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首页上海交通大学单细胞生物学联合研究中心 E n g l i s h 首页中心概况中心简介中心愿景科研团队研究方向研究平台研究课题科研成果论文发表仪器设备联系我们 1 2 3 4 5 6 J o h n I n n e s C e n t r e 专家 D a v i d S e u n g 博士应邀为植物细胞与未来农业论坛作主题报告北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十六期清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三期中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第二十二期中心简介单细胞生物学联合研究中心（ J C S C B ）成立于 2 0 1 9 年 1 0 月，由上海交通大学、荷兰拉德堡德大学和山东农业大学联合创建，依托上海交通大学农业与生物学院。薛红卫教授担任中心主任。中心采用并发展国际领先的单细胞生物学研究技术和方法，加快和加深对不同细胞个体的认知，提升在基础生物学、细胞生物学和种质创新等领域的研究。 “ 中心 ” 立足国际科学前沿，旨在建设一流的单细胞技术平台和专业人才团队，在动植物基础研究、细胞生物技术等领域取得突破性成果。新闻动态更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期成功举办 2 0 2 5 0 4 1 4 北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期 2 0 2 3 1 1 2 4 德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十 . . . 2 0 2 3 1 1 2 3 清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期 2 0 2 3 1 1 1 5 瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三 . . . 2 0 2 3 0 9 2 4 中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第 . . . 2 0 2 3 0 9 0 4 韩国建国大学尹大珍（ D a e J i n Y u n ）教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二 . . . 2 0 2 3 0 7 1 9 中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员做客细胞发育与未来农业前沿论 . . . 2 0 2 3 0 6 0 6 奥地利科学技术研究院 D a n i e l Z i l b e r m a n 教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛 . . . 2 0 2 3 0 6 0 1 中国科学技术大学谭树堂教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十七期 2 0 2 3 0 5 2 8 山东农业大学卢从明教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十六期 2 0 2 3 0 5 2 2 荷兰拉德堡德大学须健教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十五期 2 0 2 3 0 5 1 8 中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究员做客植物细胞与发育前沿论 . . . 2 0 2 3 0 4 0 4 N a t C o m m u n 方玉达 / 涂晓雨团队合作揭示组蛋白 H 2 A 通过 c o h e s i n 靶向进行单泛素 . . . 2 0 2 3 0 3 0 6 P N A S — 薛红卫课题组与合作者揭示磷脂酸细胞器间转运进而调控叶绿体发育的机 . . . 2 0 2 3 0 2 0 2 科研成果更多 > > 近日，中心余刚课题组与福建农林大学肖嘉靖博士合作在 P l a n t B i o t e c h n o l o g y J o u r n a l 杂志上在线发表了题为 “ E x p r e s s i o n o f a b a c t e r i a l s a l i c y l a t e h y d r o x y l a s e g e n e N a h G i m p e d e s t h e e x p r e s s i o n o f P A M P t r i g g e r e d i m m u n i t y r e l a t e d g e n e s i n p l a n t s ” 的研究论文。该研究揭示了在植物中异源表达细菌来源的水杨酸羟化酶基因 N a h G 显著抑制植物的 P T I 抗病性反应，为作物抗病性调控提供了新思路。首页上海交通大学单细胞生物学联合研究中心 E n g l i s h 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2 3 0 7 1 9 中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员做客细胞发育与未来农业前沿论 . . . 2 0 2 3 0 6 0 6 奥地利科学技术研究院 D a n i e l Z i l b e r m a n 教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛 . . . 2 0 2 3 0 6 0 1 中国科学技术大学谭树堂教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十七期 2 0 2 3 0 5 2 8 山东农业大学卢从明教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十六期 2 0 2 3 0 5 2 2 荷兰拉德堡德大学须健教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十五期 2 0 2 3 0 5 1 8 中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究员做客植物细胞与发育前沿论 . . . 2 0 2 3 0 4 0 4 N a t C o m m u n 方玉达 / 涂晓雨团队合作揭示组蛋白 H 2 A 通过 c o h e s i n 靶向进行单泛素 . . . 2 0 2 3 0 3 0 6 P N A S — 薛红卫课题组与合作者揭示磷脂酸细胞器间转运进而调控叶绿体发育的机 . . . 2 0 2 3 0 2 0 2 科研成果更多 > > 2 0 2 5 年 5 月 7 日，中心武国章课题组在国际知名植物学期刊 P l a n t C o m m u n i c a t i o n s （ I F : 9 . 4 ）上发表了题为 C h l o r o p l a s t A T P d e p e n d e n t m e t a l l o p r o t e a s e F t s H 5 / V A R 1 c o n f e r s c o l d s t r e s s t o l e r a n c e t h r o u g h s i n g l e t o x y g e n a n d s a l i c y l i c a c i d s i g n a l i n g 的研究论文，揭示了叶绿体 F t s H 5 / V A R 1 蛋白酶通过调控低温下叶绿体的生物发生，维持单线态氧和水杨酸稳态，从而影响植物低温耐受性的机制，并发现单线态氧信号途径 E X 2 蛋白在该过程中的关键作用，为深入理解植物低温耐受的分子机制和耐低温作物分子育种提供了重要依据。温度是影响植物生长和地理分布的重要环境因子之一，低温胁迫会导致植物光合作用效率下降、生长迟缓，严重时会造成细胞和植株死亡。叶绿体是植物进行光合作用和多种代谢活动的细胞器，同时也是植物细胞内活性氧（ R O S ）产生和防御激素水杨酸（ S A ）合成的重要场所，在植物应对环境胁迫中发挥重要作用。然而，植物如何整合 R O S 和 S A 信号以适应胁迫目前仍有许多未知。此研究聚焦叶绿体中类囊体膜定位的 F t s H 5 / V A R 1 蛋白酶，通过对 v a r 1 突变体的观察发现，在低温胁迫下，该突变体表现出强烈的褪绿、花叶和生长迟缓的表型。进一步研究揭示， S A 生物合成和信号传导的激活与 v a r 1 突变体的低温敏感表型紧密相关。通过敲除 S A 生物合成相关基因（ I C S 1 、 E D S 1 、 P A D 4 ）或过表达水杨酸羟化酶基因（ N a h G ）降低 S A 的积累量可很大程度抑制 v a r 1 突变体的低温敏感表型。同时，研究证实单线态氧（ 1 O 2 ）感应器蛋白 E X E C U T O R 1 （ E X 1 ）介导的 1 O 2 信号在低温胁迫下作用于 E D S 1 上游，调控 S A 响应基因的表达。值得关注的是，此研究发现 E X 2 蛋白可能通过独立于 E X 1 介导的 1 O 2 信号途径发挥关键功能。 E X 2 的突变能够显著抑制 v a r 1 突变体的低温敏感表型，其在激活 S A 响应基因和抑制光合作用相关核基因（ P h A N G s ）表达方面发挥重要作用，从而参与 V A R 1 介导的植物低温耐受性调控。该研究阐释了 V A R 1 在植物耐低温性中的重要作用，以及 1 O 2 和 S A 信号之间的紧密联系与互作，从而维持 S A 稳态对植物低温耐受性的重要性，同时揭示了 E X 2 此前未被关注和深入研究的功能。这些结果为深入理解植物的抗寒机制以及叶绿体在植物耐寒性中的作用提供了新线索，并为未来通过基因工程手段改良作物耐寒性、提高作物在低温环境下的产量奠定了基础。上海交通大学农业与生物学院博士研究生王寅松为该论文第一作者，武国章副教授为通讯作者 � % \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 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0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 2 0 2 5 年 4 月 1 4 日，中心陆钰明团队在植物科学领域知名期刊 P l a n t C o m m u n i c a t i o n s 发表题为 C o n d i t i o n a l k n o c k d o w n o f g e n e e x p r e s s i o n i n p l a n t s v i a 3 U T R e d i t i n g 的研究论文，成功开发了一种基于内源 m i c r o R N A （ m i R N A ）的基因条件性敲低平台 M i R K D （ m i R N A m e d i a t e d i n l o c u s k n o c k d o w n ）。该技术通过 C R I S P R C a s 9 将特定 m i R N A 靶序列精准插入目标基因的 3 非翻译区（ 3 U T R ），实现对基因表达的时空特异性调控，为作物分子育种和基因功能研究提供了全新工具。基因功能的开与关是分子生物学研究的核心手段。目前， R N A 干扰（ R N A i ）和 C R I S P R 干扰（ C R I S P R i ）是常用的基因抑制技术，但前者存在脱靶效应和遗传不稳定性，后者依赖外源蛋白的持续表达，难以满足作物育种对精准性和安全性的需求。研究团队另辟蹊径，将目光投向植物内源的 m i R N A 调控网络。 m i R N A 是一类天然存在的小分子 R N A ，其表达具有高度时空特异性，例如某些 m i R N A 仅在叶片中高表达，或在长日照条件下被激活。陆玉明团队提出：若将 m i R N A 的靶序列插入目标基因的 3 U T R ，即可利用 m i R N A 的天然表达特性，构建人工调控回路，实现基因的条件性敲低。研究团队以水稻为模型，首先通过生物信息学筛选出 1 1 4 个具有组成性、组织特异性或环境响应性表达特征的 m i R N A 。随后，利用 C R I S P R C a s 9 基因编辑技术，将选定的 m i R N A 靶序列精准插入目标基因的 3 U T R 。以水稻赤霉素受体基因 G I D 1 为例，团队设计了三类实验验证 M i R K D 的可行性：组成型敲低：插入组成型表达的 m i R 1 5 6 a 靶序列，使水稻赤霉素受体基因 G I D 1 表达降低 9 7 % ，植株呈现显著矮化表型；组织特异性敲低：利用主要在茎中表达的 m i R 3 9 6 c ，使 G I D 1 在茎部表达降低 3 0 % 5 0 % ，而叶片不受影响；环境诱导型敲低：在长日照条件下，光响应 m i R 5 2 8 可触发 G I D 1 表达下降 6 3 % ，短日照下则无此效应。研究还发现，靶序列在 3 U T R 中的插入位置可调节敲低效率。靠近终止密码子的插入（如 5 2 0 b p ）能实现 9 4 % 以上的高效抑制，而远端插入（ 2 0 0 4 0 0 b p ）的抑制率约为 5 5 % ，这为基因表达强度的微调提供了新策略。与现有技术相比， M i R K D 具有三大核心优势：首先，该方法完全依赖内源性 m i R N A ，无需引入外源蛋白或 R N A ，避免了转基因生物的安全争议；其次，通过编辑基因自身的 3 U T R ，目标蛋白的天然结构得以完整保留，克服了蛋白降解标签技术导致的非天然修饰问题；最后， M i R K D 可同时调控多个基因，通过组合不同 m i R N A 的靶序列，未来有望构建复杂的基因表达网络，实现作物性状的模块化设计。研究团队进一步验证了 M i R K D 的跨物种普适性。在人类细胞系 H e p G 2 和 H E K 2 9 3 T 中，插入肝脏或肾脏特异性 m i R N A 靶序列后，报告基因的表达在相应细胞中特异性下降，表明该技术有望拓展至医学领域，为细胞特异性基因治疗提供新工具。上海交通大学农业与生物学院博士后刘天珍和沈佳琪为论文并列第一作者，陆钰明教授为通讯作者。博士生钟达庭、博士生王轲麟、硕士生阎嘉蕊、博士后姚琦、博士生叶璐、博士后李凯、硕士生邓琪也参与了本项工作。该研究由国家重点研发计划（ 2 0 2 1 Y F D 1 2 0 1 3 0 0 ）、上海市农业技术攻关项目（ K 2 0 2 3 0 0 1 ）、中国博士后科学基金（ 2 0 2 4 M 7 5 1 9 8 5 ）等项目资助完成。论文信息： L i u T . , S h e n J . , e t a l . ( 2 0 2 5 ) . C o n d i t i o n a l k n o c k d o w n o f g e n e e x p r e s s i o n i n p l a n t s v i a 3 U T R e d i t i n g . P l a n t C o m m u n i c a t i o n s 6 , 1 0 1 2 9 1 . D O I : 马铃薯（ S o l a n u m t u b e r o s u m L . ）是一种富含淀粉的重要粮食作物，其茎分为地上茎和匍匐茎，其中地上茎负责直立生长和叶分化，而匍匐茎是形成块茎的特殊器官。因此匍匐茎分生能力的研究对改良马铃薯产量和品质非常重要。近日，中心王旭团队在 P l a n t C e l l E n v i r o n m e n t 杂志发表了题为 C e l l F a t e D e t e r m i n a t i o n o f t h e P o t a t o S h o o t A p e x a n d S t o l o n T i p s R e v e a l e d b y S i n g l e C e l l T r a n s c r i p t o m e A n a l y s i s 的研究论文。该研究对马铃薯匍匐茎茎尖和地上茎茎尖进行了单细胞转录组测序，并开展单细胞水平的比较分析，为马铃薯的分子改良提供了基因资源。该研究利用单细胞测序对马铃薯的匍匐茎和地上茎进行了单细胞图谱的构建，共获得 3 5 , 0 4 8 个高质量的细胞，并可以分为 2 3 个细胞簇。根据标记基因的表达模式，这些细胞簇可以分为 5 种主要的细胞类型，包括表皮细胞、叶肉细胞、维管细胞、增殖细胞和分生细胞。通过对不同细胞类型的比较分析发现，叶肉细胞和表皮细胞是匍匐茎和地上茎的主要差异细胞类型，表现为细胞数量降低和组织特异性高表达基因减少。对激素相关通路基因的表达模式分析发现，生长素和赤霉素在这两种组织中具有显著差异。跨物种分析表明，匍匐茎与拟南芥根尖的相似度高于地上茎，匍匐茎具有更多同源的组织特异性表达基因。此外，对马铃薯和拟南芥的茎尖单细胞数据的整合分析显示，维管组织在物种间相对保守，其中木质部和伴胞的特异性表达基因高度重叠。本研究为马铃薯匍匐茎的发育机制研究提供了丰富的基因资源，有助于加速马铃薯块茎发育相关基础研究的进程。上海交通大学博士研究生郭超程为该论文的第一作者，王旭副教授和王玉东博士后为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和上海市现代种业协同创新中心项目的资助。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p c e . 1 5 4 5 9 2 0 2 5 年 4 月 2 2 日，中心武国章课题组在国际权威综合性期刊 N a t u r e C o m m u n i c a t i o n s 上发表了题为 C h l o r o p l a s t p r e c u r s o r p r o t e i n p r e C l p D o v e r a c c u m u l a t i o n t r i g g e r s m u l t i l e v e l r e p r o g r a m m i n g o f g e n e e x p r e s s i o n a n d a h e a t s h o c k l i k e r e s p o n s e 的研究论文，全面揭示了植物在多层次响应叶绿体前体蛋白积累的细胞学机制，证实蛋白翻译水平调控在激活分子伴侣蛋白（ H S P ）表达中的重要作用，发现叶绿体活性氧（ c p R O S ）作为叶绿体逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的表达，证实细胞质分子伴侣 C l p B 1 / H O T 1 在叶绿体前体蛋白过量积累时维持细胞蛋白稳态中的重要作用，为进一步理解叶绿体蛋白运输调控和逆境下蛋白稳态的维持机制提供了新线索。俗话说：万物生长靠太阳，植物的叶绿体是接收太阳光能，进行光合作用碳固定的细胞器。作为半自主性细胞器，叶绿体基因组只保留了少量蛋白编码基因，叶绿体内 9 5 % 以上的蛋白都是在细胞质核糖体上合成前体蛋白，前体蛋白在其 N 端的叶绿体信号肽引导下进入叶绿体，而后信号肽被剪切掉形成成熟形式的叶绿体蛋白。因此，叶绿体的正常发育和功能发挥均依赖于叶绿体的蛋白内运过程。在高光、高温等逆境条件下，叶绿体的蛋白内运效率下降，会造成叶绿体前体蛋白在细胞质中大量积累，导致细胞质蛋白稳态失衡和胁迫，影响植物生长和作物产量。然而，植物如何响应叶绿体前体蛋白过量积累胁迫（ c h l o r o p l a s t p r e c u r s o r o v e r a c c u m u l a t i o n s t r e s s ， c P O S ）目前还大部分未知。本研究通过诱导表达系统和组成型表达系统驱动细胞核编码的叶绿体蛋白 C l p D 的表达，成功构建了前体蛋白 p r e C l p D 积累的转基因株系，获得了研究 c P O S 的良好植物材料。激光共聚焦显微镜观察发现前体蛋白 p r e C l p D 主要围绕叶绿体外膜成点状聚集体分布，导致叶绿体超微结构受损，造成叶片黄化、光合能力下降、植物生长迟缓等表型。蛋白组学分析以及 W e s t e r n b l o t 验证发现，前体蛋白积累会导致光合作用复合体含量降低，而细胞质核糖体亚基、翻译调控因子、 2 6 S 蛋白酶体亚基和分子伴侣（ H S P ）等组分显著积累。 G e n e O n t o l o g y 富集分析显示蛋白积累量上升的蛋白富集在核糖体生物发生和蛋白翻译等过程，多聚核糖体分析进一步证实蛋白翻译水平调控在植物响应前体蛋白过量积累中发挥重要作用。为了探究这些翻译水平调控的具体机制，本研究进行了转录组学和翻译组学联合分析，结合蛋白组学数据，揭示了植物细胞响应前体蛋白过量积累的多层次调控网络。结果显示，当 c P O S 发生时，叶绿体内的活性氧（ c p R O S ）爆发作为逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的上调表达。然而，相较于转录水平调控，翻译水平调控在激活 H S P 表达中发挥更强的作用。为了探究这些 H S P 在 c P O S 响应过程中的作用，本研究对翻译水平上调最为显著的 H S P 1 0 0 分子伴侣家族成员 C l p B 1 / H O T 1 蛋白进行功能验证，证实了 C l p B 1 / H O T 1 在 c P O S 发生时维持细胞蛋白稳态中的重要作用。此外，通过分离前体蛋白聚集体（ C h l o r o S t o r e ）和质谱鉴定，本研究揭示了植物前体蛋白聚集体的主要组分，以及 H S P 1 0 0 和 H S P 2 0 分子伴侣在 C h l o r o S t o r e 形成中和酵母 / 人类线粒体前体蛋白聚集体 M i t o S t o r e 形成中的保守功能，以及植物 C h l o r o S t o r e 的特异性。本研究揭示了植物细胞应对 c P O S 的多层次响应全景图，为进一步研究提供了线索。上海交通大学农业与生物学院博士后洪政辉为论文第一作者，武国章副教授为通讯作者。上海交通大学农业与生物学院硕士生朱丽宇、博士后高琳琳、博士生苏彤，云南大学生命科学学院朱喆、 L e o n a r d K r a l l 、武旭娜研究员，德国马普分子植物生理研究所 R a l p h B o c k 院士也参与了本项工作。该研究获得国家自然科学基金、上海市现代种业协同创新中心项目、德国马普伙伴研究组项目、上海市浦江人才计划、上海市超级博士后、中国博士后面上项目等资助。原文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 4 6 7 0 2 5 5 9 0 4 3 3 学术活动 / 通知更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十八期 2 0 2 5 0 5 1 6 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十七期 2 0 2 5 0 4 2 1 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期 2 0 2 5 0 4 0 7 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十五期 2 0 2 4 1 2 0 2 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十四期 2 0 2 4 1 1 2 6 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十三期 2 0 2 4 1 1 1 3 招聘信息更多 > > 上海交通大学 “ 单细胞生物学联合 . . . 2 0 2 1 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 研究平台了解更多 > > 单细胞显微观察平台单细胞分离制备平台单细胞转录组平台单细胞蛋白组平台单细胞表观组平台地址：上海市东川路 8 0 0 号邮编： 2 0 0 2 4 0 电话： 8 6 2 1 5 4 7 4 0 0 0 0 沪 I C P 备 0 5 0 5 2 0 6 0 沪举报中心沪公安网备 3 1 0 0 9 1 0 2 0 0 0 0 4 5 版权所有上海交通大学友情链接上海交通大学上海交通大学农业与生物学院 l o a d i n g . . . . . . / > 植物激素水杨酸（ S A ）是抗病反应过程中重要的信号分子，主要通过苯丙氨酸解氨酶（ P A L ）和异分支酸合成酶（ I C S ）两条途径合成，在拟南芥中以 I C S 途径为主。当有些植物免疫信号组分被干扰或破坏时，植物通常会积累大量的 S A ，启动依赖于 S A 的免疫防御反应。之前，研究者通常利用异源表达 N a h G 基因或与 s i d 2 ( S A I N D U C T I O N D E F I C I E N T 2 ) 突变体杂交 ( 突变异分支酸合成酶 1 基因， I C S 1 ）等方法尽可能清除内源 S A ，探究 S A 对防御反应的贡献，及解析拟南芥和作物中不依赖于 S A 的表型。然而，引入 N a h G 对植物免疫系统分子水平的影响尚不明确。该研究通过 R N A s e q 分析表明，在正常种植情况下， s i d 2 突变体中只有 4 4 3 个差异基因，而 N a h G 转基因拟南芥中约 4 0 0 0 个基因表达发生显著变化，表明引入 N a h G 导致拟南芥转录组发生了广泛的重编程。此外， s i d 2 突变体中下调免疫相关基因（包括大多数 R L K / R L P ），有 6 0 % 的基因在 N a h G 转基因拟南芥中复现，表明基础水平的 S A 对维持免疫基因表达有重要作用。 N a h G 将 S A 分解成儿茶酚，儿茶酚可以调节细胞氧化还原平衡，可能会影响植物免疫。有研究表明，狭叶烟草处理儿茶酚会改变植物的氧化还原平衡，但并不影响 H 2 O 2 的含量，而 H 2 O 2 是使用基于发光酚的化学发光测定法测量的 R O S 的主要形式。在本研究中， N a h G 植物处理几丁质产生更多的 R O S ，这表明 N a h G 的表达或儿茶酚不影响细胞的氧化还原平衡。此外，在 W T 植物中处理几丁质能够激活 R O S 生成，但不能抑制幼苗生长或限制细菌生长；而在 N a h G 植物中却能促进 R O S 生成和幼苗生长，这表明下游 P T I 反应存在差异。进一步分析发现， N a h G 转基因拟南芥中关键免疫受体（如 F L S 2 、 R L P 2 3 ）及共受体 S O B I R 1 的表达量显著降低，影响 P T I 通路。病原菌 P s e u d o m o n a s s y r i n g a e 接种实验表明， N a h G 转基因拟南芥比 s i d 2 突变体更敏感。上海交通大学农业与生物学院博士后王远和博士生欧阳有为为本文共同第一作者，上海交通大学农业与生物学院余刚副教授和 � % \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 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\ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 2 0 2 5 年 5 月 7 日，中心武国章课题组在国际知名植物学期刊 P l a n t C o m m u n i c a t i o n s （ I F : 9 . 4 ）上发表了题为 “ C h l o r o p l a s t A T P d e p e n d e n t m e t a l l o p r o t e a s e F t s H 5 / V A R 1 c o n f e r s c o l d s t r e s s t o l e r a n c e t h r o u g h s i n g l e t o x y g e n a n d s a l i c y l i c a c i d s i g n a l i n g ” 的研究论文，揭示了叶绿体 F t s H 5 / V A R 1 蛋白酶通过调控低温下叶绿体的生物发生，维持单线态氧和水杨酸稳态，从而影响植物低温耐受性的机制，并发现单线态氧信号途径 E X 2 蛋白在该过程中的关键作用，为深入理解植物低温耐受的分子机制和耐低温作物分子育种提供了重要依据。首页上海交通大学单细胞生物学联合研究中心 E n g l i s h 首页中心概况中心简介中心愿景科研团队研究方向研究平台研究课题科研成果论文发表仪器设备联系我们 1 2 3 4 5 6 J o h n I n n e s C e n t r e 专家 D a v i d S e u n g 博士应邀为植物细胞与未来农业论坛作主题报告北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十六期清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三期中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第二十二期中心简介单细胞生物学联合研究中心（ J C S C B ）成立于 2 0 1 9 年 1 0 月，由上海交通大学、荷兰拉德堡德大学和山东农业大学联合创建，依托上海交通大学农业与生物学院。薛红卫教授担任中心主任。中心采用并发展国际领先的单细胞生物学研究技术和方法，加快和加深对不同细胞个体的认知，提升在基础生物学、细胞生物学和种质创新等领域的研究。中心立足国际科学前沿，旨在建设一流的单细胞技术平台和专业人才团队，在动植物基础研究、细胞生物技术等领域取得突破性成果。新闻动态更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期成功举办 2 0 2 5 0 4 1 4 北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期 2 0 2 3 1 1 2 4 德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十 . . . 2 0 2 3 1 1 2 3 清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期 2 0 2 3 1 1 1 5 瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三 . . . 2 0 2 3 0 9 2 4 中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第 . . . 2 0 2 3 0 9 0 4 韩国建国大学尹大珍（ D a e J i n Y u n ）教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二 . . . 2 0 2 3 0 7 1 9 中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员做客细胞发育与未来农业前沿论 . . . 2 0 2 3 0 6 0 6 奥地利科学技术研究院 D a n i e l Z i l b e r m a n 教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛 . . . 2 0 2 3 0 6 0 1 中国科学技术大学谭树堂教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十七期 2 0 2 3 0 5 2 8 山东农业大学卢从明教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十六期 2 0 2 3 0 5 2 2 荷兰拉德堡德大学须健教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十五期 2 0 2 3 0 5 1 8 中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究员做客植物细胞与发育前沿论 . . . 2 0 2 3 0 4 0 4 N a t C o m m u n 方玉达 / 涂晓雨团队合作揭示组蛋白 H 2 A 通过 c o h e s i n 靶向进行单泛素 . . . 2 0 2 3 0 3 0 6 P N A S — 薛红卫课题组与合作者揭示磷脂酸细胞器间转运进而调控叶绿体发育的机 . . . 2 0 2 3 0 2 0 2 科研成果更多 > > 2 0 2 5 年 4 月 1 4 日，中心陆钰明团队在植物科学领域知名期刊 P l a n t C o m m u n i c a t i o n s 发表题为 C o n d i t i o n a l k n o c k d o w n o f g e n e e x p r e s s i o n i n p l a n t s v i a 3 U T R e d i t i n g 的研究论文，成功开发了一种基于内源 m i c r o R N A （ m i R N A ）的基因条件性敲低平台 M i R K D （ m i R N A m e d i a t e d i n l o c u s k n o c k d o w n ）。该技术通过 C R I S P R C a s 9 将特定 m i R N A 靶序列精准插入目标基因的 3 非翻译区（ 3 U T R ），实现对基因表达的时空特异性调控，为作物分子育种和基因功能研究提供了全新工具。基因功能的开与关是分子生物学研究的核心手段。目前， R N A 干扰（ R N A i ）和 C R I S P R 干扰（ C R I S P R i ）是常用的基因抑制技术，但前者存在脱靶效应和遗传不稳定性，后者依赖外源蛋白的持续表达，难以满足作物育种对精准性和安全性的需求。研究团队另辟蹊径，将目光投向植物内源的 m i R N A 调控网络。 m i R N A 是一类天然存在的小分子 R N A ，其表达具有高度时空特异性，例如某些 m i R N A 仅在叶片中高表达，或在长日照条件下被激活。陆玉明团队提出：若将 m i R N A 的靶序列插入目标基因的 3 U T R ，即可利用 m i R N A 的天然表达特性，构建人工调控回路，实现基因的条件性敲低。研究团队以水稻为模型，首先通过生物信息学筛选出 1 1 4 个具有组成性、组织特异性或环境响应性表达特征的 m i R N A 。随后，利用 C R I S P R C a s 9 基因编辑技术，将选定的 m i R N A 靶序列精准插入目标基因的 3 U T R 。以水稻赤霉素受体基因 G I D 1 为例，团队设计了三类实验验证 M i R K D 的可行性：组成型敲低：插入组成型表达的 m i R 1 5 6 a 靶序列，使水稻赤霉素受体基因 G I D 1 表达降低 9 7 % ，植株呈现显著矮化表型；组织特异性敲低：利用主要在茎中表达的 m i R 3 9 6 c ，使 G I D 1 在茎部表达降低 3 0 % 5 0 % ，而叶片不受影响；环境诱导型敲低：在长日照条件下，光响应 m i R 5 2 8 可触发 G I D 1 表达下降 6 3 % ，短日照下则无此效应。研究还发现，靶序列在 3 U T R 中的插入位置可调节敲低效率。靠近终止密码子的插入（如 5 2 0 b p ）能实现 9 4 % 以上的高效抑制，而远端插入（ 2 0 0 4 0 0 b p ）的抑制率约为 5 5 % ，这为基因表达强度的微调提供了新策略。与现有技术相比， M i R K D 具有三大核心优势：首先，该方法完全依赖内源性 m i R N A ，无需引入外源蛋白或 R N A ，避免了转基因生物的安全争议；其次，通过编辑基因自身的 3 U T R ，目标蛋白的天然结构得以完整保留，克服了蛋白降解标签技术导致的非天然修饰问题；最后， M i R K D 可同时调控多个基因，通过组合不同 m i R N A 的靶序列，未来有望构建复杂的基因表达网络，实现作物性状的模块化设计。研究团队进一步验证了 M i R K D 的跨物种普适性。在人类细胞系 H e p G 2 和 H E K 2 9 3 T 中，插入肝脏或肾脏特异性 m i R N A 靶序列后，报告基因的表达在相应细胞中特异性下降，表明该技术有望拓展至医学领域，为细胞特异性基因治疗提供新工具。上海交通大学农业与生物学院博士后刘天珍和沈佳琪为论文并列第一作者，陆钰明教授为通讯作者。博士生钟达庭、博士生王轲麟、硕士生阎嘉蕊、博士后姚琦、博士生叶璐、博士后李凯、硕士生邓琪也参与了本项工作。该研究由国家重点研发计划（ 2 0 2 1 Y F D 1 2 0 1 3 0 0 ）、上海市农业技术攻关项目（ K 2 0 2 3 0 0 1 ）、中国博士后科学基金（ 2 0 2 4 M 7 5 1 9 8 5 ）等项目资助完成。论文信息： L i u T . , S h e n J . , e t a l . ( 2 0 2 5 ) . C o n d i t i o n a l k n o c k d o w n o f g e n e e x p r e s s i o n i n p l a n t s v i a 3 U T R e d i t i n g . P l a n t C o m m u n i c a t i o n s 6 , 1 0 1 2 9 1 . D O I : 马铃薯（ S o l a n u m t u b e r o s u m L . ）是一种富含淀粉的重要粮食作物，其茎分为地上茎和匍匐茎，其中地上茎负责直立生长和叶分化，而匍匐茎是形成块茎的特殊器官。因此匍匐茎分生能力的研究对改良马铃薯产量和品质非常重要。近日，中心王旭团队在 P l a n t C e l l E n v i r o n m e n t 杂志发表了题为 C e l l F a t e D e t e r m i n a t i o n o f t h e P o t a t o S h o o t A p e x a n d S t o l o n T i p s R e v e a l e d b y S i n g l e C e l l T r a n s c r i p t o m e A n a l y s i s 的研究论文。该研究对马铃薯匍匐茎茎尖和地上茎茎尖进行了单细胞转录组测序，并开展单细胞水平的比较分析，为马铃薯的分子改良提供了基因资源。该研究利用单细胞测序对马铃薯的匍匐茎和地上茎进行了单细胞图谱的构建，共获得 3 5 , 0 4 8 个高质量的细胞，并可以分为 2 3 个细胞簇。根据标记基因的表达模式，这些细胞簇可以分为 5 种主要的细胞类型，包括表皮细胞、叶肉细胞、维管细胞、增殖细胞和分生细胞。通过对不同细胞类型的比较分析发现，叶肉细胞和表皮细胞是匍匐茎和地上茎的主要差异细胞类型，表现为细胞数量降低和组织特异性高表达基因减少。对激素相关通路基因的表达模式分析发现，生长素和赤霉素在这两种组织中具有显著差异。跨物种分析表明，匍匐茎与拟南芥根尖的相似度高于地上茎，匍匐茎具有更多同源的组织特异性表达基因。此外，对马铃薯和拟南芥的茎尖单细胞数据的整合分析显示，维管组织在物种间相对保守，其中木质部和伴胞的特异性表达基因高度重叠。本研究为马铃薯匍匐茎的发育机制研究提供了丰富的基因资源，有助于加速马铃薯块茎发育相关基础研究的进程。上海交通大学博士研究生郭超程为该论文的第一作者，王旭副教授和王玉东博士后为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和上海市现代种业协同创新中心项目的资助。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p c e . 1 5 4 5 9 2 0 2 5 年 4 月 2 2 日，中心武国章课题组在国际权威综合性期刊 N a t u r e C o m m u n i c a t i o n s 上发表了题为 C h l o r o p l a s t p r e c u r s o r p r o t e i n p r e C l p D o v e r a c c u m u l a t i o n t r i g g e r s m u l t i l e v e l r e p r o g r a m m i n g o f g e n e e x p r e s s i o n a n d a h e a t s h o c k l i k e r e s p o n s e 的研究论文，全面揭示了植物在多层次响应叶绿体前体蛋白积累的细胞学机制，证实蛋白翻译水平调控在激活分子伴侣蛋白（ H S P ）表达中的重要作用，发现叶绿体活性氧（ c p R O S ）作为叶绿体逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的表达，证实细胞质分子伴侣 C l p B 1 / H O T 1 在叶绿体前体蛋白过量积累时维持细胞蛋白稳态中的重要作用，为进一步理解叶绿体蛋白运输调控和逆境下蛋白稳态的维持机制提供了新线索。俗话说：万物生长靠太阳，植物的叶绿体是接收太阳光能，进行光合作用碳固定的细胞器。作为半自主性细胞器，叶绿体基因组只保留了少量蛋白编码基因，叶绿体内 9 5 % 以上的蛋白都是在细胞质核糖体上合成前体蛋白，前体蛋白在其 N 端的叶绿体信号肽引导下进入叶绿体，而后信号肽被剪切掉形成成熟形式的叶绿体蛋白。因此，叶绿体的正常发育和功能发挥均依赖于叶绿体的蛋白内运过程。在高光、高温等逆境条件下，叶绿体的蛋白内运效率下降，会造成叶绿体前体蛋白在细胞质中大量积累，导致细胞质蛋白稳态失衡和胁迫，影响植物生长和作物产量。然而，植物如何响应叶绿体前体蛋白过量积累胁迫（ c h l o r o p l a s t p r e c u r s o r o v e r a c c u m u l a t i o n s t r e s s ， c P O S ）目前还大部分未知。本研究通过诱导表达系统和组成型表达系统驱动细胞核编码的叶绿体蛋白 C l p D 的表达，成功构建了前体蛋白 p r e C l p D 积累的转基因株系，获得了研究 c P O S 的良好植物材料。激光共聚焦显微镜观察发现前体蛋白 p r e C l p D 主要围绕叶绿体外膜成点状聚集体分布，导致叶绿体超微结构受损，造成叶片黄化、光合能力下降、植物生长迟缓等表型。蛋白组学分析以及 W e s t e r n b l o t 验证发现，前体蛋白积累会导致光合作用复合体含量降低，而细胞质核糖体亚基、翻译调控因子、 2 6 S 蛋白酶体亚基和分子伴侣（ H S P ）等组分显著积累。 G e n e O n t o l o g y 富集分析显示蛋白积累量上升的蛋白富集在核糖体生物发生和蛋白翻译等过程，多聚核糖体分析进一步证实蛋白翻译水平调控在植物响应前体蛋白过量积累中发挥重要作用。为了探究这些翻译水平调控的具体机制，本研究进行了转录组学和翻译组学联合分析，结合蛋白组学数据，揭示了植物细胞响应前体蛋白过量积累的多层次调控网络。结果显示，当 c P O S 发生时，叶绿体内的活性氧（ c p R O S ）爆发作为逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的上调表达。然而，相较于转录水平调控，翻译水平调控在激活 H S P 表达中发挥更强的作用。为了探究这些 H S P 在 c P O S 响应过程中的作用，本研究对翻译水平上调最为显著的 H S P 1 0 0 分子伴侣家族成员 C l p B 1 / H O T 1 蛋白进行功能验证，证实了 C l p B 1 / H O T 1 在 c P O S 发生时维持细胞蛋白稳态中的重要作用。此外，通过分离前体蛋白聚集体（ C h l o r o S t o r e ）和质谱鉴定，本研究揭示了植物前体蛋白聚集体的主要组分，以及 H S P 1 0 0 和 H S P 2 0 分子伴侣在 C h l o r o S t o r e 形成中和酵母 / 人类线粒体前体蛋白聚集体 M i t o S t o r e 形成中的保守功能，以及植物 C h l o r o S t o r e 的特异性。本研究揭示了植物细胞应对 c P O S 的多层次响应全景图，为进一步研究提供了线索。上海交通大学农业与生物学院博士后洪政辉为论文第一作者，武国章副教授为通讯作者。上海交通大学农业与生物学院硕士生朱丽宇、博士后高琳琳、博士生苏彤，云南大学生命科学学院朱喆、 L e o n a r d K r a l l 、武旭娜研究员，德国马普分子植物生理研究所 R a l p h B o c k 院士也参与了本项工作。该研究获得国家自然科学基金、上海市现代种业协同创新中心项目、德国马普伙伴研究组项目、上海市浦江人才计划、上海市超级博士后、中国博士后面上项目等资助。原文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 4 6 7 0 2 5 5 9 0 4 3 3 4 月 5 日， M o l e c u l a r H o r t i c u l t u r e 在线发表了上海交通大学农业与生物学院方玉达课题组有关 D N A 甲基化调控植物基因组加倍过程中转录稳态的研究论文，题为 R e g u l a t i o n o f t r a n s c r i p t i o n a l h o m e o s t a s i s b y D N A m e t h y l a t i o n u p o n g e n o m e d u p l i c a t i o n i n p a k c h o i 。该研究发现在同源四倍体不结球白菜中，非差异表达基因两侧的转座元件的 D N A 甲基化水平升高。相反，与差异甲基化区域相关的基因重叠的差异表达基因的转录水平与这些差异表达基因的 D N A 甲基化水平呈负相关。这些结果阐明了多倍体植物中 D N A 甲基化在基因转录稳态调控中的作用，以及十字花科植物应对基因组加倍所引发的基因组冲击的机制。背景介绍多倍化是植物进化和作物育种的重要力量。 7 0 % 的被子植物经历过一次或多次基因组加倍事件。多倍体园艺植物的品种繁多，因其具有较强的抗病性和优良的农艺性状而被广泛利用。不结球白菜（俗称小白菜）作为十字花科（ C r u c i f e r a e ）芸苔属（ B r a s s i c a ）中重要的蔬菜作物之一，深受中国消费者喜爱。国内外育种学家们长期致力于杂交选育新品种，使得不结球白菜遗传资源丰富多样。另外，通过基因组倍性改变的倍性育种是小白菜遗传改良的重要内容。与其二倍体相比，同源四倍体不结球白菜通常表现出晚花、叶片变厚的表型，收获时的品质和产量更好。与异源四倍体相比，同源四倍体的遗传背景不受杂交的影响，更适合揭示多倍体物种中基因表达的调控机制。由于基因组加倍过程中不涉及 D N A 序列的改变，其基因表达的改变通常与表观遗传密切相关。深入研究植物多倍化过程中基因表达调控的表观遗传机制对多倍体育种的理论支撑至关重要。研究结果本研究中，作者首先发现不结球白菜基因组加倍后差异表达基因占全部基因的比例较低（ 5 . 4 5 % ），而非差异表达基因占全部基因的绝大多数，达 9 4 . 5 5 % 。差异表达基因在 R N A 聚合酶通路中富集最为显著（ F i g . 1 ）。 F i g . 1 B c 2 X 和 B c 4 X 之间的差异表达基因的表征基因组加倍后，差异甲基化区域分别包含了 1 2 , 8 5 7 个差异高甲基化基因和 8 , 4 5 1 个差异低甲基化基因。差异甲基化基因与差异表达基因在一定范围内显著重叠，其中，差异低甲基化与差异上调基因显著交集；差异高甲基化在基因体的 1 k b 两侧区域与差异下调基因显著富集；差异低甲基化在基因体区域与下调差异表达基因显著交集。此外，差异 D N A 甲基化水平与差异表达基因的表达水平呈负相关（ F i g . 2 ）。 F i g . 2 B c 2 X 和 B c 4 X 的差异甲基化基因的功能预测及其与差异表达基因的富集在二倍体（ B c 2 X ）和四倍体（ B c 4 X ）小白菜中，有转座元件插入的基因总体转录水平显著低于没有转座元件插入的基因，无论转座元件插入基因体还是其 1 k b 两侧区域。在基因组加倍后，差异表达基因相关的转座元件甲基化没有显著变化，无论转座元件是在基因体内还是在 1 k b 两侧区域，而非差异表达基因两侧转座元件的甲基化水平显著增加（ F i g . 3 ），这些结果揭示了 D N A 甲基化在同源四倍体植物的基因转录调控中的作用。在基因组加倍过程中，大部分基因的转录维持不变，有助于多倍体细胞稳态的维持，这个过程受到这些基因两侧转座元件 D N A 甲基化升高的调控。 F i g . 3 非差异表达基因与相邻转座元件的甲基化变化的关系上海交通大学农业与生物学院马敏博士和博士生王远达为论文共同第一作者，方玉达教授为论文通讯作者。上海交通大学孙镇菲副研究员、研究生赵冉泽、李晓璇和李虹桦、上海农科院朱红芳研究员和杨学东副研究员以及南京农业大学张昌伟副教授参与了本研究。本研究得到了上海市农业研究系统和国家自然科学基金的资助。论文链接： h t t p s : / / m o l h o r t . b i o m e d c e n t r a l . c o m / a r t i c l e s / 1 0 . 1 1 8 6 / s 4 3 8 9 7 0 2 5 0 0 1 4 5 3 学术活动 / 通知更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十七期 2 0 2 5 0 4 2 1 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期 2 0 2 5 0 4 0 7 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十五期 2 0 2 4 1 2 0 2 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十四期 2 0 2 4 1 1 2 6 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十三期 2 0 2 4 1 1 1 3 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十二期 2 0 2 4 1 1 1 2 招聘信息更多 > > 上海交通大学 “ 单细胞生物学联合 . . . 2 0 2 1 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 研究平台了解更多 > > 单细胞显微观察平台单细胞分离制备平台单细胞转录组平台单细胞蛋白组平台单细胞表观组平台地址：上海市东川路 8 0 0 号邮编： 2 0 0 2 4 0 电话： 8 6 2 1 5 4 7 4 0 0 0 0 沪 I C P 备 0 5 0 5 2 0 6 0 沪举报中心沪公安网备 3 1 0 0 9 1 0 2 0 0 0 0 4 5 版权所有上海交通大学友情链接上海交通大学上海交通大学农业与生物学院 l o a d i n g . . . . . . / > 温度是影响植物生长和地理分布的重要环境因子之一，低温胁迫会导致植物光合作用效率下降、生长迟缓，严重时会造成细胞和植株死亡。叶绿体是植物进行光合作用和多种代谢活动的细胞器，同时也是植物细胞内活性氧（ R O S ）产生和防御激素水杨酸（ S A ）合成的重要场所，在植物应对环境胁迫中发挥重要作用。然而，植物如何整合 R O S 和 S A 信号以适应胁迫目前仍有许多未知。此研究聚焦叶绿体中类囊体膜定位的 F t s H 5 / V A R 1 蛋白酶，通过对 v a r 1 突变体的观察发现，在低温胁迫下，该突变体表现出强烈的褪绿、花叶和生长迟缓的表型。进一步研究揭示， S A 生物合成和信号传导的激活与 v a r 1 突变体的低温敏感表型紧密相关。通过敲除 S A 生物合成相关基因（ I C S 1 、 E D S 1 、 P A D 4 ）或过表达水杨酸羟化酶基因（ N a h G ）降低 S A 的积累量可很大程度抑制 v a r 1 突变体的低温敏感表型。同时，研究证实单线态氧（ 1 O 2 ）感应器蛋白 E X E C U T O R 1 （ E X 1 ）介导的 1 O 2 信号在低温胁迫下作用于 E D S 1 上游，调控 S A 响应基因的表达。值得关注的是，此研究发现 E X 2 蛋白可能通过独立于 E X 1 介导的 1 O 2 信号途径发挥关键功能。 E X 2 的突变能够显著抑制 v a r 1 突变体的低温敏感表型，其在激活 S A 响应基因和抑制光合作用相关核基因（ P h A N G s ）表达方面发挥重要作用，从而参与 V A R 1 介导的植物低温耐受性调控。该研究阐释了 V A R 1 在植物耐低温性中的重要作用，以及 1 O 2 和 S A 信号之间的紧密联系与互作，从而维持 S A 稳态对植物低温耐受性的重要性，同时揭示了 E X 2 此前未被关注和深入研究的功能。这些结果为深入理解植物的抗寒机制以及叶绿体在植物耐寒性中的作用提供了新线索，并为未来通过基因工程手段改良作物耐寒性、提高作物在低温环境下的产量奠定了基础。首页上海交通大学单细胞生物学联合研究中心 E n g l i s h 首页中心概况中心简介中心愿景科研团队研究方向研究平台研究课题科研成果论文发表仪器设备联系我们 1 2 3 4 5 6 J o h n I n n e s C e n t r e 专家 D a v i d S e u n g 博士应邀为植物细胞与未来农业论坛作主题报告北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十六期清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三期中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第二十二期中心简介单细胞生物学联合研究中心（ J C S C B ）成立于 2 0 1 9 年 1 0 月，由上海交通大学、荷兰拉德堡德大学和山东农业大学联合创建，依托上海交通大学农业与生物学院。薛红卫教授担任中心主任。中心采用并发展国际领先的单细胞生物学研究技术和方法，加快和加深对不同细胞个体的认知，提升在基础生物学、细胞生物学和种质创新等领域的研究。中心立足国际科学前沿，旨在建设一流的单细胞技术平台和专业人才团队，在动植物基础研究、细胞生物技术等领域取得突破性成果。新闻动态更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期成功举办 2 0 2 5 0 4 1 4 北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期 2 0 2 3 1 1 2 4 德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十 . . . 2 0 2 3 1 1 2 3 清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期 2 0 2 3 1 1 1 5 瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三 . . . 2 0 2 3 0 9 2 4 中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第 . . . 2 0 2 3 0 9 0 4 韩国建国大学尹大珍（ D a e J i n Y u n ）教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二 . . . 2 0 2 3 0 7 1 9 中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员做客细胞发育与未来农业前沿论 . . . 2 0 2 3 0 6 0 6 奥地利科学技术研究院 D a n i e l Z i l b e r m a n 教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛 . . . 2 0 2 3 0 6 0 1 中国科学技术大学谭树堂教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十七期 2 0 2 3 0 5 2 8 山东农业大学卢从明教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十六期 2 0 2 3 0 5 2 2 荷兰拉德堡德大学须健教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十五期 2 0 2 3 0 5 1 8 中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究员做客植物细胞与发育前沿论 . . . 2 0 2 3 0 4 0 4 N a t C o m m u n 方玉达 / 涂晓雨团队合作揭示组蛋白 H 2 A 通过 c o h e s i n 靶向进行单泛素 . . . 2 0 2 3 0 3 0 6 P N A S — 薛红卫课题组与合作者揭示磷脂酸细胞器间转运进而调控叶绿体发育的机 . . . 2 0 2 3 0 2 0 2 科研成果更多 > > 2 0 2 5 年 4 月 1 4 日，中心陆钰明团队在植物科学领域知名期刊 P l a n t C o m m u n i c a t i o n s 发表题为 C o n d i t i o n a l k n o c k d o w n o f g e n e e x p r e s s i o n i n p l a n t s v i a 3 U T R e d i t i n g 的研究论文，成功开发了一种基于内源 m i c r o R N A （ m i R N A ）的基因条件性敲低平台 M i R K D （ m i R N A m e d i a t e d i n l o c u s k n o c k d o w n ）。该技术通过 C R I S P R C a s 9 将特定 m i R N A 靶序列精准插入目标基因的 3 非翻译区（ 3 U T R ），实现对基因表达的时空特异性调控，为作物分子育种和基因功能研究提供了全新工具。基因功能的开与关是分子生物学研究的核心手段。目前， R N A 干扰（ R N A i ）和 C R I S P R 干扰（ C R I S P R i ）是常用的基因抑制技术，但前者存在脱靶效应和遗传不稳定性，后者依赖外源蛋白的持续表达，难以满足作物育种对精准性和安全性的需求。研究团队另辟蹊径，将目光投向植物内源的 m i R N A 调控网络。 m i R N A 是一类天然存在的小分子 R N A ，其表达具有高度时空特异性，例如某些 m i R N A 仅在叶片中高表达，或在长日照条件下被激活。陆玉明团队提出：若将 m i R N A 的靶序列插入目标基因的 3 U T R ，即可利用 m i R N A 的天然表达特性，构建人工调控回路，实现基因的条件性敲低。研究团队以水稻为模型，首先通过生物信息学筛选出 1 1 4 个具有组成性、组织特异性或环境响应性表达特征的 m i R N A 。随后，利用 C R I S P R C a s 9 基因编辑技术，将选定的 m i R N A 靶序列精准插入目标基因的 3 U T R 。以水稻赤霉素受体基因 G I D 1 为例，团队设计了三类实验验证 M i R K D 的可行性：组成型敲低：插入组成型表达的 m i R 1 5 6 a 靶序列，使水稻赤霉素受体基因 G I D 1 表达降低 9 7 % ，植株呈现显著矮化表型；组织特异性敲低：利用主要在茎中表达的 m i R 3 9 6 c ，使 G I D 1 在茎部表达降低 3 0 % 5 0 % ，而叶片不受影响；环境诱导型敲低：在长日照条件下，光响应 m i R 5 2 8 可触发 G I D 1 表达下降 6 3 % ，短日照下则无此效应。研究还发现，靶序列在 3 U T R 中的插入位置可调节敲低效率。靠近终止密码子的插入（如 5 2 0 b p ）能实现 9 4 % 以上的高效抑制，而远端插入（ 2 0 0 4 0 0 b p ）的抑制率约为 5 5 % ，这为基因表达强度的微调提供了新策略。与现有技术相比， M i R K D 具有三大核心优势：首先，该方法完全依赖内源性 m i R N A ，无需引入外源蛋白或 R N A ，避免了转基因生物的安全争议；其次，通过编辑基因自身的 3 U T R ，目标蛋白的天然结构得以完整保留，克服了蛋白降解标签技术导致的非天然修饰问题；最后， M i R K D 可同时调控多个基因，通过组合不同 m i R N A 的靶序列，未来有望构建复杂的基因表达网络，实现作物性状的模块化设计。研究团队进一步验证了 M i R K D 的跨物种普适性。在人类细胞系 H e p G 2 和 H E K 2 9 3 T 中，插入肝脏或肾脏特异性 m i R N A 靶序列后，报告基因的表达在相应细胞中特异性下降，表明该技术有望拓展至医学领域，为细胞特异性基因治疗提供新工具。上海交通大学农业与生物学院博士后刘天珍和沈佳琪为论文并列第一作者，陆钰明教授为通讯作者。博士生钟达庭、博士生王轲麟、硕士生阎嘉蕊、博士后姚琦、博士生叶璐、博士后李凯、硕士生邓琪也参与了本项工作。该研究由国家重点研发计划（ 2 0 2 1 Y F D 1 2 0 1 3 0 0 ）、上海市农业技术攻关项目（ K 2 0 2 3 0 0 1 ）、中国博士后科学基金（ 2 0 2 4 M 7 5 1 9 8 5 ）等项目资助完成。论文信息： L i u T . , S h e n J . , e t a l . ( 2 0 2 5 ) . C o n d i t i o n a l k n o c k d o w n o f g e n e e x p r e s s i o n i n p l a n t s v i a 3 U T R e d i t i n g . P l a n t C o m m u n i c a t i o n s 6 , 1 0 1 2 9 1 . D O I : 马铃薯（ S o l a n u m t u b e r o s u m L . ）是一种富含淀粉的重要粮食作物，其茎分为地上茎和匍匐茎，其中地上茎负责直立生长和叶分化，而匍匐茎是形成块茎的特殊器官。因此匍匐茎分生能力的研究对改良马铃薯产量和品质非常重要。近日，中心王旭团队在 P l a n t C e l l E n v i r o n m e n t 杂志发表了题为 C e l l F a t e D e t e r m i n a t i o n o f t h e P o t a t o S h o o t A p e x a n d S t o l o n T i p s R e v e a l e d b y S i n g l e C e l l T r a n s c r i p t o m e A n a l y s i s 的研究论文。该研究对马铃薯匍匐茎茎尖和地上茎茎尖进行了单细胞转录组测序，并开展单细胞水平的比较分析，为马铃薯的分子改良提供了基因资源。该研究利用单细胞测序对马铃薯的匍匐茎和地上茎进行了单细胞图谱的构建，共获得 3 5 , 0 4 8 个高质量的细胞，并可以分为 2 3 个细胞簇。根据标记基因的表达模式，这些细胞簇可以分为 5 种主要的细胞类型，包括表皮细胞、叶肉细胞、维管细胞、增殖细胞和分生细胞。通过对不同细胞类型的比较分析发现，叶肉细胞和表皮细胞是匍匐茎和地上茎的主要差异细胞类型，表现为细胞数量降低和组织特异性高表达基因减少。对激素相关通路基因的表达模式分析发现，生长素和赤霉素在这两种组织中具有显著差异。跨物种分析表明，匍匐茎与拟南芥根尖的相似度高于地上茎，匍匐茎具有更多同源的组织特异性表达基因。此外，对马铃薯和拟南芥的茎尖单细胞数据的整合分析显示，维管组织在物种间相对保守，其中木质部和伴胞的特异性表达基因高度重叠。本研究为马铃薯匍匐茎的发育机制研究提供了丰富的基因资源，有助于加速马铃薯块茎发育相关基础研究的进程。上海交通大学博士研究生郭超程为该论文的第一作者，王旭副教授和王玉东博士后为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和上海市现代种业协同创新中心项目的资助。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p c e . 1 5 4 5 9 2 0 2 5 年 4 月 2 2 日，中心武国章课题组在国际权威综合性期刊 N a t u r e C o m m u n i c a t i o n s 上发表了题为 C h l o r o p l a s t p r e c u r s o r p r o t e i n p r e C l p D o v e r a c c u m u l a t i o n t r i g g e r s m u l t i l e v e l r e p r o g r a m m i n g o f g e n e e x p r e s s i o n a n d a h e a t s h o c k l i k e r e s p o n s e 的研究论文，全面揭示了植物在多层次响应叶绿体前体蛋白积累的细胞学机制，证实蛋白翻译水平调控在激活分子伴侣蛋白（ H S P ）表达中的重要作用，发现叶绿体活性氧（ c p R O S ）作为叶绿体逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的表达，证实细胞质分子伴侣 C l p B 1 / H O T 1 在叶绿体前体蛋白过量积累时维持细胞蛋白稳态中的重要作用，为进一步理解叶绿体蛋白运输调控和逆境下蛋白稳态的维持机制提供了新线索。俗话说：万物生长靠太阳，植物的叶绿体是接收太阳光能，进行光合作用碳固定的细胞器。作为半自主性细胞器，叶绿体基因组只保留了少量蛋白编码基因，叶绿体内 9 5 % 以上的蛋白都是在细胞质核糖体上合成前体蛋白，前体蛋白在其 N 端的叶绿体信号肽引导下进入叶绿体，而后信号肽被剪切掉形成成熟形式的叶绿体蛋白。因此，叶绿体的正常发育和功能发挥均依赖于叶绿体的蛋白内运过程。在高光、高温等逆境条件下，叶绿体的蛋白内运效率下降，会造成叶绿体前体蛋白在细胞质中大量积累，导致细胞质蛋白稳态失衡和胁迫，影响植物生长和作物产量。然而，植物如何响应叶绿体前体蛋白过量积累胁迫（ c h l o r o p l a s t p r e c u r s o r o v e r a c c u m u l a t i o n s t r e s s ， c P O S ）目前还大部分未知。本研究通过诱导表达系统和组成型表达系统驱动细胞核编码的叶绿体蛋白 C l p D 的表达，成功构建了前体蛋白 p r e C l p D 积累的转基因株系，获得了研究 c P O S 的良好植物材料。激光共聚焦显微镜观察发现前体蛋白 p r e C l p D 主要围绕叶绿体外膜成点状聚集体分布，导致叶绿体超微结构受损，造成叶片黄化、光合能力下降、植物生长迟缓等表型。蛋白组学分析以及 W e s t e r n b l o t 验证发现，前体蛋白积累会导致光合作用复合体含量降低，而细胞质核糖体亚基、翻译调控因子、 2 6 S 蛋白酶体亚基和分子伴侣（ H S P ）等组分显著积累。 G e n e O n t o l o g y 富集分析显示蛋白积累量上升的蛋白富集在核糖体生物发生和蛋白翻译等过程，多聚核糖体分析进一步证实蛋白翻译水平调控在植物响应前体蛋白过量积累中发挥重要作用。为了探究这些翻译水平调控的具体机制，本研究进行了转录组学和翻译组学联合分析，结合蛋白组学数据，揭示了植物细胞响应前体蛋白过量积累的多层次调控网络。结果显示，当 c P O S 发生时，叶绿体内的活性氧（ c p R O S ）爆发作为逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的上调表达。然而，相较于转录水平调控，翻译水平调控在激活 H S P 表达中发挥更强的作用。为了探究这些 H S P 在 c P O S 响应过程中的作用，本研究对翻译水平上调最为显著的 H S P 1 0 0 分子伴侣家族成员 C l p B 1 / H O T 1 蛋白进行功能验证，证实了 C l p B 1 / H O T 1 在 c P O S 发生时维持细胞蛋白稳态中的重要作用。此外，通过分离前体蛋白聚集体（ C h l o r o S t o r e ）和质谱鉴定，本研究揭示了植物前体蛋白聚集体的主要组分，以及 H S P 1 0 0 和 H S P 2 0 分子伴侣在 C h l o r o S t o r e 形成中和酵母 / 人类线粒体前体蛋白聚集体 M i t o S t o r e 形成中的保守功能，以及植物 C h l o r o S t o r e 的特异性。本研究揭示了植物细胞应对 c P O S 的多层次响应全景图，为进一步研究提供了线索。上海交通大学农业与生物学院博士后洪政辉为论文第一作者，武国章副教授为通讯作者。上海交通大学农业与生物学院硕士生朱丽宇、博士后高琳琳、博士生苏彤，云南大学生命科学学院朱喆、 L e o n a r d K r a l l 、武旭娜研究员，德国马普分子植物生理研究所 R a l p h B o c k 院士也参与了本项工作。该研究获得国家自然科学基金、上海市现代种业协同创新中心项目、德国马普伙伴研究组项目、上海市浦江人才计划、上海市超级博士后、中国博士后面上项目等资助。原文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 4 6 7 0 2 5 5 9 0 4 3 3 4 月 5 日， M o l e c u l a r H o r t i c u l t u r e 在线发表了上海交通大学农业与生物学院方玉达课题组有关 D N A 甲基化调控植物基因组加倍过程中转录稳态的研究论文，题为 R e g u l a t i o n o f t r a n s c r i p t i o n a l h o m e o s t a s i s b y D N A m e t h y l a t i o n u p o n g e n o m e d u p l i c a t i o n i n p a k c h o i 。该研究发现在同源四倍体不结球白菜中，非差异表达基因两侧的转座元件的 D N A 甲基化水平升高。相反，与差异甲基化区域相关的基因重叠的差异表达基因的转录水平与这些差异表达基因的 D N A 甲基化水平呈负相关。这些结果阐明了多倍体植物中 D N A 甲基化在基因转录稳态调控中的作用，以及十字花科植物应对基因组加倍所引发的基因组冲击的机制。背景介绍多倍化是植物进化和作物育种的重要力量。 7 0 % 的被子植物经历过一次或多次基因组加倍事件。多倍体园艺植物的品种繁多，因其具有较强的抗病性和优良的农艺性状而被广泛利用。不结球白菜（俗称小白菜）作为十字花科（ C r u c i f e r a e ）芸苔属（ B r a s s i c a ）中重要的蔬菜作物之一，深受中国消费者喜爱。国内外育种学家们长期致力于杂交选育新品种，使得不结球白菜遗传资源丰富多样。另外，通过基因组倍性改变的倍性育种是小白菜遗传改良的重要内容。与其二倍体相比，同源四倍体不结球白菜通常表现出晚花、叶片变厚的表型，收获时的品质和产量更好。与异源四倍体相比，同源四倍体的遗传背景不受杂交的影响，更适合揭示多倍体物种中基因表达的调控机制。由于基因组加倍过程中不涉及 D N A 序列的改变，其基因表达的改变通常与表观遗传密切相关。深入研究植物多倍化过程中基因表达调控的表观遗传机制对多倍体育种的理论支撑至关重要。研究结果本研究中，作者首先发现不结球白菜基因组加倍后差异表达基因占全部基因的比例较低（ 5 . 4 5 % ），而非差异表达基因占全部基因的绝大多数，达 9 4 . 5 5 % 。差异表达基因在 R N A 聚合酶通路中富集最为显著（ F i g . 1 ）。 F i g . 1 B c 2 X 和 B c 4 X 之间的差异表达基因的表征基因组加倍后，差异甲基化区域分别包含了 1 2 , 8 5 7 个差异高甲基化基因和 8 , 4 5 1 个差异低甲基化基因。差异甲基化基因与差异表达基因在一定范围内显著重叠，其中，差异低甲基化与差异上调基因显著交集；差异高甲基化在基因体的 1 k b 两侧区域与差异下调基因显著富集；差异低甲基化在基因体区域与下调差异表达基因显著交集。此外，差异 D N A 甲基化水平与差异表达基因的表达水平呈负相关（ F i g . 2 ）。 F i g . 2 B c 2 X 和 B c 4 X 的差异甲基化基因的功能预测及其与差异表达基因的富集在二倍体（ B c 2 X ）和四倍体（ B c 4 X ）小白菜中，有转座元件插入的基因总体转录水平显著低于没有转座元件插入的基因，无论转座元件插入基因体还是其 1 k b 两侧区域。在基因组加倍后，差异表达基因相关的转座元件甲基化没有显著变化，无论转座元件是在基因体内还是在 1 k b 两侧区域，而非差异表达基因两侧转座元件的甲基化水平显著增加（ F i g . 3 ），这些结果揭示了 D N A 甲基化在同源四倍体植物的基因转录调控中的作用。在基因组加倍过程中，大部分基因的转录维持不变，有助于多倍体细胞稳态的维持，这个过程受到这些基因两侧转座元件 D N A 甲基化升高的调控。 F i g . 3 非差异表达基因与相邻转座元件的甲基化变化的关系上海交通大学农业与生物学院马敏博士和博士生王远达为论文共同第一作者，方玉达教授为论文通讯作者。上海交通大学孙镇菲副研究员、研究生赵冉泽、李晓璇和李虹桦、上海农科院朱红芳研究员和杨学东副研究员以及南京农业大学张昌伟副教授参与了本研究。本研究得到了上海市农业研究系统和国家自然科学基金的资助。论文链接： h t t p s : / / m o l h o r t . b i o m e d c e n t r a l . c o m / a r t i c l e s / 1 0 . 1 1 8 6 / s 4 3 8 9 7 0 2 5 0 0 1 4 5 3 学术活动 / 通知更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十七期 2 0 2 5 0 4 2 1 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期 2 0 2 5 0 4 0 7 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十五期 2 0 2 4 1 2 0 2 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十四期 2 0 2 4 1 1 2 6 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十三期 2 0 2 4 1 1 1 3 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十二期 2 0 2 4 1 1 1 2 招聘信息更多 > > 上海交通大学 “ 单细胞生物学联合 . . . 2 0 2 1 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 研究平台了解更多 > > 单细胞显微观察平台单细胞分离制备平台单细胞转录组平台单细胞蛋白组平台单细胞表观组平台地址：上海市东川路 8 0 0 号邮编： 2 0 0 2 4 0 电话： 8 6 2 1 5 4 7 4 0 0 0 0 沪 I C P 备 0 5 0 5 2 0 6 0 沪举报中心沪公安网备 3 1 0 0 9 1 0 2 0 0 0 0 4 5 版权所有上海交通大学友情链接上海交通大学上海交通大学农业与生物学院 l o a d i n g . . . . . . / > 上海交通大学农业与生物学院博士研究生王寅松为该论文第一作者，武国章副教授为通讯作者 � % \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 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0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 \ 0 2 0 2 5 年 4 月 1 4 日，中心陆钰明团队在植物科学领域知名期刊 P l a n t C o m m u n i c a t i o n s 发表题为 “ C o n d i t i o n a l k n o c k d o w n o f g e n e e x p r e s s i o n i n p l a n t s v i a 3 U T R e d i t i n g ” 的研究论文，成功开发了一种基于内源 m i c r o R N A （ m i R N A ）的基因条件性敲低平台 M i R K D （ m i R N A m e d i a t e d i n l o c u s k n o c k d o w n ）。该技术通过 C R I S P R C a s 9 将特定 m i R N A 靶序列精准插入目标基因的 3 非翻译区（ 3 U T R ），实现对基因表达的时空特异性调控，为作物分子育种和基因功能研究提供了全新工具。首页上海交通大学单细胞生物学联合研究中心 E n g l i s h 首页中心概况中心简介中心愿景科研团队研究方向研究平台研究课题科研成果论文发表仪器设备联系我们 1 2 3 4 5 6 J o h n I n n e s C e n t r e 专家 D a v i d S e u n g 博士应邀为植物细胞与未来农业论坛作主题报告北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十六期清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三期中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第二十二期中心简介单细胞生物学联合研究中心（ J C S C B ）成立于 2 0 1 9 年 1 0 月，由上海交通大学、荷兰拉德堡德大学和山东农业大学联合创建，依托上海交通大学农业与生物学院。薛红卫教授担任中心主任。中心采用并发展国际领先的单细胞生物学研究技术和方法，加快和加深对不同细胞个体的认知，提升在基础生物学、细胞生物学和种质创新等领域的研究。中心立足国际科学前沿，旨在建设一流的单细胞技术平台和专业人才团队，在动植物基础研究、细胞生物技术等领域取得突破性成果。新闻动态更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期成功举办 2 0 2 5 0 4 1 4 北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期 2 0 2 3 1 1 2 4 德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十 . . . 2 0 2 3 1 1 2 3 清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期 2 0 2 3 1 1 1 5 瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三 . . . 2 0 2 3 0 9 2 4 中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第 . . . 2 0 2 3 0 9 0 4 韩国建国大学尹大珍（ D a e J i n Y u n ）教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二 . . . 2 0 2 3 0 7 1 9 中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员做客细胞发育与未来农业前沿论 . . . 2 0 2 3 0 6 0 6 奥地利科学技术研究院 D a n i e l Z i l b e r m a n 教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛 . . . 2 0 2 3 0 6 0 1 中国科学技术大学谭树堂教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十七期 2 0 2 3 0 5 2 8 山东农业大学卢从明教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十六期 2 0 2 3 0 5 2 2 荷兰拉德堡德大学须健教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十五期 2 0 2 3 0 5 1 8 中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究员做客植物细胞与发育前沿论 . . . 2 0 2 3 0 4 0 4 N a t C o m m u n 方玉达 / 涂晓雨团队合作揭示组蛋白 H 2 A 通过 c o h e s i n 靶向进行单泛素 . . . 2 0 2 3 0 3 0 6 P N A S — 薛红卫课题组与合作者揭示磷脂酸细胞器间转运进而调控叶绿体发育的机 . . . 2 0 2 3 0 2 0 2 科研成果更多 > > 马铃薯（ S o l a n u m t u b e r o s u m L . ）是一种富含淀粉的重要粮食作物，其茎分为地上茎和匍匐茎，其中地上茎负责直立生长和叶分化，而匍匐茎是形成块茎的特殊器官。因此匍匐茎分生能力的研究对改良马铃薯产量和品质非常重要。近日，中心王旭团队在 P l a n t C e l l E n v i r o n m e n t 杂志发表了题为 C e l l F a t e D e t e r m i n a t i o n o f t h e P o t a t o S h o o t A p e x a n d S t o l o n T i p s R e v e a l e d b y S i n g l e C e l l T r a n s c r i p t o m e A n a l y s i s 的研究论文。该研究对马铃薯匍匐茎茎尖和地上茎茎尖进行了单细胞转录组测序，并开展单细胞水平的比较分析，为马铃薯的分子改良提供了基因资源。该研究利用单细胞测序对马铃薯的匍匐茎和地上茎进行了单细胞图谱的构建，共获得 3 5 , 0 4 8 个高质量的细胞，并可以分为 2 3 个细胞簇。根据标记基因的表达模式，这些细胞簇可以分为 5 种主要的细胞类型，包括表皮细胞、叶肉细胞、维管细胞、增殖细胞和分生细胞。通过对不同细胞类型的比较分析发现，叶肉细胞和表皮细胞是匍匐茎和地上茎的主要差异细胞类型，表现为细胞数量降低和组织特异性高表达基因减少。对激素相关通路基因的表达模式分析发现，生长素和赤霉素在这两种组织中具有显著差异。跨物种分析表明，匍匐茎与拟南芥根尖的相似度高于地上茎，匍匐茎具有更多同源的组织特异性表达基因。此外，对马铃薯和拟南芥的茎尖单细胞数据的整合分析显示，维管组织在物种间相对保守，其中木质部和伴胞的特异性表达基因高度重叠。本研究为马铃薯匍匐茎的发育机制研究提供了丰富的基因资源，有助于加速马铃薯块茎发育相关基础研究的进程。上海交通大学博士研究生郭超程为该论文的第一作者，王旭副教授和王玉东博士后为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和上海市现代种业协同创新中心项目的资助。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p c e . 1 5 4 5 9 2 0 2 5 年 4 月 2 2 日，中心武国章课题组在国际权威综合性期刊 N a t u r e C o m m u n i c a t i o n s 上发表了题为 C h l o r o p l a s t p r e c u r s o r p r o t e i n p r e C l p D o v e r a c c u m u l a t i o n t r i g g e r s m u l t i l e v e l r e p r o g r a m m i n g o f g e n e e x p r e s s i o n a n d a h e a t s h o c k l i k e r e s p o n s e 的研究论文，全面揭示了植物在多层次响应叶绿体前体蛋白积累的细胞学机制，证实蛋白翻译水平调控在激活分子伴侣蛋白（ H S P ）表达中的重要作用，发现叶绿体活性氧（ c p R O S ）作为叶绿体逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的表达，证实细胞质分子伴侣 C l p B 1 / H O T 1 在叶绿体前体蛋白过量积累时维持细胞蛋白稳态中的重要作用，为进一步理解叶绿体蛋白运输调控和逆境下蛋白稳态的维持机制提供了新线索。俗话说：万物生长靠太阳，植物的叶绿体是接收太阳光能，进行光合作用碳固定的细胞器。作为半自主性细胞器，叶绿体基因组只保留了少量蛋白编码基因，叶绿体内 9 5 % 以上的蛋白都是在细胞质核糖体上合成前体蛋白，前体蛋白在其 N 端的叶绿体信号肽引导下进入叶绿体，而后信号肽被剪切掉形成成熟形式的叶绿体蛋白。因此，叶绿体的正常发育和功能发挥均依赖于叶绿体的蛋白内运过程。在高光、高温等逆境条件下，叶绿体的蛋白内运效率下降，会造成叶绿体前体蛋白在细胞质中大量积累，导致细胞质蛋白稳态失衡和胁迫，影响植物生长和作物产量。然而，植物如何响应叶绿体前体蛋白过量积累胁迫（ c h l o r o p l a s t p r e c u r s o r o v e r a c c u m u l a t i o n s t r e s s ， c P O S ）目前还大部分未知。本研究通过诱导表达系统和组成型表达系统驱动细胞核编码的叶绿体蛋白 C l p D 的表达，成功构建了前体蛋白 p r e C l p D 积累的转基因株系，获得了研究 c P O S 的良好植物材料。激光共聚焦显微镜观察发现前体蛋白 p r e C l p D 主要围绕叶绿体外膜成点状聚集体分布，导致叶绿体超微结构受损，造成叶片黄化、光合能力下降、植物生长迟缓等表型。蛋白组学分析以及 W e s t e r n b l o t 验证发现，前体蛋白积累会导致光合作用复合体含量降低，而细胞质核糖体亚基、翻译调控因子、 2 6 S 蛋白酶体亚基和分子伴侣（ H S P ）等组分显著积累。 G e n e O n t o l o g y 富集分析显示蛋白积累量上升的蛋白富集在核糖体生物发生和蛋白翻译等过程，多聚核糖体分析进一步证实蛋白翻译水平调控在植物响应前体蛋白过量积累中发挥重要作用。为了探究这些翻译水平调控的具体机制，本研究进行了转录组学和翻译组学联合分析，结合蛋白组学数据，揭示了植物细胞响应前体蛋白过量积累的多层次调控网络。结果显示，当 c P O S 发生时，叶绿体内的活性氧（ c p R O S ）爆发作为逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的上调表达。然而，相较于转录水平调控，翻译水平调控在激活 H S P 表达中发挥更强的作用。为了探究这些 H S P 在 c P O S 响应过程中的作用，本研究对翻译水平上调最为显著的 H S P 1 0 0 分子伴侣家族成员 C l p B 1 / H O T 1 蛋白进行功能验证，证实了 C l p B 1 / H O T 1 在 c P O S 发生时维持细胞蛋白稳态中的重要作用。此外，通过分离前体蛋白聚集体（ C h l o r o S t o r e ）和质谱鉴定，本研究揭示了植物前体蛋白聚集体的主要组分，以及 H S P 1 0 0 和 H S P 2 0 分子伴侣在 C h l o r o S t o r e 形成中和酵母 / 人类线粒体前体蛋白聚集体 M i t o S t o r e 形成中的保守功能，以及植物 C h l o r o S t o r e 的特异性。本研究揭示了植物细胞应对 c P O S 的多层次响应全景图，为进一步研究提供了线索。上海交通大学农业与生物学院博士后洪政辉为论文第一作者，武国章副教授为通讯作者。上海交通大学农业与生物学院硕士生朱丽宇、博士后高琳琳、博士生苏彤，云南大学生命科学学院朱喆、 L e o n a r d K r a l l 、武旭娜研究员，德国马普分子植物生理研究所 R a l p h B o c k 院士也参与了本项工作。该研究获得国家自然科学基金、上海市现代种业协同创新中心项目、德国马普伙伴研究组项目、上海市浦江人才计划、上海市超级博士后、中国博士后面上项目等资助。原文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 4 6 7 0 2 5 5 9 0 4 3 3 4 月 5 日， M o l e c u l a r H o r t i c u l t u r e 在线发表了上海交通大学农业与生物学院方玉达课题组有关 D N A 甲基化调控植物基因组加倍过程中转录稳态的研究论文，题为 R e g u l a t i o n o f t r a n s c r i p t i o n a l h o m e o s t a s i s b y D N A m e t h y l a t i o n u p o n g e n o m e d u p l i c a t i o n i n p a k c h o i 。该研究发现在同源四倍体不结球白菜中，非差异表达基因两侧的转座元件的 D N A 甲基化水平升高。相反，与差异甲基化区域相关的基因重叠的差异表达基因的转录水平与这些差异表达基因的 D N A 甲基化水平呈负相关。这些结果阐明了多倍体植物中 D N A 甲基化在基因转录稳态调控中的作用，以及十字花科植物应对基因组加倍所引发的基因组冲击的机制。背景介绍多倍化是植物进化和作物育种的重要力量。 7 0 % 的被子植物经历过一次或多次基因组加倍事件。多倍体园艺植物的品种繁多，因其具有较强的抗病性和优良的农艺性状而被广泛利用。不结球白菜（俗称小白菜）作为十字花科（ C r u c i f e r a e ）芸苔属（ B r a s s i c a ）中重要的蔬菜作物之一，深受中国消费者喜爱。国内外育种学家们长期致力于杂交选育新品种，使得不结球白菜遗传资源丰富多样。另外，通过基因组倍性改变的倍性育种是小白菜遗传改良的重要内容。与其二倍体相比，同源四倍体不结球白菜通常表现出晚花、叶片变厚的表型，收获时的品质和产量更好。与异源四倍体相比，同源四倍体的遗传背景不受杂交的影响，更适合揭示多倍体物种中基因表达的调控机制。由于基因组加倍过程中不涉及 D N A 序列的改变，其基因表达的改变通常与表观遗传密切相关。深入研究植物多倍化过程中基因表达调控的表观遗传机制对多倍体育种的理论支撑至关重要。研究结果本研究中，作者首先发现不结球白菜基因组加倍后差异表达基因占全部基因的比例较低（ 5 . 4 5 % ），而非差异表达基因占全部基因的绝大多数，达 9 4 . 5 5 % 。差异表达基因在 R N A 聚合酶通路中富集最为显著（ F i g . 1 ）。 F i g . 1 B c 2 X 和 B c 4 X 之间的差异表达基因的表征基因组加倍后，差异甲基化区域分别包含了 1 2 , 8 5 7 个差异高甲基化基因和 8 , 4 5 1 个差异低甲基化基因。差异甲基化基因与差异表达基因在一定范围内显著重叠，其中，差异低甲基化与差异上调基因显著交集；差异高甲基化在基因体的 1 k b 两侧区域与差异下调基因显著富集；差异低甲基化在基因体区域与下调差异表达基因显著交集。此外，差异 D N A 甲基化水平与差异表达基因的表达水平呈负相关（ F i g . 2 ）。 F i g . 2 B c 2 X 和 B c 4 X 的差异甲基化基因的功能预测及其与差异表达基因的富集在二倍体（ B c 2 X ）和四倍体（ B c 4 X ）小白菜中，有转座元件插入的基因总体转录水平显著低于没有转座元件插入的基因，无论转座元件插入基因体还是其 1 k b 两侧区域。在基因组加倍后，差异表达基因相关的转座元件甲基化没有显著变化，无论转座元件是在基因体内还是在 1 k b 两侧区域，而非差异表达基因两侧转座元件的甲基化水平显著增加（ F i g . 3 ），这些结果揭示了 D N A 甲基化在同源四倍体植物的基因转录调控中的作用。在基因组加倍过程中，大部分基因的转录维持不变，有助于多倍体细胞稳态的维持，这个过程受到这些基因两侧转座元件 D N A 甲基化升高的调控。 F i g . 3 非差异表达基因与相邻转座元件的甲基化变化的关系上海交通大学农业与生物学院马敏博士和博士生王远达为论文共同第一作者，方玉达教授为论文通讯作者。上海交通大学孙镇菲副研究员、研究生赵冉泽、李晓璇和李虹桦、上海农科院朱红芳研究员和杨学东副研究员以及南京农业大学张昌伟副教授参与了本研究。本研究得到了上海市农业研究系统和国家自然科学基金的资助。论文链接： h t t p s : / / m o l h o r t . b i o m e d c e n t r a l . c o m / a r t i c l e s / 1 0 . 1 1 8 6 / s 4 3 8 9 7 0 2 5 0 0 1 4 5 3 近日，中心张欢课题组在 P l a n t B i o t e c h n o l o g y J o u r n a l 杂志上在线发表了题为 S u n l i g h t s e n s i t i v e c a r b o n d o t s f o r p l a n t i m m u n i t y p r i m i n g a n d p a t h o g e n d e f e n c e 的研究论文。该研究工作设计合成了一种光敏性可降解的碳点 ( C a r b o n D o t s , C D s ) ，该 C D s 在增强植物抗病性的同时不会影响植物的产量，还可充当广谱的抗真菌剂。极端天气与病原菌威胁全球粮食安全，传统防治手段因抗药性及污染受限。碳点（ C D s ）作为低成本、可降解的零维碳基材料，兼具光敏特性与高生物相容性，能增强植物光合作用、抗逆性及免疫应答。本研究通过水热法开发光敏 C D s ，发现其浓度依赖性双模功能：低浓度激活植物免疫基因，高浓度光催化直接杀菌。该策略突破传统纳米材料环境累积风险，为开发智能绿色农药提供新思路。主要研究结果如下： 1 . C D s 的合成和理化性质表征作者使用邻苯二胺和胱氨酸通过一步水热反应制备了 2 5 n m 的正电性 C D s 。傅里叶变换红外光谱和紫外可见吸收（ U V v i s ）光谱表明 C D s 富含 N H C C 、 C = O / C = N 、 C = C 和 C O N H 等富电子官能团。在 3 6 5 n m 波长的光照下， C D s 的 U V v i s 光谱在 ~ 4 5 2 n m 处出现了新的吸收峰，且随着光照时间的延长，该吸收峰的强度逐渐增强，同时位于 2 2 8 n m 处的 C = C 的吸收峰逐渐减弱（图 1 f ）。电子自旋共振波谱（图 1 g ）证明该 C D s 在太阳光照下（氙模拟太阳光全光谱）可同时产生 1 O 2 、 O 2 ˙ 和 ˙ O H 三种 R O S （图 1 g ）。 C D s 表面的富电子基团和共轭结构赋予 C D s 光生 R O S 的性质，同时， C D s 产生的 R O S 能氧化自身含氮和含硫基团，导致新的吸收峰的出现。此外，当 C D s 暴露于户外 9 0 d 后，其 F T I R 和 U V v i s 特征峰逐渐变弱甚至消失，表明了 C D s 的可降解性和环境兼容性。图 1 ， C D s 合成和表征。 2 . C D s 激活植物的免疫反应基于 R O S 的双重生物学功能以及 C D s 可在太阳光照下产生 R O S 的特性，作者推测可以利用 C D s 产生的 R O S 来触发植物自身的防御反应。作者首先使用 C D s 喷施处理（浓度为 2 4 0 m g / L ）烟草和番茄植株的叶片，并在处理后 4 ~ 8 h 内观察到了 R O S 的爆发。另外， C D s 处理还增强了植物抗氧化酶活性，表明 C D s 处理扰乱了植物自身的氧化还原稳态。使用灰葡萄孢菌侵染 C D s 预处理的番茄和烟草植株发现， C D s 预处理可以显著降低烟草（ 3 3 % ）和番茄（ 1 2 % ）灰霉病的发病率。同时，使用辣椒疫霉孢子侵染 C D s 预处理的番茄叶片后，发病率降低了 3 1 % 。 R O S 信号被认为是介导 P T I 和 E T I 下游免疫反应的重要次级信使，作者猜测 C D s 在原位产生的 R O S 通过损害植物表皮蜡质层和细胞壁，触发植物内部的系列免疫响应，如 R O S 爆发和抗氧化酶活性变化等。图 2 ， C D s 诱导 R O S 爆发，增强烟草和番茄植株对灰霉病的抗性。为探究 C D s 诱导植物防御反应的机制，作者使用 2 4 0 m g / L 的 C D s 喷施处理了番茄叶片，并对处理后 1 2 h 和 2 4 h 的叶片进行了转录组分析。 G O 富集结果表明， C D s 处理组的 D E G s 显著富集在细胞内源性刺激以及氧化还原等途径，表明 C D s 处理作为外部刺激激活了植物的抗氧化防御反应。对 D E G s 进行 K E G G 富集分析后发现，处理 1 2 h 后的 D E G s 主要富集含硫氨基酸代谢，类黄酮、甾醇和谷胱甘肽等抗氧化相关物质的生物合成以及植物激素信号转导等通路。处理 2 4 h 后的 D E G s 显著富集在光合作用天线蛋白、植物激素信号、 M A P K 信号级联，类固醇、苯丙氨酸、苯丙烷和蜡质等的生物合成过程。钙离子内流、 R O S 爆发、 M A P K 级联和防御激素响应等被认为是植物防御反应的第一道防线，这些信号可以介导下游，包括细胞壁增强、抗毒素生物合成等反应。而角质、蜡质和木质素是植物的主要屏障，可以保护植物细胞壁免受病原菌的水解，增强植物的抗病性。作者注意到在苯丙烷生物合成途径中，多个参与木质素合成的关键酶基因被显著调节。研究表明， P O D 在 R O S 的参与下介导木质素的生物合成。因此，综合 C D s 处理之后叶片中 R O S 的爆发和氧化还原稳态的变化等的结果，作者猜测本研究中 P O D 和 S O D 活性提高以及 R O S 的生成可能与植物细胞壁增强有关。综上，作者认为 C D s 在叶片表面原位产生的 R O S 造成了植物叶片表面蜡质、细胞壁等的氧化损伤，破坏了细胞壁的完整性，从而诱导了包括木质素、角质和蜡质的合成、 R O S 爆发以及抗毒素的合成等系列免疫响应，增强了植物的抗病性。鉴于持续 R O S 会导致氧化损伤毒性，影响植物生长和发育，作者进一步评估了 C D s 处理对植物光合作用和产量的影响。结果表明， C D s 处理（即使高浓度处理）不会影响植物的正常生长和产量。图 3 ， C D s 处理对番茄叶片转录水平的影响。 3 . 光敏性 C D s 的广谱抗真菌活性作者还研究了 C D s 在持续阳光照射（氙灯模拟， 9 . 4 1 0 ⁴ l u x ）下的抗真菌能力，探索 C D s 在田间病原微生物防治中的效果。结果表明，不同浓度 C D s 处理对 B . c i n e r e a 菌丝生长的影响程度不同， 4 8 0 m g / L 浓度 C D s 处理下，可以造成疫霉（ P . c a p s i c i ）、核盘菌（ S . s c l e r o t i o r u m ）和灰葡萄孢菌（ B . c i n e r e a ）的菌丝生长均被显著抑制，抑制率分别为 6 6 . 5 % ， 8 8 . 3 % 和 1 0 0 % ，单独的光照处理和黑暗 + C D s 处理对菌丝生长没有影响，表明 C D s 具有独特的光诱导抗菌活性。作者还利用透射电镜和扫描电镜研究了 C D s 处理对灰葡萄孢菌菌丝和孢子形貌结构的影响，发现 C D s 处理后菌丝和孢子细胞壁结构严重破损，而对照组菌丝和孢子的结构完整，表面光滑。结合 C D s 处理对菌丝和孢子转录水平的影响，作者认为 C D s 在连续光照下产生的 R O S 不仅造成了病原菌细胞壁细胞膜等结构的损伤，还造成了细胞核内核酸的氧化损伤，最终导致孢子和菌丝的失活，降低了其侵染活力及传染能力。图 4 ， C D s 的抑菌活性。结论在这项研究中，作者开发了能够产生 R O S 、对太阳光敏感、可降解的 C D s 。该 C D s 可以作为植物免疫引发剂的同时还可作为广谱的抗真菌剂。在自然生长条件下 , 低浓度（ 2 4 0 m g / L ） C D s 产生适量的 R O S ，诱导细胞壁损伤介导的系列免疫反应，如 R O S 爆发、 M A P K 级联、植保素和木质素的积累，增强植物抗病性。持续光照下，高浓度（ 4 8 0 m g / L ） C D s 原位产生 R O S 可以造成疫霉（ P . c a p s i c i ）、核盘菌（ S . s c l e r o t i o r u m ）和灰葡萄孢菌（ B . c i n e r e a ）的结构损伤，使病原菌菌丝和孢子失活，可以预防植物疾病的发生和传播。 C D s 的免疫刺激和杀菌的双重功能为可持续植物保护提供了创新策略。此外， C D 的可降解性和低毒性使其有望成为化学杀虫剂和杀菌剂的独特和安全的替代品。上海交通大学农业与生物学院博士后寇尔丰博士为论文第一作者，张欢副教授（ h t t p s : / / w w w . a g r i . s j t u . e d u . c n / D a t a / V i e w / 6 4 4 2 ）为该研究工作的通讯作者。感谢加州大学伯克利分校 M a r k i t a L a n d r y 教授对该工作提供的宝贵意见。该研究工作得到了国家自然科学基金、博士后面上项目、国家资助博士后人员计划、上海市浦江人才计划等项目的资助。上海交通大学张欢课题组因科研工作需要，现招聘 2 3 名博士后，研究方向包括但不限于：植物高效靶向递送体系构建、基因编辑在植物中的应用、 R N A 农药开发、植物成像等纳米技术与植物学交叉研究。有意者请发送个人简历至 z h a n g _ h u a n @ s j t u . e d u . c n 。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p b i . 7 0 0 5 0 学术活动 / 通知更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十七期 2 0 2 5 0 4 2 1 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期 2 0 2 5 0 4 0 7 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十五期 2 0 2 4 1 2 0 2 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十四期 2 0 2 4 1 1 2 6 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十三期 2 0 2 4 1 1 1 3 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十二期 2 0 2 4 1 1 1 2 招聘信息更多 > > 上海交通大学 “ 单细胞生物学联合 . . . 2 0 2 1 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 研究平台了解更多 > > 单细胞显微观察平台单细胞分离制备平台单细胞转录组平台单细胞蛋白组平台单细胞表观组平台地址：上海市东川路 8 0 0 号邮编： 2 0 0 2 4 0 电话： 8 6 2 1 5 4 7 4 0 0 0 0 沪 I C P 备 0 5 0 5 2 0 6 0 沪举报中心沪公安网备 3 1 0 0 9 1 0 2 0 0 0 0 4 5 版权所有上海交通大学友情链接上海交通大学上海交通大学农业与生物学院 l o a d i n g . . . . . . / > 基因功能的 “ 开 ” 与 “ 关 ” 是分子生物学研究的核心手段。目前， R N A 干扰（ R N A i ）和 C R I S P R 干扰（ C R I S P R i ）是常用的基因抑制技术，但前者存在脱靶效应和遗传不稳定性，后者依赖外源蛋白的持续表达，难以满足作物育种对精准性和安全性的需求。研究团队另辟蹊径，将目光投向植物内源的 m i R N A 调控网络。 m i R N A 是一类天然存在的小分子 R N A ，其表达具有高度时空特异性，例如某些 m i R N A 仅在叶片中高表达，或在长日照条件下被激活。陆玉明团队提出：若将 m i R N A 的靶序列插入目标基因的 3 ’ U T R ，即可利用 m i R N A 的天然表达特性，构建人工调控回路，实现基因的条件性敲低。研究团队以水稻为模型，首先通过生物信息学筛选出 1 1 4 个具有组成性、组织特异性或环境响应性表达特征的 m i R N A 。随后，利用 C R I S P R C a s 9 基因编辑技术，将选定的 m i R N A 靶序列精准插入目标基因的 3 ’ U T R 。以水稻赤霉素受体基因 G I D 1 为例，团队设计了三类实验验证 M i R K D 的可行性：组成型敲低：插入组成型表达的 m i R 1 5 6 a 靶序列，使水稻赤霉素受体基因 G I D 1 表达降低 9 7 % ，植株呈现显著矮化表型；组织特异性敲低：利用主要在茎中表达的 m i R 3 9 6 c ，使 G I D 1 在茎部表达降低 3 0 % 5 0 % ，而叶片不受影响；环境诱导型敲低：在长日照条件下，光响应 m i R 5 2 8 可触发 G I D 1 表达下降 6 3 % ，短日照下则无此效应。研究还发现，靶序列在 3 ’ U T R 中的插入位置可调节敲低效率。靠近终止密码子的插入（如 5 2 0 b p ）能实现 9 4 % 以上的高效抑制，而远端插入（ 2 0 0 4 0 0 b p ）的抑制率约为 5 5 % ，这为基因表达强度的微调提供了新策略。首页上海交通大学单细胞生物学联合研究中心 E n g l i s h 首页中心概况中心简介中心愿景科研团队研究方向研究平台研究课题科研成果论文发表仪器设备联系我们 1 2 3 4 5 6 J o h n I n n e s C e n t r e 专家 D a v i d S e u n g 博士应邀为植物细胞与未来农业论坛作主题报告北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十六期清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三期中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第二十二期中心简介单细胞生物学联合研究中心（ J C S C B ）成立于 2 0 1 9 年 1 0 月，由上海交通大学、荷兰拉德堡德大学和山东农业大学联合创建，依托上海交通大学农业与生物学院。薛红卫教授担任中心主任。中心采用并发展国际领先的单细胞生物学研究技术和方法，加快和加深对不同细胞个体的认知，提升在基础生物学、细胞生物学和种质创新等领域的研究。中心立足国际科学前沿，旨在建设一流的单细胞技术平台和专业人才团队，在动植物基础研究、细胞生物技术等领域取得突破性成果。新闻动态更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期成功举办 2 0 2 5 0 4 1 4 北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期 2 0 2 3 1 1 2 4 德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十 . . . 2 0 2 3 1 1 2 3 清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期 2 0 2 3 1 1 1 5 瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三 . . . 2 0 2 3 0 9 2 4 中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第 . . . 2 0 2 3 0 9 0 4 韩国建国大学尹大珍（ D a e J i n Y u n ）教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二 . . . 2 0 2 3 0 7 1 9 中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员做客细胞发育与未来农业前沿论 . . . 2 0 2 3 0 6 0 6 奥地利科学技术研究院 D a n i e l Z i l b e r m a n 教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛 . . . 2 0 2 3 0 6 0 1 中国科学技术大学谭树堂教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十七期 2 0 2 3 0 5 2 8 山东农业大学卢从明教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十六期 2 0 2 3 0 5 2 2 荷兰拉德堡德大学须健教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十五期 2 0 2 3 0 5 1 8 中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究员做客植物细胞与发育前沿论 . . . 2 0 2 3 0 4 0 4 N a t C o m m u n 方玉达 / 涂晓雨团队合作揭示组蛋白 H 2 A 通过 c o h e s i n 靶向进行单泛素 . . . 2 0 2 3 0 3 0 6 P N A S — 薛红卫课题组与合作者揭示磷脂酸细胞器间转运进而调控叶绿体发育的机 . . . 2 0 2 3 0 2 0 2 科研成果更多 > > 马铃薯（ S o l a n u m t u b e r o s u m L . ）是一种富含淀粉的重要粮食作物，其茎分为地上茎和匍匐茎，其中地上茎负责直立生长和叶分化，而匍匐茎是形成块茎的特殊器官。因此匍匐茎分生能力的研究对改良马铃薯产量和品质非常重要。近日，中心王旭团队在 P l a n t C e l l E n v i r o n m e n t 杂志发表了题为 C e l l F a t e D e t e r m i n a t i o n o f t h e P o t a t o S h o o t A p e x a n d S t o l o n T i p s R e v e a l e d b y S i n g l e C e l l T r a n s c r i p t o m e A n a l y s i s 的研究论文。该研究对马铃薯匍匐茎茎尖和地上茎茎尖进行了单细胞转录组测序，并开展单细胞水平的比较分析，为马铃薯的分子改良提供了基因资源。该研究利用单细胞测序对马铃薯的匍匐茎和地上茎进行了单细胞图谱的构建，共获得 3 5 , 0 4 8 个高质量的细胞，并可以分为 2 3 个细胞簇。根据标记基因的表达模式，这些细胞簇可以分为 5 种主要的细胞类型，包括表皮细胞、叶肉细胞、维管细胞、增殖细胞和分生细胞。通过对不同细胞类型的比较分析发现，叶肉细胞和表皮细胞是匍匐茎和地上茎的主要差异细胞类型，表现为细胞数量降低和组织特异性高表达基因减少。对激素相关通路基因的表达模式分析发现，生长素和赤霉素在这两种组织中具有显著差异。跨物种分析表明，匍匐茎与拟南芥根尖的相似度高于地上茎，匍匐茎具有更多同源的组织特异性表达基因。此外，对马铃薯和拟南芥的茎尖单细胞数据的整合分析显示，维管组织在物种间相对保守，其中木质部和伴胞的特异性表达基因高度重叠。本研究为马铃薯匍匐茎的发育机制研究提供了丰富的基因资源，有助于加速马铃薯块茎发育相关基础研究的进程。上海交通大学博士研究生郭超程为该论文的第一作者，王旭副教授和王玉东博士后为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和上海市现代种业协同创新中心项目的资助。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p c e . 1 5 4 5 9 2 0 2 5 年 4 月 2 2 日，中心武国章课题组在国际权威综合性期刊 N a t u r e C o m m u n i c a t i o n s 上发表了题为 C h l o r o p l a s t p r e c u r s o r p r o t e i n p r e C l p D o v e r a c c u m u l a t i o n t r i g g e r s m u l t i l e v e l r e p r o g r a m m i n g o f g e n e e x p r e s s i o n a n d a h e a t s h o c k l i k e r e s p o n s e 的研究论文，全面揭示了植物在多层次响应叶绿体前体蛋白积累的细胞学机制，证实蛋白翻译水平调控在激活分子伴侣蛋白（ H S P ）表达中的重要作用，发现叶绿体活性氧（ c p R O S ）作为叶绿体逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的表达，证实细胞质分子伴侣 C l p B 1 / H O T 1 在叶绿体前体蛋白过量积累时维持细胞蛋白稳态中的重要作用，为进一步理解叶绿体蛋白运输调控和逆境下蛋白稳态的维持机制提供了新线索。俗话说：万物生长靠太阳，植物的叶绿体是接收太阳光能，进行光合作用碳固定的细胞器。作为半自主性细胞器，叶绿体基因组只保留了少量蛋白编码基因，叶绿体内 9 5 % 以上的蛋白都是在细胞质核糖体上合成前体蛋白，前体蛋白在其 N 端的叶绿体信号肽引导下进入叶绿体，而后信号肽被剪切掉形成成熟形式的叶绿体蛋白。因此，叶绿体的正常发育和功能发挥均依赖于叶绿体的蛋白内运过程。在高光、高温等逆境条件下，叶绿体的蛋白内运效率下降，会造成叶绿体前体蛋白在细胞质中大量积累，导致细胞质蛋白稳态失衡和胁迫，影响植物生长和作物产量。然而，植物如何响应叶绿体前体蛋白过量积累胁迫（ c h l o r o p l a s t p r e c u r s o r o v e r a c c u m u l a t i o n s t r e s s ， c P O S ）目前还大部分未知。本研究通过诱导表达系统和组成型表达系统驱动细胞核编码的叶绿体蛋白 C l p D 的表达，成功构建了前体蛋白 p r e C l p D 积累的转基因株系，获得了研究 c P O S 的良好植物材料。激光共聚焦显微镜观察发现前体蛋白 p r e C l p D 主要围绕叶绿体外膜成点状聚集体分布，导致叶绿体超微结构受损，造成叶片黄化、光合能力下降、植物生长迟缓等表型。蛋白组学分析以及 W e s t e r n b l o t 验证发现，前体蛋白积累会导致光合作用复合体含量降低，而细胞质核糖体亚基、翻译调控因子、 2 6 S 蛋白酶体亚基和分子伴侣（ H S P ）等组分显著积累。 G e n e O n t o l o g y 富集分析显示蛋白积累量上升的蛋白富集在核糖体生物发生和蛋白翻译等过程，多聚核糖体分析进一步证实蛋白翻译水平调控在植物响应前体蛋白过量积累中发挥重要作用。为了探究这些翻译水平调控的具体机制，本研究进行了转录组学和翻译组学联合分析，结合蛋白组学数据，揭示了植物细胞响应前体蛋白过量积累的多层次调控网络。结果显示，当 c P O S 发生时，叶绿体内的活性氧（ c p R O S ）爆发作为逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的上调表达。然而，相较于转录水平调控，翻译水平调控在激活 H S P 表达中发挥更强的作用。为了探究这些 H S P 在 c P O S 响应过程中的作用，本研究对翻译水平上调最为显著的 H S P 1 0 0 分子伴侣家族成员 C l p B 1 / H O T 1 蛋白进行功能验证，证实了 C l p B 1 / H O T 1 在 c P O S 发生时维持细胞蛋白稳态中的重要作用。此外，通过分离前体蛋白聚集体（ C h l o r o S t o r e ）和质谱鉴定，本研究揭示了植物前体蛋白聚集体的主要组分，以及 H S P 1 0 0 和 H S P 2 0 分子伴侣在 C h l o r o S t o r e 形成中和酵母 / 人类线粒体前体蛋白聚集体 M i t o S t o r e 形成中的保守功能，以及植物 C h l o r o S t o r e 的特异性。本研究揭示了植物细胞应对 c P O S 的多层次响应全景图，为进一步研究提供了线索。上海交通大学农业与生物学院博士后洪政辉为论文第一作者，武国章副教授为通讯作者。上海交通大学农业与生物学院硕士生朱丽宇、博士后高琳琳、博士生苏彤，云南大学生命科学学院朱喆、 L e o n a r d K r a l l 、武旭娜研究员，德国马普分子植物生理研究所 R a l p h B o c k 院士也参与了本项工作。该研究获得国家自然科学基金、上海市现代种业协同创新中心项目、德国马普伙伴研究组项目、上海市浦江人才计划、上海市超级博士后、中国博士后面上项目等资助。原文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 4 6 7 0 2 5 5 9 0 4 3 3 4 月 5 日， M o l e c u l a r H o r t i c u l t u r e 在线发表了上海交通大学农业与生物学院方玉达课题组有关 D N A 甲基化调控植物基因组加倍过程中转录稳态的研究论文，题为 R e g u l a t i o n o f t r a n s c r i p t i o n a l h o m e o s t a s i s b y D N A m e t h y l a t i o n u p o n g e n o m e d u p l i c a t i o n i n p a k c h o i 。该研究发现在同源四倍体不结球白菜中，非差异表达基因两侧的转座元件的 D N A 甲基化水平升高。相反，与差异甲基化区域相关的基因重叠的差异表达基因的转录水平与这些差异表达基因的 D N A 甲基化水平呈负相关。这些结果阐明了多倍体植物中 D N A 甲基化在基因转录稳态调控中的作用，以及十字花科植物应对基因组加倍所引发的基因组冲击的机制。背景介绍多倍化是植物进化和作物育种的重要力量。 7 0 % 的被子植物经历过一次或多次基因组加倍事件。多倍体园艺植物的品种繁多，因其具有较强的抗病性和优良的农艺性状而被广泛利用。不结球白菜（俗称小白菜）作为十字花科（ C r u c i f e r a e ）芸苔属（ B r a s s i c a ）中重要的蔬菜作物之一，深受中国消费者喜爱。国内外育种学家们长期致力于杂交选育新品种，使得不结球白菜遗传资源丰富多样。另外，通过基因组倍性改变的倍性育种是小白菜遗传改良的重要内容。与其二倍体相比，同源四倍体不结球白菜通常表现出晚花、叶片变厚的表型，收获时的品质和产量更好。与异源四倍体相比，同源四倍体的遗传背景不受杂交的影响，更适合揭示多倍体物种中基因表达的调控机制。由于基因组加倍过程中不涉及 D N A 序列的改变，其基因表达的改变通常与表观遗传密切相关。深入研究植物多倍化过程中基因表达调控的表观遗传机制对多倍体育种的理论支撑至关重要。研究结果本研究中，作者首先发现不结球白菜基因组加倍后差异表达基因占全部基因的比例较低（ 5 . 4 5 % ），而非差异表达基因占全部基因的绝大多数，达 9 4 . 5 5 % 。差异表达基因在 R N A 聚合酶通路中富集最为显著（ F i g . 1 ）。 F i g . 1 B c 2 X 和 B c 4 X 之间的差异表达基因的表征基因组加倍后，差异甲基化区域分别包含了 1 2 , 8 5 7 个差异高甲基化基因和 8 , 4 5 1 个差异低甲基化基因。差异甲基化基因与差异表达基因在一定范围内显著重叠，其中，差异低甲基化与差异上调基因显著交集；差异高甲基化在基因体的 1 k b 两侧区域与差异下调基因显著富集；差异低甲基化在基因体区域与下调差异表达基因显著交集。此外，差异 D N A 甲基化水平与差异表达基因的表达水平呈负相关（ F i g . 2 ）。 F i g . 2 B c 2 X 和 B c 4 X 的差异甲基化基因的功能预测及其与差异表达基因的富集在二倍体（ B c 2 X ）和四倍体（ B c 4 X ）小白菜中，有转座元件插入的基因总体转录水平显著低于没有转座元件插入的基因，无论转座元件插入基因体还是其 1 k b 两侧区域。在基因组加倍后，差异表达基因相关的转座元件甲基化没有显著变化，无论转座元件是在基因体内还是在 1 k b 两侧区域，而非差异表达基因两侧转座元件的甲基化水平显著增加（ F i g . 3 ），这些结果揭示了 D N A 甲基化在同源四倍体植物的基因转录调控中的作用。在基因组加倍过程中，大部分基因的转录维持不变，有助于多倍体细胞稳态的维持，这个过程受到这些基因两侧转座元件 D N A 甲基化升高的调控。 F i g . 3 非差异表达基因与相邻转座元件的甲基化变化的关系上海交通大学农业与生物学院马敏博士和博士生王远达为论文共同第一作者，方玉达教授为论文通讯作者。上海交通大学孙镇菲副研究员、研究生赵冉泽、李晓璇和李虹桦、上海农科院朱红芳研究员和杨学东副研究员以及南京农业大学张昌伟副教授参与了本研究。本研究得到了上海市农业研究系统和国家自然科学基金的资助。论文链接： h t t p s : / / m o l h o r t . b i o m e d c e n t r a l . c o m / a r t i c l e s / 1 0 . 1 1 8 6 / s 4 3 8 9 7 0 2 5 0 0 1 4 5 3 近日，中心张欢课题组在 P l a n t B i o t e c h n o l o g y J o u r n a l 杂志上在线发表了题为 S u n l i g h t s e n s i t i v e c a r b o n d o t s f o r p l a n t i m m u n i t y p r i m i n g a n d p a t h o g e n d e f e n c e 的研究论文。该研究工作设计合成了一种光敏性可降解的碳点 ( C a r b o n D o t s , C D s ) ，该 C D s 在增强植物抗病性的同时不会影响植物的产量，还可充当广谱的抗真菌剂。极端天气与病原菌威胁全球粮食安全，传统防治手段因抗药性及污染受限。碳点（ C D s ）作为低成本、可降解的零维碳基材料，兼具光敏特性与高生物相容性，能增强植物光合作用、抗逆性及免疫应答。本研究通过水热法开发光敏 C D s ，发现其浓度依赖性双模功能：低浓度激活植物免疫基因，高浓度光催化直接杀菌。该策略突破传统纳米材料环境累积风险，为开发智能绿色农药提供新思路。主要研究结果如下： 1 . C D s 的合成和理化性质表征作者使用邻苯二胺和胱氨酸通过一步水热反应制备了 2 5 n m 的正电性 C D s 。傅里叶变换红外光谱和紫外可见吸收（ U V v i s ）光谱表明 C D s 富含 N H C C 、 C = O / C = N 、 C = C 和 C O N H 等富电子官能团。在 3 6 5 n m 波长的光照下， C D s 的 U V v i s 光谱在 ~ 4 5 2 n m 处出现了新的吸收峰，且随着光照时间的延长，该吸收峰的强度逐渐增强，同时位于 2 2 8 n m 处的 C = C 的吸收峰逐渐减弱（图 1 f ）。电子自旋共振波谱（图 1 g ）证明该 C D s 在太阳光照下（氙模拟太阳光全光谱）可同时产生 1 O 2 、 O 2 ˙ 和 ˙ O H 三种 R O S （图 1 g ）。 C D s 表面的富电子基团和共轭结构赋予 C D s 光生 R O S 的性质，同时， C D s 产生的 R O S 能氧化自身含氮和含硫基团，导致新的吸收峰的出现。此外，当 C D s 暴露于户外 9 0 d 后，其 F T I R 和 U V v i s 特征峰逐渐变弱甚至消失，表明了 C D s 的可降解性和环境兼容性。图 1 ， C D s 合成和表征。 2 . C D s 激活植物的免疫反应基于 R O S 的双重生物学功能以及 C D s 可在太阳光照下产生 R O S 的特性，作者推测可以利用 C D s 产生的 R O S 来触发植物自身的防御反应。作者首先使用 C D s 喷施处理（浓度为 2 4 0 m g / L ）烟草和番茄植株的叶片，并在处理后 4 ~ 8 h 内观察到了 R O S 的爆发。另外， C D s 处理还增强了植物抗氧化酶活性，表明 C D s 处理扰乱了植物自身的氧化还原稳态。使用灰葡萄孢菌侵染 C D s 预处理的番茄和烟草植株发现， C D s 预处理可以显著降低烟草（ 3 3 % ）和番茄（ 1 2 % ）灰霉病的发病率。同时，使用辣椒疫霉孢子侵染 C D s 预处理的番茄叶片后，发病率降低了 3 1 % 。 R O S 信号被认为是介导 P T I 和 E T I 下游免疫反应的重要次级信使，作者猜测 C D s 在原位产生的 R O S 通过损害植物表皮蜡质层和细胞壁，触发植物内部的系列免疫响应，如 R O S 爆发和抗氧化酶活性变化等。图 2 ， C D s 诱导 R O S 爆发，增强烟草和番茄植株对灰霉病的抗性。为探究 C D s 诱导植物防御反应的机制，作者使用 2 4 0 m g / L 的 C D s 喷施处理了番茄叶片，并对处理后 1 2 h 和 2 4 h 的叶片进行了转录组分析。 G O 富集结果表明， C D s 处理组的 D E G s 显著富集在细胞内源性刺激以及氧化还原等途径，表明 C D s 处理作为外部刺激激活了植物的抗氧化防御反应。对 D E G s 进行 K E G G 富集分析后发现，处理 1 2 h 后的 D E G s 主要富集含硫氨基酸代谢，类黄酮、甾醇和谷胱甘肽等抗氧化相关物质的生物合成以及植物激素信号转导等通路。处理 2 4 h 后的 D E G s 显著富集在光合作用天线蛋白、植物激素信号、 M A P K 信号级联，类固醇、苯丙氨酸、苯丙烷和蜡质等的生物合成过程。钙离子内流、 R O S 爆发、 M A P K 级联和防御激素响应等被认为是植物防御反应的第一道防线，这些信号可以介导下游，包括细胞壁增强、抗毒素生物合成等反应。而角质、蜡质和木质素是植物的主要屏障，可以保护植物细胞壁免受病原菌的水解，增强植物的抗病性。作者注意到在苯丙烷生物合成途径中，多个参与木质素合成的关键酶基因被显著调节。研究表明， P O D 在 R O S 的参与下介导木质素的生物合成。因此，综合 C D s 处理之后叶片中 R O S 的爆发和氧化还原稳态的变化等的结果，作者猜测本研究中 P O D 和 S O D 活性提高以及 R O S 的生成可能与植物细胞壁增强有关。综上，作者认为 C D s 在叶片表面原位产生的 R O S 造成了植物叶片表面蜡质、细胞壁等的氧化损伤，破坏了细胞壁的完整性，从而诱导了包括木质素、角质和蜡质的合成、 R O S 爆发以及抗毒素的合成等系列免疫响应，增强了植物的抗病性。鉴于持续 R O S 会导致氧化损伤毒性，影响植物生长和发育，作者进一步评估了 C D s 处理对植物光合作用和产量的影响。结果表明， C D s 处理（即使高浓度处理）不会影响植物的正常生长和产量。图 3 ， C D s 处理对番茄叶片转录水平的影响。 3 . 光敏性 C D s 的广谱抗真菌活性作者还研究了 C D s 在持续阳光照射（氙灯模拟， 9 . 4 1 0 ⁴ l u x ）下的抗真菌能力，探索 C D s 在田间病原微生物防治中的效果。结果表明，不同浓度 C D s 处理对 B . c i n e r e a 菌丝生长的影响程度不同， 4 8 0 m g / L 浓度 C D s 处理下，可以造成疫霉（ P . c a p s i c i ）、核盘菌（ S . s c l e r o t i o r u m ）和灰葡萄孢菌（ B . c i n e r e a ）的菌丝生长均被显著抑制，抑制率分别为 6 6 . 5 % ， 8 8 . 3 % 和 1 0 0 % ，单独的光照处理和黑暗 + C D s 处理对菌丝生长没有影响，表明 C D s 具有独特的光诱导抗菌活性。作者还利用透射电镜和扫描电镜研究了 C D s 处理对灰葡萄孢菌菌丝和孢子形貌结构的影响，发现 C D s 处理后菌丝和孢子细胞壁结构严重破损，而对照组菌丝和孢子的结构完整，表面光滑。结合 C D s 处理对菌丝和孢子转录水平的影响，作者认为 C D s 在连续光照下产生的 R O S 不仅造成了病原菌细胞壁细胞膜等结构的损伤，还造成了细胞核内核酸的氧化损伤，最终导致孢子和菌丝的失活，降低了其侵染活力及传染能力。图 4 ， C D s 的抑菌活性。结论在这项研究中，作者开发了能够产生 R O S 、对太阳光敏感、可降解的 C D s 。该 C D s 可以作为植物免疫引发剂的同时还可作为广谱的抗真菌剂。在自然生长条件下 , 低浓度（ 2 4 0 m g / L ） C D s 产生适量的 R O S ，诱导细胞壁损伤介导的系列免疫反应，如 R O S 爆发、 M A P K 级联、植保素和木质素的积累，增强植物抗病性。持续光照下，高浓度（ 4 8 0 m g / L ） C D s 原位产生 R O S 可以造成疫霉（ P . c a p s i c i ）、核盘菌（ S . s c l e r o t i o r u m ）和灰葡萄孢菌（ B . c i n e r e a ）的结构损伤，使病原菌菌丝和孢子失活，可以预防植物疾病的发生和传播。 C D s 的免疫刺激和杀菌的双重功能为可持续植物保护提供了创新策略。此外， C D 的可降解性和低毒性使其有望成为化学杀虫剂和杀菌剂的独特和安全的替代品。上海交通大学农业与生物学院博士后寇尔丰博士为论文第一作者，张欢副教授（ h t t p s : / / w w w . a g r i . s j t u . e d u . c n / D a t a / V i e w / 6 4 4 2 ）为该研究工作的通讯作者。感谢加州大学伯克利分校 M a r k i t a L a n d r y 教授对该工作提供的宝贵意见。该研究工作得到了国家自然科学基金、博士后面上项目、国家资助博士后人员计划、上海市浦江人才计划等项目的资助。上海交通大学张欢课题组因科研工作需要，现招聘 2 3 名博士后，研究方向包括但不限于：植物高效靶向递送体系构建、基因编辑在植物中的应用、 R N A 农药开发、植物成像等纳米技术与植物学交叉研究。有意者请发送个人简历至 z h a n g _ h u a n @ s j t u . e d u . c n 。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p b i . 7 0 0 5 0 学术活动 / 通知更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十七期 2 0 2 5 0 4 2 1 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期 2 0 2 5 0 4 0 7 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十五期 2 0 2 4 1 2 0 2 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十四期 2 0 2 4 1 1 2 6 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十三期 2 0 2 4 1 1 1 3 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十二期 2 0 2 4 1 1 1 2 招聘信息更多 > > 上海交通大学 “ 单细胞生物学联合 . . . 2 0 2 1 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 研究平台了解更多 > > 单细胞显微观察平台单细胞分离制备平台单细胞转录组平台单细胞蛋白组平台单细胞表观组平台地址：上海市东川路 8 0 0 号邮编： 2 0 0 2 4 0 电话： 8 6 2 1 5 4 7 4 0 0 0 0 沪 I C P 备 0 5 0 5 2 0 6 0 沪举报中心沪公安网备 3 1 0 0 9 1 0 2 0 0 0 0 4 5 版权所有上海交通大学友情链接上海交通大学上海交通大学农业与生物学院 l o a d i n g . . . . . . / > 与现有技术相比， M i R K D 具有三大核心优势：首先，该方法完全依赖内源性 m i R N A ，无需引入外源蛋白或 R N A ，避免了转基因生物的安全争议；其次，通过编辑基因自身的 3 ’ U T R ，目标蛋白的天然结构得以完整保留，克服了蛋白降解标签技术导致的非天然修饰问题；最后， M i R K D 可同时调控多个基因，通过组合不同 m i R N A 的靶序列，未来有望构建复杂的基因表达网络，实现作物性状的模块化设计。研究团队进一步验证了 M i R K D 的跨物种普适性。在人类细胞系 H e p G 2 和 H E K 2 9 3 T 中，插入肝脏或肾脏特异性 m i R N A 靶序列后，报告基因的表达在相应细胞中特异性下降，表明该技术有望拓展至医学领域，为细胞特异性基因治疗提供新工具。上海交通大学农业与生物学院博士后刘天珍和沈佳琪为论文并列第一作者，陆钰明教授为通讯作者。博士生钟达庭、博士生王轲麟、硕士生阎嘉蕊、博士后姚琦、博士生叶璐、博士后李凯、硕士生邓琪也参与了本项工作。该研究由国家重点研发计划（ 2 0 2 1 Y F D 1 2 0 1 3 0 0 ）、上海市农业技术攻关项目（ K 2 0 2 3 0 0 1 ）、中国博士后科学基金（ 2 0 2 4 M 7 5 1 9 8 5 ）等项目资助完成。论文信息： L i u T . , S h e n J . , e t a l . ( 2 0 2 5 ) . C o n d i t i o n a l k n o c k d o w n o f g e n e e x p r e s s i o n i n p l a n t s v i a 3 U T R e d i t i n g . P l a n t C o m m u n i c a t i o n s 6 , 1 0 1 2 9 1 . D O I : 马铃薯（ S o l a n u m t u b e r o s u m L . ）是一种富含淀粉的重要粮食作物，其茎分为地上茎和匍匐茎，其中地上茎负责直立生长和叶分化，而匍匐茎是形成块茎的特殊器官。因此匍匐茎分生能力的研究对改良马铃薯产量和品质非常重要。近日，中心王旭团队在 P l a n t C e l l 单细胞生物学联合研究中心（ J C S C B ）成立于 2 0 1 9 年 1 0 月，由上海交通大学、荷兰拉德堡德大学和山东农业大学联合创建，依托上海交通大学农业与生物学院。薛红卫教授担任中心主任。中心采用并发展国际领先的单细胞生物学研究技术和方法，加快和加深对不同细胞个体的认知，提升在基础生物学、细胞生物学和种质创新等领域的研究。中心立足国际科学前沿，旨在建设一流的单细胞技术平台和专业人才团队，在动植物基础研究、细胞生物技术等领域取得突破性成果。新闻动态更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期成功举办 2 0 2 5 0 4 1 4 北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期 2 0 2 3 1 1 2 4 德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十 . . . 2 0 2 3 1 1 2 3 清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期 2 0 2 3 1 1 1 5 瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三 . . . 2 0 2 3 0 9 2 4 中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第 . . . 2 0 2 3 0 9 0 4 韩国建国大学尹大珍（ D a e J i n Y u n ）教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二 . . . 2 0 2 3 0 7 1 9 中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员做客细胞发育与未来农业前沿论 . . . 2 0 2 3 0 6 0 6 奥地利科学技术研究院 D a n i e l Z i l b e r m a n 教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛 . . . 2 0 2 3 0 6 0 1 中国科学技术大学谭树堂教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十七期 2 0 2 3 0 5 2 8 山东农业大学卢从明教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十六期 2 0 2 3 0 5 2 2 荷兰拉德堡德大学须健教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十五期 2 0 2 3 0 5 1 8 中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究员做客植物细胞与发育前沿论 . . . 2 0 2 3 0 4 0 4 N a t C o m m u n 方玉达 / 涂晓雨团队合作揭示组蛋白 H 2 A 通过 c o h e s i n 靶向进行单泛素 . . . 2 0 2 3 0 3 0 6 P N A S — 薛红卫课题组与合作者揭示磷脂酸细胞器间转运进而调控叶绿体发育的机 . . . 2 0 2 3 0 2 0 2 科研成果更多 > > 2 0 2 5 年 4 月 2 2 日，中心武国章课题组在国际权威综合性期刊 N a t u r e C o m m u n i c a t i o n s 上发表了题为 C h l o r o p l a s t p r e c u r s o r p r o t e i n p r e C l p D o v e r a c c u m u l a t i o n t r i g g e r s m u l t i l e v e l r e p r o g r a m m i n g o f g e n e e x p r e s s i o n a n d a h e a t s h o c k l i k e r e s p o n s e 的研究论文，全面揭示了植物在多层次响应叶绿体前体蛋白积累的细胞学机制，证实蛋白翻译水平调控在激活分子伴侣蛋白（ H S P ）表达中的重要作用，发现叶绿体活性氧（ c p R O S ）作为叶绿体逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的表达，证实细胞质分子伴侣 C l p B 1 / H O T 1 在叶绿体前体蛋白过量积累时维持细胞蛋白稳态中的重要作用，为进一步理解叶绿体蛋白运输调控和逆境下蛋白稳态的维持机制提供了新线索。俗话说：万物生长靠太阳，植物的叶绿体是接收太阳光能，进行光合作用碳固定的细胞器。作为半自主性细胞器，叶绿体基因组只保留了少量蛋白编码基因，叶绿体内 9 5 % 以上的蛋白都是在细胞质核糖体上合成前体蛋白，前体蛋白在其 N 端的叶绿体信号肽引导下进入叶绿体，而后信号肽被剪切掉形成成熟形式的叶绿体蛋白。因此，叶绿体的正常发育和功能发挥均依赖于叶绿体的蛋白内运过程。在高光、高温等逆境条件下，叶绿体的蛋白内运效率下降，会造成叶绿体前体蛋白在细胞质中大量积累，导致细胞质蛋白稳态失衡和胁迫，影响植物生长和作物产量。然而，植物如何响应叶绿体前体蛋白过量积累胁迫（ c h l o r o p l a s t p r e c u r s o r o v e r a c c u m u l a t i o n s t r e s s ， c P O S ）目前还大部分未知。本研究通过诱导表达系统和组成型表达系统驱动细胞核编码的叶绿体蛋白 C l p D 的表达，成功构建了前体蛋白 p r e C l p D 积累的转基因株系，获得了研究 c P O S 的良好植物材料。激光共聚焦显微镜观察发现前体蛋白 p r e C l p D 主要围绕叶绿体外膜成点状聚集体分布，导致叶绿体超微结构受损，造成叶片黄化、光合能力下降、植物生长迟缓等表型。蛋白组学分析以及 W e s t e r n b l o t 验证发现，前体蛋白积累会导致光合作用复合体含量降低，而细胞质核糖体亚基、翻译调控因子、 2 6 S 蛋白酶体亚基和分子伴侣（ H S P ）等组分显著积累。 G e n e O n t o l o g y 富集分析显示蛋白积累量上升的蛋白富集在核糖体生物发生和蛋白翻译等过程，多聚核糖体分析进一步证实蛋白翻译水平调控在植物响应前体蛋白过量积累中发挥重要作用。为了探究这些翻译水平调控的具体机制，本研究进行了转录组学和翻译组学联合分析，结合蛋白组学数据，揭示了植物细胞响应前体蛋白过量积累的多层次调控网络。结果显示，当 c P O S 发生时，叶绿体内的活性氧（ c p R O S ）爆发作为逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的上调表达。然而，相较于转录水平调控，翻译水平调控在激活 H S P 表达中发挥更强的作用。为了探究这些 H S P 在 c P O S 响应过程中的作用，本研究对翻译水平上调最为显著的 H S P 1 0 0 分子伴侣家族成员 C l p B 1 / H O T 1 蛋白进行功能验证，证实了 C l p B 1 / H O T 1 在 c P O S 发生时维持细胞蛋白稳态中的重要作用。此外，通过分离前体蛋白聚集体（ C h l o r o S t o r e ）和质谱鉴定，本研究揭示了植物前体蛋白聚集体的主要组分，以及 H S P 1 0 0 和 H S P 2 0 分子伴侣在 C h l o r o S t o r e 形成中和酵母 / 人类线粒体前体蛋白聚集体 M i t o S t o r e 形成中的保守功能，以及植物 C h l o r o S t o r e 的特异性。本研究揭示了植物细胞应对 c P O S 的多层次响应全景图，为进一步研究提供了线索。上海交通大学农业与生物学院博士后洪政辉为论文第一作者，武国章副教授为通讯作者。上海交通大学农业与生物学院硕士生朱丽宇、博士后高琳琳、博士生苏彤，云南大学生命科学学院朱喆、 L e o n a r d K r a l l 、武旭娜研究员，德国马普分子植物生理研究所 R a l p h B o c k 院士也参与了本项工作。该研究获得国家自然科学基金、上海市现代种业协同创新中心项目、德国马普伙伴研究组项目、上海市浦江人才计划、上海市超级博士后、中国博士后面上项目等资助。原文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 4 6 7 0 2 5 5 9 0 4 3 3 4 月 5 日， M o l e c u l a r H o r t i c u l t u r e 在线发表了上海交通大学农业与生物学院方玉达课题组有关 D N A 甲基化调控植物基因组加倍过程中转录稳态的研究论文，题为 R e g u l a t i o n o f t r a n s c r i p t i o n a l h o m e o s t a s i s b y D N A m e t h y l a t i o n u p o n g e n o m e d u p l i c a t i o n i n p a k c h o i 。该研究发现在同源四倍体不结球白菜中，非差异表达基因两侧的转座元件的 D N A 甲基化水平升高。相反，与差异甲基化区域相关的基因重叠的差异表达基因的转录水平与这些差异表达基因的 D N A 甲基化水平呈负相关。这些结果阐明了多倍体植物中 D N A 甲基化在基因转录稳态调控中的作用，以及十字花科植物应对基因组加倍所引发的基因组冲击的机制。背景介绍多倍化是植物进化和作物育种的重要力量。 7 0 % 的被子植物经历过一次或多次基因组加倍事件。多倍体园艺植物的品种繁多，因其具有较强的抗病性和优良的农艺性状而被广泛利用。不结球白菜（俗称小白菜）作为十字花科（ C r u c i f e r a e ）芸苔属（ B r a s s i c a ）中重要的蔬菜作物之一，深受中国消费者喜爱。国内外育种学家们长期致力于杂交选育新品种，使得不结球白菜遗传资源丰富多样。另外，通过基因组倍性改变的倍性育种是小白菜遗传改良的重要内容。与其二倍体相比，同源四倍体不结球白菜通常表现出晚花、叶片变厚的表型，收获时的品质和产量更好。与异源四倍体相比，同源四倍体的遗传背景不受杂交的影响，更适合揭示多倍体物种中基因表达的调控机制。由于基因组加倍过程中不涉及 D N A 序列的改变，其基因表达的改变通常与表观遗传密切相关。深入研究植物多倍化过程中基因表达调控的表观遗传机制对多倍体育种的理论支撑至关重要。研究结果本研究中，作者首先发现不结球白菜基因组加倍后差异表达基因占全部基因的比例较低（ 5 . 4 5 % ），而非差异表达基因占全部基因的绝大多数，达 9 4 . 5 5 % 。差异表达基因在 R N A 聚合酶通路中富集最为显著（ F i g . 1 ）。 F i g . 1 B c 2 X 和 B c 4 X 之间的差异表达基因的表征基因组加倍后，差异甲基化区域分别包含了 1 2 , 8 5 7 个差异高甲基化基因和 8 , 4 5 1 个差异低甲基化基因。差异甲基化基因与差异表达基因在一定范围内显著重叠，其中，差异低甲基化与差异上调基因显著交集；差异高甲基化在基因体的 1 k b 两侧区域与差异下调基因显著富集；差异低甲基化在基因体区域与下调差异表达基因显著交集。此外，差异 D N A 甲基化水平与差异表达基因的表达水平呈负相关（ F i g . 2 ）。 F i g . 2 B c 2 X 和 B c 4 X 的差异甲基化基因的功能预测及其与差异表达基因的富集在二倍体（ B c 2 X ）和四倍体（ B c 4 X ）小白菜中，有转座元件插入的基因总体转录水平显著低于没有转座元件插入的基因，无论转座元件插入基因体还是其 1 k b 两侧区域。在基因组加倍后，差异表达基因相关的转座元件甲基化没有显著变化，无论转座元件是在基因体内还是在 1 k b 两侧区域，而非差异表达基因两侧转座元件的甲基化水平显著增加（ F i g . 3 ），这些结果揭示了 D N A 甲基化在同源四倍体植物的基因转录调控中的作用。在基因组加倍过程中，大部分基因的转录维持不变，有助于多倍体细胞稳态的维持，这个过程受到这些基因两侧转座元件 D N A 甲基化升高的调控。 F i g . 3 非差异表达基因与相邻转座元件的甲基化变化的关系上海交通大学农业与生物学院马敏博士和博士生王远达为论文共同第一作者，方玉达教授为论文通讯作者。上海交通大学孙镇菲副研究员、研究生赵冉泽、李晓璇和李虹桦、上海农科院朱红芳研究员和杨学东副研究员以及南京农业大学张昌伟副教授参与了本研究。本研究得到了上海市农业研究系统和国家自然科学基金的资助。论文链接： h t t p s : / / m o l h o r t . b i o m e d c e n t r a l . c o m / a r t i c l e s / 1 0 . 1 1 8 6 / s 4 3 8 9 7 0 2 5 0 0 1 4 5 3 近日，中心张欢课题组在 P l a n t B i o t e c h n o l o g y J o u r n a l 杂志上在线发表了题为 S u n l i g h t s e n s i t i v e c a r b o n d o t s f o r p l a n t i m m u n i t y p r i m i n g a n d p a t h o g e n d e f e n c e 的研究论文。该研究工作设计合成了一种光敏性可降解的碳点 ( C a r b o n D o t s , C D s ) ，该 C D s 在增强植物抗病性的同时不会影响植物的产量，还可充当广谱的抗真菌剂。极端天气与病原菌威胁全球粮食安全，传统防治手段因抗药性及污染受限。碳点（ C D s ）作为低成本、可降解的零维碳基材料，兼具光敏特性与高生物相容性，能增强植物光合作用、抗逆性及免疫应答。本研究通过水热法开发光敏 C D s ，发现其浓度依赖性双模功能：低浓度激活植物免疫基因，高浓度光催化直接杀菌。该策略突破传统纳米材料环境累积风险，为开发智能绿色农药提供新思路。主要研究结果如下： 1 . C D s 的合成和理化性质表征作者使用邻苯二胺和胱氨酸通过一步水热反应制备了 2 5 n m 的正电性 C D s 。傅里叶变换红外光谱和紫外可见吸收（ U V v i s ）光谱表明 C D s 富含 N H C C 、 C = O / C = N 、 C = C 和 C O N H 等富电子官能团。在 3 6 5 n m 波长的光照下， C D s 的 U V v i s 光谱在 ~ 4 5 2 n m 处出现了新的吸收峰，且随着光照时间的延长，该吸收峰的强度逐渐增强，同时位于 2 2 8 n m 处的 C = C 的吸收峰逐渐减弱（图 1 f ）。电子自旋共振波谱（图 1 g ）证明该 C D s 在太阳光照下（氙模拟太阳光全光谱）可同时产生 1 O 2 、 O 2 ˙ 和 ˙ O H 三种 R O S （图 1 g ）。 C D s 表面的富电子基团和共轭结构赋予 C D s 光生 R O S 的性质，同时， C D s 产生的 R O S 能氧化自身含氮和含硫基团，导致新的吸收峰的出现。此外，当 C D s 暴露于户外 9 0 d 后，其 F T I R 和 U V v i s 特征峰逐渐变弱甚至消失，表明了 C D s 的可降解性和环境兼容性。图 1 ， C D s 合成和表征。 2 . C D s 激活植物的免疫反应基于 R O S 的双重生物学功能以及 C D s 可在太阳光照下产生 R O S 的特性，作者推测可以利用 C D s 产生的 R O S 来触发植物自身的防御反应。作者首先使用 C D s 喷施处理（浓度为 2 4 0 m g / L ）烟草和番茄植株的叶片，并在处理后 4 ~ 8 h 内观察到了 R O S 的爆发。另外， C D s 处理还增强了植物抗氧化酶活性，表明 C D s 处理扰乱了植物自身的氧化还原稳态。使用灰葡萄孢菌侵染 C D s 预处理的番茄和烟草植株发现， C D s 预处理可以显著降低烟草（ 3 3 % ）和番茄（ 1 2 % ）灰霉病的发病率。同时，使用辣椒疫霉孢子侵染 C D s 预处理的番茄叶片后，发病率降低了 3 1 % 。 R O S 信号被认为是介导 P T I 和 E T I 下游免疫反应的重要次级信使，作者猜测 C D s 在原位产生的 R O S 通过损害植物表皮蜡质层和细胞壁，触发植物内部的系列免疫响应，如 R O S 爆发和抗氧化酶活性变化等。图 2 ， C D s 诱导 R O S 爆发，增强烟草和番茄植株对灰霉病的抗性。为探究 C D s 诱导植物防御反应的机制，作者使用 2 4 0 m g / L 的 C D s 喷施处理了番茄叶片，并对处理后 1 2 h 和 2 4 h 的叶片进行了转录组分析。 G O 富集结果表明， C D s 处理组的 D E G s 显著富集在细胞内源性刺激以及氧化还原等途径，表明 C D s 处理作为外部刺激激活了植物的抗氧化防御反应。对 D E G s 进行 K E G G 富集分析后发现，处理 1 2 h 后的 D E G s 主要富集含硫氨基酸代谢，类黄酮、甾醇和谷胱甘肽等抗氧化相关物质的生物合成以及植物激素信号转导等通路。处理 2 4 h 后的 D E G s 显著富集在光合作用天线蛋白、植物激素信号、 M A P K 信号级联，类固醇、苯丙氨酸、苯丙烷和蜡质等的生物合成过程。钙离子内流、 R O S 爆发、 M A P K 级联和防御激素响应等被认为是植物防御反应的第一道防线，这些信号可以介导下游，包括细胞壁增强、抗毒素生物合成等反应。而角质、蜡质和木质素是植物的主要屏障，可以保护植物细胞壁免受病原菌的水解，增强植物的抗病性。作者注意到在苯丙烷生物合成途径中，多个参与木质素合成的关键酶基因被显著调节。研究表明， P O D 在 R O S 的参与下介导木质素的生物合成。因此，综合 C D s 处理之后叶片中 R O S 的爆发和氧化还原稳态的变化等的结果，作者猜测本研究中 P O D 和 S O D 活性提高以及 R O S 的生成可能与植物细胞壁增强有关。综上，作者认为 C D s 在叶片表面原位产生的 R O S 造成了植物叶片表面蜡质、细胞壁等的氧化损伤，破坏了细胞壁的完整性，从而诱导了包括木质素、角质和蜡质的合成、 R O S 爆发以及抗毒素的合成等系列免疫响应，增强了植物的抗病性。鉴于持续 R O S 会导致氧化损伤毒性，影响植物生长和发育，作者进一步评估了 C D s 处理对植物光合作用和产量的影响。结果表明， C D s 处理（即使高浓度处理）不会影响植物的正常生长和产量。图 3 ， C D s 处理对番茄叶片转录水平的影响。 3 . 光敏性 C D s 的广谱抗真菌活性作者还研究了 C D s 在持续阳光照射（氙灯模拟， 9 . 4 1 0 ⁴ l u x ）下的抗真菌能力，探索 C D s 在田间病原微生物防治中的效果。结果表明，不同浓度 C D s 处理对 B . c i n e r e a 菌丝生长的影响程度不同， 4 8 0 m g / L 浓度 C D s 处理下，可以造成疫霉（ P . c a p s i c i ）、核盘菌（ S . s c l e r o t i o r u m ）和灰葡萄孢菌（ B . c i n e r e a ）的菌丝生长均被显著抑制，抑制率分别为 6 6 . 5 % ， 8 8 . 3 % 和 1 0 0 % ，单独的光照处理和黑暗 + C D s 处理对菌丝生长没有影响，表明 C D s 具有独特的光诱导抗菌活性。作者还利用透射电镜和扫描电镜研究了 C D s 处理对灰葡萄孢菌菌丝和孢子形貌结构的影响，发现 C D s 处理后菌丝和孢子细胞壁结构严重破损，而对照组菌丝和孢子的结构完整，表面光滑。结合 C D s 处理对菌丝和孢子转录水平的影响，作者认为 C D s 在连续光照下产生的 R O S 不仅造成了病原菌细胞壁细胞膜等结构的损伤，还造成了细胞核内核酸的氧化损伤，最终导致孢子和菌丝的失活，降低了其侵染活力及传染能力。图 4 ， C D s 的抑菌活性。结论在这项研究中，作者开发了能够产生 R O S 、对太阳光敏感、可降解的 C D s 。该 C D s 可以作为植物免疫引发剂的同时还可作为广谱的抗真菌剂。在自然生长条件下 , 低浓度（ 2 4 0 m g / L ） C D s 产生适量的 R O S ，诱导细胞壁损伤介导的系列免疫反应，如 R O S 爆发、 M A P K 级联、植保素和木质素的积累，增强植物抗病性。持续光照下，高浓度（ 4 8 0 m g / L ） C D s 原位产生 R O S 可以造成疫霉（ P . c a p s i c i ）、核盘菌（ S . s c l e r o t i o r u m ）和灰葡萄孢菌（ B . c i n e r e a ）的结构损伤，使病原菌菌丝和孢子失活，可以预防植物疾病的发生和传播。 C D s 的免疫刺激和杀菌的双重功能为可持续植物保护提供了创新策略。此外， C D 的可降解性和低毒性使其有望成为化学杀虫剂和杀菌剂的独特和安全的替代品。上海交通大学农业与生物学院博士后寇尔丰博士为论文第一作者，张欢副教授（ h t t p s : / / w w w . a g r i . s j t u . e d u . c n / D a t a / V i e w / 6 4 4 2 ）为该研究工作的通讯作者。感谢加州大学伯克利分校 M a r k i t a L a n d r y 教授对该工作提供的宝贵意见。该研究工作得到了国家自然科学基金、博士后面上项目、国家资助博士后人员计划、上海市浦江人才计划等项目的资助。上海交通大学张欢课题组因科研工作需要，现招聘 2 3 名博士后，研究方向包括但不限于：植物高效靶向递送体系构建、基因编辑在植物中的应用、 R N A 农药开发、植物成像等纳米技术与植物学交叉研究。有意者请发送个人简历至 z h a n g _ h u a n @ s j t u . e d u . c n 。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p b i . 7 0 0 5 0 近日，中心包岩课题组联合美国密歇根州立大学 D e a n D e l l a P e n n a 教授团队，在 T h e P l a n t C e l l 杂志发表了题为 A f a m i l y o f / h y d r o l a s e s r e m o v e s p h y t o l f r o m c h l o r o p h y l l m e t a b o l i t e s f o r t o c o p h e r o l b i o s y n t h e s i s i n A r a b i d o p s i s 的研究论文，揭示了一类 / 水解酶协同调控拟南芥生育酚代谢稳态的分子机制。生育酚（ t o c o p h e r o l ）又称为维生素 E （ V i t a m i n E ），是光合生物体产生的一类脂溶性抗氧化物，对人类健康，对维持种子寿命和提高植物对高温、高光强等非生物胁迫的应对能力起到重要调节作用。近三十多年的研究表明，叶绿素水解产生的植醇基团（ p h y t o l ）是贡献于生育酚合成的最重要来源，但是参与该代谢途径的相关水解酶尚未被详细解析，是领域内亟待解决的一个重要科学问题。图 1 . 叶绿素与生育酚代谢调控关系途径总览。 / 水解酶是植物中最大也是最重要的一类水解酶，在模式植物拟南芥中就有超过 6 0 0 个成员，参与了包括各种化合物代谢如激素合成等多个途径。高度的基因冗余性和底物特异性阻碍了对其分子机制和生理生化功能的解析。结合进化生物学、遗传学、分子与细胞生物学及相关生理生化等手段，课题组成功锁定了两个新的 / 水解酶并命名为 C L D 2 和 C L D 3 ，发现其与 P P H 、 C L D 1 和 V T E 7 一起通过水解叶绿素及其中间代谢物，并控制这些基因在不同组织和不同环境条件下的差异化表达，协同调控了叶绿体中生育酚的代谢稳态。该发现拓展并加深了我们对以叶绿素为代谢前体的生育酚合成途径的理解，是课题组围绕细胞器稳态与植物环境可塑性研究中取得的阶段性成果，对全面揭示叶绿素的完整代谢途径及生育酚等合成过程起到了重要推动作用，为改善农作物营养价值和提高植物环境适应能力提供了重要理论支撑。图 2 . v t e 7 c l d 1 2 3 p p h 五突变体中叶绿素与生育酚含量的遗传关系分析。上海交通大学农业与生物学院为该论文第一署名单位；学院植科系长聘教轨副教授包岩为该论文第一作者兼通讯作者；美国科学院院士、密歇根州立大学荣休教授 D e a n D e l l a P e n n a 为该论文共同通讯作者； 2 0 2 2 级博士研究生牛越参与了该项研究工作。本项目得到了上海市现代种业协同创新中心、上海市科委和农委等项目的资助。论文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 9 3 / p l c e l l / k o a f 0 2 1 学术活动 / 通知更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十七期 2 0 2 5 0 4 2 1 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期 2 0 2 5 0 4 0 7 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十五期 2 0 2 4 1 2 0 2 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十四期 2 0 2 4 1 1 2 6 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十三期 2 0 2 4 1 1 1 3 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十二期 2 0 2 4 1 1 1 2 招聘信息更多 > > 上海交通大学 “ 单细胞生物学联合 . . . 2 0 2 1 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 研究平台了解更多 > > 单细胞显微观察平台单细胞分离制备平台单细胞转录组平台单细胞蛋白组平台单细胞表观组平台地址：上海市东川路 8 0 0 号邮编： 2 0 0 2 4 0 电话： 8 6 2 1 5 4 7 4 0 0 0 0 沪 I C P 备 0 5 0 5 2 0 6 0 沪举报中心沪公安网备 3 1 0 0 9 1 0 2 0 0 0 0 4 5 版权所有上海交通大学友情链接上海交通大学上海交通大学农业与生物学院 l o a d i n g . . . . . . / > 该研究利用单细胞测序对马铃薯的匍匐茎和地上茎进行了单细胞图谱的构建，共获得 3 5 , 0 4 8 个高质量的细胞，并可以分为 2 3 个细胞簇。根据标记基因的表达模式，这些细胞簇可以分为 5 种主要的细胞类型，包括表皮细胞、叶肉细胞、维管细胞、增殖细胞和分生细胞。通过对不同细胞类型的比较分析发现，叶肉细胞和表皮细胞是匍匐茎和地上茎的主要差异细胞类型，表现为细胞数量降低和组织特异性高表达基因减少。对激素相关通路基因的表达模式分析发现，生长素和赤霉素在这两种组织中具有显著差异。跨物种分析表明，匍匐茎与拟南芥根尖的相似度高于地上茎，匍匐茎具有更多同源的组织特异性表达基因。此外，对马铃薯和拟南芥的茎尖单细胞数据的整合分析显示，维管组织在物种间相对保守，其中木质部和伴胞的特异性表达基因高度重叠。本研究为马铃薯匍匐茎的发育机制研究提供了丰富的基因资源，有助于加速马铃薯块茎发育相关基础研究的进程。首页上海交通大学单细胞生物学联合研究中心 E n g l i s h 首页中心概况中心简介中心愿景科研团队研究方向研究平台研究课题科研成果论文发表仪器设备联系我们 1 2 3 4 5 6 J o h n I n n e s C e n t r e 专家 D a v i d S e u n g 博士应邀为植物细胞与未来农业论坛作主题报告北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十六期清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三期中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第二十二期中心简介单细胞生物学联合研究中心（ J C S C B ）成立于 2 0 1 9 年 1 0 月，由上海交通大学、荷兰拉德堡德大学和山东农业大学联合创建，依托上海交通大学农业与生物学院。薛红卫教授担任中心主任。中心采用并发展国际领先的单细胞生物学研究技术和方法，加快和加深对不同细胞个体的认知，提升在基础生物学、细胞生物学和种质创新等领域的研究。中心立足国际科学前沿，旨在建设一流的单细胞技术平台和专业人才团队，在动植物基础研究、细胞生物技术等领域取得突破性成果。新闻动态更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期成功举办 2 0 2 5 0 4 1 4 北京师范大学任海云教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十七期 2 0 2 3 1 1 2 4 德国马普植物生理所 R e i m o Z o s c h k e 博士做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十 . . . 2 0 2 3 1 1 2 3 清华大学刘玉乐教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二十五期 2 0 2 3 1 1 1 5 瑞士日内瓦大学教授 J e a n D a v i d R o c h a i x 做客植物细胞与发育前言论坛第二十三 . . . 2 0 2 3 0 9 2 4 中国科学院遗传与发育生物学研究高彩霞研究员做客植物细胞与发育前沿论坛第 . . . 2 0 2 3 0 9 0 4 韩国建国大学尹大珍（ D a e J i n Y u n ）教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第二 . . . 2 0 2 3 0 7 1 9 中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员做客细胞发育与未来农业前沿论 . . . 2 0 2 3 0 6 0 6 奥地利科学技术研究院 D a n i e l Z i l b e r m a n 教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛 . . . 2 0 2 3 0 6 0 1 中国科学技术大学谭树堂教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十七期 2 0 2 3 0 5 2 8 山东农业大学卢从明教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十六期 2 0 2 3 0 5 2 2 荷兰拉德堡德大学须健教授做客细胞发育与未来农业前沿论坛第十五期 2 0 2 3 0 5 1 8 中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究员做客植物细胞与发育前沿论 . . . 2 0 2 3 0 4 0 4 N a t C o m m u n 方玉达 / 涂晓雨团队合作揭示组蛋白 H 2 A 通过 c o h e s i n 靶向进行单泛素 . . . 2 0 2 3 0 3 0 6 P N A S — 薛红卫课题组与合作者揭示磷脂酸细胞器间转运进而调控叶绿体发育的机 . . . 2 0 2 3 0 2 0 2 科研成果更多 > > 2 0 2 5 年 4 月 2 2 日，中心武国章课题组在国际权威综合性期刊 N a t u r e C o m m u n i c a t i o n s 上发表了题为 C h l o r o p l a s t p r e c u r s o r p r o t e i n p r e C l p D o v e r a c c u m u l a t i o n t r i g g e r s m u l t i l e v e l r e p r o g r a m m i n g o f g e n e e x p r e s s i o n a n d a h e a t s h o c k l i k e r e s p o n s e 的研究论文，全面揭示了植物在多层次响应叶绿体前体蛋白积累的细胞学机制，证实蛋白翻译水平调控在激活分子伴侣蛋白（ H S P ）表达中的重要作用，发现叶绿体活性氧（ c p R O S ）作为叶绿体逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的表达，证实细胞质分子伴侣 C l p B 1 / H O T 1 在叶绿体前体蛋白过量积累时维持细胞蛋白稳态中的重要作用，为进一步理解叶绿体蛋白运输调控和逆境下蛋白稳态的维持机制提供了新线索。俗话说：万物生长靠太阳，植物的叶绿体是接收太阳光能，进行光合作用碳固定的细胞器。作为半自主性细胞器，叶绿体基因组只保留了少量蛋白编码基因，叶绿体内 9 5 % 以上的蛋白都是在细胞质核糖体上合成前体蛋白，前体蛋白在其 N 端的叶绿体信号肽引导下进入叶绿体，而后信号肽被剪切掉形成成熟形式的叶绿体蛋白。因此，叶绿体的正常发育和功能发挥均依赖于叶绿体的蛋白内运过程。在高光、高温等逆境条件下，叶绿体的蛋白内运效率下降，会造成叶绿体前体蛋白在细胞质中大量积累，导致细胞质蛋白稳态失衡和胁迫，影响植物生长和作物产量。然而，植物如何响应叶绿体前体蛋白过量积累胁迫（ c h l o r o p l a s t p r e c u r s o r o v e r a c c u m u l a t i o n s t r e s s ， c P O S ）目前还大部分未知。本研究通过诱导表达系统和组成型表达系统驱动细胞核编码的叶绿体蛋白 C l p D 的表达，成功构建了前体蛋白 p r e C l p D 积累的转基因株系，获得了研究 c P O S 的良好植物材料。激光共聚焦显微镜观察发现前体蛋白 p r e C l p D 主要围绕叶绿体外膜成点状聚集体分布，导致叶绿体超微结构受损，造成叶片黄化、光合能力下降、植物生长迟缓等表型。蛋白组学分析以及 W e s t e r n b l o t 验证发现，前体蛋白积累会导致光合作用复合体含量降低，而细胞质核糖体亚基、翻译调控因子、 2 6 S 蛋白酶体亚基和分子伴侣（ H S P ）等组分显著积累。 G e n e O n t o l o g y 富集分析显示蛋白积累量上升的蛋白富集在核糖体生物发生和蛋白翻译等过程，多聚核糖体分析进一步证实蛋白翻译水平调控在植物响应前体蛋白过量积累中发挥重要作用。为了探究这些翻译水平调控的具体机制，本研究进行了转录组学和翻译组学联合分析，结合蛋白组学数据，揭示了植物细胞响应前体蛋白过量积累的多层次调控网络。结果显示，当 c P O S 发生时，叶绿体内的活性氧（ c p R O S ）爆发作为逆向信号在转录水平激活小分子 H S P 的上调表达。然而，相较于转录水平调控，翻译水平调控在激活 H S P 表达中发挥更强的作用。为了探究这些 H S P 在 c P O S 响应过程中的作用，本研究对翻译水平上调最为显著的 H S P 1 0 0 分子伴侣家族成员 C l p B 1 / H O T 1 蛋白进行功能验证，证实了 C l p B 1 / H O T 1 在 c P O S 发生时维持细胞蛋白稳态中的重要作用。此外，通过分离前体蛋白聚集体（ C h l o r o S t o r e ）和质谱鉴定，本研究揭示了植物前体蛋白聚集体的主要组分，以及 H S P 1 0 0 和 H S P 2 0 分子伴侣在 C h l o r o S t o r e 形成中和酵母 / 人类线粒体前体蛋白聚集体 M i t o S t o r e 形成中的保守功能，以及植物 C h l o r o S t o r e 的特异性。本研究揭示了植物细胞应对 c P O S 的多层次响应全景图，为进一步研究提供了线索。上海交通大学农业与生物学院博士后洪政辉为论文第一作者，武国章副教授为通讯作者。上海交通大学农业与生物学院硕士生朱丽宇、博士后高琳琳、博士生苏彤，云南大学生命科学学院朱喆、 L e o n a r d K r a l l 、武旭娜研究员，德国马普分子植物生理研究所 R a l p h B o c k 院士也参与了本项工作。该研究获得国家自然科学基金、上海市现代种业协同创新中心项目、德国马普伙伴研究组项目、上海市浦江人才计划、上海市超级博士后、中国博士后面上项目等资助。原文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 4 6 7 0 2 5 5 9 0 4 3 3 4 月 5 日， M o l e c u l a r H o r t i c u l t u r e 在线发表了上海交通大学农业与生物学院方玉达课题组有关 D N A 甲基化调控植物基因组加倍过程中转录稳态的研究论文，题为 R e g u l a t i o n o f t r a n s c r i p t i o n a l h o m e o s t a s i s b y D N A m e t h y l a t i o n u p o n g e n o m e d u p l i c a t i o n i n p a k c h o i 。该研究发现在同源四倍体不结球白菜中，非差异表达基因两侧的转座元件的 D N A 甲基化水平升高。相反，与差异甲基化区域相关的基因重叠的差异表达基因的转录水平与这些差异表达基因的 D N A 甲基化水平呈负相关。这些结果阐明了多倍体植物中 D N A 甲基化在基因转录稳态调控中的作用，以及十字花科植物应对基因组加倍所引发的基因组冲击的机制。背景介绍多倍化是植物进化和作物育种的重要力量。 7 0 % 的被子植物经历过一次或多次基因组加倍事件。多倍体园艺植物的品种繁多，因其具有较强的抗病性和优良的农艺性状而被广泛利用。不结球白菜（俗称小白菜）作为十字花科（ C r u c i f e r a e ）芸苔属（ B r a s s i c a ）中重要的蔬菜作物之一，深受中国消费者喜爱。国内外育种学家们长期致力于杂交选育新品种，使得不结球白菜遗传资源丰富多样。另外，通过基因组倍性改变的倍性育种是小白菜遗传改良的重要内容。与其二倍体相比，同源四倍体不结球白菜通常表现出晚花、叶片变厚的表型，收获时的品质和产量更好。与异源四倍体相比，同源四倍体的遗传背景不受杂交的影响，更适合揭示多倍体物种中基因表达的调控机制。由于基因组加倍过程中不涉及 D N A 序列的改变，其基因表达的改变通常与表观遗传密切相关。深入研究植物多倍化过程中基因表达调控的表观遗传机制对多倍体育种的理论支撑至关重要。研究结果本研究中，作者首先发现不结球白菜基因组加倍后差异表达基因占全部基因的比例较低（ 5 . 4 5 % ），而非差异表达基因占全部基因的绝大多数，达 9 4 . 5 5 % 。差异表达基因在 R N A 聚合酶通路中富集最为显著（ F i g . 1 ）。 F i g . 1 B c 2 X 和 B c 4 X 之间的差异表达基因的表征基因组加倍后，差异甲基化区域分别包含了 1 2 , 8 5 7 个差异高甲基化基因和 8 , 4 5 1 个差异低甲基化基因。差异甲基化基因与差异表达基因在一定范围内显著重叠，其中，差异低甲基化与差异上调基因显著交集；差异高甲基化在基因体的 1 k b 两侧区域与差异下调基因显著富集；差异低甲基化在基因体区域与下调差异表达基因显著交集。此外，差异 D N A 甲基化水平与差异表达基因的表达水平呈负相关（ F i g . 2 ）。 F i g . 2 B c 2 X 和 B c 4 X 的差异甲基化基因的功能预测及其与差异表达基因的富集在二倍体（ B c 2 X ）和四倍体（ B c 4 X ）小白菜中，有转座元件插入的基因总体转录水平显著低于没有转座元件插入的基因，无论转座元件插入基因体还是其 1 k b 两侧区域。在基因组加倍后，差异表达基因相关的转座元件甲基化没有显著变化，无论转座元件是在基因体内还是在 1 k b 两侧区域，而非差异表达基因两侧转座元件的甲基化水平显著增加（ F i g . 3 ），这些结果揭示了 D N A 甲基化在同源四倍体植物的基因转录调控中的作用。在基因组加倍过程中，大部分基因的转录维持不变，有助于多倍体细胞稳态的维持，这个过程受到这些基因两侧转座元件 D N A 甲基化升高的调控。 F i g . 3 非差异表达基因与相邻转座元件的甲基化变化的关系上海交通大学农业与生物学院马敏博士和博士生王远达为论文共同第一作者，方玉达教授为论文通讯作者。上海交通大学孙镇菲副研究员、研究生赵冉泽、李晓璇和李虹桦、上海农科院朱红芳研究员和杨学东副研究员以及南京农业大学张昌伟副教授参与了本研究。本研究得到了上海市农业研究系统和国家自然科学基金的资助。论文链接： h t t p s : / / m o l h o r t . b i o m e d c e n t r a l . c o m / a r t i c l e s / 1 0 . 1 1 8 6 / s 4 3 8 9 7 0 2 5 0 0 1 4 5 3 近日，中心张欢课题组在 P l a n t B i o t e c h n o l o g y J o u r n a l 杂志上在线发表了题为 S u n l i g h t s e n s i t i v e c a r b o n d o t s f o r p l a n t i m m u n i t y p r i m i n g a n d p a t h o g e n d e f e n c e 的研究论文。该研究工作设计合成了一种光敏性可降解的碳点 ( C a r b o n D o t s , C D s ) ，该 C D s 在增强植物抗病性的同时不会影响植物的产量，还可充当广谱的抗真菌剂。极端天气与病原菌威胁全球粮食安全，传统防治手段因抗药性及污染受限。碳点（ C D s ）作为低成本、可降解的零维碳基材料，兼具光敏特性与高生物相容性，能增强植物光合作用、抗逆性及免疫应答。本研究通过水热法开发光敏 C D s ，发现其浓度依赖性双模功能：低浓度激活植物免疫基因，高浓度光催化直接杀菌。该策略突破传统纳米材料环境累积风险，为开发智能绿色农药提供新思路。主要研究结果如下： 1 . C D s 的合成和理化性质表征作者使用邻苯二胺和胱氨酸通过一步水热反应制备了 2 5 n m 的正电性 C D s 。傅里叶变换红外光谱和紫外可见吸收（ U V v i s ）光谱表明 C D s 富含 N H C C 、 C = O / C = N 、 C = C 和 C O N H 等富电子官能团。在 3 6 5 n m 波长的光照下， C D s 的 U V v i s 光谱在 ~ 4 5 2 n m 处出现了新的吸收峰，且随着光照时间的延长，该吸收峰的强度逐渐增强，同时位于 2 2 8 n m 处的 C = C 的吸收峰逐渐减弱（图 1 f ）。电子自旋共振波谱（图 1 g ）证明该 C D s 在太阳光照下（氙模拟太阳光全光谱）可同时产生 1 O 2 、 O 2 ˙ 和 ˙ O H 三种 R O S （图 1 g ）。 C D s 表面的富电子基团和共轭结构赋予 C D s 光生 R O S 的性质，同时， C D s 产生的 R O S 能氧化自身含氮和含硫基团，导致新的吸收峰的出现。此外，当 C D s 暴露于户外 9 0 d 后，其 F T I R 和 U V v i s 特征峰逐渐变弱甚至消失，表明了 C D s 的可降解性和环境兼容性。图 1 ， C D s 合成和表征。 2 . C D s 激活植物的免疫反应基于 R O S 的双重生物学功能以及 C D s 可在太阳光照下产生 R O S 的特性，作者推测可以利用 C D s 产生的 R O S 来触发植物自身的防御反应。作者首先使用 C D s 喷施处理（浓度为 2 4 0 m g / L ）烟草和番茄植株的叶片，并在处理后 4 ~ 8 h 内观察到了 R O S 的爆发。另外， C D s 处理还增强了植物抗氧化酶活性，表明 C D s 处理扰乱了植物自身的氧化还原稳态。使用灰葡萄孢菌侵染 C D s 预处理的番茄和烟草植株发现， C D s 预处理可以显著降低烟草（ 3 3 % ）和番茄（ 1 2 % ）灰霉病的发病率。同时，使用辣椒疫霉孢子侵染 C D s 预处理的番茄叶片后，发病率降低了 3 1 % 。 R O S 信号被认为是介导 P T I 和 E T I 下游免疫反应的重要次级信使，作者猜测 C D s 在原位产生的 R O S 通过损害植物表皮蜡质层和细胞壁，触发植物内部的系列免疫响应，如 R O S 爆发和抗氧化酶活性变化等。图 2 ， C D s 诱导 R O S 爆发，增强烟草和番茄植株对灰霉病的抗性。为探究 C D s 诱导植物防御反应的机制，作者使用 2 4 0 m g / L 的 C D s 喷施处理了番茄叶片，并对处理后 1 2 h 和 2 4 h 的叶片进行了转录组分析。 G O 富集结果表明， C D s 处理组的 D E G s 显著富集在细胞内源性刺激以及氧化还原等途径，表明 C D s 处理作为外部刺激激活了植物的抗氧化防御反应。对 D E G s 进行 K E G G 富集分析后发现，处理 1 2 h 后的 D E G s 主要富集含硫氨基酸代谢，类黄酮、甾醇和谷胱甘肽等抗氧化相关物质的生物合成以及植物激素信号转导等通路。处理 2 4 h 后的 D E G s 显著富集在光合作用天线蛋白、植物激素信号、 M A P K 信号级联，类固醇、苯丙氨酸、苯丙烷和蜡质等的生物合成过程。钙离子内流、 R O S 爆发、 M A P K 级联和防御激素响应等被认为是植物防御反应的第一道防线，这些信号可以介导下游，包括细胞壁增强、抗毒素生物合成等反应。而角质、蜡质和木质素是植物的主要屏障，可以保护植物细胞壁免受病原菌的水解，增强植物的抗病性。作者注意到在苯丙烷生物合成途径中，多个参与木质素合成的关键酶基因被显著调节。研究表明， P O D 在 R O S 的参与下介导木质素的生物合成。因此，综合 C D s 处理之后叶片中 R O S 的爆发和氧化还原稳态的变化等的结果，作者猜测本研究中 P O D 和 S O D 活性提高以及 R O S 的生成可能与植物细胞壁增强有关。综上，作者认为 C D s 在叶片表面原位产生的 R O S 造成了植物叶片表面蜡质、细胞壁等的氧化损伤，破坏了细胞壁的完整性，从而诱导了包括木质素、角质和蜡质的合成、 R O S 爆发以及抗毒素的合成等系列免疫响应，增强了植物的抗病性。鉴于持续 R O S 会导致氧化损伤毒性，影响植物生长和发育，作者进一步评估了 C D s 处理对植物光合作用和产量的影响。结果表明， C D s 处理（即使高浓度处理）不会影响植物的正常生长和产量。图 3 ， C D s 处理对番茄叶片转录水平的影响。 3 . 光敏性 C D s 的广谱抗真菌活性作者还研究了 C D s 在持续阳光照射（氙灯模拟， 9 . 4 1 0 ⁴ l u x ）下的抗真菌能力，探索 C D s 在田间病原微生物防治中的效果。结果表明，不同浓度 C D s 处理对 B . c i n e r e a 菌丝生长的影响程度不同， 4 8 0 m g / L 浓度 C D s 处理下，可以造成疫霉（ P . c a p s i c i ）、核盘菌（ S . s c l e r o t i o r u m ）和灰葡萄孢菌（ B . c i n e r e a ）的菌丝生长均被显著抑制，抑制率分别为 6 6 . 5 % ， 8 8 . 3 % 和 1 0 0 % ，单独的光照处理和黑暗 + C D s 处理对菌丝生长没有影响，表明 C D s 具有独特的光诱导抗菌活性。作者还利用透射电镜和扫描电镜研究了 C D s 处理对灰葡萄孢菌菌丝和孢子形貌结构的影响，发现 C D s 处理后菌丝和孢子细胞壁结构严重破损，而对照组菌丝和孢子的结构完整，表面光滑。结合 C D s 处理对菌丝和孢子转录水平的影响，作者认为 C D s 在连续光照下产生的 R O S 不仅造成了病原菌细胞壁细胞膜等结构的损伤，还造成了细胞核内核酸的氧化损伤，最终导致孢子和菌丝的失活，降低了其侵染活力及传染能力。图 4 ， C D s 的抑菌活性。结论在这项研究中，作者开发了能够产生 R O S 、对太阳光敏感、可降解的 C D s 。该 C D s 可以作为植物免疫引发剂的同时还可作为广谱的抗真菌剂。在自然生长条件下 , 低浓度（ 2 4 0 m g / L ） C D s 产生适量的 R O S ，诱导细胞壁损伤介导的系列免疫反应，如 R O S 爆发、 M A P K 级联、植保素和木质素的积累，增强植物抗病性。持续光照下，高浓度（ 4 8 0 m g / L ） C D s 原位产生 R O S 可以造成疫霉（ P . c a p s i c i ）、核盘菌（ S . s c l e r o t i o r u m ）和灰葡萄孢菌（ B . c i n e r e a ）的结构损伤，使病原菌菌丝和孢子失活，可以预防植物疾病的发生和传播。 C D s 的免疫刺激和杀菌的双重功能为可持续植物保护提供了创新策略。此外， C D 的可降解性和低毒性使其有望成为化学杀虫剂和杀菌剂的独特和安全的替代品。上海交通大学农业与生物学院博士后寇尔丰博士为论文第一作者，张欢副教授（ h t t p s : / / w w w . a g r i . s j t u . e d u . c n / D a t a / V i e w / 6 4 4 2 ）为该研究工作的通讯作者。感谢加州大学伯克利分校 M a r k i t a L a n d r y 教授对该工作提供的宝贵意见。该研究工作得到了国家自然科学基金、博士后面上项目、国家资助博士后人员计划、上海市浦江人才计划等项目的资助。上海交通大学张欢课题组因科研工作需要，现招聘 2 3 名博士后，研究方向包括但不限于：植物高效靶向递送体系构建、基因编辑在植物中的应用、 R N A 农药开发、植物成像等纳米技术与植物学交叉研究。有意者请发送个人简历至 z h a n g _ h u a n @ s j t u . e d u . c n 。论文链接： h t t p s : / / o n l i n e l i b r a r y . w i l e y . c o m / d o i / 1 0 . 1 1 1 1 / p b i . 7 0 0 5 0 近日，中心包岩课题组联合美国密歇根州立大学 D e a n D e l l a P e n n a 教授团队，在 T h e P l a n t C e l l 杂志发表了题为 A f a m i l y o f / h y d r o l a s e s r e m o v e s p h y t o l f r o m c h l o r o p h y l l m e t a b o l i t e s f o r t o c o p h e r o l b i o s y n t h e s i s i n A r a b i d o p s i s 的研究论文，揭示了一类 / 水解酶协同调控拟南芥生育酚代谢稳态的分子机制。生育酚（ t o c o p h e r o l ）又称为维生素 E （ V i t a m i n E ），是光合生物体产生的一类脂溶性抗氧化物，对人类健康，对维持种子寿命和提高植物对高温、高光强等非生物胁迫的应对能力起到重要调节作用。近三十多年的研究表明，叶绿素水解产生的植醇基团（ p h y t o l ）是贡献于生育酚合成的最重要来源，但是参与该代谢途径的相关水解酶尚未被详细解析，是领域内亟待解决的一个重要科学问题。图 1 . 叶绿素与生育酚代谢调控关系途径总览。 / 水解酶是植物中最大也是最重要的一类水解酶，在模式植物拟南芥中就有超过 6 0 0 个成员，参与了包括各种化合物代谢如激素合成等多个途径。高度的基因冗余性和底物特异性阻碍了对其分子机制和生理生化功能的解析。结合进化生物学、遗传学、分子与细胞生物学及相关生理生化等手段，课题组成功锁定了两个新的 / 水解酶并命名为 C L D 2 和 C L D 3 ，发现其与 P P H 、 C L D 1 和 V T E 7 一起通过水解叶绿素及其中间代谢物，并控制这些基因在不同组织和不同环境条件下的差异化表达，协同调控了叶绿体中生育酚的代谢稳态。该发现拓展并加深了我们对以叶绿素为代谢前体的生育酚合成途径的理解，是课题组围绕细胞器稳态与植物环境可塑性研究中取得的阶段性成果，对全面揭示叶绿素的完整代谢途径及生育酚等合成过程起到了重要推动作用，为改善农作物营养价值和提高植物环境适应能力提供了重要理论支撑。图 2 . v t e 7 c l d 1 2 3 p p h 五突变体中叶绿素与生育酚含量的遗传关系分析。上海交通大学农业与生物学院为该论文第一署名单位；学院植科系长聘教轨副教授包岩为该论文第一作者兼通讯作者；美国科学院院士、密歇根州立大学荣休教授 D e a n D e l l a P e n n a 为该论文共同通讯作者； 2 0 2 2 级博士研究生牛越参与了该项研究工作。本项目得到了上海市现代种业协同创新中心、上海市科委和农委等项目的资助。论文链接： h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 9 3 / p l c e l l / k o a f 0 2 1 学术活动 / 通知更多 > > 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十七期 2 0 2 5 0 4 2 1 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十六期 2 0 2 5 0 4 0 7 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十五期 2 0 2 4 1 2 0 2 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十四期 2 0 2 4 1 1 2 6 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十三期 2 0 2 4 1 1 1 3 细胞发育与未来农业前沿论坛第四十二期 2 0 2 4 1 1 1 2 招聘信息更多 > > 上海交通大学 “ 单细胞生物学联合 . . . 2 0 2 1 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 5 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 2 0 2 0 0 7 1 5 C o m i n g s o o n 2 0 2 0 0 7 1 3 研究平台了解更多 > > 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