植保院
植保学院费明慧发表捕食性节肢动物的天敌寄生蜂的生物学及生态学研究进展综述
园艺院
张绍铃教授团队发布梨蛋白基因组图谱
资环院
邹建文教授团队解析水稻种植对大气甲烷浓度变化及实现《全球甲烷承诺》的贡献
资环院
沈其荣院士团队解析根际噬菌体组调控土壤青枯菌生物障碍发生的机制
园艺院
园艺学院菊花遗传与种质创新团队在菊花抗蚜关键基因鉴定和分子机制解析中取得新进展
园艺院
柳李旺教授团队在萝卜基因组组装与抽薹性状遗传调控机理解析方面取得新进展
资环院
沈其荣院士团队创新多病原污染高通量快检平台
资环院
沈其荣院士团队解密根际有益菌VOCs消减土壤青枯菌生物障碍的生存-致病权衡机制
资环院
张瑞福教授课题组发表植物益生菌根际精准调控信号分子研究进展的重要综述
园艺院
梨创新团队在梨果实石细胞分布差异机制研究中取得新进展
草业学院 生科院
徐彬和蔡庆生研究组挖掘到能够提高草产量和耐镉性的双效基因PvBiP2
植保院
植保学院费明慧发表捕食性节肢动物的天敌寄生蜂的生物学及生态学研究进展综述
近日，我校植物保护学院害虫生物防治实验室费明慧副教授，在昆虫学领域国际顶尖学术期刊Annual Review of Entomology在线发表了题为“The Biology and Ecology of Parasitoid Wasps of Predatory Arthropods（捕食性节肢动物的天敌寄生蜂的生物学及生态学研究）”的综述文章。
寄生蜂是一类多样性极高的天敌昆虫。在自然和农田生态系统中，寄生蜂对维持食物网稳定和害虫防治均发挥着重要作用。在食物网中，位于第三营养级的捕食性节肢动物，如捕食性瓢虫和蜘蛛等，也会受到其天敌寄生蜂的攻击。这些寄生蜂降低了捕食性节肢动物数量，进而通过营养级联效应对群落结构和生态系统功能产生重大影响。然而，目前相关研究仍缺乏全面系统的梳理和总结，国际上对该领域的现状、进展和未来的发展方向缺乏深入的认识。
文章对常见捕食性节肢动物的天敌寄生蜂的生物学和生态学研究进行了系统的综述。总结了寄生蜂与不同发育阶段瓢虫的相互作用，概述了寄生蜂如何操纵瓢虫的发育和行为以提高自身适应性。讨论了寄生峰与食蚜蝇、草蛉、蚂蚁和步甲等其他捕食性昆虫的相互作用。文章还详细评述了攻击蜘蛛卵、卵囊、幼虫和成年蜘蛛的寄生蜂对寄主的定位机制、应对蜘蛛防御行为的策略等研究进展。文章最后论述了捕食性节肢动物的天敌寄生蜂在生物防治中的研究价值，展望了未来研究的重要方向。该文章的发表展示了我校在该研究领域的引领性，对利用自然天敌进行害虫生物防治具有重要的理论指导意义。
南京农业大学为该成果的第一完成单位，费明慧副教授为第一作者兼通讯作者，荷兰瓦赫宁根大学Rieta Gols研究员和荷兰皇家科学院生态研究所Jeffrey Harvey教授为该论文的共同作者。
资环院
邹建文教授团队解析水稻种植对大气甲烷浓度变化及实现《全球甲烷承诺》的贡献
近日，资环院邹建文教授团队在《Global Change Biology》期刊发表了题为“The role of rice cultivation in changes in atmospheric methane concentration and the Global Methane Pledge”的研究论文，解析了全球水稻种植对大气甲烷浓度变化及实现《全球甲烷承诺》的贡献。
甲烷作为一种短寿命、强效温室气体，是工业革命以来人类活动导致气候变暖的第二大温室气体，其对温室效应的贡献仅次于二氧化碳。过去30年间，大气甲烷浓度变化明显，尤其是2007年后的再次增加，备受国际关注。研究表明当前人为源甲烷排放轨迹位于两个最温暖的情景之间，因此，减少人为源引起的甲烷排放被认为是快速减缓气候变化的有效选择。在第26届联合国气候变化大会上签署的《全球甲烷承诺》也强调了快速减少甲烷排放可为减缓近期全球气候变暖提供最有效策略。水稻既是世界主要粮食作物，也是大气甲烷重要人为排放源之一。联合国的全球甲烷评估报告提出将优化水稻种植管理作为全球甲烷减排的优先考虑。然而，关于水稻种植对大气甲烷浓度历史变化及全球甲烷减排贡献仍不清楚。
该研究首次利用基于团队前期成果更新后的《2006年IPCC国家温室气体清单指南-2019修订版》方法，估算了全球过去30年（1990-2020）水稻种植引起的甲烷排放时空变化趋势。研究发现稻田甲烷排放趋势呈现先增加、然后无明显变化，再到总体平稳，暗示了稻田甲烷排放对近期大气甲烷浓度再次增加的影响很小。预测分析显示未来十年稻田甲烷排放基本保持平稳。
研究进一评估了优化水分和秸秆管理对全球稻田甲烷的技术减排潜力，并提出了与单独或耦合优化水分和秸秆管理相比，秸秆炭化还田可将稻田甲烷减排潜力增加至45%，相当于全球人为源减排总量的10%。研究结论强调全球范围有针对性的实施优化水分和秸秆管理，并在热点排放国家或地区应用现有的气候智慧型技术，可以最大限度的发挥水稻种植对减缓气候变暖的影响。研究结果不仅为揭示水稻种植对大气甲烷浓度变化影响提供了直接证据，也为我国《农业农村减排固碳实施方案》“十大行动”之首-稻田甲烷减排行动的开展提供理论参考和技术支撑。
资环院王金阳副教授为论文第一作者，邹建文教授和中科院南京土壤研究所颜晓元研究员为共同通讯作者，刘树伟教授、法国环境与气候科学实验室（LSCE）Philippe Ciais教授、英国阿伯丁大学Pete Smith教授、德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授、中科院大气物理研究所李婷婷研究员参与了该项研究。研究得到科技部国家重点研发计划、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金、国家自然科学基金、南京农业大学高层次人才引进启动资金等项目资助。
园艺院
张绍铃教授团队发布梨蛋白基因组图谱
1月31日，南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室梨创新团队在著名期刊Molecular Plant在线发表了题为“A large-scale proteogenomic atlas of pear”的论文。首次公布了梨24个主要组织器官的蛋白质组定量图谱，共检测到17953个蛋白，基于4294个新编码事件改进了梨基因组信息，通过基因调节网络探索了重要基因之间的联系，鉴定到花柱中调节花粉管生长的5个新多肽，提出梨石细胞性状形成的受体激酶翻译后修饰新路径。基于整合蛋白组和转录组数据，开发了PearEXP数据库（http://www.peardb.org.cn），实现梨转录和蛋白表达谱、新编码事件的交互式查询。
梨是重要的蔷薇科多年生木本果树，广泛栽培于世界各地。我国梨面积和产量均约占全球70%，是第一大梨生产国。近年来，随着高通量测序技术的发展，多份梨种质资源的基因组信息纷纷公布。这对于揭示梨基因组结构、染色体进化、遗传变异和驯化等具有重要意义，也为深入挖掘梨重要农艺性状关键基因助力品种改良提供了条件。然而，由于目前生物信息学工具的局限性，与大多数物种一样，梨基因组注释还不完善。同时，仅有DNA序列数据不足以深入了解其生长发育的动态特征以及与环境互作的特性。蛋白质是生命活动的直接参与者，近年来蛋白基因组学（Proteogenomics）的发展为完善物种基因组提供了新策略。因此，开展梨蛋白基因组研究将为深入理解梨物种特征及其动态发育奠定基础。
该研究是蔷薇科多年生仁果类果树蛋白组图谱的首次系统报道，为梨生物学研究提供了大量有价值的数据资源，并为其他果树和非模式植物蛋白基因组研究提供了新范例。
南京农业大学副教授王鹏、钟山青年研究员吴潇和浙江省农业科学院研究员施泽彬为该论文的共同第一作者，南京农业大学教授张绍铃和吴巨友为该论文的共同通讯作者。深圳迪谱生物科技有限公司许少行、周宝津参与了本项目数据分析。西北大学教授边阳阳对本研究提供了重要指导。南京农业大学其他多位师生也参与了部分工作。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省种业振兴计划等项目资助。
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园艺学院菊花遗传与种质创新团队在菊花抗蚜关键基因鉴定和分子机制解析中取得新进展
近日，南京农业大学菊花遗传与种质创新团队在New Phytologist发表了题为“Molecular Module of CmMYB15-like-Cm4CL2 Regulating Lignin Biosynthesis of Chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium) in Response to Aphid (Macrosiphoniella sanbourni) Feeding”的研究论文，揭示了菊花中CmMYB15-like-Cm4CL2分子模块调控菊花响应蚜虫取食从而促进木质素合成的分子机制。
菊花是中国十大传统名花和世界四大切花之一，具有极高的观赏及经济价值。然而，蚜虫是菊花最主要的虫害之一，其直接夺取植株养分而限制菊花生长，蚜虫还可传播病毒、诱发霉污病等，严重影响产量和品质，导致严重的经济损失。植物抗蚜性优异基因的挖掘及抗蚜性机制的解析则是实现抗蚜性定向育种的关键。
为此，本研究在前期发现蚜虫取食诱导木质素积累的基础上，借助分子生物学等手段解析响应蚜虫取食差异表达的木质素合成关键基因，发掘出响应蚜虫取食差异表达的木质素合成路径中关键限速酶编码候选基因Cm4CL2，以此为切入点，证实了其调控木质素合成的作用和提高菊花抗蚜性的功能；进一步克隆分析Cm4CL2启动子序列区的关键顺式作用元件，挖掘出其上游转录调控因子CmMYB15-like，并借助酵母单杂交、EMSA、ChIP-qPCR及双荧光素酶试验验证CmMYB15-like与Cm4CL2启动子直接结合；通过转基因证实了CmMYB15-like调控木质素合成的功能，并在CmMYB15-like过表达转基因植株中瞬时沉默Cm4CL2基因，证实了CmMYB15-like调控的木质素合成和对菊花抗蚜性的提高依赖于Cm4CL2。
图1 CmMYB15-like直接结合Cm4CL2基因启动子区域并激活该基因表达
图2 CmMYB15-like调控的木质素合成和对菊花抗蚜性的提高依赖于Cm4CL2
本研究率先阐述了植物响应蚜虫取食快速诱导木质素合成的分子机制。相关发现丰富了植物木质素合成调控和植物抗蚜性机械防御的分子机理，为菊花的抗蚜性育种提供了理论依据。
南京农业大学园艺学院已毕业博士李菲和在读博士张一为该论文共同第一作者，陈素梅教授为论文通讯作者。菊花遗传与种质创新团队的陈发棣教授、蒋甲福教授、王利凯教授、周李杰博士，以及在读博士生王新慧和毕业研究生田畅等参与了该工作。该研究受国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。
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沈其荣院士团队解析根际噬菌体组调控土壤青枯菌生物障碍发生的机制
2月1日，《Microbiome》在线发表资环学院沈其荣院士团队最新研究成果《Rhizosphere phage communities drive soil suppressiveness to bacterial wilt disease》。该研究采用实验室自主研发的根盒装置原位追踪番茄植株从移栽到最终发病期间根际微生物群落的动态变化。结合噬菌体组、宏基因组、培养组等研究方法，揭示了根际病原青枯菌专性噬菌体和土著细菌噬菌体介导土壤青枯菌生物障碍发生的微生态机制，为土壤生物障碍的消减提供新的策略。
土壤生物障碍，作为植物病害的重要诱因，正不断威胁着粮食安全和人类健康。根际微生物群落，作为抵御病原菌入侵的第一道防线，在植物生长和健康中起着重要作用。例如细菌群落可以通过竞争生态位等方式消减土壤生物障碍。噬菌体是专性侵染细菌的一类病毒，广泛存在于海洋和陆地自然生态系统中。噬菌体通过侵染宿主细菌，可以调控细菌种群数量，驱动细菌群落多样性和组成的变化，进而影响生态系统功能。土壤中噬菌体的丰度和多样性高，但其与土壤生物障碍发生的关系还鲜有研究。
LorMe实验室采用自主研发的非破坏性根际土连续原位采集装置，对番茄生长发育过程中根际微生物群落和青枯菌种群数量进行动态追踪，解析了根际细菌和原生动物群落影响土壤青枯菌生物障碍发生的机制，相关工作陆续发表在Science Advances (2019)、Microbiome（2020）和ISME J（2022）等国际顶级期刊。在此基础上，该研究利用宏基因组学来跟踪健康和障碍番茄根际噬菌体群落组成变化。研究发现健康和障碍根际噬菌体群落在组成和多样性上均存在显著差异。健康植株根际存在更高丰度的青枯菌专性噬菌体，这些噬菌体通过自下而上的密度控制压制病原菌的数量。基于噬菌体-细菌共发生分析，明确了土著细菌及其专性噬菌体之间的潜在联系，发现土著细菌专性噬菌体可能通过压制土著细菌，尤其是那些潜在的病原菌抑制者而加重青枯菌生物障碍的发生。进一步通过培养组学原位分离土著细菌及其专性噬菌体，利用室内和盆栽实验验证土著细菌专性噬菌体对土壤青枯菌障碍消减的影响，发现这些噬菌体可以通过靶向侵染有益土著细菌，间接促进土壤青枯菌生物障碍发生。总的来说，本研究表明土壤青枯菌生物障碍的发生与作物根际噬菌体群落构成、与宿主互作特征密切相关，首次证明土著细菌专性噬菌体对土传病原菌入侵的潜在影响，为利用噬菌体消减土壤青枯菌生物障碍提供了新的理论基础。
该研究得到国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金优秀青年项目、国家重点研发计划青年科学家项目和中央高校基本业务费等项目的资助。资环学院杨可铭博士研究生和王孝芳副教授为论文共同第一作者，韦中教授和赫尔辛基大学Ville-Petri Friman教授为共同通讯作者。沈其荣院士、徐阳春教授等参与指导了该项研究。
资环院
沈其荣院士团队创新多病原污染高通量快检平台
1月31日，《iMeta》在线发表了资环学院沈其荣院士团队最新研究成果《MBPD: A multiple bacterial pathogen detection pipeline for One Health practices》。该研究针对威胁全球一体化健康（One Health）的生物污染物——致病菌，建立了当前最为全面的动物、植物、人畜共患病致病细菌数据库，创建了基于16S扩增子测序快速识别多病原生物复合污染的一体化流程，为环境土壤生物健康普查，提升动植物与人类健康监测预警能力提供技术支撑。
致病菌无处不在、无时不有，时刻威胁着粮食安全与人畜健康。历史上，孟加拉饥荒、天花、黑死病的大流行夺取了无数人的生命。近年来，新型冠状肺炎疫情横扫全球，防控难度之大前所未有，特别是基础疾病以及并发症引发的二次伤害。社会各界人士已深刻认识到致病菌核酸检测的重要性，更充分意识到人类健康与动植物和环境的健康密不可分，即一体化健康(One health)。因此，如何高效快速识别致病菌的类型和数量，成为医疗、农林和畜牧等领域的共性关键难题，更是环境土壤生物领域的重大挑战。特别是加强多种致病菌同时检测，对践行联合国一体化健康策略、落实我国人类命运共同体战略具有重要意义。
病原细菌是威胁人类健康与生态安全的重要生物污染因子之一。然而，当前依然缺乏针对引发动物、植物、人畜共患病的病原细菌高通量快速检测的技术体系。为此，LorMe实验室创建了基于16S扩增子测序的多病原检测系统MBPD，可一次性实现近上千种病原细菌的检测。该研究构建了较为完整的病原细菌数据库，囊括近2000种、72,685条引发动植物和人类感染的病原细菌信息。通过虚拟试验评估了16S不同扩增子区域对检测效果的影响，优化配置了系统参数，提升了检测效率及准确率。生物与环境土壤样品分析结果表明，MBPD不仅能直接检测出引发人类、动物和植物病害的主要致病菌，还能识别复合感染的病原菌。该研究将为我国环境土壤生物健康普查，以及农业、兽医、医药和环境病原菌的风险监测与预防等提供重要参考依据和技术手段。
该研究得到国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金优秀青年项目和中央高校基本业务费等项目的资助。资环学院博士生杨欣润和江高飞副研究员为共同第一作者，韦中教授和江高飞副研究员为共同通讯作者。沈其荣院士、赵方杰教授和徐阳春教授等参与指导了该项研究。
园艺院
柳李旺教授团队在萝卜基因组组装与抽薹性状遗传调控机理解析方面取得新进展
近日，作物遗传与种质创新利用全国重点实验室、园艺学院萝卜遗传育种团队在植物学领域权威期刊Plant Biotechnology Journal 在线发表了题为“A chromosome-level genome assembly of radish (Raphanus sativusL.) reveals insights into genome adaptation and differential bolting regulation ”的研究论文。该论文报道了萝卜晚抽薹种质'NAU-LB’ 染色体级别高质量基因组序列图谱，分析了萝卜基因组进化特征与抽薹开花的转录调控通路，研究结果丰富了萝卜基因组序列资源，为研究萝卜基因组遗传变异特征构建了重要序列资源平台，将为解析萝卜重要园艺性状形成机制、开展生物技术育种提供坚实数据支撑与理论基础。
萝卜(Raphanus sativusL.) 是原产于我国的十字花科重要根菜类蔬菜作物。高质量基因组组装是分离鉴定基因组结构变异、解析目标性状形成遗传机制的重要基础。近年来，虽有不同萝卜基因组图谱陆续公布，然而在基因组完整度、着丝粒区域组装和基因功能注释等方面仍需进一步提升。
该研究综合利用Illumina、PacBio、BioNano与Hi-C等技术对'NAU-LB’进行从头组装(图1)，基因组序列总长度为476.32Mb，contig N50为1.76 Mb，scaffold N50达56.88 Mb；其中448.12Mb锚定到萝卜9条染色体上，挂载率为94.08%，共注释到40,306个蛋白编码基因，CEGMA完整度达97.18%。利用着丝粒特异组蛋白CENH3抗体，采用ChIP-seq与荧光原位杂交(FISH) 技术，大幅提升了着丝粒区域高度重复序列组装的连续性。
'NAU-LB’ 基因组含有249.14 Mb (52.31%) 重复序列，LTR逆转录转座子占比30.31%。进一步分析表明，有2970个基因中存在转座子元件插入，分析了完整LTR-RTs在基因编码区、启动子及3' UTR区域的分布特征。4DTv与Ks分析表明，萝卜与其它十字花科作物共享一次全基因组三倍化事件(WGT)。进化分析表明，分别有1078个和4445个基因家族存在扩张和收缩(P<0.01)，显著扩张基因主要富集于离子运输、跨膜转运等生物过程。
图1 萝卜'NAU-LB’ 基因组Hi-C图谱、着丝粒定位与基因密度等特征分析
图2 RsVRN1In-536基因启动子647bp插入显著延迟萝卜植株抽薹
通过比较基因组分析，鉴定出SNPs、InDels及SVs等遗传变异。在15,497个大片段InDels中，发现'NAU-LB’ 的RsVRN1基因启动子536bp处存在一个647bp插入片段，荧光素酶试验分析表明，该插入显著降低RsVRN1In-536单倍型基因启动子活性。通过萝卜肉质根酵母文库筛选，结合Y1H、EMSA与双荧光素酶分析，鉴定出DOF类转录因子RsCDF3特异结合RsVRN1In-536基因启动子647bp插入中DOF结合元件(5'-TACTTTAT-3')，并显著抑制RsVRN1基因转录水平。异源转化拟南芥植株表明RsCDF3基因为抽薹开花负调控因子，初步揭示了其不依赖于CO/FT基因的抽薹开花转录调控通路。进一步遗传分析表明，携带RsVRN1In-536等位基因的F2株系抽薹时间明显晚于仅携带RsVRN1Del-536等位基因的株系(图2)，表明RsVRN1In-536等位基因可用于晚抽薹萝卜种质遗传改良与创新利用。
作物遗传与种质创新利用全国重点实验室、园艺学院徐良副教授为论文第一作者，柳李旺教授为通讯作者。根茎蔬菜遗传改良与绿色生产创新团队王燕副教授与博士生董俊辉等、南通大学生科院王凯教授、澳大利亚西澳大学Chen YL教授与扬州大学园艺园林学院青年教师王沦、马银波博士也参与了此项研究；美国密歇根州立大学(MSU) Shinhan Shiu教授给予建议。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省种业振兴揭榜挂帅、江苏现代农业(蔬菜) 产业技术体系根茎类蔬菜创新团队与江苏高校优势学科建设工程(PAPD) 等项目的资助。
资环院
张瑞福教授课题组发表植物益生菌根际精准调控信号分子研究进展的重要综述
根际微生物被看作作物的第二基因组，对植物生长、养分吸收、健康和逆境适应发挥重要作用，因此精准“操控”根际益生菌对农业绿色发展至关重要。农历大年三十，微生物学权威杂志《Current Opinion in Microbiology》在线发表题为“Chemical communication in plant-microbe beneficial interactions: a toolbox for precise management of beneficial microbes”的特邀综述论文，文章系统总结了在植物-根际益生菌互作过程中调控微生物丰度、行为、功能以及植物免疫响应的信号分子或蛋白，为根际益生菌的高效利用、微生物肥料增效剂的开发提供理论基础。
耕地的集约化、高强度利用导致土壤生物肥力下降，已成为我国耕地地力提升的重要限制因子，利用微生物肥料引入功能微生物到根际土壤定殖并发挥功能是培育土壤生物肥力的有效途径。文章以微生物肥料常用菌种芽孢杆菌和假单胞菌为例，将益生菌的根际定殖过程总结为：根际趋化，根表粘附和定殖成膜三步，并综述了这三个过程中发挥调控作用的信号分子，以期开发成与施用菌株匹配的增效剂产品，充分发挥微生物肥料的植物益生功能。另外，文章还列举了益生菌在根际定殖过程中抑制根系局部免疫反应的信号分子。文章最后还展望了分子信号在调控合成菌群核心物种丰度与功能中的巨大潜力，为合成菌群微生物肥料产品的研发提供了新的方向。
资环学院徐志辉副教授为该论文的第一作者，土壤微生物和有机肥团队张瑞福教授为通讯作者，沈其荣院士等参与指导该综述写作。
张瑞福教授课题组长期从事根际微生物与微生物肥料研究，揭示了典型根际益生菌促进植物生长、增强植物耐逆、诱导植物系统抗性的作用机理；系统阐明了其根际趋化定殖的分子调控机制与信号分子网络；分析了根际微生物组装配的驱动因素、装配过程和功能特点。研究成果揭示了典型根际益生菌趋化定殖和植物益生的新机制，提出了根际微生物组装配的新理论，促进了根际益生菌的利用和微生物肥料的发展。课题组近年来在NatureCommunications、Nature Plants、PNAS、Cell Reports、ISME Journal、Microbiome、Advanced Science 、Plant Physiology、Plant Cell & Environment、Environmental Microbiology、Soil Biology & Biochemistry等国际著名期刊发表SCI论文80多篇，受邀在Current Opinion in Micorbiology（2017、2022）、Computational and Structural Biotechnology Journal（2021、2022）、International Journal of Molecular Science、Trends in Microbiolgy（已接受邀请）、Journal of Experimental Botany（已接受邀请）、Microbial Biotechnology（已接受邀请）等撰写综述。研究成果受到国际同行广泛关注，被引用近万次，9篇论文入选ESI高被引论文，张瑞福教授也入选2022年度科睿唯安全球高被引科学家。
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沈其荣院士团队解密根际有益菌VOCs消减土壤青枯菌生物障碍的生存-致病权衡机制
1月13日，微生物生态学国际权威期刊《The ISME Journal》在线发表我院沈其荣院士团队最新研究成果《Bacterial volatile organic compounds attenuate pathogen virulence via evolutionary trade-offs》。该研究通过实验进化、生理生化检测、比较基因组分析等手段，揭示了根际有益菌T-5挥发性有机物（VOCs）致弱土传青枯菌毒力的生存与致病权衡机制，为土壤生物障碍的消减提供新的策略。
由土传病原菌引起的生物障碍制约土壤生物健康与产能提升。为应对复杂多变的土壤环境与阻控手段，病原菌进化出权衡策略(Trade-offs)，时刻调整其生存与致病相关特征，已经成为土壤生物障碍消减策略构建与提升的重大挑战。越来越多证据表明，根际有益菌产生的VOCs既能直接抑制病原菌的增殖，又能弱化病原菌毒力，在土壤生物障碍消减方面具有重要潜力，已成为微生物生态学领域的热点前沿问题。然而，根际有益菌VOCs阻控土传病原菌的作用机制尚不清楚，解析根际有益菌VOCs调控病原菌生存-致病权衡机制，有利于有益菌VOCs的开发与利用。
LorMe实验室前期从健康番茄根际分离获得一株根际有益菌解淀粉芽孢杆菌T-5，发现T-5产生的VOCs在弱化青枯菌毒力、消减土壤青枯菌生物障碍方面发挥重要作用，但其生态进化机制仍不清楚。为此，采用实验进化的方法，探究了青枯菌在VOCs不同胁迫强度下，历经约500代后的适应性进化特征。发现进化后青枯菌的生存与致病相关行为发生剧烈改变。其中高强度的VOCs长期胁迫增加了青枯菌运动性以及对5种拮抗型VOCs和3种抗生素的抗性等生存能力，减弱了青枯菌群游运动、生物膜形成能力、胞外多糖分泌等致病能力，丧失了对敏感番茄的毒性。比较基因组学分析，发现青枯菌在高浓度VOCs胁迫下多个基因发生重要突变，包括编码糖基转移酶wecA基因的错义突变和IV型菌毛组装蛋白pilM基因的移码突变。利用基因敲除与点突变回补实验证实，wecA与pilM的适应性突变改变了青枯菌的抗生素抗性与毒力。该研究从适应性进化的角度揭示有益菌VOCs弱化土传病原菌毒力的作用机制，为利用病原菌生存与致病权衡的弱点、建立土壤生物障碍的生态阻控策略提供理论基础与技术指导。
该研究得到国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金优秀青年项目和中央高校基本业务费等项目的资助。资环院博士生王佳宁、Waseem Raza副教授、江高飞副研究员为共同第一作者，Waseem Raza副教授、客座教授Ville-Petri Friman和韦中教授为共同通讯作者。沈其荣院士和徐阳春教授等参与指导了该项研究。
草业学院 生科院
徐彬和蔡庆生研究组挖掘到能够提高草产量和耐镉性的双效基因PvBiP2
我国南方铅、锌及钨矿的矿区及周边土地面临较为严峻的土壤镉（Cd）污染问题。用根系发达的植被覆盖污染土壤能够减少镉离子随降水等因素扩散到周边水源及土壤。柳枝稷是植株高大、根系发达的多年生禾草，其生物产量大，可作为优质能源植物和饲草。目前已有技术能够在柳枝稷生物质生物发酵过程中有效分离、无害化处理镉离子。因此，提高柳枝稷的镉耐性及其生物产量具有重要意义。
近期，草业学院徐彬研究组和生科院蔡庆生教授合作在Journal of Hazardous Materials在线发表了题为“Overexpression of PvBiP2 improved biomass yield and cadmium tolerance in switchgrass (Panicum virgatum L.)”的研究性论文。
该团队在前期研究中发现Cd胁迫导致柳枝稷的内质网胁迫响应，其中有4个内质网定位分子伴侣蛋白（BiP2s）和23个热机转录因子（HSFs）均受到Cd胁迫上调表达。利用Cd敏感酵母突变体对上述BiPs和HSFs进行筛选，发现PvBiP2和PvHSF4均能提高酵母的镉耐性。在镉胁迫和ER-胁迫诱导剂（DTT）的处理下，PvBiP2表达量上调，且PvBiP2启动子中存在HSE元件。利用Y1H及体内激活实验证明PvHSF4能够识别并激活PvBiP2的表达。在柳枝稷中过量表达PvBiP2不仅有效提高了柳枝稷的镉耐性，导致更高的镉积累量（提高90-140%）及较低的镉迁移效率（降低46-57%），还显著提高了柳枝稷的生物产量（提高40-45%）。因此PvHSF4-PvBiP2分子模块可有效提高柳枝稷的镉耐性，PvBiP2具有提高植物镉耐性和生物产量的“双效作用”，可作为柳枝稷及其他植物遗传改良的优质目标基因加以开发利用。
南京农业大学草业学院徐彬教授和生科院蔡庆生教授为该项研究的共同通讯作者，生科院宋刚博士和草业学院张敬博士为共同第一作者。该研究受到了国家自然科学基金委（31971757, 31372359）、江苏省自然基金（19KJB180015）和江苏省农业自主创新项目[CX (21)3004]的资助。
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梨创新团队在梨果实石细胞分布差异机制研究中取得新进展
梨（Pyrus）是我国乃至世界范围内重要的水果之一，由于其脆甜可口，深受消费者们的喜欢。梨果实品质高低决定于多种因素，其中一类特殊的木质化细胞-石细胞便是重要的因素之一，过多石细胞的存在造成梨果肉质地粗造、口感低劣，即使在没有任何明显生物和非生物胁迫情况下，健康的梨果实在发育过程中也会出现“不寻常的木质化”，且石细胞在梨果实中呈规律性的放射状分布，集中于果核附近。为什么石细胞出现在梨果实中并呈放射状分布，其根本原因是什么还不清楚。近年来，多组学分析等技术已被广泛应用于作物复杂性状的研究中，这为阐明“梨果实石细胞分布差异”原因提供了新的思路。
近日，国际期刊The Plant Journal在线发表了南京农业大学题为 “Multi-omics analyses reveal the difference of stone cell distribution in pear fruit”的文章，该研究结合表型组、转录组、蛋白组和代谢组等多组学分析，构建了梨果实内石细胞与维管束的分布规律模型，发现一个关键转录因子PbbZIP48参与石细胞形成的调控过程，在多组学水平上为解析梨果核附近细胞木质化形成石细胞的机制提供了新的见解。
该研究首次针对梨果实，基于表型研究方法，通过高斯滤波去噪和标签聚类提取100个梨品种切片并对石细胞进行标记，将所有品种的石细胞确证定位于果核附近；经过RGB颜色空间变换，发现维管束与石细胞的分布模式相同；结合k-means算法计算出石细胞与维管束之间的距离，发现距离维管束5mm处的石细胞数量占总石细胞数量比例为99.34%。表明，梨果核附近分布的大量维管束组织，可能为细胞壁的加厚及石细胞的形成提供次生代谢产物。
图1 梨果实石细胞和维管束组织表型分析
同时，将盛花后15、35和55天梨果肉组织分为石细胞富集区和非富集区进行转录组、蛋白组和代谢组分析，发现蔗糖、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙素生物合成途径的基因转录、蛋白质丰度和代谢物积累有助于果核附近木质素沉积和石细胞形成。
图2 梨果实转录组、蛋白组和代谢组联合分析
通过共表达网络和基因表达模式分析，发现一个关键转录因子PbbZIP48，该转录因子基因在果核附近高度表达，在梨果实中瞬时过表达能够促进木质素合成及PbC3H1和PbCCOMT2基因表达。此外，在拟南芥稳定超表达PbbZIP48基因，导致其茎中木质素显著积累，增加了导管、木质纤维和维管束间纤维细胞壁厚度，并伴随着木质素生物合成结构基因表达量的提高；与此同时，双荧光素酶和EMSA凝胶迁移研究显示，PbbZIP48通过与PbC3H1和PbCCOMT2启动子区域的G-box（ACGTG）基序结合促进两者表达量上调。
结果表明，PbbZIP48通过激活PbC3H1和PbCCOMT2的转录促进了果核附近薄壁细胞的木质化，导致石细胞的大量形成，初步解析了石细胞在梨果实中分布差异性的分子调控机制。
图3 PbbZIP48上调木质素生物合成基因表达促进细胞壁木质化
该研究依托南京农业大学园艺学院/梨工程技术研究中心完成，贡鑫博士为论文的第一作者，张绍铃教授和陶书田教授为共同通讯作者。该小组2002年以来长期从事果品品质发育生理及调控技术、木质素合成及石细胞形成机理与调控、木质素生物学研究，2009年通过多谱学方法确证梨果实石细胞木质化的本质，开始以木质素代谢为切入点研究石细胞的形成与调控机制。参与研究的还有南京农业大学齐开杰、谢智华副教授，在读博士生赵粱怡和严鑫以及加拿大农业及农业食品部Shahrokh Khanizadeh研究员。本研究得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划，南疆重点产业支撑计划项目等资助。
来源：南京农业大学官方公众号
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