线粒体基因的表达、生物生成和功能实现主要依赖于核基因编码蛋白。这一过程主要通过转录后水平进行调控，包含了广泛的内含子剪接事件。在高等植物中，绝大多数线粒体内含子属于能够自我剪接的II类内含子。然而，由于植物线粒体基因的异质性，其内含子失去了自我剪接的能力，因而必须依靠核编码的蛋白质因子来辅助完成剪接过程。这些剪接因子参与内含子剪接的特异性高度可变，一些剪接因子（即特定剪接因子）参与一个或少数几个内含子剪接；另一些剪接因子（即通用剪接因子）参与了数量众多的内含子剪接事件。然而，这些剪接因子如何参与剪接反应的分子机制尚不清楚。

2月14日，上海交通大学单细胞生物学联合研究中心王传德课题组在核酸领域顶级期刊 Nucleic Acids Research 发表了题为 “Temperature-sensitive splicing defects in Arabidopsis mitochondria caused by mutations in the ROOT PRIMORDIUM DEFECTIVE 1 gene”的研究论文，揭示了PORR蛋白家族的RPD1蛋白直接参与多个线粒体内含子的剪接。研究指出，RPD1基因的两个温度敏感性突变对其参与内含子剪接的功能产生了影响，从而证明了高温条件下突变体的不定根发育异常主要是由于RPD1与线粒体内含子的结合能力降低，进而损害了线粒体的功能，而并非由于RPD1直接参与调控拟南芥不定根的形成。此外，RPD1蛋白与目标内含子的多个不同区域相结合，表明RPD1在内含子剪接过程中可能具有多样性机制。

RPD1基因最初因其在调控植物根原基发育中的作用而被发现，其编码蛋白对根系发育具有关键影响。因突变导致根发育异常，故命名为Root Primordium Defective 1。该基因的两种温度敏感突变体在常温（22°C）下能形成不定根，而在高温（28°C）下则不能。进一步研究发现，RPD1蛋白是一个包含15个成员的蛋白家族中的一员，该家族中有三个成员随后被发现参与了线粒体或叶绿体内含子剪接，引发了RPD1可能参与细胞器RNA转录后调控的猜想，尽管其在根发育中的确切作用仍然不明。

为阐明RPD1的分子功能，首先确定了RPD1蛋白在细胞中的定位，发现其主要定位于线粒体，这与之前的核定位假设相悖。对rpd1部分回补突变体植株的深入分析发现，RPD1对于多个线粒体的内含子剪接至关重要，从而证实了其在线粒体剪接中的广泛作用。这一作用与RPD1 的敲除突变体所展现的呼吸链缺陷及胚胎致死现象相一致。此外，在不同温度（22°C和28°C）下对rpd1温度敏感突变体的分析显示，高温（28°C）加剧了线粒体内含子剪接的缺陷，显著降低了线粒体活性，进而抑制了包括根原基细胞在内的细胞分裂。根发育的抑制主要由线粒体功能障碍引起，而非RPD1基因直接参与根形态构建。通过RIP-seq分析确认了RPD1直接与线粒体内含子相结合，且其结合位点跨越不同内含子的多个区域，而这些结合序列间并无显著同源性，这暗示了RPD1参与内含子剪接过程的复杂性与多样性。

上海交通大学王传德教授为论文的第一作者，法国国家农业科学院Hakim Mireau资深研究员为通讯作者。

该研究是王传德团队在细胞器基因表达调控领域的又一重要进展。近期发现核编码蛋白参与细胞器内含子剪切 （PNAS, 2020；Nucleic Acids Research, 2024）；较系统地阐明了PPR蛋白参与线粒体RNA 的3’端加工成熟的多样性分子机制 (Nucleic Acids Research, 2017; Plant Physiology, 2022; Nucleic Acids Research, 2023)；揭示了油菜核编码蛋白Rfo在翻译水平上抑制不育基因的表达，从而恢复Ogura-CMS的育性 (PNAS, 2021)。

论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae072

大豆作为重要的粮食和经济作物，是重要的植物蛋白和油脂来源之一。大豆种子脂肪酸含量是一个重要的品质性状，因此大豆脂肪酸含量的遗传改良和开发新的优质大豆品种是育种的重要目标。

近日，上海交通大学单细胞生物学联合研究中心王旭团队联合东北农业大学陈庆山教授团队以及广州大学孔凡江教授团队在Plant Biotechnology Journal发表了题为“Natural variation in Fatty Acid 9 is a determinant of fatty acid and protein content”的研究论文。该研究论文完成了547份大豆种质资源的重测序，利用GWAS鉴定到了一个控制大豆种子脂肪酸的主效位点FA9，通过基因编辑创制突变体、多组学联合分析等，对FA9影响大豆种子脂肪酸形成及其选择驯化进行了研究，为大豆品质性状的分子改良提供了理论基础。

本研究首先对收集的547份主要来自东北地区的大豆种质资源进行基因组重测序分析，评估了大豆的群体结构。利用两年大田条件下的大豆脂肪酸及其组分含量数据，通过GWAS鉴定到了一个控制大豆种子脂肪酸的主效位点FA9。该基因位于9号染色体，编码一个SEIPIN蛋白，并参与种子脂肪酸的合成。通过基因编辑创制该基因突变体，发现fa9突变体种子的亚油酸和油分积累显著减少，油酸含量增加，同时伴随着蛋白含量的增加。此外，该基因突变也会造成大豆种子大小的改变（图1）。

通过对突变体和野生型种子发育的关键时期进行转录组、脂质代谢组和蛋白质组的联合分析，进一步说明了FA9在调控大豆种子脂肪酸合成代谢中的重要作用。利用覆盖中国各主产区的1295份种质资源进行选择驯化分析，挖掘了优势单倍型FA9^H2，该单倍型从野生到农家种再到栽培种发生了逐步选择，同时从中国南部到黄淮海地区再到东北地区也发生了逐步选择，且该优势单倍型在东北北部的部分育种材料中有一定应用（图2）。该研究为大豆品质改良与分子辅助育种提供基础。

东北农业大学陈庆山教授/齐照明研究员、上海交通大学单细胞生物学联合研究中心王旭副教授、广州大学孔凡江教授为论文的通讯作者。东北农业大学齐照明研究员，上海交通大学单细胞生物学联合研究中心博士研究生郭超程，广州大学博士后李海洋，吉林省农科院邱红梅副研究员为论文共同第一作者。该研究得到了十四五重点研发项目，国家自然科学基金，黑龙江省自然科学基金和黑龙江省科技厅双一流培育项目等资助。

9月21日，植物学著名期刊Molecular Plant在线发表了上海交通大学单细胞生物学联合研究中心林尤舜研究组与中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣研究组联合撰写的题为“The molecular basis of heat stress responses in plants”的长篇综述论文，系统总结了植物在热形态建成和热胁迫损伤过程中感知和响应温度的分子机制，并从“源-库”角度提出了在全球气候变暖的形势下减少作物产量损失的应对策略。

全球气候变暖已成为威胁粮食安全和人类发展的一大重要因素。人类活动的加剧导致全球平均气温上升了1.25℃，根据目前排放轨迹的权威估计，在未来不到10年的时间里，全球平均气温的升高将超过1.5℃。据悉，全球温度每升高1℃将会对重要粮食作物带来3%~8%左右的减产（四大作物合计减产约19%）。联合国粮食及农业组织（FAO）数据统计显示，1961-2021年全球气温持续攀升，使得受到粮食安全问题威胁的人口比例逐年增加。因此，阐明植物对高温反应的基本机制，挖掘优异的耐高温基因位点，并通过基因渗入或基因编辑的方法培育“环境广适、优质高产”的耐高温作物品种，对于应对全球气候变暖带来的粮食安全问题具有重要意义。

然而并非所有的温度升高都对植物有害，例如在温和温度条件下，植物出现下胚轴伸长、开花提前等形态学上的变化统称为热形态学建成；但在极端高温下的热胁迫则对植物的生长发育产生负面影响，甚至可能导致细胞损伤和死亡。该综述首先从热形态学建成和热胁迫损伤两个方面总结了植物中已被证实的和潜在的高温感受器，这有助于我们从信号发生的起始角度深入了解高温信号的产生及传导机制。进一步，该文重点就热胁迫响应网络进行详细阐述，首先从热激转录因子-热激蛋白、信号分子、非编码RNA、表观修饰、内质网未折叠蛋白响应以及半自主细胞器等多个角度系统总结了拟南芥中完善的热胁迫响应分子网络（图1）；接着，该文也从转录、翻译、代谢等多个层面系统总结了水稻、玉米、番茄中的热胁迫响应网络；最后，该文从“源-库”的角度提出了多种遗传改良策略以应对全球气候变暖带来的产量损失，包括从“源”的角度保护光合系统、减少水分散失、增强物质的运输和吸收，以及从“库”的角度保障育性、调控抽穗期以及保护籽粒灌浆（图2）。该文还讨论了挖掘作物中潜在高温感受器的重要意义和目前存在的问题，以及在多胁迫因子组合下探索逆境适应驯化的紧迫性。

图1：拟南芥中热胁迫响应调控网络

图2：热胁迫下水稻增产的应对策略

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后阚义为论文第一作者，该中心林鸿宣研究员和上海交通大学单细胞生物学联合研究中心林尤舜副教授为共同通讯作者。穆晓瑞、高进也参与了该项工作。相关研究和本综述撰写得到了上海市、上海交大、国家自然科学基金委、中国科学院、中国博士后科学基金会、岭南现代农业广东省实验室等项目的资助。

原文链接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(23)00284-8