华中农大近期科学研究进展

在肠道微生物抗流感研究领域取得突破

近日，动科动医学院金梅林教授团队、信息学院陈玲玲教授团队，以及北京诺禾致源科技公司刘辰团队合作研究证实：特定肠道益生菌能显著提升抗流感作用。此项研究的最新成果近日被国际学术期刊 Genome Biology 在线发表，论文题目是“流感感染导致内源性动物双歧杆菌肠道种群的扩张，从而保护小鼠免受感染”。

研究表明，宿主能够通过增加自身肠道益生菌来抵抗流感病毒的感染，反映了一种全新的宿主与肠道菌群之间的相互作用，进一步揭示了肠道微生物的抗流感机制。

研究发现，将流感感染后存活小鼠的粪肠菌群移植给健康小鼠，可以显著提升其对流感感染的抵抗能力，表明流感感染后存活小鼠的某些肠道细菌能够增加宿主对流感感染的耐受。

为了进一步解释上述肠道微生物抵抗流感感染的机制，该研究结合半数致死的现象与定义，利用流感的小鼠感染模型，建立了一种全新的特异性菌群筛选方法。利用这一方法，通过对600多份样品进行16s测序分析以及170多份样品进行宏基因组测序分析，成功筛选了几种对流感病毒有潜在抑制作用的益生菌，并通过“共现网络”分析与“随机森林”分析建立了一种在预测流感感染小鼠的预后/严重程度方面具有诊断潜力的模型。

假长双歧杆菌和动物双歧杆菌与小鼠的存活情况呈现显著的正相关性，利用抗生素处理的小鼠模型进行试验，发现单独灌服动物双歧杆菌或与假长双歧杆菌联用可显著提升小鼠对流感感染的抵抗力，进一步利用无菌小鼠模型进行验证，也得到了类似的结果，证明宿主可以通过增加其自身肠道内的动物双歧杆菌来抵抗流感感染。

进一步分析了功能宏基因组，发现双歧杆菌介导抗流感作用可能是通过几种特定的代谢小分子进行的，主要包括缬氨酸、异亮氨酸、赖氨酸和辅酶A等。体内试验证实缬氨酸和辅酶A确实具有显著的抗流感作用。

该研究不仅揭示了宿主利用自身肠道微生物抵抗流感感染的分子机制，同时也为抗流感益生菌的开发以及感染愈后分子标识的筛选奠定了基础。

华中农大博士后张强为该论文的第一作者，金梅林教授等为文章通讯作者，魏泓教授、曹罡教授和张安定教授等给予论文大力支持。该研究依托于华中农业大学动物生物安全三级实验室平台，得到了国际合作项目和国家重点研发计划的资助。

在肿瘤精准治疗研究领域取得重要进展

近日，华中农大理学院韩鹤友教授带领的纳米化学生物学团队在精准肿瘤治疗研究方面获重要进展，团队于iScience 期刊上发表了题目为“Intracellular Ca2+ Cascade Guided by NIR-II Photothermal Switch for Specific Tumor Therapy”的研究论文。博士研究生马召玉为第一作者，韩鹤友教授为通讯作者。

虽然目前出现了许多先进技术，但化疗仍然是转移性肿瘤或肿瘤不可切除病变情况的首选治疗方案。传统化疗的药物毒性经常导致患者出现恶心、呕吐、腹泻、肾脏问题和神经病理性疼痛等多种症状，严重影响患者的生活质量。因此，被巧妙设计成靶向肿瘤部位的智能型化疗药物载体应运而生，但最近的研究表明，这些药物仅有极少的药剂量被有效地输送到肿瘤部位，而剩余的大量药物则残留并扩散到了其它重要器官中，造成毒副作用或伴随诱发其它疾病。

基于此，韩鹤友教授课题组巧妙地设计了体内光热激活TRPV1通道的Ca2+“瀑布”纳米治疗平台，为肿瘤精准治疗提供了新的策略。本研究提出的Ca2+“瀑布”治疗模式能够同时在肿瘤微酸环境和TRPV1通道过表达的条件下被激活，有助于肿瘤的精确治疗，且不受限于肿瘤的乏氧环境；整个治疗体系没有携带抗癌药物，不用担心治疗带来的系统毒性；由于Ca2+固有的独特生物学效应，正常细胞比肿瘤细胞更能耐受其破坏性影响；在体内释放的光热CuS纳米颗粒还可增强肿瘤的三维光声成像，为肿瘤治疗提供即时诊断的依据。这种钙离子“瀑布”治疗策略有望与其他临床治疗相结合，提高肿瘤治疗效果，降低治疗带来的全身性副作用。

上述研究成果得到国家自然科学基金及校自主创新项目的资助。

在钼增强作物抗旱研究中取得进展

近日，资源与环境学院胡承孝教授领衔团队在钼增强作物抗旱研究上取得系列进展，深入揭示了钼增强作物抗旱的作用及其机制。

钼尽管在许多植物体内含量不到百万分之一，但作为高等植物必需微量元素之一，可通过含钼酶参与植物氮等多种代谢和全球生态系统氮、硫等大循环。近30年来，胡承孝教授团队坚持作物钼营养生理及调控技术研究，相继阐明了作物钼与氮磷协同增效，钼增强作物抗寒、抗盐的作用机制，研发推广含钼新型肥料，相关成果曾获2017年度高等学校科学研究优秀成果奖（科技进步）二等奖。

近期胡承孝教授与美国圣路易斯密苏里大学王学敏教授合作，采用转录组、脂质组学方法发现，干旱胁迫下钼响应的差异基因与脂质代谢密切相关，钼通过诱导合成和抑制分解相关脂质以促进双半乳糖甘油二脂（DGDG）、单半乳糖甘油二脂（MGDG）、磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰胆碱（PC）等脂质积累，尤其是钼促进光合膜脂DGDG、MGDG和PG积累以维持类囊体膜的稳定性，钼通过增加不饱和膜脂C36:6、C34:4、C34:3的积累以促进脂质的不饱和化而维持膜的流动性。所以，钼通过增加脂质积累而增强膜的稳定性和流动性，有利于维持冬小麦在干旱胁迫下较高的光合能力。相关结果近日在国际期刊 Journal of Experimental Botany 上发表。

同时，该团队以含钼酶介导信号转导过程为主线，解析了钼调节信号分子脱落酸（ABA）和一氧化氮（NO）合成，阐明了ABA和NO介导下钼增强冬小麦抗氧化能力、促进根系生长和水分利用的机制。相关结果相继发表在Environmental and Experimental Botany、Plant Cell Reports和Frontiers in Plant Science等期刊上。

武松伟博士为系列论文第一作者，国家自然科学基金（41771329；41171240）和国家重点研发计划（2016YFD0200108）等项目给予了资助。

揭示根际微生物调控大豆-根瘤菌互作效率及适应性机制

近日，The ISME Journal 在线发表了植物科学技术学院李霞教授团队题为“Variation in rhizosphere microbial communities and its association with the symbiotic efficiency of rhizobia in soybean”的研究论文。

该研究揭示了不同土壤条件下大豆根际微生物的变化及其调控快、慢生根瘤菌与大豆互作及在根瘤中定殖特异性的机制，为大豆根瘤菌环境适应性和逆境下提高结瘤效率提供了重要的理论依据。

豆科植物-根瘤菌共生是植物-微生物共生的一种重要类型，这种共生关系的建立非常复杂，受多种因素的影响。大豆与快生根瘤菌（Sinorhizobium）和慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）均能互作共生，但很早人们就发现这两种根瘤菌与大豆互作呈现明显地理性的差异，在东北和南方大豆种植区，大豆根瘤中主要以慢生根瘤菌为主，而在黄淮海大豆主产区，大豆根瘤中快生根瘤菌占绝对优势。

由于这些大豆主产区土壤酸碱性不同，以往的研究认为根瘤菌在大豆根瘤中定殖特异性可能主要由土壤酸碱性决定。大豆根际具有特定微生物群落并受到环境影响。但是在不同土壤类型中大豆根际微生物构成是否发生变化，大豆根际微生物是否影响两种类型根瘤菌与大豆的互作特异性还尚未报道。

本研究发现，来自三个大豆主栽区的三种类型土壤（武汉酸性、吉林中性和河北碱性）中根际微生物的组成存在显著差异，而且根瘤菌与其他根际细菌存在明显互作关系。进一步研究还发现芽孢杆菌和假单胞菌等大豆根际微生物与根瘤中快生和慢生根瘤菌的定殖有关。值得一提的是，在培养的278株候选芽孢杆菌中，蜡样类芽孢杆菌组不仅能特异性地促进快生根瘤菌，抑制慢生根瘤菌的生长，还能缓解盐碱胁迫对快生根瘤菌结瘤的负面影响，增加其在根瘤中的定殖。研究结果证明，根际细菌微生物群在大豆根瘤菌-宿主互作和共生关系形成中发挥着关键作用。这些发现为使用合成细菌群落提高大豆-根瘤菌共生固氮效率提供了科学依据。

该研究由李霞教授团队与中国农业大学，中科院遗传发育所合作完成。我校博士后韩琴为论文第一作者，中科院遗传发育所白洋研究员、中国农业大学陈文峰副教授和李霞教授为通讯作者。相关工作得到了国家重点研发计划项目、转基因生物新品种培育重大专项、国家自然科学基金和华中农业大学自主科技创新基金的支持。

在基因间区对复杂性状调控研究中取得新进展

近日，华中农大玉米团队张祖新教授课题组在PLoS Genetics上在线发表题为“UNBRANCHED3 Expression and Inflorescence Development is Mediated by UNBRANCHED2 and the Distal Enhancer, KRN4, in Maize”的研究论文，揭示了一个基因间区KRN4作为增强子远程顺式调控靶基因UNBRANCHED3表达和穗行数数量变异。

植物基因组含有大量的基因间区。早期研究认为这些基因间区为无生物功能的“垃圾DNA”。随着越来越多的植物基因组测序完成，解析基因间区的功能成为一大挑战。

KERNEL ROW NUMBER4(KRN4)是张祖新教授课题组前期鉴定的一段约3.1 Kb的基因间区，位于SPL转录因子基因UNBRANCHED3(UB3)下游约60 Kb处，其能与UB3遗传互作调控穗行数。当前研究发现KRN4 呈现开放染色质状态并含有增强子核心序列，能招募反式因子UNBRANCHED2(UB2)、OCS Binding Factors (OBF1和OBF4) 结合到UB3启动子，进而增强UB3的表达；KRN4 的序列变异能增强ub2和ub3突变体的果穗扁化表型；表明KRN4 作为一个UB3启动子的远程增强子，通过染色质互作和招募UB2为中心的转录复合体调控UB3在雌穗分生组织中的表达。这一结果为基因间区参与数量性状的精细调控提供了新的证据。

华中农大植物科学技术学院杜艳芳博士研究生为论文第一作者，张祖新教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重大研究计划和国家重点研发计划等项目的资助。

由于篇幅所限，今天所分享的仅为近期华中农业大学科学研究成果的一部分。更多科研动态，欢迎点击文末“阅读原文”，浏览华中农业大学南湖新闻网科学研究专题进一步了解。

供稿 | 张强 马召玉 武松伟 韩琴 杜艳芳

原标题：《华中农大近期科学研究进展》

阅读原文