7月26日，南京农业大学前沿交叉研究院周济教授实验室与中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士领导的研究团队合作，共同构建了基于经济型无人机的多点多季田间水稻表型采集和分析平台，并从数百个水稻品种中自动化提取了关键农艺性状的表型差异，进而定位了多个可靠的基因位点及全新的候选位点。研究成果“AirMeasurer: open-source software to quantify static and dynamic traits derived from multi-season aerial phenotyping to empower genetic mapping studies in rice”在国际植物学著名期刊《新植物学家》 (New Phytologist，IF=10.32) 在线发表。

无人机因其机动性、灵活性和性价比等优势，在植物研究中获得大量应用。虽然无人机可相对快捷地获取大量图像数据，但如何从大数据中高效提取与生物学相关的信息仍极具挑战性。本研究通过结合二维、三维图像处理算法、监督式机器学习及自动化性状分析流程等方法构建了AirMeasurer平台：先通过经济型无人机对多点多季（2019至2021年；上海松江和海南陵水）的数百个水稻地方品种（landraces）和重组自交系（RILs）采集了大量基于时序的图像序列，再使用AirMeasurer高通量提取不同生育时期中关键农艺性状的静态和动态表型，并以此建立预测模型完成对关键生育期（如抽穗期和灌浆早期等）的预测。

为应对气候变化带来的挑战，本研究开创了结合水稻生长发育特性和函数拟合算法分析田间水稻动态表型的方法，通过多次无人机拍摄（每季8-10次）建立了在各个生长阶段中不同性状（如植株高度、冠层覆盖度和各类植被指数等）的动态生长曲线，并把该算法应用于多地多季的水稻田间试验，量化分析了254个水稻landraces及191个RILs的静态和动态表型（如高速生长阶段、不同阶段的生长速率和最快生长时期等）。

基于不同性状在不同地点和不同生境下的静态和动态表型差异，本研究还结合全基因组关联分析（GWAS）和数量性状基因座作图（QTL mapping）鉴定了多个可靠的基因位点及全新的候选位点。其中一些与已发表的工作相符，而另一些被用于挖掘新的候选基因，为作物改良、精准定位和分子标记筛选提供了大规模、高质量的表型组信息。

为了服务广大植物研究团队，提高表型分析能力，实验室自主开发的AirMeasurer平台采用了完全开源的形式，不但提供了对形态、光谱和纹理等图像信号的分析算法和源代码，而且还上传了超过10GB的测试数据集，为广大研究人员的平台测试和后续改进提供便利。此外，针对非计算机专业人员，本研究还开发了简单易用的图形用户界面，并拓展了平台对其他谷类作物（如小麦）的分析能力。平台的源代码、测试和分析数据可通过周济实验室的在线资源库下载获得：https://github.com/The-Zhou-Lab/UAV/releases/tag/V2.0.2。

前沿交叉研究院的博士生孙港与中国科学院国家基因研究中心的陆恒云博士和赵妍博士为本文共同第一作者，周济教授和韩斌院士为共同通讯作者，中国科学院国家基因研究中心的赵强研究员、英国剑桥作物研究中心（Cambridge Crop Research Centre，NIAB）的Robert Jackson博士和Eric Ober博士、工学院的周洁博士生等参与了该项研究。该研究得到中国国家自然科学基金、中国科学院重点项目、江苏省自然科学基金、英国植物表型联盟等项目的资助。

文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.18314

文章DOI：

https://doi.org/10.1111/nph.18314

近日，资环学院土壤微生物与有机肥团队关于根际微生物群落组装与土传病害预测的最新研究成果“Small changes in rhizosphere microbiome composition predict disease outcomes earlier than pathogen density variations”在The ISME journal在线发表，成果证明了植物发育早期能够快速分异出不同的根际微生物组，继而决定后期土传病害的发生，且根际微生物组比病原菌丰度更早地预测了病害的发生。

植物根际微生物群落组装分异与土传病害结果关系探究

（A-C）研究假说；（D-E）试验设计；（F）病原菌丰度时间动态变化；（G）根际细菌群落动态变化

大多农田土壤都不同程度地被植物病原菌侵染。即使在均质条件下，土传植物病原体侵染仍普遍存在二元结果—健康和发病。然而，该现象的潜在机制仍然未被充分探索。

本研究采用均质化的自然土壤实施温室试验并在个体水平上对整个生长季的番茄植株进行了跟踪监测，结果发现宿主根际微生物群落在营养生长期即产生显著分异，根际微生物群落分异继而决定后期土传青枯病结果，且根际微生物组对病害的预测早于病原菌丰度两周。进一步从首次出现分异的根际细菌群落中找到协助植物抗病的类群，并通过纯培养手段获得了其中部分菌株，上述菌株可使青枯病发病降低30.4-100%。

病原菌丰度被广泛用作病害发展的预测指标。然而，当检测到高病原菌密度时，病情控制通常为时已晚。上述结果证明了宿主早期根际微生物群落组装对于防御病原菌入侵具有重大影响，为基于土壤微生物组的土传病害诊断和防控提供了借鉴。

资环学院博士毕业生谷益安为文章第一作者，韦中教授为通讯作者，沈其荣院士、徐阳春教授、Alexandre Jousset教授、北达卡他州立大学Samiran Banerjee教授、宾夕法尼亚州立大学Francisco Dini-Andreote博士等参与了该项研究，该研究得到国家重点研发计划青年科学家项目和国家自然科学基金等项目的资助。

全文链接：

https://doi.org/10.1038/s41396-022-01290-z

7月25日，南京农业大学陈发棣教授团队揭示光质影响菊花花瓣着色新机制，阐明了PIF转录因子CmbHLH16在不同红光和远红光比例下调控菊花花青苷生物合成和花瓣着色中的核心作用。研究成果“Transcription factor CmbHLH16 regulates petal anthocyanin homeostasis under different lights in Chrysanthemum”在Plant Physiology上发表。

光是植物进行光合作用的能源，也是调节植物多种生理生化过程的重要信号。光质影响植物的许多生理过程。其中，红光和远红光的比例在调控植物生长发育过程中具有重要作用。在自然光基础上补充远红光，降低红光与远红光的比例可以促进植物茎、叶的伸长；补充红光，提高红光与远红光的比例则可以促进植物中酚酸物质的积累。花青苷是植物的主要呈色物质，赋予观赏植物花器官鲜艳的颜色以吸引传粉者。有趣的是，不同红光与远红光的比例影响植物花青苷的生物合成，但其分子机制尚不清楚。

该项研究发现，不同的红光和远红光比例通过调节菊花花青苷生物合成正调控因子CmbHLH2的转录来影响花瓣中的花青苷积累。通过酵母单杂交筛库技术找到了CmbHLH2上游调控因子CmMYB4。发现CmMYB4被低比例的红光和远红光诱导表达。CmMYB4直接结合CmbHLH2启动子的AC-II顺式作用元件，通过与转录辅助抑制因子CmTPL互作形成转录抑制复合体，招募组蛋白去乙酰化酶CmHDA9和CmHDA19，抑制CmbHLH2启动子转录起始位点的乙酰化，进而抑制CmbHLH2的表达和花青苷生物合成。

然而，高红光和远红光比例只是轻微抑制CmMYB4的表达，却大幅促进了CmbHLH2的表达和花青苷生物合成，并且CmMYB4对CmbHLH2的转录抑制被高红光和远红光比例破坏。在明确CmMYB4的蛋白稳定性不受高红光和远红光比例影响后，通过酵母双杂交筛库技术找到了CmMYB4的互作蛋白CmbHLH16。CmbHLH16是一个光稳定的PIF转录因子，其转录被高比例红光和远红光诱导，被低比例红光和远红光抑制。CmbHLH16与CmTPL竞争性结合CmMYB4，从而破坏CmMYB4-CmTPL转录抑制复合体，进而促进CmbHLH2的表达和花青苷生物合成。

⇪图：不同红光和远红光比例调控菊花花青苷生物合成的工作模式图

南京农业大学菊花遗传与种质创新团队青年教师周李杰与在读博士研究生王玉玺为本文共同第一作者，陈发棣教授为通讯作者。南京农业大学已毕业博士王艺光（现工作单位浙江农林大学）、南京农业大学宋爱萍副教授、蒋甲福教授、陈素梅教授、丁宝清教授和管志勇教授等参与了该项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金等项目的资助。

7月21日，南京农业大学、西北工业大学等单位的研究成果“Metagenomic insights into the microbe-mediated B and K2vitamin biosynthesis in the gastrointestinal microbiome of ruminants”在《Microbiome》上发表。

维生素是动物维持正常生理功能而必需的一类小分子化合物。在维生素家族中，B族维生素（VB）主要作为辅酶，参与动物体内碳水化合物代谢，维生素K2（VK2）起着加速凝血和维持凝血的作用。先前研究表明，反刍动物瘤胃微生物可合成VB和VK2，但除瘤胃外的其它胃肠道区段的微生物能否合成VB和VK2？合成VB和VK2的主要胃肠道微生物种群组成有哪些？日粮结构对胃肠道微生物介导的VB和VK2合成有怎样的影响？这些问题尚不清楚。

在团队前期构建的反刍动物胃肠道微生物基因集和基因组集的基础上（《Microbiome》“An integrated gene catalog and over 10,000 metagenome-assembled genomes from the gastrointestinal microbiome of ruminants”，2021），论文收集了已发表的7,052个反刍动物胃肠道微生物基因组；鉴定出参与VB和VK2合成的1,135,807个微生物基因和167个Kos，发现其中的2,366个微生物基因组含有能够从头合成VB和VK2的基因。论文构建了胃肠道微生物合成VB和VK2的分子路径，厘清了合成VB和VK2的关键胃肠道微生物种群结构，发现微生物合成的钴胺素在胃肠道微生物和宿主互作中起着重要介质作用。论文同时揭示了日粮结构变化对奶牛瘤胃中VB和VK2合成的影响规律，发现饲喂高精料日粮显著降低了奶牛瘤胃中钴胺素合成相关微生物基因的总丰度。研究结果为通过靶向营养调控促进反刍动物胃肠道微生物合成VB和VK2提供了理论依据。

南京农业大学动物科技学院硕士生蒋迁、博士生林丽梅、谢斐为文章的共同第一作者。毛胜勇教授、刘军花副教授为共同通讯作者，朱伟云教授、邱强教授（西北工业大学）、李志鹏教授（吉林农业大学）、王敏研究员（中国科学院亚热带农业生态研究所）等参与了该项目研究，该研究得到了国家重点研发项目的支持。

2022年7月，普渡大学、南京农业大学等单位的研究成果“Cell growth dynamics in two types of apical meristems in fern gametophytes”作为封面论文发表在《The Plant Journal》。

陆地植物的世代交替发生在孢子体和配子体阶段之间。种子植物孢子体发育出自我维持的多细胞分生组织，这些分生组织决定了其组织结构。而种子植物配子体缺乏分生组织不能独立存活。相比之下，包括蕨类植物在内的无种子维管植物配子体和孢子体相互独立存活，均通过形成分生组织维持其生长和增殖。与种子植物孢子体中分生组织报道相比，研究者对蕨类配子体中分生组织发育的细胞机制了解甚少。  

作者通过自己建立的无创延时共聚焦成像和二维成像分析系统定量确定了蕨类Woodsia obtusa配子体中两种不同类型的顶端分生组织的细胞生长动态——顶端初始中心分生组织和多细胞顶端分生组织。同时明确了维持或终止顶端初始细胞分裂和生长的独特模式以及顶端初始中心分生组织如何转变为多细胞顶端分生组织，并推动蕨类植物顶端分生组织的增殖。定量结果表明小细胞与蕨类配子体中活跃的细胞分裂相关。蕨类配子体多细胞顶端分生组织的外层细胞经历垂周分裂和平周分裂，进而增加细胞数量和细胞层数。

此外，在2021年10月，作者通过类似的定量活体成像方法捕捉蕨类Pteris vittata（蜈蚣凤尾蕨）配子体生长动态，并与模式植物Ceratopteris richardii进行了比较。结果显示顶端初始中心分生组织和多细胞侧分生组织维持的时间决定了Pteris vittata配子体形态多样性，这与Ceratopteris richardii配子体的经典心形形状不同。该成果“Timing of meristem initiation and maintenance determines the morphology of fern gametophytes”以封面论文发表在《Journal of Experimental Botany》。

所有这些发现为无种子维管植物配子体中分生组织的功能和调控提供了见解，表明了陆地植物分生组织细胞增殖的保守和多样化机制，并为未来更广泛地研究不同分生组织和配子体形态的细胞机制提供了一个新的定量平台。

南京农业大学和普渡大学联合培养博士研究生吴潇为论文的第一作者，普渡大学Yun Zhou教授和南京农业大学张绍铃教授为论文的共同通讯作者。加州理工大学An Yan博士、普渡大学Jo Ann Banks教授、Scott A M McAdam教授、Xi Yang博士研究生参与了部分研究。

近日，美国科学院院刊（PNAS）以“Signal binding at both modules of its dCache domain enables the McpA chemoreceptor of Bacillus velezensis to sense different ligands”（direct submission）报道了沈其荣院士团队张瑞福教授课题组关于微生物肥料功能菌SQR9趋化受体McpA感受不同结构和种类的根系分泌趋化信号机制的研究进展。

高效的根际定殖是微生物肥料发挥作用的前提，微生物肥料中的功能菌在根系分泌物信号的诱导下向根系的趋化运动是根际定殖的第一步。根系分泌物组成极其复杂，趋化信号物质种类也很多，另一方面，微生物肥料功能菌也有多个感受趋化信号的受体。本实验室以生产上广泛应用的一株贝莱斯芽孢杆菌SQR9为材料，系统鉴定了其基因组中的八个趋化受体蛋白分别识别的趋化信号，揭示了根际趋化是由少数主要趋化物和关键受体的主效效应而不是所有趋化物的累加效应主导，并利用这些少数关键趋化物开发了微生物肥料根际定殖增效剂。

研究发现，趋化受体蛋白McpA发挥着主要作用，能同时感受多达25种以上的小分子趋化物，包括氨基酸、有机酸、糖和糖醇等结构迥然差异的物质，过表达McpA能够显著增强功能菌SQR9的根际定殖能力和肥效，同一受体识别结构迥然差异的信号，这种现象非常少见。

McpA是dCache类型的趋化受体，本研究通过解析受体McpA的胞外配体识别结构域（ligand binding domain, LBD）的晶体结构特征、构建膜近端与膜远端相关的嵌合体、利用点突变材料筛选关键结合位点等一系列系统性实验验证，成功揭示了其分别单独利用膜远端模块和膜近端模块感受有机酸类、氨基酸类趋化物，利用双模块互作方式共同感受糖和糖醇类趋化物。

师资博士后冯海超为论文第一作者，张瑞福教授和张楠副教授为共同通讯作者，沈其荣院士、徐志辉副教授、西班牙高等科学研究院Tino Krell研究员、中国农业科学院区划所刘云鹏副研究员和中国科学院微生物所杜文斌研究员对本研究亦有贡献，该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。

文章链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2201747119

近日，南京农业大学张正光教授团队在植物学领域TOP期刊“Molecular Plant”上发表题目为：“Co-evolved ascorbate oxidases of plant and the blast fungus orchestrate host apoplast redox state to modulate rice immunity”的研究论文。  

稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病是水稻上的毁灭性病害，素有“水稻癌症”之称。在面对稻瘟病菌“进攻”时，水稻细胞通过积累大量的活性氧来构筑自己的防御堡垒，抵抗病菌侵染。质外体空间作为寄主植物与病原菌互作的第一战场，其活性氧水平受到植物氧化还原系统的严格控制。而质外体抗坏血酸作为质外体氧化还原系统的重要组份，其动态平衡受抗坏血酸氧化酶精确调控，进而维持质外体活性氧的水平。可见，质外体氧化还原系统对于植物免疫具有重要控制作用，那么作为“兵家必争之地”，病原菌又是如何劫持质外体的氧化还原系统，实现侵染的呢？

该研究发现，稻瘟病菌通过分泌单体的抗坏血酸氧化酶MoAo1进入到水稻质外体空间中操纵水稻质外体的氧化还原平衡，进而抑制活性氧的迸发。研究人员同时发现，MoAo1分别竞争性结合水稻质外体中的抗坏血酸氧化酶OsAO3和OsAO4，形成异二聚体，阻碍OsAO3和OsAO4自身同源二聚体的形成，从而抑制了OsAO3和OsAO4对抗坏血酸的氧化能力，致使质外体空间处于高度还原的状态，抑制活性氧的积累，从而促进病菌侵染。

为了应对稻瘟病菌分泌的MoAo1的“进攻”，水稻OsAO3和OsAO4在共进化过程中呈现出丰富的序列多态性，在不影响自身酶活的前提下，逃避了MoAo1的识别，导致病菌的MoAo1无法与其形成异二聚体，从而重新建立了质外体氧化还原稳态，维持水稻对于稻瘟病菌的抗性。该研究系统揭示了胞外氧化还原酶在稻瘟病菌与水稻互作过程中协同进化，相互适应的具体机制，率先解析了植物病原菌操纵寄主质外体氧化还原平衡系统监控寄主免疫的分子机制，研究结果可望为抗病育种提供基因资源，为基于致病机制的杀菌剂新靶标设计提供参考。

稻瘟病菌抗坏血酸氧化酶MoAo1操纵水稻质外体氧化还原平衡调控其免疫模式图

南京农业大学植保学院博士生胡杰雄为第一作者，张正光教授为通讯作者。我校张海峰教授、刘木星副教授和沈丹宇副教授，美国路易斯安娜州立大学的Ping Wang教授、国际水稻所Bo Zhou教授和中国农科院植保所周焕斌研究员等参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金委创新研究群体、重点项目和面上项目的资助。

张正光教授课题组近年来在国家与省部级项目的资助下，致力于稻瘟病菌致病机制研究，在稻瘟病菌与水稻互作方面取得了一系列进展，在PNAS、eLife、Autophagy、PLoS Pathogens、PLoS Genetics、New Phytologist和mBio等病原生物学和植物病理学主流刊物发表了相关研究成果。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.07.001