中国这个研究所有多牛？2021年发表431篇SCI，平均影响因子超过9，年度品种推广面积600余万亩………

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所 (以下简称“研究所”) 公开了2021年的年报。

其中，在植物相关领域重要进展概述如下：

1. 生长发育分子机理植

物生存有赖于体内不同激素信号间复杂交互作用以维持生长发育和逆境响应的有效平衡。脱落酸 (ABA) 与油菜素甾醇 (BR) 是两类重要的植物激素，前者与植物对环境胁迫的响应紧密相关，被视为典型的“逆境激素”，后者在促进植物生长发育中具有重要功能。储成才研究组发现ABA与BR间存在协同交互作用，并揭示其协同作用部分依赖ABI3-OsGSR1模块的分子机制，这一研究为全面阐明逆境激素与促生长激素间的复杂交互作用提供了新的切入点 (Li et al., Nature Plants, 2021)。活性氧 (ROS) 是多细胞生物有氧代谢的必然产物，长期以来被认为是一种导致细胞病变和死亡的危险化学分子。许操研究组发现植物可以“变废为宝”，利用ROS作为有益的发育信号激发转录因子蛋白质相分离，控制茎尖干细胞命运转换进而决定开花。该研究为世界首篇以作物为研究模式报道蛋白质相分离机制的科研论文。研究发现了一种全新的蛋白质相分离机制，第一次将ROS、蛋白质相分离和干细胞命运决定三个重要的生物学现象和科学问题建立了分子联系并阐明机制，更新了人们对植物干细胞命运决定机制的认识，为使用交叉学科知识解析复杂生物学机制提供了范例 (Huang et al., Nature Chemical Biology, 2021)。

植物光合作用产生的碳水化合物维持地球上的生命和生态系统，叶绿体内的蛋白质大部分直接或间接参与光合作用，这些蛋白质的稳态主要由两类蛋白质调控：一类是负责蛋白质折叠的分子伴侣，另一类是负责蛋白质降解的蛋白酶体。刘翠敏研究组与合作者从莱茵衣藻叶绿体内纯化了完整的ClpP蛋白酶复合体，首次阐明了真核细胞叶绿体中ClpP复合体的三维结构和催化机理，同时也发现了辅分子伴侣素Cpn11/20/23的全新生化功能。为深入理解分子伴侣素与蛋白酶相互配合共同调节质体内蛋白质稳态，提供了崭新的科学视角(Wang et al., Nature Plants, 2021)。

氮素是植物需求最大的营养元素，但氮肥过量施用会导致水体富营养化、土壤酸化等环境污染，因此，提高农作物氮素利用效率对实现农业可持续发展至关重要。储成才研究组通过对全球不同地理区域52个国家110份早期水稻农家种进行全面的农艺性状鉴定，利用全基因组关联分析技术鉴定到水稻氮高效基因OsTCP19，并揭示了氮素调控水稻分蘖发育过程的分子基础。有意思的是，由于化肥的过量施用，我国现代水稻品种这一氮高效基因类型几乎全部丢失。通过杂交方法将其重新引入现代水稻品种，在减氮条件下，氮肥利用效率可提高20-30%，从而揭示了水稻土壤低氮适应性机制，这一成果在氮高效农作物品种培育及实现农业绿色可持续发展上具有重大意义 (Liu et al., Nature, 2021)。

2. 耐逆分子机理

在高环境温度下，植物会表现叶柄和下胚轴伸长等一系列表型，即高温形态建成。表观遗传修饰在调节植物生长发育和环境响应等方面发挥了重要作用。曹晓风研究组利用遗传学、染色质组学、转录组学、及生物化学等研究手段，揭示了拟南芥组蛋白H3K27me3去甲基化酶REF6/JMJ12参与拟南芥高温响应的分子机制，证明了表观遗传修饰因子与转录因子协同作用调控基因表达从而响应环境信号的重要作用。该研究揭示了植物高温形态建成的表观遗传调控机制，同时为表观遗传修饰的动态调控与关键转录因子的结合协同调控基因转录提供了直接的证据 (He et al., National Science Review, 2021)。

作物病虫害是农业生产的重要制约因素，严重威胁我国食品安全。抗病蛋白通过感知病原菌的存在，迅速启动防卫反应，保护植物免受侵害，是农作物稳产高产的重要保障。周俭民研究组与合作者前期发现,抗病蛋白ZAR1在体外激活后能组装成一个五聚体的复合物，并命名为抗病小体。周俭民研究组、陈宇航研究组、何康敏研究组与合作者通过植物免疫学、膜生物学、单分子成像和结构生物学等多学科交叉合作，阐明了ZAR1抗病小体的生化功能，揭示了抗病蛋白激活下游免疫反应的分子机制。抗病小体作用机制的解析，对设计更广谱、持久的新型抗病蛋白，发展绿色农业具有指导意义 (Bi et al., Cell, 2021)。

3. 分子育种

我国在水稻育种中取得了辉煌的成就，但仍然迫切需要新策略来应对未来的粮食挑战。当前的栽培稻是从祖先二倍体野生稻经过数千年的人工驯化而来，驯化过程在改良重要农艺性状的同时造成了遗传多样性的大量丢失。李家洋研究组、梁承志研究组和高彩霞研究组合作提出并验证了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略，该策略旨在最终培育出新型多倍体水稻作物，从而大幅提升粮食产量并增强作物对环境变化的适应性。本研究开辟了全新的作物育种方向，是该领域的一项重大突破性进展，对未来创制培育新的作物种类从而保障粮食安全具有重要意义 (Yu et al., Cell, 2021)；李家洋受邀发表社论文章，对作物育种所面临的严峻挑战及可能的应对策略与研究方向进行了探讨，指出植物株型改良、提高光合作用效率、控制植物中的能量流动和分配、提高农药与化肥等农业资源的利用效率、发展垂直农业技术、提高农作物食味品质与营养价值，都是未来重要的研究方向 (Yu and Li, National Science Review, 2021)。

基因组结构变异 (SV) 和基因拷贝数变异 (gCNV) 是动植物中主要的遗传变异来源，全面准确地鉴定和分析水稻中的SV和gCNV对于挖掘优异等位基因、提高育种效率具有重要意义。梁承志研究组与合作者通过对33个具有遗传多样性的水稻进行高质量基因组构建和比较基因组分析，首次构建了“水稻高质量泛基因组和图形基因组”，阐明了SV和gCNV在塑造水稻环境适应性和驯化方面的生物学意义 (Qin et al., Cell, 2021)

应用研究方面

双季早粳品种在我国水稻生产中一直是一个空白，李家洋研究团队研发的“中科发早粳1号”以分子精准设计育种作为技术支撑，实现了中国双季早粳稻“零的突破”，填补了双季早粳品种在中国水稻生产中的空白。2021年7月19日江西省上高县举行的测产观摩会测定平均亩产为567.64公斤，该品种可将我国优质新粳米的上架期提前2-3个月，具有重大应用前景。

大豆是我国重要的粮油饲兼用作物，但对外依存度长期保持在80%以上。选育耐盐碱大豆，有效利用这些盐碱地资源，是提高我国大豆生产能力的重要新方向，对保障我国粮食具有重大意义。田志喜研究团队选育的TZX-1736、TZX-805实收测产亩产分别达264.8公斤和263.3公斤，比全国大豆2020年平均亩产（132.4公斤）提高近1倍，测产专家组认为耐盐碱大豆新品系为深耕盐碱地、充裕大粮仓提供了核心科技要素。

针对环渤海地区1000万亩盐碱荒地，李振声研究团队提出利用环渤海地区盐碱地种植耐盐牧草建立“滨海草带”的设想。2021年长穗偃麦草耐盐种质创制和应用初显成效，建立了一套完整的创制、繁育和种植长穗偃麦草的技术体系，在东营建立了200亩种苗基地，明年预计繁殖3000-5000斤种子、可满足1000亩地的种子需求，开展了长穗偃麦草牧草收割、青干草晒制、打捆，青贮饲料制作、湖羊舍饲喂养与放牧等试验，获得了一批耐盐碱优质种质材料，为打造滨海草牧业带，推进农业绿色循环发展奠定基础。

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来源：刘永鑫Adam