植物所在光信號(hào)調(diào)控水稻響應(yīng)鹽脅迫研究中取得進(jìn)展

光信號(hào)在幼苗形態(tài)發(fā)生和轉(zhuǎn)換中發(fā)揮著重要作用。種子在土壤中利用體內(nèi)儲(chǔ)藏的能量進(jìn)行異養(yǎng)生長(zhǎng)，并通過(guò)暗形態(tài)建成使幼苗快速伸長(zhǎng)，破土見(jiàn)光后，便轉(zhuǎn)換成光形態(tài)建成模式，伸長(zhǎng)生長(zhǎng)減緩，開(kāi)始葉綠素合成和葉綠體發(fā)育，進(jìn)入光合作用自養(yǎng)生長(zhǎng)。水稻播種深度和育秧就涉及暗（光）形態(tài)建成所蘊(yùn)涵的科學(xué)原理，水稻的中胚軸在土壤下快速伸長(zhǎng)有利于水稻出苗，然而，這一過(guò)程在一些土壤逆境條件下（如鹽堿）受到挑戰(zhàn)。因此，探討光信號(hào)對(duì)農(nóng)作物幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控及對(duì)逆境的響應(yīng)機(jī)制具有重要的科學(xué)意義，也對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。

中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員林榮呈研究組長(zhǎng)期開(kāi)展光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制相關(guān)研究。研究人員對(duì)水稻光敏色素互作因子（PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR-LIKE，Os-PIL）的功能和分子機(jī)理展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)分別過(guò)量表達(dá) 6 個(gè) OsPILs 基因（OsPIL11-16）均能促進(jìn)黑暗下水稻中胚軸的伸長(zhǎng)，其中OsPIL14 表現(xiàn)最為明顯。而赤霉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)核心抑制因子DELLA蛋白（SLENDER RICE1，SLR1）負(fù)調(diào)控水稻中胚軸伸長(zhǎng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OsPIL14與SLR1能相互作用，這種互作使SLR1抑制了OsPIL14對(duì)下游細(xì)胞伸長(zhǎng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄激活能力。研究發(fā)現(xiàn)鹽處理促進(jìn)了OsPIL14蛋白的降解，增強(qiáng)了SLR1蛋白的穩(wěn)定性。過(guò)量表達(dá)OsPIL14使水稻幼苗在黑暗中對(duì)鹽具有較高的耐受性，并顯著提高了鹽脅迫下水稻覆土直播的出苗率。該研究揭示了水稻光敏色素互作因子OsPIL14整合光信號(hào)與赤霉素信號(hào)調(diào)控水稻在鹽脅迫下生長(zhǎng)的分子機(jī)制，對(duì)通過(guò)分子設(shè)計(jì)提高水稻直播出苗率和鹽脅迫條件下的生長(zhǎng)性能具有重要指導(dǎo)意義。

該成果于6 月25 日在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Plant Physiology上。植物所博士研究生莫偉平為論文第一作者，林榮呈為通訊作者，中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員卜慶云參與部分工作。該研究得到了農(nóng)村農(nóng)業(yè)部、科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)等項(xiàng)目的資助。

（來(lái)源：植物研究所）

遺傳發(fā)育所玉米細(xì)胞質(zhì)雄性不育研究取得進(jìn)展

植物細(xì)胞質(zhì)雄性不育是廣泛存在并具有重要應(yīng)用價(jià)值的生物學(xué)現(xiàn)象。在雄性不育材料中，花粉粒敗育但其他組織的生長(zhǎng)發(fā)育不受影響，因此細(xì)胞質(zhì)雄性不育被廣泛應(yīng)用于雜交種生產(chǎn)。細(xì)胞質(zhì)雄性不育也是研究細(xì)胞核與線(xiàn)粒體相互作用的利器，不育基因由線(xiàn)粒體基因組編碼，而大部分恢復(fù)基因由核基因組編碼。兩套不同的基因組如何協(xié)同調(diào)控花粉粒的育性，甚至植物生長(zhǎng)發(fā)育，其中分子機(jī)制還有待進(jìn)一步探明。

近期，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所陳化榜研究組鑒定了玉米S 型細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS-S）系的不育基因orf355，并進(jìn)一步鑒定出一個(gè)在花藥中特異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子ZmDREB1.7。ZmDREB1.7定位于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和線(xiàn)粒體，不同實(shí)驗(yàn)證實(shí)ZmDREB1.7能夠結(jié)合到orf355基因的啟動(dòng)子并促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄。Orf355是一個(gè)具有強(qiáng)烈細(xì)胞毒性的蛋白，通過(guò)誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)orf355 能夠顯著增強(qiáng)線(xiàn)粒體逆向信號(hào)。ZmDREB1.7基因啟動(dòng)子區(qū)域存在一定數(shù)量的UPR motif（unfolded protein response motif），該 motif 的 存 在 使 得 Zm-DREB1.7 基因快速響應(yīng)線(xiàn)粒體逆向信號(hào)，而缺失主效UPR motif的單倍型能夠部分恢復(fù)CMS-S玉米的育性，表明其是S型細(xì)胞質(zhì)雄性不育的弱恢復(fù)基因?；谏鲜鼋Y(jié)果，該研究揭示了一個(gè)導(dǎo)致玉米S型細(xì)胞質(zhì)雄性不育的分子機(jī)制。

已有研究一直不清楚不育基因?yàn)楹蝺H僅影響花粉粒敗育，而對(duì)其他組織沒(méi)有影響。該研究推測(cè)與花藥特異表達(dá)的ZmDREB1.7 有關(guān)。在花藥中，ZmDREB1.7促進(jìn)orf355表達(dá)，而orf355積累增強(qiáng)線(xiàn)粒體逆向信號(hào)，反饋促進(jìn)ZmDREB1.7 表達(dá)。因此，ZmDREB1.7 與 orf355 在 S 型玉米的小孢子中形成了一個(gè)正反饋調(diào)控機(jī)制，最終導(dǎo)致orf355蛋白的積累和敗育。

相關(guān)成果發(fā)表在Molecular Plant 上，（DOI:10.1016/j.molp.2020.07.002），研究員陳化榜組前助理研究員肖森林為第一作者，陳化榜、研究員北京市農(nóng)林科學(xué)院趙久然為共同通訊作者。相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家轉(zhuǎn)基因重大專(zhuān)項(xiàng)的支持。

（來(lái)源：遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所）

遺傳發(fā)育所大豆基因組研究獲進(jìn)展

基因組學(xué)是生命科學(xué)研究的核心基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的基因組學(xué)研究是將不同堿基以線(xiàn)性的形式存儲(chǔ)于染色體上，且多基于一個(gè)參考基因組來(lái)獲取一個(gè)物種的基因信息。由于一個(gè)物種中不同個(gè)體間存在遺傳變異，線(xiàn)性基因組不能同時(shí)體現(xiàn)不同個(gè)體的遺傳變異情況，這極大地限制了不同個(gè)體遺傳變異的鑒定和分析。構(gòu)建囊括一個(gè)物種所有遺傳信息的新型存儲(chǔ)形式的泛基因組已成為當(dāng)前基因組學(xué)研究的重要任務(wù)和前沿挑戰(zhàn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所田志喜等科研團(tuán)隊(duì)取得了大豆泛基因組的最新研究進(jìn)展。該項(xiàng)成果突破傳統(tǒng)線(xiàn)性基因組的存儲(chǔ)形式，在植物中首次實(shí)現(xiàn)了基于圖形結(jié)構(gòu)基因組(graph-based genome)的構(gòu)建，將引領(lǐng)全新的下一代基因組學(xué)研究思路和方法，被審稿人稱(chēng)為“基因組學(xué)的里程碑工作”。

大豆馴化起源于中國(guó)，隨后廣泛傳播于世界各地，為人類(lèi)提供了主要的植物油料和蛋白資源，是重要的糧食經(jīng)濟(jì)作物。我國(guó)大豆需求量大，而消費(fèi)對(duì)外依賴(lài)嚴(yán)重。因此，加強(qiáng)大豆研究，提高大豆生產(chǎn)能力迫在眉睫。高質(zhì)量參考基因組是作物育種基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的前提基礎(chǔ)。前期，科研團(tuán)隊(duì)完成了大豆品種─“中黃13”黃金版大豆參考基因組的組裝和注釋(Shen et al.， Science China Life Sciences， 2018； Shen et al.，Science China Life Sciences，2019)。然而，研究團(tuán)隊(duì)在對(duì)大豆種質(zhì)資源的深度重測(cè)序和群體遺傳學(xué)分析中發(fā)現(xiàn)，不同大豆種質(zhì)資源之間存在較大的遺傳變異，單一或少數(shù)基因組不能代表大豆群體的所有遺傳變異（Zhou et al.，Nature Biotechnology，2015；Fang et al.，Genome Biology，2017）。大豆基礎(chǔ)研究和分子設(shè)計(jì)育種亟需能夠代表不同大豆種質(zhì)材料的全新基因組資源。

為此，研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合遺傳發(fā)育所研究員梁承志和朱保葛研究團(tuán)隊(duì)，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、中科院院士韓斌團(tuán)隊(duì)，上海師范大學(xué)教授黃學(xué)輝團(tuán)隊(duì)以及北京貝瑞和康生物技術(shù)有限公司相關(guān)人員，對(duì)來(lái)自世界大豆主產(chǎn)國(guó)的2898個(gè)大豆種質(zhì)材料進(jìn)行深度重測(cè)序和群體結(jié)構(gòu)分析，挑選出26 個(gè)最具代表性的大豆種質(zhì)材料，包括3 個(gè)野生大豆，9 個(gè)農(nóng)家種和14 個(gè)現(xiàn)代栽培品種。研究團(tuán)隊(duì)利用最新組裝策略，對(duì)26個(gè)大豆種質(zhì)材料進(jìn)行了高質(zhì)量的基因組從頭組裝和精確注釋?zhuān)琧ontig N50 平 均 長(zhǎng) 度 達(dá) 22.6 Mb， scaffold N50 平均長(zhǎng)度達(dá)51.2 Mb。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合已經(jīng)發(fā)表的中黃13、Williams 82 和 W05 基因組，開(kāi)展了系統(tǒng)的基因組比較，構(gòu)建了高質(zhì)量的基于圖形結(jié)構(gòu)泛基因組，挖掘到大量利用傳統(tǒng)基因組不能鑒定到的大片段結(jié)構(gòu)變異。經(jīng)深入分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)變異在重要農(nóng)藝性狀調(diào)控中發(fā)揮重要作用，例如，HPS 基因的結(jié)構(gòu)變異調(diào)控大豆種皮亮度變化；野生與栽培大豆CHS基因簇的結(jié)構(gòu)變異是導(dǎo)致種皮顏色由黑色向黃色馴化的主要原因；Soy-ZH13_14G179600 基因結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致了其在不同種質(zhì)材料中基因表達(dá)的差異，可能與調(diào)控大豆缺鐵失綠癥有關(guān)。此外，研究還鑒定到15個(gè)結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致了不同基因間的融合，這為新基因的產(chǎn)生研究提供了重要線(xiàn)索。此高質(zhì)量圖形結(jié)構(gòu)泛基因組的構(gòu)建不僅本身具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)為過(guò)去已經(jīng)開(kāi)展的大量重測(cè)序數(shù)據(jù)提供了一個(gè)全新的分析平臺(tái)，將使得這些數(shù)據(jù)獲得“第二次生命”。

上世紀(jì)60 年代，以降低農(nóng)作物株高、半矮化育種為特征的第一次“綠色革命”，使得全世界水稻和小麥產(chǎn)量翻了一番，解決了溫飽問(wèn)題。“綠色革命”是近現(xiàn)代史上最重要的農(nóng)業(yè)歷史事件之一。然而在過(guò)去的60年里，大豆平均單產(chǎn)相對(duì)其他主糧作物而言尚無(wú)明顯突破，大豆生產(chǎn)亟需“綠色革命”。本次泛基因組研究所選用的大豆種質(zhì)材料不僅在遺傳多樣性上具有代表性，且具有重要的育種和生產(chǎn)價(jià)值。其中滿(mǎn)倉(cāng)金、十勝長(zhǎng)葉、紫花4 號(hào)等種質(zhì)材料作為骨干核心親本已各自培育出了上百個(gè)優(yōu)良新品種：黑河43、齊黃34、豫豆22、皖豆28、晉豆23、徐豆1號(hào)等品種是各個(gè)大豆主產(chǎn)區(qū)推廣面積最大的主栽品種。該基因組和相關(guān)的2898 份種質(zhì)材料遺傳變異的發(fā)布為大豆研究提供了重要的資源和平臺(tái)，將推進(jìn)大豆分子設(shè)計(jì)育種，助力實(shí)現(xiàn)大豆“綠色革命”。

相關(guān)研究結(jié)果以Pan-genome of wild and cultivated soybeans 為題在線(xiàn)發(fā)表于《細(xì)胞》雜志上。田志喜研究組博士生劉羽誠(chéng)、梁承志研究組博士生杜會(huì)龍為該論文的第一作者，田志喜為論文通訊作者，梁承志為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院的資助。

（來(lái)源：遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所）

分子植物卓越中心水稻基因打靶技術(shù)研究獲進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員朱健康領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在植物基因組編輯領(lǐng)域再次取得重要進(jìn)展。研究人員采用修飾后的DNA片段作為供體，在水稻上建立了一種高效的片段靶向敲入和替換技術(shù)，高至50%的靶向敲入效率將極大地方便植物的研究和育種。7 月6日，相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表在Nature Biotechnology上。

近年來(lái)，CRISPR/Cas介導(dǎo)的植物基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)在農(nóng)作物基因功能研究和精準(zhǔn)育種中發(fā)揮了重要作用，展現(xiàn)了廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。然而，CRISPR/Cas介導(dǎo)的植物基因組定點(diǎn)敲除技術(shù)只能在基因組特定位點(diǎn)產(chǎn)生隨機(jī)插入和刪除，精準(zhǔn)的片段插入和替換的效率一直很低，限制了其在植物研究和育種上的應(yīng)用。因此，迫切需要建立更高效的植物基因組片段插入和替換技術(shù)體系。

植物基因組編輯是朱健康研究組的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，近年來(lái)獲得了一系列的進(jìn)展。作為該領(lǐng)域的難題，片段的靶向敲入和替換是科研人員的重要研究目標(biāo)，并圍繞這一目標(biāo)努力。在建立了病毒介導(dǎo)的同源重組（HDR）和各類(lèi)單堿基編輯技術(shù)等多種方法的同時(shí)，科研人員開(kāi)始嘗試在供體DNA片段上尋找突破點(diǎn)，以克服現(xiàn)有方法效率低、應(yīng)用范圍窄等缺陷。核酸修飾在人的RNAi療法和核酸疫苗等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。朱健康研究組通過(guò)嘗試，發(fā)現(xiàn)將供體片段同時(shí)進(jìn)行硫代修飾和磷酸化修飾后，能增強(qiáng)CRISPR/Cas9引導(dǎo)的靶向敲入效率。研究團(tuán)隊(duì)先后在14 個(gè)基因位點(diǎn)上靶向敲入了各類(lèi)調(diào)控元件，包括翻譯增強(qiáng)子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，甚至整個(gè)啟動(dòng)子，供體片段最長(zhǎng)達(dá)2049bp。通過(guò)對(duì)1393株各類(lèi)T0代基因編輯水稻植株的分析發(fā)現(xiàn)，該方法的敲入效率可高達(dá)47.3%，平均效率為25%。高效的敲入效率甚至可以同時(shí)在四個(gè)位點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)多基因靶向敲入。可以預(yù)計(jì)，該技術(shù)的建立將使靶向敲入成為一項(xiàng)和靶向敲除一樣的常規(guī)實(shí)驗(yàn)，并被各個(gè)植物研究和育種單位廣泛應(yīng)用。

在此基礎(chǔ)上，朱健康研究團(tuán)隊(duì)又設(shè)計(jì)了一種片段精準(zhǔn)替換的策略，稱(chēng)之為重復(fù)片段介導(dǎo)的同源重組（TR-HDR）方法。常規(guī)的HDR 頻率極其低下，研究人員在前期的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，基因組上串聯(lián)重復(fù)片段間的HDR 頻率非常高。利用這一現(xiàn)象，通過(guò)將修飾的片段靶向敲入至目標(biāo)位點(diǎn)后，人為制造這種串聯(lián)重復(fù)結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)TR-HDR去實(shí)現(xiàn)片段替換。采用該技術(shù)，在五個(gè)基因位點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了片段替換和原位的Flag 標(biāo)簽蛋白的精準(zhǔn)融合，效率最高達(dá)到了11.4%。這一技術(shù)突破將有助于植物學(xué)研究，并促進(jìn)農(nóng)作物定向遺傳改良的進(jìn)程。

朱健康是論文的通訊作者，副研究員陸鈺明和博士生田益夫?yàn)檎撐牡墓餐谝蛔髡?。研究工作得到中科院相關(guān)經(jīng)費(fèi)的資助。

（來(lái)源：分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心）

東北地理所等在利用基因編輯技術(shù)改良水稻品質(zhì)方面取得進(jìn)展

近年來(lái)，人們對(duì)稻米品質(zhì)的要求越來(lái)越高，口感好、食味佳的長(zhǎng)粒香米更易受到消費(fèi)者青睞。傳統(tǒng)的育種主要是通過(guò)雜交和回交選育，試驗(yàn)周期漫長(zhǎng)。與傳統(tǒng)育種相比，通過(guò)基因編輯技術(shù)，可以針對(duì)多個(gè)品質(zhì)性狀，高效而快速的改良稻米品質(zhì)，加速優(yōu)質(zhì)水稻品種的選育進(jìn)程。

稻米食味品質(zhì)主要由直鏈淀粉含量決定，適當(dāng)?shù)慕档椭辨湹矸酆浚梢燥@著提高食味品質(zhì)，水稻直鏈淀粉由Wx 編碼的淀粉顆粒結(jié)合淀粉合成酶控制，在自然界中，天然的低直鏈淀粉基因資源非常少，需要?jiǎng)?chuàng)造新的低直鏈淀粉種質(zhì)資源。研究人員利用CBEs 堿基編輯器，針對(duì)Wx基因構(gòu)建三個(gè)不同靶點(diǎn)的堿基編輯載體PBE-TS1、PBE-TS2和PBE-TS3，轉(zhuǎn)入粳稻品種日本晴中，獲得了Wxm5等7個(gè)突變體，其表觀(guān)直鏈淀粉含量均低于日本晴，連續(xù)分布于1.4%-11.9%之間，其中靶位點(diǎn) TS2 創(chuàng)造的 Wxm6、Wxm7 和Wxm10 材料的直鏈淀粉含量降低2-4%，但稻米幾乎完全透明，不影響稻米的外觀(guān)品質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，研究人員對(duì)黑龍江省種植面積最大的粳稻品種綏粳18等材料的TS2位點(diǎn)進(jìn)行堿基編輯，所獲得的多個(gè)編輯材料，直鏈淀粉含量都下降大約2%-4%，說(shuō)明即使遺傳背景不同，相同基因型突變體表觀(guān)直鏈淀粉含量變化趨勢(shì)是一致的。綜上所述，該研究通過(guò)對(duì)基因編碼區(qū)的單堿基編輯成功實(shí)現(xiàn)了直鏈淀粉含量的連續(xù)變異，為精準(zhǔn)、快速改良水稻品質(zhì)提供了新思路。

此外，針對(duì)東北稻米市場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)粒香米的迫切需求，利用基因編輯技術(shù)同時(shí)編輯粒型基因（GS3和GS9）及香味基因Badh2三個(gè)靶基因，在一年之內(nèi)，可將普通圓粒品種改良為長(zhǎng)粒香型品種，加快了長(zhǎng)粒香米的育種進(jìn)程。

以上成果分別由中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所卜慶云團(tuán)隊(duì)與江蘇省農(nóng)科院楊杰團(tuán)隊(duì)、中科院遺傳與發(fā)育研究所高彩霞團(tuán)隊(duì)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)教授鄒德堂和吳秀菊等合作完成，相關(guān)研究成果分別發(fā)表于Plant Biotechnology Journal，Rice Science與《中國(guó)水稻科學(xué)》雜志。東北地理所水稻分子育種學(xué)科組助理研究員李秀峰和研究員卜慶云分別為論文的共同第一作者和共同通訊作者，相關(guān)工作得到了科學(xué)技術(shù)部轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)和黑龍江省自然科學(xué)基金的資助。

（來(lái)源：東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）

研究發(fā)現(xiàn)合成八倍體雄魚(yú)性別決定系統(tǒng)與有性生殖能力的重新獲得

6月10日，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院水生生物研究所研究員桂建芳團(tuán)隊(duì)在SCIENCE CHINA Life Sciences（《中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)》英文版），在線(xiàn)發(fā)表題為Regain of sex determination system and sexual reproduction ability in a synthetic octoploid male fish的論文。

多倍化對(duì)物種的形成和進(jìn)化起著至關(guān)重要的作用。與多倍體廣泛存在的植物相比，脊椎動(dòng)物中的多倍體非常罕見(jiàn)，現(xiàn)今脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的少量多倍體一般通過(guò)單性生殖方式而演化形成。然而，多倍體如何突破生殖瓶頸獲得單性生殖能力和其性別決定系統(tǒng)及其生殖方式如何轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換尚不清楚。多倍體鯽復(fù)合種包含有行兩性有性生殖的四倍體鯽（Carassius auratus）和行單性雌核生殖的六倍體銀鯽（Carassius gibelio）。銀鯽已被揭示是由含有100 條染色體的四倍體鯽再次發(fā)生一次額外的同源多倍化演化而來(lái)，含有150 多條染色體；早期研究還發(fā)現(xiàn)，它在行單性雌核生殖的過(guò)程中還具有整合外源基因組從而形成更高倍性的合成多倍體的潛能。這些四倍體鯽、六倍體銀鯽和倍性更高的合成多倍體是研究多倍化后生殖方式轉(zhuǎn)換和性別決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的理想研究模型。

近五年來(lái)，桂建芳團(tuán)隊(duì)將有性生殖四倍體鯽的精子整合到雌核生殖六倍體銀鯽的卵子中，產(chǎn)生一個(gè)人工的合成八倍體群體。這些合成八倍體含有200多條染色體，其中50條染色體來(lái)自于四倍體鯽父本。重要的是，父本四倍體鯽中的X/Y 性染色體及其性別決定系統(tǒng)也隨之整入，導(dǎo)致合成八倍體形成了1:1 的雌雄性比。研究發(fā)現(xiàn)，部分合成八倍體雄魚(yú)恢復(fù)了育性，特別是其中有一尾雄性合成八倍體完全獲得了與四倍體鯽雄魚(yú)相同的有性生殖能力，表現(xiàn)出減數(shù)分裂完成，整倍體精子產(chǎn)生，與四倍體鯽雌魚(yú)交配胚胎發(fā)育正常，具有類(lèi)似于四倍體鯽胚胎的基因表達(dá)模式，更為重要的是，這些胚胎還能產(chǎn)生性比為1:1且性染色體組成為♀XXX 和♂XXY 的合成六倍體群體。這些發(fā)現(xiàn)不僅為脊椎動(dòng)物多倍化后性別決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)移和生殖方式轉(zhuǎn)換提供了一個(gè)典型事例，還為銀鯽的多倍化育種提供了理論和技術(shù)支撐。

該研究由博士研究生魯蒙、副研究員李熙銀、副研究員王忠衛(wèi)等完成，通訊作者為桂建芳、王忠衛(wèi)和李熙銀。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

（來(lái)源：水生生物研究所）

動(dòng)物所發(fā)現(xiàn)動(dòng)物食糞行為通過(guò)影響腸道菌群調(diào)控其能量代謝和認(rèn)知行為

食糞行為（coprophagy）是指動(dòng)物取食糞便的行為，包括取食自己的糞便和其它動(dòng)物的糞便（種內(nèi)、種間），可對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行重吸收，還可為動(dòng)物提供必需氨基酸、維生素B、維生素K 等，許多小型哺乳動(dòng)物以此滿(mǎn)足自身對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求。此外，食糞行為還可幫助食草動(dòng)物獲取必要的腸道菌群，保持腸道菌群的多樣性和功能。

近日，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所王德華研究組揭示小型哺乳動(dòng)物布氏田鼠（Lasiopodomys brandtii）的食糞行為對(duì)腸道菌群和記憶認(rèn)知的影響，發(fā)現(xiàn)食糞行為可通過(guò)改變腸道菌群而調(diào)控能量代謝和認(rèn)知行為。

棲息在內(nèi)蒙古典型草原區(qū)的布氏田鼠屬于嚴(yán)格的植食性小型嚙齒動(dòng)物，具有發(fā)達(dá)的盲腸、結(jié)腸，以及結(jié)腸分離機(jī)制和規(guī)律性的食糞行為。為探究食糞行為如何影響宿主的腸道菌群并產(chǎn)生何種生理效應(yīng)，該研究給布氏田鼠佩戴塑料脖套（防止動(dòng)物的口接觸肛門(mén)）、在鼠籠底部增加鐵絲網(wǎng)，以限制布氏田鼠的食糞行為。測(cè)定布氏田鼠腸道微生物群落結(jié)構(gòu)、能量代謝和認(rèn)知能力的變化發(fā)現(xiàn)，禁止食糞行為降低了田鼠腸道菌群的α多樣性，改變了細(xì)菌的豐富度，擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）增加而厚壁菌門(mén)（Firmicutes）降低。當(dāng)恢復(fù)動(dòng)物的食糞行為后，其腸道菌群的結(jié)構(gòu)和組成也隨之恢復(fù)。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，限制食糞行為會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物的很多生理特征的變化，如食物攝入量增加，但體重降低，盲腸內(nèi)容物短鏈脂肪酸含量降低（尤其是乙酸、丙酸和丁酸）、胃饑餓素增加，甲狀腺激素T3水平、下丘腦和海馬體中酪氨酸羥化酶含量以及多巴胺和5-羥色胺等神經(jīng)遞質(zhì)含量下降。研究還發(fā)現(xiàn)，限制食糞行為會(huì)影響動(dòng)物的認(rèn)知行為，通過(guò)對(duì)田鼠的記憶和認(rèn)知水平進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)定（如Y-迷宮、異物識(shí)別、個(gè)體識(shí)別）發(fā)現(xiàn)，限制食糞行為后田鼠的認(rèn)知能力會(huì)受到損傷。

為確定限制食糞行為引起布氏田鼠記憶和認(rèn)知水平的下降是否與腸道菌群有關(guān)，該研究給限制食糞行為的動(dòng)物補(bǔ)加乙酸鹽（一種腸道菌群的主要代謝產(chǎn)物），發(fā)現(xiàn)可明顯改善布氏田鼠由于限制食糞行為而引起的認(rèn)知障礙，下丘腦和海馬體中神經(jīng)遞質(zhì)的含量也隨之增加。

該研究以布氏田鼠的食糞行為為核心，首次將食糞行為與腸道菌群和動(dòng)物的認(rèn)知水平聯(lián)系起來(lái)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物通過(guò)食糞行為可補(bǔ)充腸道菌群，保持田鼠核心菌群的穩(wěn)定，增加代謝產(chǎn)物和維持動(dòng)物的能量平衡，有利于動(dòng)物維持正常的記憶和認(rèn)知水平。

相關(guān)成果以Coprophagy prevention alters microbiome， metabolism， neurochemistry and cognitive behavior in a small mammal 為題發(fā)表在The ISME Journal 上，動(dòng)物所農(nóng)業(yè)蟲(chóng)害鼠害綜合治理研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物生理生態(tài)學(xué)研究組博士研究生薄亭貝、副研究員張學(xué)英為第一作者，研究員王德華為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金資助。

（來(lái)源：動(dòng)物研究所）