傅向东发现改变一个基因表达，大大降低氮肥的使用

　　2020年2月6日，中国学者在Science发表了3项研究成果，iNature系统总结一下：

　　免疫球蛋白M（IgM）在体液和粘膜免疫中都起着关键作用。它的组装和运输取决于连接链（J链）和聚合免疫球蛋白受体（pIgR），但这些过程的潜在分子机制尚不清楚。2020年2月6日，北京大学肖俊宇团队在Science 发表题为“Structural insights into immunoglobulin M”的研究论文，该研究报道了与J链和pIgR胞外域复合的人IgM Fc区的冷冻电子显微镜结构。IgM-Fc五聚体不对称形成，类似于带有缺失三角形的六边形。IgM-Fc的尾巴包装成淀粉样结构以稳定五聚体。J链封住尾翼组件，并桥接IgM-Fc与pIgR之间的相互作用，该相互作用经历了较大的构象变化，从而与IgM–J复合物接合。 这些结果为IgM的功能提供了结构基础。

　　人们认为，“印记”细胞之间的突触是用于记忆存储的底物，并且这些突触的减弱或丧失导致相关记忆的遗忘。2020年2月6日，浙江大学王朗及谷岩共同通讯在Science 发表题为“Microglia mediate forgetting via complement-dependent synaptic elimination”的研究论文，该研究报道了健康成年小鼠海马中的小胶质细胞吞噬了突触成分。 小胶质细胞的减少或小胶质细胞吞噬作用的抑制可防止遗忘和“印记”细胞的分离。 通过引入CD55抑制补体途径，特别是在engram细胞中，该研究进一步证明了小胶质细胞以补体和活性依赖性方式调节遗忘。此外，小胶质细胞参与神经发生相关和神经发生无关的记忆退化。 在一起，该研究结果表明小胶质细胞依赖补体的突触消除是潜在的遗忘远程记忆的机制。

　　对于作为农作物的水稻，需要更多分蘖，这对氮肥的需求也更少。不幸的是，对于许多水稻品种来说，分蘖的数量取决于氮肥的施用量。2020年2月6日，中国科学院遗传发育所傅向东及牛津大学Nicholas P. Harberd共同通讯在Science 发表题为“Enhanced sustainable green revolution yield via nitrogen-responsive chromatin modulation in rice”的研究论文，该研究发现氮状态通过组蛋白的修饰影响染色质功能，在该过程中，转录因子NGR5将PRC2募集到目标基因。这些基因中的一些调控分蘖，例如，随着氮含量的增加，植物将产生更多的分蘖。NGR5由蛋白酶体破坏调节并介导激素信号传导。NGR5水平的增加可以推动水稻分蘖和产量的增加，而无需增加富氮肥料。

　　1960年代的农业绿色革命提高了谷物产量，养活了不断增长的世界人口，部分原因是半矮绿色革命品种的种植增加。小麦减低高度1（Rht-1）和水稻Semi-dwarf1（SD1）位点的突变等位基因赋予了有利的半矮化位点，从而增强了抑制生长的DELLA的活性。通常，植物激素赤霉素刺激DELLAs的破坏，从而促进植物生长。

　　但是，突变小麦DELLA蛋白Rht-1可能抵抗赤霉素刺激的破坏，而水稻sd1等位基因则降低了赤霉素的丰度，并增加了水稻DELLA蛋白SLR1（SLENDER RICE1）的积累。结果是植株比正常植株矮，因为它们较短，所以更耐倒伏（风吹雨打使植株变扁平）。但是，绿色革命水稻品种需要高氮肥供应才能实现最大的增产潜力，而为提高农业可持续性而做出的努力则必须减少氮肥的使用。

　　籽粒产量是三个主要成分（每株的分蘖数量，每穗的粒数和1000粒重）组成，在高密度种植条件下分蘖能力的提高有助于实现高产。因此，在低氮供应下进一步增加分蘖（侧枝）数量对于未来农业的可持续发展至关重要，并且是关键的谷物育种目标。

　　在该研究中，发现氮状态通过组蛋白的修饰影响染色质功能，在该过程中，转录因子NGR5将PRC2募集到目标基因。这些基因中的一些调控分蘖，例如，随着氮含量的增加，植物将产生更多的分蘖。NGR5由蛋白酶体破坏调节并介导激素信号传导。 NGR5水平的增加可以推动水稻分蘖和产量的增加，而无需增加富氮肥料。

　　具体而言，氮肥通过PRC2的NGR5依赖性募集改变H3K27me3甲基化的全基因组重编程。NGR5是赤霉素-GID1促进的蛋白酶体破坏的靶标。尽管减少了氮肥的投入，但是通过调节NGR5，DELLA蛋白和GID1之间的竞争性相互作用，可以提高水稻品种的籽粒产量。产量和投入使用的这种变化可以促进农业的可持续性和粮食安全。

　　参考消息：

　　https://science.sciencemag.org/content/early/2020/02/05/science.aaz5425

　　https://science.sciencemag.org/content/367/6478/688

　　https://science.sciencemag.org/content/367/6478/eaaz2046