本文我們將回顧一下8月份德國WALZ調制葉綠素熒光儀參與發表的13篇高分文章，其中Nature、Light_ Science & Applications、Global Change Biology、PNAS、The EMBO Journal、Computers and Electronics in Agriculture、Plant Physiology各1篇，New Phytologist 2篇，Nature Communications 4篇。研究對象包含擬南芥、海綿、番茄、茄子、隱藻、小麥、水稻、綠蘿、歐洲山毛櫸、歐洲云杉、無梗花櫟、歐洲小葉椴等植物。德國WALZ制造的PAM調制葉綠素熒光儀及光合儀設計嚴謹，運行穩定，功能完善，操作簡單，應用廣泛，國際學術界認可度高，在國際植物學研究領域遙遙領先~
1. Chloroplastic ascorbate modifies plant metabolism and may act as a metabolite signal regardless of oxidative stress (Plant Physiology, IF=6.5)

抗壞血酸鹽 (Asc)是一種主要的植物代謝物，在從活性氧清除到表觀遺傳調控的各種過程中起著至關重要的作用。然而，Asc在多大程度上以及如何調節新陳代謝仍然是未知的。2024年8月6日，Plant Physiology在線發表匈牙利HUN-REN植物生物學研究所 Szilvia Z Tóth實驗室題為Chloroplastic ascorbate modifies plant metabolism and may act as a metabolite signal regardless of oxidative stress研究論文。文章通過擬南芥葉綠體Asc轉運體突變體缺少PHOSPHATE TRANSPORTER 4; 4的株系和Asc缺乏的vtc2-4突變體，研究了葉綠體和整個細胞Asc缺乏的后果。

在正常生長條件下，兩種Asc缺陷都會導致光合作用發生微小的變化，但沒有明顯的氧化損傷跡象。相比之下，代謝組學分析揭示了兩種Asc缺陷突變體的代謝組圖譜都發生了全面且大體重疊的改變，這表明葉綠體Asc調節了植物的新陳代謝。研究人員觀察到氨基酸代謝(尤其是精氨酸代謝)發生了重大變化，核苷酸補救合成途徑被激活，次生代謝也發生了變化。此外，對整個蛋白質組的熱穩定性分析表明，Asc可能與參與精氨酸代謝、卡爾文-本森循環和幾種光合電子傳遞元件的酶相互作用。總之，文章的研究結果表明，葉綠體Asc可調節維管植物中多種代謝途徑的活性，并可作為一種內部代謝信號。

圖注：葉綠體Asc控制植物的新陳代謝。A) Asc的生物合成在細胞質中進行，最后一步在線粒體中進行，vtc2編碼GDP-L半乳糖磷酸化酶(GGP)，催化Asc生物合成的第一步。PHT4;4將Asc轉運到葉綠體中。B)可能與葉綠體Asc相互作用的光合電子傳遞元件和基質酶(根據本研究中的PISA分析，用藍色表示)。C)葉綠體和細胞Asc缺乏會導致代謝組發生廣泛變化，包括誘導GABA分流和核苷酸補救合成途徑。深紅色和淺綠色箭頭分別表示vtc2-4突變體和pht4;4-3突變體與WT(Col-0)相比，相應代謝物發生了顯著變化。灰色條表示已鑒定出特定代謝物，但未檢測到相對于WT的顯著變化。

2. Marine heatwave-driven mass mortality and microbial community reorganisation in an ecologically important temperate sponge (Global Change Biology,  IF=10.8)

隨著全球氣候的不斷變化，海洋熱浪(MHWs)的頻率、持續時間和強度都在增加，破壞了全球海洋生態系統。雖然報告的大多數影響都發生在熱帶地區，但新西蘭卻在2022年經歷了強度最大、持續時間最長的海洋熱浪，對海洋海綿造成了嚴重影響。海綿對巖石底棲海洋生物群落至關重要，其數量影響著生態系統的功能。2024年8月6日，Global Change Biology在線發表新西蘭維多利亞大學生物科學學院James J. Bell等人標題為Marine heatwave-driven mass mortality and microbial community reorganisation in an ecologically important temperate sponge的研究論文。文章探討了2022年那次MHW對新西蘭峽灣地區光合作用海綿（Cymbastella lamellata）的影響。

研究海洋熱浪對C. lamellata的影響程度、生理反應、死亡率、微生物群落變化和生態影響的結果表明，在本次海洋熱浪期間，峽灣的最高氣溫比平均氣溫高出4.4℃，持續了 259天。峽灣藍藻種群中超過90%的藍藻出現白化現象。從5m-25m的種群數量超過了6600萬，是有記錄以來最大的一次白化事件。研究人員確定光合共生體為硅藻，白化的海綿光合效率降低。2023年大規模降水后的調查發現，采樣點超過50%的海綿已經死亡，但剩余的海綿大多已從之前的白化中恢復過來。通過模擬MHW實驗，研究發現溫度脅迫是導致海綿壞死而非白化的原因，盡管在野外極少觀察到壞死(<2% 的海綿)。這表明漂白可能不是直接導致死亡的原因。研究人員還在存活的海綿中發現了微生物群落的變化，他們認為這代表了微生物介導的對MHWs的適應性反應。他們還發現，薄片海綿是水體中溶解有機碳的主要貢獻者，它們的消失可能會影響生態系統的功能。總是，研究人員證明了MHWs有可能擾亂溫帶地區的主要海洋植物區系，突出了全球溫帶海綿對MHWs的易感性。 圖注：Cymbastela lamellata的生理測量。2022 年峽灣白化事件期間測量的海綿在不同健康狀況下的反應；(A)海綿中的色素濃度; (B)快速光照曲線; (C)PSII的最大熒光產量(Fv/Fm); (D)在光照和黑暗條件下的氧通量。
3. NAD⁺ deficiency primes defense metabolism via ¹O₂-escalated jasmonate biosynthesis in plants (Nature Communications, IF=14.7)

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)是一種氧化還原輔助因子，是細胞代謝的中心信號。破壞植物體內NAD的平衡會改變植物的生長和抗逆性，但其潛在機制仍不清楚。2024年8月6日，南方科技大學黃安誠團隊在Nature Communications 在線發表題為“NAD⁺ deficiency primes defense metabolism via ¹O₂-escalated jasmonate biosynthesis in plants”的研究論文，該研究概述了植物中NAD⁺缺陷介導的JA誘導和防御啟動序列，表明這種防御機制在植物的脅迫響應中起作用。

在該研究中，研究人員利用前期獲得的擬南芥NAD⁺合成缺陷突變體qs-2，通過轉錄組和非靶向代謝組進行整合組學分析，發現NAD⁺合成缺陷卻顯著增強擬南芥中芥子油苷等次級代謝產物合成與積累。芥子油苷是十字花科植物中一類含硫含氮的特殊次級代謝產物，目前已知在植物應答環境脅迫中發揮重要功能。進一步遺傳與生理生化實驗結果顯示，NAD⁺合成缺陷導致植物(qs-2突變體)中脂肪芥子油苷的高度積累增強了對棉鈴蟲的抗性，且芥子油苷積累和抗蟲活性依賴于防御激素茉莉酸的合成和轉導。通過對茉莉酸及其合成通路中間產物靶向進行定量分析，發現NAD⁺合成突變體qs-2中茉莉酸合成的第一步——亞麻酸的過氧化反應被特異高度激活，且該過程高度依賴于葉綠體中特殊活性氧——單線態氧的產生，從而揭示了植物中一條新穎的NAD⁺從頭合成缺陷激活單線態氧和防御激素茉莉酸合成，進而增強抗性的信號轉導通路。

圖注：蟲害導致的NAD失調激活了茉莉酸鹽的生物合成，從而啟動植物防御功能

研究人員在煙草系統和野生型擬南芥蟲咬應答條件下復現了NAD⁺含量降低激活單線態氧和茉莉酸合成的信號轉導通路，表明此信號轉導通路能夠在植物調節自身代謝以平衡生長與抗性中起重要作用。因此，本項研究首次揭示了“NAD⁺穩態->單線態氧激活->茉莉酸合成轉導->次級代謝產物(芥子油苷)合成”的完整應答通路介導植物抗(蟲)性防御反應的分子機制，從而提出了NAD⁺穩態是平衡植物生長與抗(蟲)性的關鍵“代謝監測點”(metabolic checkpoint)的分子模型(圖1)，為深入了解植物—環境互作的信號轉導機制與代謝基礎提供了新見解，也為植物抗性改造和育種增添了理論基礎。
4. Loss of cold tolerance is conferred by absence of the WRKY34 promoter fragment during tomato evolution (Nature Communications, IF=14.7)

番茄是全球重要的蔬菜作物，起源于南美洲安第斯山脈地區。在番茄的進化和人類選擇過程中，由于生長環境的改變(從高海拔到低海拔)，使得低溫不再是番茄進化選擇的主要逆境壓力，這造成了現代栽培番茄耐寒能力下降。然而，隨著我國設施農業的快速發展，冬春低溫造成的設施蔬菜冷害業已成為限制產業高質量發展的瓶頸問題。因此，解析設施主栽喜溫蔬菜番茄耐寒能力下降的機制，創制耐寒種質和調控技術，對于產業發展具有重要意義。2024年8月6日，浙江大學喻景權院士周杰教授團隊在Nature Communications在線發表了題為“Loss of cold tolerance is conferred by absence of the WRKY34 promoter fragment during tomato evolution”的研究論文。該研究以冷敏感的栽培番茄 (Solanum lycopersicum)和耐寒的野生多毛番茄(Solanum habrochaites)為對象，通過多組學聯合分析以及生理生化、遺傳學和生物信息學等手段，揭示了在野生番茄和栽培番茄中WRKY34低溫表達模式差異的原因，及其調控番茄耐寒能力的具體機制。

研究通過對栽培番茄和多毛番茄在低溫脅迫下的ATAC-Seq和RNA-Seq聯合分析，發現多毛番茄和栽培番茄WRKY34染色質在常溫下均呈關閉狀態；低溫處理后，栽培番茄SlWRKY34附近染色質仍然關閉且表達水平幾乎不發生變化，而野生多毛番茄ShWRKY34附近染色質則明顯打開且表達受到抑制。通過對過表達WRKY34植株以及slwrky34突變體植株進行低溫處理，發現WRKY34負調控番茄耐寒性。 進一步研究發現，栽培番茄WRKY34基因啟動子中的一段60 bp 片段缺失造成其WRKY34表達不能響應低溫。之后，通過分析376份不同番茄品種WRKY34啟動子中60 bp InDel的序列變異情況，并在低溫處理后檢測不同番茄品種WRKY34的表達水平，揭示了60 bp InDel與不同番茄WRKY34在低溫脅迫下表達模式的顯著相關性。研究證明了WRKY34基因啟動子中的60 bp InDel在調控番茄低溫脅迫響應中起著至關重要的作用，且這一調控機制在野生和栽培番茄中存在顯著差異。
研究同時發現，低溫脅迫下，染色質重塑因子SWIB通過招募轉錄因子GATA29，協同作用于野生番茄WRKY34基因啟動子中的60 bp InDel區域，從而抑制WRKY34的表達，提高番茄耐寒能力。此外，研究還發現，WRKY34在蛋白水平通過與CBF1蛋白互作干擾CBF1對其自身和下游冷響應基因CORs的轉錄激活功能；而在轉錄水平上，WRKY34能夠直接結合CBFs和CORs啟動子，抑制它們在低溫下的表達，從而干擾CBF-COR抗冷途徑，降低栽培番茄耐寒能力。

綜上所述，作者提出了一個野生番茄和栽培番茄耐寒能力差異的新機制。在低溫脅迫下，野生番茄S. habrochaites的WRKY34啟動子由于存在60 bp片段，使得染色質重塑因子SWIBs能夠與其結合，從而打開附近區域的染色質，并招募轉錄抑制因子GATA29與60 bp內的GATA-box結合，抑制WRKY34的表達，從而解除WRKY34在蛋白水平和轉錄水平對CBF-COR抗冷途徑的干擾作用。然而，栽培番茄WRKY34啟動子中60 bp DNA片段的缺失導致其在低溫脅迫下無法結合SWIBs，阻止染色質打開和GATA29的招募，從而無法抑制WRKY34的表達和對CBF-COR抗冷途徑的干擾，導致栽培番茄耐寒能力的喪失。

5. A Vis/NIRS device for evaluating leaf nitrogen content using K-means algorithm and feature extraction methods (Computers and Electronics in Agriculture, IF=7.7)

準確評估葉氮含量(LNC)對實際生產和肥料管理至關重要。2024年8月7日，西北農林科技大學信息工程學院胡瑾教授課題組在Computers and Electronics in Agriculture發表題為A Vis/NIRS device for evaluating leaf nitrogen content using K-means algorithm and feature extraction methods的研究論文。在這項研究中，盧苗等人設計了一種便攜式設備，用于快速、無損地精確評估葉氮含量。

該研究以培養在不同含氮量營養液中的水培茄子為實驗樣本，進行了各種測量，包括葉綠素熒光(ChlF)誘導曲線、高光譜圖像和LNC值。計算了LNC和ChlF參數之間的相關性，其中qN參數與LNC的相關性最高。使用K-Means算法對qN的假彩色圖像進行分割，得到三個區域。將光譜數據與葉片中相應區域的LNC測量值進行匹配，并以處理后的光譜數據為輸入，LNC測量值為輸出，利用偏最小二乘法回歸(PLSR)算法建立了LNC預測模型。結果表明，使用標準正態變異-逐次保留信息變量-連續投影算法(SNV-IRIV-SPA-PLSR)的模型性能最佳，預測相關系數(R²)為0.9332，均方根誤差(RMSE)為 2.6890 mg/g，剩余預測偏差(RPD)為3.97，性能與四分位距(RPIQ)之比為7.28。根據SNV-IRIV-SPA-PLSR-VIP模型選定的波長，選擇了六個窄帶發光二極管(LED)作為設計裝置的光源。采用廉價模塊組裝設備，并進行了精度測試。采用PLSR算法開發了設備的LNC評估模型，輸入為 6個LED燈下的葉片反射率(結果R²、RMSE、RPD和RPIQ值分別為0.8075、6.6242 mg/g、2.30和4.26)。然后將模型嵌入核心處理器。為了驗證該裝置的性能，使用了一組獨立數據，結果R²為0.7559，RMSE為7.4771 mg/g，RPD為2.07，RPIQ為3.57。所提出的裝置可快速準確地測定植物中的LNC，在便攜性和成本方面優于其他裝置。這項研究為植物肥料管理提供了一種潛在的解決方案。

6. Structural basis for the distinct core-antenna assembly of cryptophyte photosystem II (Nature Communications, IF=14.7)

放氧光合作用是自然界中重要的生命過程，可以將光能轉化為化學能，合成有機物的同時釋放氧氣，為地球上絕大多數生命提供物質和能量。位于類囊體膜上的光系統I(photosystem I, PSI)和光系統II (photosystem II, PSII)對于光合作用光反應至關重要，兩個光系統均由核心和外周捕光天線構成，其中光系統核心是高度保守的，但結合在核心外周的捕光天線在不同物種間存在著巨大差異，這些差異反映了不同光合生物對特定生存環境的適應，也體現了自然界中多樣的光合調節機制。隱藻是由紅藻經次級內共生過程演化出的一類單細胞真核微藻，具有極其獨特的捕光天線，包括位于類囊體膜內的葉綠素 a/c 結合蛋白(chlorophyll a/c proteins，CAC)和結合在類囊體膜外腔側的藻膽蛋白(phycobiliprotein，PBP)。由于缺少隱藻光系統的結構信息，其核心與捕光天線的組裝方式及其捕光調節機制尚不清楚，解析隱藻光系統-捕光天線復合物的高分辨率結構不僅為揭示這類光合生物的光合調節機制提供結構基礎，而且能夠為提高植物的光能利用效率、增加作物產量等提供新思路。

2024年8月9日,中國科學院生物物理研究所李梅研究組在Nature Communications在線發表了題為 Structural basis for the distinct core-antenna assembly of cryptophyte photosystem II 的研究工作。研究團隊從平臺生長期的隱藻細胞中分離提取到了隱藻PSII-CAC復合物樣品，并解析了其2.6 Å分辨率的單顆粒冷凍電鏡結構。該結構顯示，隱藻中PSII核心與捕光天線CAC的結合方式與已往報道的其它光合生物PSII有很大不同，其CAC蛋白呈帶狀結合在PSII核心的兩側。在復合物中還發現一個新的核心-天線連接蛋白CAL-II，對整個復合物的形成和穩定至關重要。該研究還對復合物中的色素分子進行了指認，并據此對CAC天線-光系統核心之間的能量途徑進行了繪制，并探討了隱藻PSII-CAC復合物的裝配及作用機理，為理解隱藻的光能利用及環境適應機制提供了結構基礎和新穎見解。 7. The RING-finger ubiquitin E3 ligase TaPIR1 targets TaHRP1 for degradation to suppress chloroplast function (Nature Communications, IF=14.7)

植物葉綠體在光合作用和免疫中起關鍵作用，但小麥中控制葉綠體相關核基因表達的精確及時的轉錄調節機制在很大程度上仍未知。泛素化是一種重要的翻譯后調節過程，E3泛素連接酶在植物的激素反應、發育和免疫等多種細胞過程中起作用，但泛素連接酶E3在小麥免疫中的作用及其底物識別模式尚不清楚。2024年8月12日，Nature Communications在線發表了四川農業大學魏育明/許強教授團隊聯合西北農林科技大學王曉杰教授團隊題為The RING-finger ubiquitin E3 ligase TaPIR1 targets TaHRP1 for degradation to suppress chloroplast function的研究論文。本研究揭示了小麥中RING型泛素E3連接酶TaPIR1通過泛素化并降解轉錄因子TaHRP1來抑制葉綠體功能，從而增加植物對條銹病(Pst)的敏感性。

TaPIR1是小麥抗Pst的負調控因子，TaPIR1在Pst感染的小麥葉片中表達上調，其敲除可增強小麥對Pst的抗性，過表達則降低抗性。TaPIR1與TaHRP1在細胞核中相互作用并使其泛素化，TaPIR1是一種功能性E3 Ub連接酶，能泛素化TaHRP1。TaPIR1可促進TaHRP1在體外和體內的降解，TaHRP1的賴氨酸殘基K131和K136 是TaPIR1泛素化的位點，其突變會影響TaHRP1的穩定性和降解。TaHRP1是小麥抗Pst的正調控因子，TaHRP1的缺失會降低小麥對Pst的抗性，過表達則增強抗性，TaHRP1可直接結合PhANGs啟動子中的TaHRP1-結合位點元件并激活其轉錄，從而調節PhANGs的表達。TaHRP1有助于維持葉綠體衍生的ROS穩態，TaHRP1 過表達可促進光合作用和葉綠體衍生的ROS積累，TaPIR1則抑制TaHRP1誘導的ROS在葉綠體中的產生。

本研究揭示了小麥中TaPIR1-TaHRP1級聯在Pst與小麥相互作用中的作用機制，為深入理解植物免疫和光合作用的調節提供了新的視角。TaPIR1可能作為基因工程的靶點，通過對其進行修飾或調控，為小麥提供對條銹病的持久抗性，這對于農業生產中防治小麥條銹病具有重要的應用價值。本研究結果有助于進一步探索植物中泛素化修飾在免疫和光合作用調節中的作用，為開發新的抗病策略和提高作物產量提供理論基礎。
8. Genetic improvement of phosphate-limited photosynthesis for high yield in rice (PNAS, IF=9.4)

光合作用是作物改良的重要目標之一。光合葉片中的無機磷(Pi)作為ATP合成原料并參與光合蛋白調控以及磷酸丙糖(TP)等光合產物周轉,葉片中其含量在一定條件下可能成為光合作用高效運轉的限制因素。實際上，田間光合作用的磷限制常發生在抽穗灌漿階段、需要光合作用高效運轉的時期。葉片(源)與種子(庫)之間的Pi分配對作物籽粒灌漿有重要影響，然而，Pi在源庫之間如何分配調控及其對葉片光合效率的影響尚需解析，有效的遺傳解決方案仍有待建立。

2024年8月13日， PNAS在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心王鵬課題組與何祖華課題組合作完成的題為Genetic improvement of phosphate-limited photosynthesis for high yield in rice的研究論文，發現水稻OsPHO1;2磷轉運蛋白能夠向葉片分配無機磷，其表達量與葉片Pi含量、凈光合速率以及產量的增高呈正相關。

圖注：OsPHO1;2 將 Pi 分配給葉片并促進光合作用。

何祖華課題組之前的研究發現OsPHO1;2控制籽粒中磷的再分配從而影響其灌漿(Ma et al., 2021)。本研究發現，OsPHO1;2功能缺失突變導致葉片Pi缺乏，光合電子傳遞活性及CO₂同化速率降低，光合作用Pi限制提前發生；過量表達OsPHO1;2有效地延長了高光合速率的持續時間，從而提高了產量潛力。本研究為OsPHO1;2調節葉片中Pi的穩態、TP-Pi反向交換轉運效率、光合作用的Pi限制等提供了遺傳、生理和生化證據。此外，對核心水稻種質資源的分析表明，與低表達OsPHO1;2的水稻相比，高表達OsPHO1;2的水稻與更高的葉片Pi含量、光合作用和產量潛力相關。更重要的是，對水稻灌漿期葉面噴施磷肥補充Pi，提高了劍葉光合速率，延長了劍葉光合有效期，對籽粒產量的提高有較大貢獻；與葉面施用磷酸鹽相比，OsPHO1;2相關的遺傳改造策略被證明在調節葉片Pi以實現高效光合生產方面是同樣有效的。

圖注：OsPHO1;2缺失會導致光合電子傳遞活性和跨類囊體膜質子動力勢下降。

這些發現表明，光合作用的磷限制可以通過遺傳途徑解除或減緩，OsPHO1;2基因可以用于加強作物的育種策略，以獲得更高的磷利用效率及光合驅動力。因此，本研究不僅揭示了葉片磷分配、光合作用與糧食產量之間關聯的新機制，而且為在有限磷投入的情況下提高作物產量提供了新路徑。

9. Strigolactones positively regulate HY5-dependent autophagy and the degradation of ubiquitinated proteins in response to cold stress in tomato (New Phytologist, IF=8.3)

隨著全球氣候變暖，極端天氣增加，植物經常會面臨各種各樣的脅迫，嚴重影響其生長發育。低溫是一種主要脅迫，限制了許多作物的品質和產量。而番茄作為一種喜溫性蔬菜，低溫會導致其生長發育停滯，花期延遲，坐果率顯著降低。在整個進化過程中，植物已經發展出多種抵御寒冷的機制，其中植物激素調節起著至關重要的作用。同時，自噬參與蛋白質降解和氨基酸循環，在植物發育和逆境反應中起著關鍵作用。然而，自噬與植物激素之間的關系尚不清楚。2024年8月19日，New Phytologist在線發表浙江大學周杰教授和北京大學現代農業研究院趙珺博士聯合署名標題為Strigolactones positively regulate HY5-dependent autophagy and the degradation of ubiquitinated proteins in response to cold stress in tomato的研究論文。

文章探討了低溫脅迫下獨腳金內酯調節番茄自噬和泛素化蛋白降解的分子機制。研究發現低溫誘導了泛素化蛋白的積累，獨腳金內酯生物合成缺失突變體對低溫更加敏感，伴隨著更多的泛素化蛋白積累。相反，人工合成的獨腳金內酯類似物GR24^5DS增強了番茄的低溫抗性、自噬體形成和自噬相關基因ATGs的轉錄水平，降低了泛素化蛋白的積累。與此同時，低溫和獨腳金內酯誘導HY5的積累，HY5進一步激活ATG18a的轉錄，進而誘導自噬。ATG18a突變降低了獨腳金內酯誘導的低溫抗性，導致自噬體形成減少和泛素化蛋白積累增加。這些結果表明，在低溫條件下，獨腳金內酯以HY5依賴的方式正向調節番茄自噬和促進泛素化蛋白的降解。

圖注：番茄通過HYPOCOTYL 5 (HY5)依賴方式激活自噬誘導抗寒性的可能模型。

10. STIC2 selectively binds ribosome-nascent chain complexes in the cotranslational sorting of Arabidopsis thylakoid proteins (The EMBO Journal, IF=9.4)

葉綠體編碼的多種跨類囊體膜蛋白質對光合作用復合物至關重要，但人們對其生物發生的協調過程仍然知之甚少。2024年8月27日，The EMBO Journal在線發表德國魯爾大學Danja Schünemann課題組標題為STIC2 selectively binds ribosome-nascent chain complexes in the cotranslational sorting of Arabidopsis thylakoid proteins的研究論文。文章將STIC2 確定為一種新的核糖體相關因子，并提出STIC2與cpSRP54合作，將D1和潛在的其他葉綠體編碼的光合亞基共翻譯遞送至類囊體膜。

為了確定特異性支持光合系統(PS)II反應中心蛋白D1共翻譯生物發生的因子，研究人員生成并親和純化了帶有D1新生鏈的停滯核糖體-新生鏈復合物(RNCs)。翻譯可溶性核糖體亞基uS2c的停滯RNCs被用來進行比較。對純化的RNCs進行定量串聯質譜分析，發現了約140個與D1 RNCs有特異性關聯的蛋白質，這些蛋白質主要參與蛋白質和輔助因子的生物生成，包括葉綠素的生物合成和其他代謝途徑。對新發現的D1 RNC相互因子STIC2的功能分析顯示，它與葉綠體蛋白SRP54合作參與了D1以及PSII和PSI的其他潛在共翻譯靶向反應中心亞基的從頭生物生成和修復。STIC2與類葉綠體插入酶Alb3及其同源物Alb4之間的主要結合界面被繪制到了STIC2的β片區以及Alb3/4 C端區的保守Motif III上。

圖注：STIC2和cpSRP54的共同缺失導致擬南芥高光敏感性和D1積累降低。

11. Delivery of luminescent particles to plants for information encoding and storage (Light: Science & Applications, IF=20.6)
2024年8月28日，Nature旗下光學領域頂級期刊Light: Science & Applications在線發表了華南農業大學材料與能源學院雷炳富教授課題組標題為Delivery of luminescent particles to plants for information encoding and storage的最新研究論文。文章創新型的介紹了由H₃PO₄封裝的鋁酸鍶顆粒作為發光標簽，能夠在植物生長過程中嵌入植物內部進行信息編碼和存儲的實踐性應用。

長余輝材料展現出持久的發光性和高信噪比特性，使它們成為具有新功能屬性的創新發光植物標簽的有前景的候選材料。在眾多發光材料中，SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺(SAO)作為一種領先的長余輝材料脫穎而出，以其強烈且長壽命的余輝發光以及出色的紫外線抗性而聞名。盡管已有大量研究集中在稀土離子摻雜的鍶鋁酸鹽材料和性能提升上，但SAO的耐水性差仍是限制其實際應用的關鍵挑戰。水的強極性使得SAO容易受到水解的影響，因此需要有效的封裝方法來保護其相結構。雖然已經探索了各種封裝措施，如SiO₂、TiO₂、MgF₂和聚合物封裝層，但許多措施犧牲了發光性能，阻礙了材料的應用潛力。因此，探索既能增強耐水性又能提高發光性能的封裝技術對于確立SAO作為構建植物標簽的優異發光材料至關重要。

利用植物發光標簽構建植物信息云平臺的示意圖在先前報道的工作中，將材料送入植物的常用方法包括葉面噴霧、根部吸收和樹干/葉柄注射。然而，這些方法在將微米級顆粒送入植物方面存在局限性。雖然樹干/葉柄注射方法可以通過機械損傷角質層和表皮等屏障直接進入維管系統，但其侵入性使其只適合某些大型木本植物。近年來，微針貼片因其最小的侵入性、安全性和效率，在藥物輸送應用中被使用，呈現出一種有前景的替代方案。在先前的報告中，近紅外發光顆粒通過微針貼片注入皮膚，以記錄疫苗接種的長期信息。從醫療領域的微針貼片中汲取靈感，研究人員采用它們將長余輝材料送入植物葉片，實現信息記錄和編碼。為了構建植物中的信息記錄平臺，首先將SAO與H₃PO₄封裝以增強耐水性，并在植物復雜的內部環境中保持穩定的發光。然后，將微針貼片的尖端裝載SAO@H₃PO₄，創建排列良好的發光陣列，為植物提供特定的編碼信息。這些信息的匯編旨在建立一個智能農業平臺，其中植物發光標簽作為通往云平臺的門戶，用于存儲各種生理信息，并實現基于物聯網的精準農業系統。

H₃PO₄的封裝賦予了SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺(SAO)穩定性和更強的發光能力。利用SAO@H₃PO₄作為低損傷發光標簽，研究人員通過微針貼片將其輸送到植物體內。嵌入植物體內的SAO@H₃PO₄顯示出持續且無變化的高信噪比余輝發射，27天內發光強度保持在原來的78% 左右。為了滿足不同的信息記錄需求，研究人員設計了各種幾何形狀的微針貼片來裝載SAO@H₃PO₄，通過設計的程序可以準確識別不同形狀的發光信號，并可以方便地在計算機上查看相應的信息。此外，受二進制信息概念的啟發，還創建了發光點和非發光點特定排列的微針貼片，從而在葉片上形成了不同的發光微針貼片陣列。先進的照相系統配合量身定制的程序，能準確識別標簽并將其映射到相應的記錄信息中。這些發現展示了植物體內低損傷發光標簽的潛力，為方便、廣泛地存儲植物生長信息鋪平了道路。

12. Dry inside: progressive unsaturation within leaves with increasing vapour pressure deficit affects estimation of key leaf gas exchange parameters (New Phytologist, IF=8.3)
受全球變化的持續影響，近幾十年來，全球范圍內的飽和水汽壓虧缺(VPD)大幅增加，預計未來還將繼續上升。VPD的增加加上全球氣溫的升高，被認為會對植物功能和與葉片氣體交換有關的生理過程產生不利影響。這些影響被認為是森林樹木死亡和生長衰退的重要原因。VPD的變化通過改變從葉片細胞間空氣空間到大氣的濕度梯度以及直接驅動保衛細胞的運動來影響葉片的氣體交換。研究經常表明，葉片凈光合速率(An)和蒸騰速率(E)對VPD 的增加表現出非線性反應，通常先增加到最大值，然后再下降。然而，幾乎同等數量的研究卻顯示，隨著VPD的增加，An和E 呈單調反應，即An下降，而E 升高。這種差異通常歸因于植物的等水和非等水調節行為：在大氣需水量增加時，等水調節植物通過關閉氣孔最大限度地減少水分蒸騰損失，而非等水調節植物則允許葉片水分狀態出現大幅波動。此外，An和E對VPD的不同響應模式可能部分歸因于葉片氣體交換對溫度的響應，而溫度往往與自然界中的VPD共存。因此，將VPD對葉片氣體交換的直接影響與氣溫的直接影響區分開來，對于理解VPD的變化以及大氣干旱如何影響植物在不斷變化的環境中的功能的內在機制至關重要。2024年8月28日，瑞士聯邦森林、雪和景觀研究所Marco M. Lehmann課題組在New Phytologist發表題為Dry inside: progressive unsaturation within leaves with increasing vapour pressure deficit affects estimation of key leaf gas exchange parameters的研究論文。 在這項研究中，Haoyu Diao等人在非限制性土壤供水條件下，對歐洲四種常見樹種(Fagus sylvatica、Picea abies、Quercus petraea和Tilia cordata)的盆栽樹苗進行了經典在線葉氣體交換測量和在線同位素鑒別評估。研究人員在嚴格控制的濕度和溫度條件下進行了測量，在30℃和 35℃(接近光合作用的最適溫度)下的VPD梯度為0.8-3.6 kPa，每個溫度下評估兩個物種。目標是(1)研究恒溫條件下葉片氣體交換和同位素判別VPD的直接響應；(2)評估 VPD對e_i的直接影響；(3)評估g_s、g_m和葉片內部CO₂摩爾分數對VPD的直接響應，考慮兩種情況：一種情況是假設在VPD梯度上e_i飽和，另一種情況是在中高VPD條件下e_i逐漸不飽和。我們的研究結果表明，未來對葉片氣體交換關鍵參數的估算應將葉片內部的不飽和作為一種真實現象加以考慮，這有助于更準確地模擬植物對環境變化的生理反應。 13. Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins (Nature, IF=50.5)
當受到外界脅迫時，固著生長的植物會通過代謝產物水平變化和基因表達重編程進行快速響應。電信號、胞質鈣離子濃度（[Ca²⁺] cyt）和活性氧（ROS）信號是植物在面對諸如創傷、病原體攻擊、干旱脅迫、鹽脅迫等多種脅迫時最早觀察到的響應信號因子，并且被認為是相互交織的。然而，這些特異的信號因子轉化為特定生理結果的機制尚不清楚。2024年8月28日，德國維爾茨堡大學研究團隊在Nature在線發表了題為Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins的研究論文，報道了他們運用精密的光遺傳學工具誘導了不同性質的電信號和Ca²⁺信號并探索了這些特異信號所編碼的生理響應，為植物脅迫響應機制研究提供了新穎的思路。 本研究中應用了光遺傳學工具來編碼不同的信號因子。基于視紫紅質通道蛋白的光遺傳學技術可以通過光對細胞進行非侵入性的精準操作，此類調控具有高度可逆性和時空精準性，可以根據科研工作者的需求編碼預期設計的特定信號。研究團隊通過對通道視紫紅質進行工程改造，得到一種名為 XXM 2.0 的基因工程通道視紫紅質變體，它具有高 Ca²⁺電導，能夠觸發植物體內胞質 Ca²⁺升高。我們同時研究了植物對通過XXM 2.0 光誘導的 Ca²⁺內流的反應以及通過光門控陰離子通道視紫紅質 ACR1 2.0 的陰離子外流所引起的效應。
研究結果顯示，這兩種工具都觸發了膜去極化，但它們的激活導致了不同的植物應激反應：XXM 2.0 誘導的 Ca²⁺信號刺激了活性氧物質的產生和防御機制；ACR1 2.0 介導的陰離子外流觸發了干旱應激反應。這表明，離散的 Ca²⁺信號和陰離子外流作為特定代謝和基因表達重編程的觸發器，使植物能夠適應特定的應激情況。研究結果揭示了在植物葉片中，特定的離子通量觸發了不同的生理反應，這些反應伴隨著相似的電信號。 參考文獻
1. Tóth, D., et al. (2024). "Chloroplastic ascorbate modifies plant metabolism and may act as a metabolite signal regardless of oxidative stress." Plant Physiology.
2. Bell, J. J., et al. (2024). "Marine heatwave-driven mass mortality and microbial community reorganisation in an ecologically important temperate sponge." Global change biology 30(8): e17417.
3. Hong, Y., et al. (2024). "NAD+ deficiency primes defense metabolism via 1O2-escalated jasmonate biosynthesis in plants." Nature communications 15(1): 6652.
4. Guo, M., et al. (2024). "Loss of cold tolerance is conferred by absence of the WRKY34 promoter fragment during tomato evolution." Nature communications 15(1): 6667.
5. Lu, M., et al. (2024). "A Vis/NIRS device for evaluating leaf nitrogen content using K-means algorithm and feature extraction methods." Computers and Electronics in Agriculture225: 109301.
6. Si, L., et al. (2024). "Structural basis for the distinct core-antenna assembly of cryptophyte photosystem II." Nature communications 15(1): 6812.
7. Zhang, R., et al. (2024). "The RING-finger ubiquitin E3 ligase TaPIR1 targets TaHRP1 for degradation to suppress chloroplast function." Nature communications 15(1): 6905.
8. Ma, B., et al. (2024). "Genetic improvement of phosphate-limited photosynthesis for high yield in rice." Proceedings of the National Academy of Sciences 121(34): e2404199121.
9. Chi, C., et al. (2024). "Strigolactones positively regulate HY5-dependent autophagy and the degradation of ubiquitinated proteins in response to cold stress in tomato." New Phytologist n/a(n/a).
10. Stolle, D. S., et al. (2024). "STIC2 selectively binds ribosome-nascent chain complexes in the cotranslational sorting of Arabidopsis thylakoid proteins." The EMBO Journal 0(0): 1-21.
11. Li, W., et al. (2024). "Delivery of luminescent particles to plants for information encoding and storage." Light: Science & Applications 13(1): 217.
12. Diao, H., et al. (2024). "Dry inside: progressive unsaturation within leaves with increasing vapour pressure deficit affects estimation of key leaf gas exchange parameters."New Phytologist n/a(n/a).
13. Ding, M., et al. (2024). "Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins." Nature.

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