种子脱水是其成熟过程中的一个关键生理过程, 直接影响种子休眠程度以及收获后种子的含水量、储存能力和品质。在农业生产中, 籽粒脱水速率是决定种子收获时籽粒含水量的主要因素之一, 也是决定机械化收获质量的关键。近年的研究表明, 种子脱水过程中转录组和激素水平发生了明显变化, 但相关分子机制研究进展非常缓慢。近期的一项研究发现了1个位于非编码区调控玉米(Zea mays)种子成熟期脱水速率的数量性状遗传位点(QTL) qKDR1, 通过招募转录因子ZmMYBST1和ZmMYBR43抑制qKDR1上游微肽编码基因RPG的转录, 导致RPG的表达量降低。研究揭示了RPG编码的微肽microRPG1通过调控乙烯信号途径影响种子脱水速率的分子机制, 并阐明了其在作物育种和农业生产中的应用潜力。该研究拓展了人们对种子脱水调控机制的理解, 为开发脱水速率更快和耐储性更强的作物品种提供了重要理论依据。

独脚金内酯(strigolactone, SL)是调控植物分枝等重要生长发育过程的新型植物激素。水稻(Oryza sativa)中SL受体D14感知SL信号, 结合F-box蛋白D3并招募转录抑制子D53, 诱导D53泛素化降解, 从而触发信号传递、抑制分蘖。最近的一项研究发现, 低氮信号诱导D14的N端无序区(NTD)特异位点发生磷酸化修饰, 造成D14的泛素化降解减弱, 从而增强SL信号通路。此外, 低氮信号本身可以诱导SL合成, 通过这两种机制的协同作用强化SL信号转导, 从而强烈抑制分蘖, 使水稻适应低氮逆境。该研究还发现, SL诱导的D14-D3相互作用也促进了D14的泛素化降解, 从而介导SL信号感知的终止。这些重要发现阐明了水稻中SL信号感知的激活和终止机制, 揭示了SL信号在控制水稻分蘖以适应低氮逆境中的重要作用, 为理解植物如何适应营养匮乏等外界环境变化提供了新的重要见解, 对作物株型的精准改良以及减肥增产水稻分子设计育种具有重要指导意义。

隐花色素(CRY)是调节植物光反应的蓝光受体。CRY在黑暗中以无活性的单体形式存在, 吸收光子后构象变化并发生寡聚化, 同时改变了其与互作蛋白间的亲和力, 进而调控光反应蛋白的转录或稳定性以调节植物的生长发育。最近的一项研究发现了CRY2的一个精巧作用机制, CRY不仅可被蓝光“激活”, 还可被黑暗信号“激活”, 从而构建起光信号和暗信号依赖的光受体信号转导更节能的模式。他们发现CRY2即便在黑暗中也能抑制根尖分生组织中的细胞分裂, 调控根的伸长, 并控制大量基因的表达。FL1和FL3与细胞分裂基因的染色质结合以促进其转录。需要说明的是, 只有黑暗中的CRY2单体可与FL1/FL3相互作用, 从而抑制后者促进根伸长的功能, 蓝光则解除该抑制作用。这一发现重塑了人们对光受体的认识, 为理解植物感知和响应不同信号以调节生长和适应性提供了全新的视角, 对深入理解基因的功能极具启发意义。

基因互作与表型的内在关系是生命科学研究的关键问题, 大部分表型受多基因协同控制, 除加性效应外还存在显性和上位性等复杂遗传效应。最近一项研究构建了包含18 421个永久株系的水稻“混血杂交”群体, 成功鉴定到控制16个农艺性状的96个高置信候选基因, 通过分析基因间上位性效应, 构建了包含19个枢纽基因的遗传互作网络, 揭示出基因间潜在的互作效应, 发现170个“掩蔽”型上位互作对。该工作建立了作物遗传学研究的新范式, 且为水稻(Oryza sativa)遗传研究提供了重要数据和材料资源, 极大地加速了重要性状相关基因的挖掘, 推动了数量性状基因遗传互作的功能解析, 为分子设计育种奠定了理论基础。