科学家为6000年前西瓜籽测序 迄今最古老植物基因组破译

科学家为6000年前西瓜籽测序迄今最古老植物基因组破译一个国际科研团队对在利比亚撒哈拉沙漠考古遗址收集的新石器时代的西瓜种子进行测序，破译了迄今最古老的植物基因组。对6000年前的西瓜种子进行测序，为西瓜的驯化提供了新线索，有助研究如何增强西瓜的抗旱、抗病虫害能力。相关论文发表于最近的《分子生物学与进化》杂志。科学家们普遍认为西瓜来自非洲，但究竟何时何地从野生西瓜中驯化出果肉红甜的西瓜，还是个谜。此前认为，西瓜最有可能首先在尼罗河流域和现在的北苏丹被驯化，但20世纪90年代初，科学家们在利比亚新石器时代的乌安·穆胡贾格遗址发现了疑似西瓜籽，这让他们困惑不已。为更好地了解西瓜从野生植物到驯化作物的历程，研究人员收集并分析了英国皇家植物园邱园植物标本馆收集的几十个西瓜和西瓜亲缘种的种子。他们还获得并研究了来自利比亚和苏丹的种子化石，其放射性碳年代(C-14)分别为6000年和3000年前。该研究负责人之一、英国谢菲尔德大学的纪尧姆·乔米基博士等人从利比亚和苏丹的种子以及植物标本库收集的种子中生成了基因组序列，并将这些数据与收集的重要种质重新测序的基因组一起进行了分析。他们发现，最古老的种子来自一种名为egusi瓜的植物，egusi瓜是一种目前仅限于西非种植的西瓜。由于这种西瓜果肉中含有葫芦素，因此它们生吃时是苦的，不可食用，取而代之的是它们的种子，用于炖菜和汤中，大小和味道与南瓜籽相似。通过更好地了解这些古代水果的基因组成，研究人员希望能更清楚地描绘西瓜的驯化过程，此外，绘制数千年来基因交换的图表，也有助于科学家确定有利的基因特征，增强植物对干旱、疾病和害虫的抵抗能力。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313575.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313575.htm

改写历史：科学家公布首个具同形孢子蕨类植物的全长基因组

改写历史：科学家公布首个具同形孢子蕨类植物的全长基因组蕨类植物因拥有大量的染色体和大量的DNA而闻名。目前，一种不比餐盘大的蕨类植物保持着最高的染色体数量记录，它的每个细胞核中都有720对染色体。科学家们一直对蕨类植物囤积DNA的倾向感到困惑，而它们的基因组难以处理的大小也使得对它们进行测序、组装和解释成为挑战。现在，最近发表在《自然-植物》杂志上的两篇文章改写了历史，首次公布了具同形孢子蕨类植物的全长基因组，这是一个巨大的群体，包含了所有现代蕨类植物多样性的99%。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1323653.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1323653.htm

科学家绘制植物根系隐藏的“地图”

科学家绘制植物根系隐藏的“地图”当在一个阳光明媚的春日里随意地在公园里漫步时，很容易忽视地底下看不见的复杂情况。然而，植物生物学家明白，存在于地下的庞大的、结构细致的根系是植物生命和生长的基础。例如，树木错综复杂的根系网络可以在地下伸展开来，就像树木本身伸向天空一样广泛。由加州大学圣地亚哥分校生物科学博士后学者TaoZhang和助理教授AlexandraDickinson领导的研究小组，使用一种先进的成像技术来研究玉米植物的根部。他们开发了一个"化学路线图"，详细说明了关键小分子沿着植物干细胞的分布，以及它们对植物发育的影响。该研究的见解发表在《自然-通讯》杂志上，可以为这些基本的根部化学物质如何影响植物生长提供关键的见解。细胞和发育生物学系的一名教师迪金森说："这个化学路线图提供了一个资源，科学家可以用来寻找调控植物生长的新方法。当我们考虑保护自然环境中的植物并使其更具有可持续性时，拥有更多关于根部如何生长的信息在保护方面可能是有用的，特别是在农业方面。"研究人员使用一种先进的成像技术，对负责植物生长的基本根部化学物质有了新的认识。在斯坦福大学担任访问科学家时，迪金森开始与研究的共同第一作者萨拉-诺尔和理查德-扎雷教授合作，后者开发了一个质谱成像系统，帮助外科医生在肿瘤切除手术中区分癌症和良性组织。迪金森、扎雷和诺尔将这项技术--"解吸电喷雾质谱成像"或DESI-MSI--用于探测植物根部参与生长和能量生产的化学物质。他们最初专注于玉米植物的根尖，那里的干细胞在植物的发育中发挥着积极作用。他们的方法包括切开根部的中心，以获得内部化学物质的清晰图像。"为了帮助从生物学方面了解植物根部，我们需要找出那里有哪些化学物质，"Zare说。"我们的成像系统喷出液滴，打击根的不同部分，并溶解该位置的化学物质。一个质谱仪收集液滴飞溅并告诉我们这些溶解的化学物质是什么。通过系统地扫描液滴目标点，我们制作了一个根部化学物质的空间图。"由此产生的图像，被认为是最早揭示干细胞和成熟根组织之间过渡的一些图像，显示了代谢物的基础作用--参与植物能量生产的分子。三羧酸（TCA）循环代谢物成为研究的重点，因为它们被发现是控制根部发育的一个关键角色。在进行这项研究时，研究人员预计化学品的分布会相对均匀。相反，在他们掌握了化学路线图之后，他们发现TCA代谢物在整个根部成片地聚集起来。迪金森说："我对许多化学物质以真正独特的模式出现感到惊讶。我们可以看到，植物是故意这样做的--它需要这些分子在特定区域正常生长。迪金森实验室表明，这些TCA代谢物在发育过程中具有可预测的影响，不仅在玉米，而且在另一种植物物种（拟南芥）中也是如此。这可能是因为TCA代谢物是高度保守的--它们在所有植物和动物中都有制造。"从新的图像中出现的还有以前未被识别的化合物。这些神秘的化合物可能对植物的生长至关重要，因为它们也在特定的位置分组，表明在发育过程中发挥了突出的作用。迪金森和她的同事们现在正在研究这些化合物，并比较对恶劣气候条件和干旱等不利威胁具有不同抗压水平的玉米品种。新的信息将帮助他们开发新的化学和遗传策略，以改善植物生长和抗压能力。"我们正在研究具有抗旱性的不同玉米植物，了解我们是否已经找到了该品种特有的化学物质，而我们在其他品种中还没有看到。"迪金森说。"我们认为这可能是找到能够促进生长的新化合物的一种方式，特别是在恶劣的条件下。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362327.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362327.htm

面向植物的新发现可能会带来更多对蜜蜂友好的杀虫剂

面向植物的新发现可能会带来更多对蜜蜂友好的杀虫剂Chinaberry（苦楝）产生一种天然的蜜蜂友好型杀虫剂，被称为azadirone有一种类柠檬素称为azadirachtin，已经被用于传统和商业耕作中，作为一种天然来源的、快速生效的、对蜜蜂友好的杀虫剂。像其他类柠檬素一样，它必须直接从产生它的植物中提取......而且数量有限。由于不可能以低廉的价格大量生产这种化学品，因此它的使用范围并不广泛。不过，由于一个国际研究项目，这种情况可能即将改变。来自英国JohnInnes中心的科学家们绘制了Chinaberry（苦楝，Meliaazedarach）的基因组图谱--它是桃花心木家族的成员。研究人员使用分子分析来确定该植物用于生产氮杂卓酮的生物合成途径中的酶。同时，美国斯坦福大学的同事们用同样的技术揭示了柑橘类植物用来生产另一种类柠檬素的kihadalactoneA的酶。有了这些知识，研究人员能够创造出基因工程的Nicotianabenthamiana植物（烟草的近亲），它能生产大量的这两种类柠檬酸。据报道，加工像Nicotianabenthamiana这样的普通养殖植物将产生比目前可能的更多的类柠檬酸，而且这有相当大的可持续性。约翰·英纳斯中心的HannahHodgson博士说："通过找到制造类柠檬酸所需的酶，我们已经打开了这些有价值的化学品的替代生产来源的大门，"他是该研究论文的第一作者之一。这篇论文最近发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341141.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341141.htm

科学家发现解除危害植物的微生物蛋白家族的潜在方法

科学家发现解除危害植物的微生物蛋白家族的潜在方法现在，在三个合作研究小组的共同努力下，他们终于找到了这些分子如何使植物生病的答案，以及解除它们的方法。相关研究成果于9月13日发表在《自然》（Nature）杂志上。实验室的研究人员研究的是这种致命鸡尾酒的关键成分，即名为AvrE/DspE的注射蛋白家族，它们会导致从豆类的褐斑病、番茄的细菌斑点到果树的火疫病等各种病害。自从20世纪90年代初被发现以来，研究植物病害的人就对这个蛋白家族产生了浓厚的兴趣。它们是细菌武库中的关键武器；在实验室中消灭它们，就能使原本危险的细菌变得无害。但是，尽管经过几十年的努力，关于它们如何工作的许多问题仍然没有答案。研究人员发现，AvrE/DspE家族中的许多蛋白质都能抑制植物的免疫系统，或在植物叶片上形成水渍状黑斑--这是感染的最初征兆。他们甚至知道氨基酸的基本序列，这些氨基酸就像串珠一样连接成蛋白质。但他们不知道这串氨基酸是如何折叠成三维形状的，因此无法轻易解释它们是如何工作的。问题的部分原因在于这个家族的蛋白质非常庞大。一般的细菌蛋白质可能只有300个氨基酸，而AvrE/DspE家族的蛋白质却有2000个氨基酸。研究人员曾寻找其他具有类似序列的蛋白质来寻找线索，但没有发现任何具有已知功能的蛋白质。"它们是奇怪的蛋白质，"他说。于是，他们求助于2021年发布的一款名为AlphaFold2的计算机程序，该程序利用人工智能预测给定氨基酸串的三维形状。计算机生成的一种名为DspE的细菌蛋白质的三维地图显示了其稻草般的形状。资料来源：杜克大学研究人员知道，这个家族中的一些成员可以帮助细菌躲避植物的免疫系统。但他们第一次看到这种蛋白质的三维结构时，发现了它的另一个作用。研究报告的共同作者、杜克大学生物化学教授周培（音译）说："当我们第一次看到这个模型时，它和我们想象的完全不一样。"研究人员研究了人工智能对感染梨、苹果、西红柿和玉米等农作物的细菌蛋白质的预测，发现它们都具有类似的三维结构。它们似乎折叠成一个带有圆柱形茎干的小蘑菇，就像吸管一样。预测的形状与使用低温电子显微镜捕捉到的导致果树火疫病的细菌蛋白质的图像十分吻合。从上往下看，这种蛋白质非常像一根空心管。这引起了研究人员的思考：也许细菌利用这些蛋白质在植物细胞膜上打洞，在感染过程中"强迫宿主喝水"。细菌进入叶片后，首先接触到的一个区域是细胞之间的空间，称为细胞质。通常情况下，植物会让这一区域保持干燥，以便进行光合作用所需的气体交换。但当细菌入侵时，叶片内部就会积水，为它们创造了一个湿润舒适的觅食和繁殖天堂。对预测的火疫病蛋白三维模型的进一步研究发现，虽然稻草状结构的外部是防水的，但其中空的内核却对水有着特殊的亲和力。为了验证水通道假说，研究小组与杜克大学生物学教授董珂及其实验室博士后、共同第一作者费利佩-安德烈亚扎（FelipeAndreazza）合作。他们在蛙卵中加入了细菌蛋白AvrE和DspE的基因读数，将蛙卵作为制造这些蛋白的细胞工厂。将蛙卵放入稀释的生理盐水中，水过多会使蛙卵迅速膨胀并破裂。研究人员还尝试通过阻断这些细菌蛋白的通道来解除它们的作用。野村重点研究了一类名为PAMAM树枝状聚合物的微小球形纳米粒子。这种树枝状聚合物在药物输送领域已经使用了二十多年，可以在实验室中制成直径精确的颗粒。他说："我们当时的假设是，如果我们找到合适直径的化学物质，也许就能堵住孔隙。"在测试了不同大小的颗粒后，他们发现了一种他们认为大小正好能堵住由火疫病病原体Erwiniaamylovora产生的水通道蛋白的颗粒。他们取来能合成这种蛋白质的蛙卵，用PAMAM纳米粒子浇灌，水就不再流入蛙卵。它们没有膨胀。他们还处理了感染病原体丁香假单胞菌的拟南芥植物，这种病原体会导致细菌斑点。通道阻断纳米粒子阻止了细菌的生长，使植物叶片中的病原体浓度降低了100倍。这些化合物对其他细菌感染也有效。研究人员在梨果上做了同样的实验，梨果接触到了导致火疫病的细菌，但梨果从未出现症状--细菌没有让梨果生病。"这是一个漫长的过程，但它成功了，"他说。"我们对此感到非常兴奋。"研究人员说，这些发现可以为防治许多植物病害提供新的思路。我们吃的食物中有80%是植物生产的。然而，全球粮食产量的10%以上--小麦、水稻、玉米、马铃薯和大豆等作物--每年都会因植物病原体和害虫而损失，全球经济损失高达2200亿美元。研究小组已就这一方法申请了临时专利。周和共同第一作者、周实验室的博士生程杰说，下一步要做的是，通过更详细地观察通道阻断纳米粒子和通道蛋白是如何相互作用的，弄清这种保护是如何起作用的。周说："如果我们能对这些结构进行成像，我们就能更好地理解并设计出更好的作物保护方案。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385063.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385063.htm

经过改造后的植物会变成红色以警告遭遇环境污染物

经过改造后的植物会变成红色以警告遭遇环境污染物该技术背后的想法是，可以在污染物监测区域种植此类植物。科学家们不必反复进入并获取土壤样本，只需分析这些地块的航空照片——如果植物是红色的，那就意味着目标污染物存在。在这项研究中，加州大学河滨分校的研究人员对拟南芥植物中的受体蛋白进行了基因改造。通常，这些蛋白质与另一种称为脱落酸（ABA）的蛋白质结合并发生反应，脱落酸是植物应对干旱条件而产生的。当受体蛋白检测到ABA时，它们会促使植物关闭叶子和茎中的小孔（称为气孔），这样做有助于防止植物中已有的水分蒸发。加州大学河滨分校的科学家此前发现，可以改变受体蛋白，使其与ABA以外的化学物质结合，从而引发不同的植物反应。在这项研究中，受体被改变以与一种被称为谷硫磷的禁用剧毒农药结合。当受体这样做时，它们会导致植物通常绿色的叶子和茎变成红色。重要的是，植物的新陈代谢不会受到不利影响——例如，它仍然可以在干燥条件下保存水分。此外，该技术可能适用于检测其他污染物。“我们正试图能够感知环境中的任何化学物质，”加州大学河滨分校的肖恩·卡特勒教授说。“供水系统中还有其他农药，还有避孕药或百忧解等药物，人们担心会接触到这些物质。这些现在都是可以应用的。”有关该研究的论文最近发表在《自然化学生物学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392031.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392031.htm