傅向東發現改變一個基因表達，大大降低氮肥的使用

　　2020年2月6日，中國學者在Science發表了3項研究成果，iNature系統總結一下：

　　免疫球蛋白M（IgM）在體液和粘膜免疫中都起著關鍵作用。它的組裝和運輸取決于連接鏈（J鏈）和聚合免疫球蛋白受體（pIgR），但這些過程的潛在分子機制尚不清楚。2020年2月6日，北京大學肖俊宇團隊在Science 發表題為“Structural insights into immunoglobulin M”的研究論文，該研究報道了與J鏈和pIgR胞外域復合的人IgM Fc區的冷凍電子顯微鏡結構。IgM-Fc五聚體不對稱形成，類似于帶有缺失三角形的六邊形。IgM-Fc的尾巴包裝成淀粉樣結構以穩定五聚體。J鏈封住尾翼組件，并橋接IgM-Fc與pIgR之間的相互作用，該相互作用經歷了較大的構象變化，從而與IgM–J復合物接合。 這些結果為IgM的功能提供了結構基礎。

　　人們認為，“印記”細胞之間的突觸是用于記憶存儲的底物，并且這些突觸的減弱或喪失導致相關記憶的遺忘。2020年2月6日，浙江大學王朗及谷巖共同通訊在Science 發表題為“Microglia mediate forgetting via complement-dependent synaptic elimination”的研究論文，該研究報道了健康成年小鼠海馬中的小膠質細胞吞噬了突觸成分。 小膠質細胞的減少或小膠質細胞吞噬作用的抑制可防止遺忘和“印記”細胞的分離。 通過引入CD55抑制補體途徑，特別是在engram細胞中，該研究進一步證明了小膠質細胞以補體和活性依賴性方式調節遺忘。此外，小膠質細胞參與神經發生相關和神經發生無關的記憶退化。 在一起，該研究結果表明小膠質細胞依賴補體的突觸消除是潛在的遺忘遠程記憶的機制。

　　對于作為農作物的水稻，需要更多分蘗，這對氮肥的需求也更少。不幸的是，對于許多水稻品種來說，分蘗的數量取決于氮肥的施用量。2020年2月6日，中國科學院遺傳發育所傅向東及牛津大學Nicholas P. Harberd共同通訊在Science 發表題為“Enhanced sustainable green revolution yield via nitrogen-responsive chromatin modulation in rice”的研究論文，該研究發現氮狀態通過組蛋白的修飾影響染色質功能，在該過程中，轉錄因子NGR5將PRC2募集到目標基因。這些基因中的一些調控分蘗，例如，隨著氮含量的增加，植物將產生更多的分蘗。NGR5由蛋白酶體破壞調節并介導激素信號傳導。NGR5水平的增加可以推動水稻分蘗和產量的增加，而無需增加富氮肥料。

　　1960年代的農業綠色革命提高了谷物產量，養活了不斷增長的世界人口，部分原因是半矮綠色革命品種的種植增加。小麥減低高度1（Rht-1）和水稻Semi-dwarf1（SD1）位點的突變等位基因賦予了有利的半矮化位點，從而增強了抑制生長的DELLA的活性。通常，植物激素赤霉素刺激DELLAs的破壞，從而促進植物生長。

　　但是，突變小麥DELLA蛋白Rht-1可能抵抗赤霉素刺激的破壞，而水稻sd1等位基因則降低了赤霉素的豐度，并增加了水稻DELLA蛋白SLR1（SLENDER RICE1）的積累。結果是植株比正常植株矮，因為它們較短，所以更耐倒伏（風吹雨打使植株變扁平）。但是，綠色革命水稻品種需要高氮肥供應才能實現最大的增產潛力，而為提高農業可持續性而做出的努力則必須減少氮肥的使用。

　　籽粒產量是三個主要成分（每株的分蘗數量，每穗的粒數和1000粒重）組成，在高密度種植條件下分蘗能力的提高有助于實現高產。因此，在低氮供應下進一步增加分蘗（側枝）數量對于未來農業的可持續發展至關重要，并且是關鍵的谷物育種目標。

　　在該研究中，發現氮狀態通過組蛋白的修飾影響染色質功能，在該過程中，轉錄因子NGR5將PRC2募集到目標基因。這些基因中的一些調控分蘗，例如，隨著氮含量的增加，植物將產生更多的分蘗。NGR5由蛋白酶體破壞調節并介導激素信號傳導。 NGR5水平的增加可以推動水稻分蘗和產量的增加，而無需增加富氮肥料。

　　具體而言，氮肥通過PRC2的NGR5依賴性募集改變H3K27me3甲基化的全基因組重編程。NGR5是赤霉素-GID1促進的蛋白酶體破壞的靶標。盡管減少了氮肥的投入，但是通過調節NGR5，DELLA蛋白和GID1之間的競爭性相互作用，可以提高水稻品種的籽粒產量。產量和投入使用的這種變化可以促進農業的可持續性和糧食安全。

　　參考消息：

　　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