生物组被三萜合成基因显著调控。通过分离培养的细菌资源库与纯化/合成的单种或混合化合物共培养，发现三萜化合物直接调控特异的根系细菌种类。同时根系细菌可以特异性修饰和利用拟南芥三萜化合物。该研究为利用植物天然化合物促进根系益生菌在绿色农业中的应用提供了理论依据。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/364/6440/eaau6389

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7. 2019年5月31日，Science杂志在线发表了来自北大-清华生命科学联合中心瞿礼嘉教授课题组题为“Cysteine-rich peptides promote interspecific genetic isolation in Arabidopsis”的研究论文，该论文揭示了被子植物拟南芥中的一种由小肽信号介导的信号通路，该信号通路通过调控花粉管导向，促进种间遗传隔离的分子机制。

物种之间的遗传隔离是维持一个物种不与其他物种混杂的关键，有多种因素可以导致物种间的遗传隔离。160年前，英国博物学家达尔文在其著名的《物种起源》中说，他亲自用实验验证了一种植物的花粉在与其他物种花粉的竞争中“胜出”的现象（后来称为“同种花粉优先”现象），认为这种现象非常重要，可造成不同物种之间的遗传隔离。人们在动物中也发现了类似的现象，称为“同种精子优先”，这种现象保证了一个物种的精子被相同物种、而不是其他物种的卵子细胞所吸引，进而完成后续的融合（受精），维护了物种的纯系遗传。然而，在过去的一个多世纪中，人们对这种现象的分子机制仍然知之甚少。

前人的研究表明，有花植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）雌性生殖器官中助细胞分泌的一类小肽信号（AtLURE1s）的5个成员可以特异地吸引该物种的雄性细胞花粉管（其中含有精子细胞）。但有意思的是，无论是小肽信号AtLURE1，还是感受该信号的受体，在失去功能后植物都能顺利完成花粉管吸引和后续的受精过程，并产生正常的种子。这一现象激发研究者重新思考AtLURE1介导的花粉管导向的生物学功能。

该研究发现了两个与上述5个成员具有相同功能的AtLURE1s成员，随后他们利用CRISPR/Cas9基因敲除技术获得了AtLURE1家族全体成员均被敲除的突变体（atlure1），发现突变体植株仍然可以正常产生种子。这一结果表明，具有物种特异性花粉管吸引活性的小肽AtLURE1s并不是完成花粉管导向和后续受精过程所必需的。那么AtLURE1s这些拟南芥特异的小肽信号的生物学功能又是什么呢？他们进一步研究发现，若将拟南芥的花粉与另一种与拟南芥亲缘关系很近的物种琴叶拟南芥（A. lyrata）的花粉一起共同授于拟南芥的柱头上，在AtLURE1信号正常的植物中，拟南芥的花粉管被优先吸引，竞争性明显；而在缺失了AtLURE1信号的atlure1突变体植株中，拟南芥的花粉管被优先吸引的能力就显著降低。上述研究表明，AtLURE1s并不是拟南芥雌性器官分泌的吸引雄方花粉管的唯一信号，而是一类通过增加自身花粉管竞争能力、促进与亲缘关系相近物种产生遗传隔离的信号；该研究结果赋予了AtLURE1新的生物学功能，在分子层面上为达尔文在160年前用实验验证了的“同种花粉优先”现象提供了机制性解释。

有意思的是，瞿礼嘉课题组进一步发现，拟南芥的雌性器官还可以分泌四个没有物种特异性的吸引花粉管的小肽信号，这几个小肽信号不仅可以吸引拟南芥的花粉管，还可以吸引其他近缘种如琴叶拟南芥和哈勒氏拟南芥（A. halleri）的花粉管；他们把这四个没有物种特异性的小肽命名为XIUQIU（为“绣球”的汉语拼音，取自中国古代待嫁女子抛绣球选丈夫的典故）。这也解释了为什么在所有AtLURE1s基因被突变后，拟南芥的花粉管仍然能够找到胚珠、完成受精并产生种子。“绣球”小肽信号的发现极大地完善了小肽信号调控有花植物受精过程的作用模型。

1. 拟南芥AtLURE1s-PRK6小肽受体信号通路通过特异吸引自身花粉管穿出隔膜的作用，促进A. thaliana与近缘种A. lyrata的遗传隔离。2. 物种特异的吸引花粉管的小肽AtLURE1s与非物种特异的吸引花粉管的小肽XIUQIUs共同调控花粉管的导向过程。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/364/6443/eaau9564

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