番茄是一种重要的设施蔬菜，设施番茄生产中的弱光问题影响番茄的产量和果实品质。研究表明紫外光UV-B信号通路能够有效的抑制番茄的弱光徒长问题，改善番茄果实代谢，增强番茄果实着色。然而紫外光UV-B信号转导调控番茄发育和代谢的机理有待深入研究。近日，中心尹若贺课题组与合作者在The Plant Journal杂志发表了题为SlSPA3 regulates the nuclear abundance of SlUVR8 in tomato的研究论文，揭示了番茄SPA3蛋白在响应紫外光UV-B信号调控番茄光形态建成中的作用机理。

　　紫外光UV-B (280-315nm) 可以诱导紫外光受体UVR8由二体解离成单体并转运到细胞核中， UVR8在细胞核中积累，调控下游基因表达，从而调控植物的生长以及代谢物积累等生理表型。之前的研究报道显示拟南芥中SPA家族成员可能调节拟南芥的UV-B信号传导，然而，其潜在机制尚不完全清楚。本研究发现了番茄基因组中包含四个潜在的SlSPA基因 (SlSPA1/2/3/4)。基因组编辑的Slspa3突变体在白光下表现出增强的光形态形成反应，表明SlSPA3是光形态建成的负调控因子（图1）。

图1. 白光下，Slspa3 突变体较野生型番茄有更强的光形态建成表型. (A) Hypocotyl length of tomato seedings of Slspa3 mutant lines grown in white light for 4 days. Values are means ± SD (n ≥ 9). (B) Anthocyanin levels in Slspa3 mutants. Seedlings were grown in white light for 2 days or 4 days. Values are means ± SD from three biological replicates (n = 3). Different letters in Figure A and B indicate significant differences between means; Significant differences were determined by one-way ANOVA with Tukey's HSD test (P < 0.05).

　　除此之外，在Slspa3突变体中，UVR8介导的UV-B应答基因表达以及花青素含量较野生型明显下降，表明SlSPA3促进UV-B光形态建成。此外， 由于SlSPA3和SlCOP1直接互作，且拟南芥的COP1调控UVR8的核积累，本研究探测了SlSPA3是否调控SlUVR8的核积累，实验结果表明在番茄Slspa3单突变体内UV-B诱导下的SlUVR8在细胞核内积累水平较野生型减少，表明SlSPA3通过增强光受体SlUVR8在细胞核内积累，促进紫外光UV-B的光信号转导（图2）。在拟南芥spa1 spa2 spa4三突变体中，UVR8的核积累也明显减少，表明这两个物种之间存在着保守机制。但是，spa1 spa2 spa4三突变体中UV-B依赖的UVR8与COP1之间的相互作用却未发生变化，这表明已知的COP1介导的UVR8的核滞留机制并未被SPAs影响。因此，我们的工作揭示了一种潜在的未被认识的机制，即SPA蛋白通过促进陆地植物UVR8核积累来调节UVB的响应机理。

Figure 2. SPA 提高UV-B-介导的光受体UVR8蛋白在细胞核内积累. (A) UV-B-induced SlUVR8 nuclear accumulation is reduced in tomato Slspa3. 7-DAG white light grown tomato seedlings were either maintained under white light (-) or transferred to white light supplemented with UV-B for 24 h (+). Histone H3 and UGPase served as nuclear and cytosolic controls, respectively. (B) Relative quantification of nuclear and cytosolic SlUVR8 levels. The band intensity of nuclear and cytosolic SlUVR8 was normalized against that of H3 and UGPase, respectively. Both nuclear and cytosolic SlUVR8 levels in WT grown under UV-B were set to 1. Quantification of band intensity was based on three independent experiments. (C) Working model for tomato SPA3 and also Arabidopsis SPA proteins in the regulation of UVR8 nuclear abundance.

　　上海交通大学已毕业博士生研究生张倩雯，在读博士生刘月为论文的共同第一作者，尹若贺副教授为论文通讯作者。上海交通大学林丽副研究员和张春丽助理研究员，以及北京大学朱丹萌研究员，希伯来大学 David Weiss教授和 布宜诺斯艾利斯大学的 Carlos L. Ballare教授等参与了本研究工作。本研究得到了国家自然科学基金和上海市自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/tpj.17135

　　生长素在植物器官发生和形态发生中起着关键作用。作为重要的调节因子，生长素分布在整个植物体内，但在空间上以不同的方式协调植物的生长。植物通过生长素响应因子（Auxin Response Factor, ARF）调节生长素驱动的转录反应。

　　近日，中心刘路课题组在Developmental Cell杂志在线发表了题为MCTP controls nucleocytoplasmic partitioning of AUXIN RESPONSE FACTORs during lateral root development的研究论文。该论文明确了MCTP蛋白调控的生长素信号转导新机制。

　　植物激素生长素精准调控植物生长和发育的几乎所有方面。生长素响应因子ARF控制生长素响应基因的转录，它可以在细胞质中以凝聚物状态存在，亦可以以单体形式存在于细胞核。ARF蛋白的核质分布可以调节生长素敏感性并使植物对生长素的响应调节多样化。然而，ARF蛋白的核质分布的动态控制在很大程度上仍然不清楚。

　　本研究表明具有C2结构域和跨膜区域的MCTP家族可以调控生长素响应因子ARF蛋白的核质分配，进而决定侧根发育。MCTP蛋白在侧根中高度表达，并与ARF7/19蛋白在细胞质特异性相互作用，进而使ARF7/19蛋白的胞质凝聚物解聚。这促进了ARF7/19蛋白在侧根原基中的核定位与侧根发育。本研究表明MCTP是调节生长素响应的关键开关，并证明了MCTP-ARF信号模块对于植物根系的建立至关重要。

　　上海交通大学农业与生物学院助理研究员玄立杰为该论文第一作者，刘路副教授为唯一通讯作者。新加坡国立大学俞皓院士、上海交通大学薛红卫教授与龚清秋副教授对该论文进行了指导。本研究得到了上海市现代种业协同创新中心、国家自然科学基金、上海市农业科技服务中心科技兴农项目及上海交通大学启动经费项目的资助。

论文链接：https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(24)00573-2

　　针对剧烈变异的病原微生物，如何利用基因编辑实现可设计的抗病育种？近日，中心陆钰明教授课题组在国际权威期刊Cell Discovery在线发表了题为“Programmable broad-spectrum resistance to bacterial blight using targeted insertion in rice”的研究论文。该研究将第三代测序技术和基因组靶向敲入技术相结合，在水稻上建立了一种可编程的抗病育种方法。

　　Xoo向水稻细胞注射转录激活效应蛋白TALEs (transcription activator-like effectors)识别易感基因启动子的EBE（effector binding elements）启动基因转录促进其侵染。团队前期把1-4个EBE分别敲入到水稻executor (E) 基因启动子中，发现侵染后植株的E基因被成功激活并对Xoo产生了高度抗性，多个EBE串联则表现出更为广谱的抗性。利用收集自中国和东亚其他地区的41株菌株进行测试，发现这种多EBE串联的策略尚不能对大范围收集的菌株产生广谱抗性。随后团队对已完成全基因组测序的Xoo菌株进行了分析，发现来自相同地域的菌株倾向于编码相似的TALE蛋白，例如非洲的菌株多数编码TalC和TalF。因此，团队提出了能否开发一种快速鉴定某一地域菌株TALE类型并针对保守TALE设计广谱抗性品种的设想。

　　随后以实验室保存的41株菌株为群体展开进一步研究。TALE基因的RVD序列由11-25组相似度极高的序列串联形成，传统高通量测序获得的短片段Reads难以进行RVD序列的正确组装。团队通过大量测试，率先采用了基于Pacbio平台的HiFi测序技术，通过对长片段Reads的优化组装，在初步获得的基因组草图中成功鉴定到了菌株完整的TALE基因。随后利用该项技术对收集自中国的30株Xoo进行了HiFi测序，成功鉴定到8个新的保守TALE。

　　基于保守TALE识别的EBE能否被菌株成功激活是设计抗性品种的关键，团队将基于生信分析获得的EBE序列构建在转录激活报告载体中，在水稻原生质体、叶片和愈伤组织中进行了大量测试，发现转化报告系统的愈伤组织在接菌后，报告系统被成功激活。随后对10个保守的EBE进行了群体菌株激活测试，筛选到了对41株菌株均有反应的EBE组合。将该EBE组合敲入的水稻后，植株对所有测试菌株均产生高度抗性，经过连续4代的观测，敲入株系抗性保持良好且农艺性状与对照无显著差异。这种基于病原菌基因组分析设计的抗病育种技术，有望彻底解决病原菌变异导致的免疫逃逸现象。为基因编辑育种解决农业生产重大问题提供了思路。

　　张学宁博士和宋明磊博士为本文共同第一作者，田益夫博士、上海交通大学陆钰明教授和南方科技大学朱健康院士为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

　　线粒体是细胞中物质和能量代谢的枢纽，呼吸作用分解的有机物为生物体生长提供了碳骨架，且生命活动所需的能量大部分来自线粒体。线粒体蛋白翻译抑制会引发一种调节细胞核基因进而维持线粒体内蛋白的正常组装和功能的保护性转录反应，称为线粒体未折叠蛋白反应（UPR^mt）。虽然 UPR^mt 在酵母和哺乳动物中得到了广泛研究，但人们对植物UPR^mt 却知之甚少。

　　茉莉酸（Jasmonic acid，JA）是广泛存在于高等植物体内一类脂肪酸的衍生物，不仅参与调控植物生长发育，还在植物对咀嚼式昆虫和死体营养型病原菌的抗性反应中起重要作用。前期研究发现JA响应线粒体蛋白翻译胁迫（Wang and Auwerx, 2017）。然而，JA参与线粒体翻译胁迫的分子机制尚不明确。

　　近日，中心王旭课题组在Plant Communications杂志上发表了题为Jasmonic acid plays an important role in mediating retrograde signaling under mitochondrial translational stress to balance plant growth and defense的研究论文（Li et al., 2024）。该研究揭示了JA介导线粒体翻译胁迫下的逆向信号依赖于COI1-MYC2-ERF109模块，发现了线粒体翻译胁迫通过激活JA信号通路平衡植物生长和抗性。这些发现丰富了线粒体逆向信号与植物激素互作网络，为进一步揭示线粒体如何帮助植物适应各种环境逆境提供线索。

　　该研究首先通过转录组、蛋白免疫印迹以及BN-PAGE技术证实了多西环素（Doxycycline，Dox）是植物线粒体蛋白特异性的翻译抑制剂。为了探究JA信号是否响应线粒体翻译胁迫，该研究利用Jas9-Venus、pCOI1:COI1-Venus以及AOSpro:GUS遗传材料证明了线粒体翻译胁迫诱导植物JA信号。进一步分析表明，线粒体翻译胁迫通过JA信号抑制植物生长。JA受体COI1是Dox介导根分生组织和主根伸长抑制所必需的。并且线粒体核糖体蛋白L1（MRPL1）以COI1依赖方式调节主根的伸长和花青素的积累。此外，JA信号中的核心转录因子MYC2/MYC3/MYC4也参与线粒体翻译胁迫对植物生长的抑制。

　　该研究通过转录组分析筛选到AP2/ERF家族转录因子ERF109参与线粒体翻译胁迫。进一步分析ERF109的启动子发现其含有MYC2识别并结合的保守顺式作用元件G-box。染色质免疫沉淀（Chip-qPCR）、酵母单杂交（Y1H）和双荧光素酶报告基因检测（Dual-LUC）实验结果验证了MYC2结合并激活ERF109，然而JA信号转录抑制子JAZ1蛋白抑制MYC2对ERF109的激活作用。此外，该研究还发现H₂O₂参与线粒体翻译胁迫对植物生长的抑制，H₂O₂含量的升高激活ERF109表达，ERF109又可以正反馈激活H₂O₂的产生从而正向调控线粒体逆向信号。

　　最后，该研究发现MRPL1的突变通过JA抑制植物生长，同时增强了植物对甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）和灰霉菌（Botrytis cinerea）的抗性。这些结果表明线粒体翻译胁迫通过JA信号平衡植物生长和抗性。

图1. JA信号参与线粒体翻译胁迫调控的工作模型

　　上海交通大学农业与生物学院博士生李嘉豪为该论文第一作者，王旭副教授为该论文通讯作者，博士后王玉东，专职科研禹国龙，博士生王昕园和郭超程参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金，上海市科委以及上海市现代种业协同创新中心的资助。

论文链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(24)00529-7

参考文献：

Wang, X., and Auwerx, J. (2017). Systems phytohormone responses to mitochondrial proteotoxic stress. Mol. Cell 68:540-551. e545.

Li J, Yu G, Wang X, Guo C, Wang Y, Wang X. Jasmonic acid plays an important role in mediating retrograde signaling under mitochondrial translational stress to balance plant growth and defense. Plant Commun. 2024 Sep 13:101133. doi: 10.1016/j.xplc.2024.101133. Epub ahead of print. PMID: 39277791.