原标题：华中农大近期科学研究进展

　　在甜菜碱积累转录调控的机制研究方面取得新进展

　　近日，New Phytologist期刊以“The JA-responsive MYC2-BADH-like transcriptional regulatory module in Poncirus trifoliata contributes to cold tolerance by modulation of glycine betaine biosynthesis”为题，在线发表了华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室柑橘抗逆团队的研究论文。该研究团队以柑橘抗寒资源为材料，建立了一个整合激素参与低温胁迫应答的信号通路，揭示了低温胁迫下甜菜碱积累的分子机制和转录调控网络。

　　植物在非生物逆境下，通常体内代谢会发生变化，自身适应胁迫能力也随之改变。近些年来，已有很多报道表明低温胁迫会引起植物多种次生代谢物的积累。其中，甜菜碱作为一种渗透调节物质，在应答低温胁迫中发挥着重要作用。但是，低温诱发甜菜碱积累的转录调控机制尚不清晰。华中农业大学柑橘抗逆团队利用前期构建的抗寒资源低温转录组，发掘了一批低温应答基因，从中筛选获得受低温诱导的一个甜菜碱脱氢酶类似基因PtrBADH-like（简写为PtrBADH-l）。

　　团队研究人员首先通过超表达和VIGS技术阐明了该基因在甜菜碱合成和抗寒中的功能，之后，他们利用酵母单杂交筛选文库成功发掘了其上游转录调控因子PtrMYC2，并通过遗传转化、分子生化分析及生理指标测定，证明PtrMYC2通过结合PtrBADH-l启动子上的顺式作用元件来调控其表达。研究最后证实低温下甜菜碱积累受植物激素JA信号调控。通过上述工作，华中农业大学柑橘抗逆团队系统地解析了JA信号介导PtrMYC2-PtrBADH-l模块调控低温下甜菜碱积累的过程，揭示了低温胁迫下甜菜碱积累的分子调控网络，阐明了参与转录调控的信号途径。

▲柑橘抗寒资源低温胁迫下甜菜碱积累转录调控机制模式图

　　近年来，刘继红教授团队在柑橘胁迫应答基因的转录调控领域取得多项创新性的研究成果。此前，该团队还解析了逆境胁迫下多胺、脯氨酸积累的分子机制，揭示了转录因子调控抗氧化酶及糖代谢基因参与胁迫应答的转录调控网络。园艺林学学院刘继红教授为通讯作者，博士研究生明如宏为第一作者。

　　论文链接：

　　https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.17063

　　从微生物互作角度揭示生防菌促进油菜抗病增产新机制

　　近日，华中农业大学植物科学技术学院、农业微生物学国家重点实验室姜道宏教授研究团队在作物病害绿色防控研究取得最新进展，以“Bio-priming with a hypovirulent phytopathogenic fungus enhances the connection and strength of microbial interaction network in rapeseed”为题发表在npj Biofilms and Microbiomes上。该研究建立了一种利用DNA病毒SsHADV-1介导的核盘菌无致病力菌株DT-8进行油菜种子生物引发，促进作物抗病增产的新技术，并从微生物组群落结构变化及其相互作用方面阐述了潜在的防病增产新机制。

　　通过多年多地的田间防效实验，研究人员发现基于菌株DT-8的生物引发技术可以显著的降低油菜菌核病的发生，提高产量。应用种子生物引发处理后，平均防效达25.6±4.68%，与咪鲜胺喷施处理效果相当。菌株DT-8进行的油菜种子生物引发技术，操作简单，田间应用方便，对油菜有抗病增产的效果，为油菜菌核病的高效、轻简化绿色防治提供了新技术。

　　基于16s rRNA基因和ITS区域的高通量测序技术，研究人员探究了在田间环境下，种子生物引发处理后，对罹患菌核病的油菜主茎微生物群落的影响。发现种子生物引发处理可以影响油菜主茎内微生物的群落结构和物种组成，以及微生物的相互作用。经种子引发后，包括核盘菌属真菌在内的多种植物病原菌的丰度降低，微生物互作网络的连通性和强度明显增强。研究推测微生物互作网络的改变是种子生物引发处理增强油菜抗病能力的重要原因，更是一种新的生防机制。

　　华中农业大学植物科学技术学院博士研究生曲正为论文第一作者，姜道宏教授为论文通讯作者。

　　论文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41522-020-00157-5

　　在土壤污染界面过程的计算模拟方面取得新进展

　　近日，华中农业大学资源与环境学院土壤生物化学团队在土壤污染界面过程的计算模拟方面取得进展，相关成果以“Glyphosate adsorption onto kaolinite and kaolinite-humic acid composites: Experimental and molecular dynamics studies”和“Crystal Face-Dependent Methylmercury Adsorption onto Mackinawite (FeS) Nanocrystals: A DFT-D3 Study”为题分别发表于Chemosphere和Chemical Engineering Journal期刊。团队将分子动力学模拟(MDS)与密度泛函理论(DFT)应用于土壤污染界面化学过程的研究，从分子水平分别揭示了草甘膦和甲基汞与土壤固相组分互作的微观机制。

　　土壤作为一种复杂的多相体系，含有丰富的粘粒矿物和有机质等固相组分，它们是比表面大、表面活性高的细小颗粒，可与外源污染物相互作用，进而影响污染物在土壤中的活性、迁移和最终归宿。从分子水平对这些微观界面相互作用进行研究，是理解土壤污染物的毒理、生物可利用性、环境风险和污染修复的关键。

　　该团队运用化学吸附、电位滴定、红外光谱和X射线光电子能谱发现，高岭石与腐殖酸形成复合体后，表面负电荷增多，对草甘膦的吸附量增加，相关原子化学结合能发生变化。结合分子动力学模拟，团队获取了高岭石、腐殖酸和草甘膦互作的平衡吸附构型、关键互作原子的径向分布函数、界面原子浓度分布和相互作用能，发现高岭石与腐殖酸形成复合体后，对草甘膦的吸附显著增强，主要归因于草甘膦通过其羧基、氨基和膦酰基与高岭石铝羟基形成氢键，平行吸附于高岭石及高岭石-HA复合体表面。进一步对氢键键长和强弱氢键数量进行统计发现，腐殖酸通过其羧基和羟基与草甘膦的膦酰基和氨基形成氢键网络增强了草甘膦的吸附。该工作为深入理解草甘膦-土壤固相界面互作机理提供了新的数据支撑和研究思路。

　　此外，通过密度泛函理论计算对甲基汞与马基诺矿(FeS)不同晶面互作的结构和电子性质进行系统深入地计算，团队发现甲基汞在马基诺矿不同表面的优先结合顺序为：(011)面> (111)面> (001)面。甲基汞在马基诺矿(001)面倾向形成单齿单核的Hg-S络合物，在马基诺矿(011)面倾向形成单齿单核的Fe-Hg络合物，而在马基诺矿(111)面倾向形成双齿双核的Fe-Hg-Fe络合物。团队首次发现马基诺矿表面Fe位点比S位点更倾向于吸附甲基汞。该工作从分子水平探究了甲基汞在马基诺矿表面吸附的晶面依赖性和成键机制。预期可通过增加暴露特定矿物晶面以促进矿物对甲基汞吸附，为环境中甲基汞的去除提供新的理论支撑。

　　资源与环境学院博士生郭发扬为相关论文第一作者，副教授荣兴民为通讯作者。资源与环境学院教授黄巧云、美国University of Notre Dame工学院教授Jeremy Fein和上海理工大学博士生徐京城参与了研究工作。

　　论文链接1：

　　https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127979

　　论文链接2：

　　https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127594