华中农大近期科学研究进展

攻克棉花抗枯萎病分子育种技术瓶颈

近日，华中农大棉花遗传改良团队发表关于攻克棉花抗枯萎病分子育种技术瓶颈的研究成果，研究首次鉴定到了陆地棉抗枯萎病主效基因Fov7，并首次发现谷氨酸类受体（GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE，GLR）可作为非典型主效抗病基因调控植物免疫反应。

尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）是一种广泛存在的土传病原真菌，其寄主范围广泛，可侵染包括茄科蔬菜、瓜类、棉花、香蕉及花卉等100多种具有重要经济价值的植物，位列全球十大病原真菌第五位，对全球农作物健康生产危害严重。棉花枯萎病（Fusarium wilt）是由尖孢镰刀菌萎蔫专化型（Fusarium oxysporum f.sp. vasinfectum (Fov) Atk. Sny & Hans）引起的真菌病害，是世界棉花生产过程中危害最严重的病害之一，与黄萎病并称为棉花的“癌症”。目前世界范围内已鉴定到8个生理小种，其中7号生理小种在我国分布最为广泛且致病力最强，是影响我国棉花生产的优势小种。陆地棉抗枯萎病的主效基因及其介导的抗病机制长期未知影响了棉花抗枯萎病育种效率。

研究利用290份陆地棉栽培种组成的自然群体经过多年新疆田间鉴定，结合覆盖全基因组的高密度SNP标记对棉花枯萎病抗性进行了全基因组关联分析，鉴定到棉花抗枯萎病菌7号生理小种的主效抗病位点Fov7，并对Fov7的候选基因进行了验证和功能分析。研究发现Fov7定位在D03染色体1.97-2.37 Mb，该区间包含23个候选基因。进一步分析表明显著性最高的SNP位点位于一个编码谷氨酸类受体（GLR）基因Gh_D03G0209的编码区，导致该基因胞外结构域一个氨基酸变异。蛋白序列的进化分析表明陆地棉具有不同于拟南芥GLR三个家族的第四个亚家族GLR4，Gh_D03G0209属于第四亚家族成员，并将其命名为GhGLR4.8。

研究发现，在高抗枯萎病的棉花品种中抑制GhGLR4.8的表达或通过基因编辑突变GhGLR4.8都使得棉花品种变得极为感病。根据GhGLR4.8在抗病和感病品种中等位基因的SNP变异开发了基于PCR扩增的分子标记，并建立了可区别GhGLR4.8抗病基因型和感病基因型的检测体系。通过人工分离群体证明该标记与棉花抗枯萎病共分离，可实现棉花抗枯萎病种质资源的快速筛选与鉴定。以上研究证明，棉花抗枯萎病主效基因Fov7编码谷氨酸类受体（GLR），是一种新的植物非典型主效抗病基因。

本研究完善了植物与病原菌分子互作理论体系，为棉花抗枯萎病分子育种提供了技术支撑，并对棉花抗黄萎病研究提供了借鉴。

【英文摘要】

Fusarium wilt (FW) disease of cotton, caused by the fungus Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum (Fov), causes severe losses in cotton production worldwide. Though significant advancements have been made in development of FW‐resistant Upland cotton (Gossypium hirsutum) in resistance screening programs, the precise resistance genes and the corresponding molecular mechanisms for resistance to Fov remain unclear. Herein it is reported that Fov7, a gene unlike canonical plant disease‐resistance (R) genes, putatively encoding a GLUTAMATE RECEPTOR‐LIKE (GLR) protein, confers resistance to Fov race 7 in Upland cotton. A single nucleotide polymorphism (SNP) (C/A) in GhGLR4.8, resulting in an amino acid change (L/I), is associated with Fov resistance. A PCR‐based DNA marker (GhGLR4.8SNP(A/C)) is developed and shown to cosegregate with the Fov resistance. CRISPR/Cas9‐mediated knockout of Fov7 results in cotton lines extremely susceptible to Fov race 7 with a loss of the ability to induce calcium influx in response to total secreted proteins (SEPs) of Fov. Furthermore, coinfiltration of SEPs with GhGLR4.8A results in a hypersensitive response. This first report of a GLR‐encoding gene that functions as an R gene provides a new insight into plant–pathogen interactions and a new handle to develop cotton cultivars with resistance to Fov race 7.

论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202002723

在中国城乡转移居民食物消费与营养研究上取得新进展

近日，华中农大经济管理学院李晓云教授团队发表了关于中国城乡转移居民食物消费与营养研究的研究成果，研究聚焦中国城乡转移居民，利用中国健康与营养调查（CHNS）数据，采用双向固定效应模型，探究社区都市化程度对中国城乡转移居民食物消费与营养摄取的影响，并分析了都市化程度对迁入城市中心的移民与迁入郊区的移民影响的异质性。

研究发现，城乡转移居民的食物消费与营养摄入显著地低于城市本地居民，且迁入城市中心的移民的营养摄入显著优于迁入郊区的移民。移民居住社区的都市化水平越高，其食物消费种类越多。

社区都市化程度对热量摄入的影响随着家庭人均收入的变化而变化。社区城市化水平和收入的边际效用分析发展，居住社区都市化水平提高没有显著增加低收入移民群体的热量摄入，却显著地增加了移民群体中收入较高人群的热量摄入。增加家庭人均收入无助于增加欠发达社区移民的热源摄入量。

研究也发现，来自蛋白质和脂肪的热量份额均与都市化程度存在显著的倒U型关系，这表明，都市化程度对热量摄入来源的改善作用不是持续的，当都市化指数达到66.69和54.26时，相应的蛋白质供热份额和脂肪供热份额达到最大。

研究结论指出在高度城市化地区，尤其是发达城市的较高收入移民群体，由于能量摄入过多而导致的超重和肥胖的营养过剩问题不容忽视；欠发达城市或郊区相对贫困迁移居民的营养改善问题应当从增加收入和改善社区条件两方面同时入手。该研究从城市发展的角度为改善城乡转移居民的营养状况，改善居民食物消费结构提供了决策依据。

【英文摘要】

Purpose – The purpose of this paper is to examine the impact of urbanicity on rural–urban migrants’ dietary diversity and nutrition intake and whether its effect differs across various urban environments of migrants.

Design/methodology/approach – Using the individual- and time-invariant fixed effects (two-way FE) model and five-year panel data from the China Health and Nutrition Survey (CHNS), this paper estimates a linear and nonlinear relationship between urbanicity and nutrition. The paper also explores the spatial heterogeneity between rural–urban migrants and rural–suburban migrants. Dietary diversity, total energy intake and the shares of energy obtained from protein and fat, respectively, are used to measure rural–urban migrants’ nutrition on both quality and quantity aspects.

Findings – The study shows that rural–urban migrants have experienced access to more diverse, convenient and prepared foods, and the food variety consumed is positively associated with community urbanicity. Energy intake is positively and significantly affected by community urbanicity, and it also varies with per capita household income. The obvious inverse U-shaped relationship reveals that improving community urbanicity promotes an increase in the shares of energy obtained from protein and fat at a decreasing rate, until reaching the urbanicity index threshold of 66.69 and 54.26, respectively.

Originality/value –This paper focuses on the nutritional status of rural–urban migrants, an important pillar for China’s development, which is often neglected in the research. It examines the urbanicity and the nutrition of migrants in China, which provides a new perspective to understand the dietary and nutritional intake among migrants in the economic and social development. Moreover, the urbanicity index performs better at measuring urban feathers rather than the traditional rural/urban dichotomous classification.

论文链接：

https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/CAER-02-2020-0016/full/pdf?title=urbanicity-and-nutrition-evidence-from-ruralurban-migrants-in-china

在细胞骨架维持方面取得新进展

近日，华中农大王鹏蔚教授课题组研究揭示了一种新的植物细胞骨架复合体NET3C-KLCR-IQD与其调控细胞骨架和内质网-质膜互作的分子机制。

在细胞生物领域，除了对单个细胞器的功能研究之外，发现并阐明细胞器互作机制及其功能，也可以帮助我们系统地了解细胞生命活动。上世纪80年代，有学者利用透射电镜揭示了植物内质网与质膜的相互作用，但在植物细胞中此类互作的形成机制、分子构成在很长时间内都没有被解释，其生物学功能研究也无法有效开展，此问题困扰了学界多年。王鹏蔚教授与其合作者在论文中首次阐明了植物内质网-质膜互作位点（ER-PM Contact Sites, EPCSs）的分子组成 (Wang et al., 2014 Curr Biol, 24, 1397-1405)，即其通过位于内质网膜上的VAP27蛋白与位于细胞质膜上的微丝结合蛋白NET3C互作，组成蛋白质复合体，而VAP27也可以通过一些横跨细胞质膜的蛋白，间接与细胞壁相连。在后续工作中，针对植物EPCSs的生物学功能，王鹏蔚教授团队展开了多方面的研究，阐明了EPCS调控细胞极性、自噬体形成的分子机制 (图1；Wang et al., 2016 New Phyt, 210:1311-1326; Wang et al., 2019 Nature Comm, 10, 5132) 。

图1. 植物NET3C-KLCR-IQD复合体与内质网-质膜互作网络的生物学功能汇总

本研究就植物EPCS与细胞骨架互作的分子机制进行了进一步的解析，发现了一个高等植物特有的蛋白复合体，即VAP27-IQD-NET-KLCR complex，其包含有植物特有的微丝结合蛋白NETWORKED protein (NET3C)、植物特有的微管结合蛋白IQ67-Domain protein (IQD)和微管马达蛋白Kinesin-light Chain Related protein (KLCR) 。此复合体可以同时与微丝-微管互作，并与内质网-质膜-细胞壁连续体结合，形成了一个横跨细胞内外的细胞骨架调控中枢，对细胞骨架与内质网结构的维持，细胞形态的建立都起到了至关重要的作用。此研究对植物细胞骨架动态调控与细胞形态建立的机制有了更深入的解析，揭示内质网与细胞骨架在结构和功能上均存在着相互调控的机制（Zang et al., 2021 Curr Biol, 2021）。

图2. KLCR1、NET3C和IQD2功能缺失突变体的叶片表皮细胞形态与细胞骨架排列发生缺陷

此外，IQD作为高等植物中特有的微管结合蛋白，功能与植物器官形态联系十分密切。除拟南芥以外，IQD编码的基因也一个保守的遗传位点，在番茄、黄瓜、水稻等作物中直接影响果实或种子的形态，调控重要的园艺或农艺性状。因此，研究内质网-质膜互作复合体的分子构成与时空表达模式，对了解植物细胞与重要器官的形态建立有着重要科学意义与潜在的应用价值。

本研究的第一作者分别为华中农大博士研究生生臧婧泽、德国莱布尼茨植物生化研究所的博士研究生Sandra Klemm；华中农大王鹏蔚教授与英国杜伦大学生物系Patrick Hussey教授为共同通讯作者。莱布尼茨植物生化研究所的Katharina Burstenbinder研究员与英国牛津布鲁克斯大学的Verena Kriechbaumer博士参与了此项研究。

【英文摘要】

In plants, the cortical endoplasmic reticulum (ER) network is connected to the plasma membrane (PM) through the ER-PM contact sites (EPCSs), whose structures are maintained by EPCS resident proteins and the cytoskeleton.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Strong co-alignment between EPCSs and the cytoskeleton is observed in plants,1,8 but little is known of how the cytoskeleton is maintained and regulated at the EPCS. Here, we have used a yeast-two-hybrid screen and subsequent in vivo interaction studies in plants by fluorescence resonance energy transfer (FRET)-fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) analysis to identify two microtubule binding proteins, KLCR1 (kinesin-light-chain-related protein 1) and IQD2 (IQ67-domain 2), that interact with the actin binding protein NET3C and form a component of plant EPCS that mediates the link between the actin and microtubule networks. The NET3C-KLCR1-IQD2 module, acting as an actin-microtubule bridging complex, has a direct influence on ER morphology and EPCS structure. Their loss-of-function mutants, net3a/NET3C RNAi, klcr1, or iqd2, exhibit defects in pavement cell morphology, which we suggest is linked to the disorganization of both actin filaments and microtubules. In conclusion, our results reveal a novel cytoskeletal-associated complex, which is essential for the maintenance and organization of cytoskeletal structure and ER morphology at the EPCS and for normal plant cell morphogenesis.

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.12.009

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文 | 王敏 李晓云 臧婧泽

原标题：《华中农大近期科学研究进展》

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