新突破！多篇10分的论文值得关注！华中农大近期科学研究重要进展！
解析III-B型CRISPR-Cas系统Csx1-cOA4复合体结构并揭示其切割RNA机制
9月20日，“Nature Communications”在线发表了题为“Structure of Csx1-cOA4 complex reveals the basis of RNA decay in Type III-B CRISPR-Cas”的研究论文，解析了III-B型CRISPR-Cas系统Csx1-cOA4复合体结构并揭示其切割RNA的机制。
华中农大生命科学技术学院博士生冯明霞为共同第一作者，这是她在丹麦哥本哈根大学联合培养期间的合作研究成果。
III型CRISPR-Cas系统由多亚基组成，既能切割RNA，也能切割ssDNA，同时还能合成环腺苷酸（cOA），作为第二信使分子激活相关的辅助RNA酶（如Csx1和Csm6等）高效降解RNA，进而防御外源遗传物质的入侵。
在本研究中，作者解析了冰岛硫化叶菌Csx1-cOA4复合体的晶体结构及其变构激活RNase活性的机理。研究表明，SisCsx1是由三个二聚体形成的六聚体，每个二聚体形成一个cOA4的结合位点和一个ssRNA催化袋；第二信使结合位点结合cOA4之后引发变构，由Csx1中间的HTH结构域传递变构从而激活催化袋中的ssRNA降解。同时还发现，环状核酸酶降解cOA4可以使SisCsx1的RNA酶失活，提示该酶具有生物技术应用的潜力。
利用有机硅缓解土壤镉/铅复合污染对作物的毒害研究方面取得进展
近日，华中农大资源与环境学院环境污染修复团队在国际学术期刊“Environmental Pollution”发表了题为“Comparative efficacy of organic and inorganic silicon fertilizers on antioxidant response, Cd/Pb Accumulation and health risk assessment in wheat (Triticum aestivum L.)”的研究论文。报道了利用有机硅缓解土壤镉/铅复合污染对作物的毒害研究方面取得进展。
在中国小麦生产区，土壤铅污染常伴随着镉污染，修复镉铅复合污染土壤对于实现粮食安全生产具有重要意义。有机硅改性肥是一种新型肥料，可有效缓解重金属对植物的毒性，降低重金属的吸收，但相关机制尚不明晰。
在本研究中，研究人员评价和比较了两种有机硅改性肥料和无机硅肥对镉和铅复合污染土壤上小麦重金属吸收及生化参数的影响。研究结果表明，两种硅肥都能缓解小麦的镉铅毒害；添加2种有机硅和1种无机硅肥后，小麦籽粒产量分别增加65％、45％和22％；施用硅肥增加小麦根和茎叶中硅的积累，而减少小麦茎叶、麸皮和面粉中镉和铅的积累，尤其是面粉中镉含量分别降低17％、10％和31％，铅含量分别降低74％、53％和48％。
研究表明，有机硅对小麦中镉和铅的解毒效果优于无机硅。结果显示，使用有机硅是减少重金属进入人体的可行方法，对土壤安全和人体健康具有重要意义。
资源与环境学院硕士研究生黄衡亮为论文第一作者，涂书新教授为通讯作者。该研究得到了湖北省重大科技创新项目、国家重点研发计划和河北省硅谷农业科学院研究项目的支持。
近日，华中农大信息学院、生物医学与健康学院龚静教授研究团队在“Nucleic Acids Research”杂志先后发表题为“ncRNA-eQTL: a database to systematically evaluate the effects of SNPs on non-coding RNA expression across cancer types”和“SNP2APA: a database for evaluating effects of genetic variants on alternative polyadenylation in human cancers”2篇论文。
相关研究对多种癌症中遗传变异的功能进行深入分析，发现了大量可调控ncRNA和可选择性多聚腺苷酸化（APA）的遗传变异位点，构建了在线数据库。
研究表明，非编码RNA（ncRNA）在生物学过程中具有重要功能，一些遗传变异（SNP）可通过影响ncRNA表达而导致疾病。目前虽然有一些ncRNA得到深入研究，但绝大多数ncRNA的功能仍有待解析。在该研究中，研究团队基于TCGA的癌症多组学数据和全基因组关联分析（GWAS）数据，开发了新的生物信息计算方法，系统鉴定了能影响ncRNA（包括lncRNA和miRNA）的表达数量性状基因座(ncRNA-eQTL)，进一步整合了GWAS数据和临床信息，鉴定了与GWAS表型或临床信息相关的ncRNA-eQTL，并搭建了ncRNA-eQTL的数据平台。
用户可通过ncRNA-eQTL数据库查询和下载所有ncRNA-eQTL结果，包括不同癌症类型的顺式和反式ncRNA-eQTL、患者存活时间相关的ncRNA-eQTL，GWAS 相关的ncRNA-eQTL。此外，该平台提供批量查询功能，可跨癌症类型比较多个功能性ncRNA-eQTL或基因。该平台为探索SNP、非编码RNA和癌症表型之间的关联及其潜在的生物学机制提供极大便利。
研究发现，可选择性多聚腺苷酸化（APA）可通过识别转录本上不同的PolyA加尾信号，使转录本具有不同长度的3’端非翻译区（3’UTR），从而影响其生物学功能。SNP是人类遗传变异的最常见类型，在人类复杂性状和疾病中发挥重要作用。近来发现，一些遗传变异可造成APA功能失调，APA也与癌症的发生发展密切相关。研究团队利用公共数据库多种癌症样本的基因型数据和APA数据，通过生物信息学方法系统鉴定了影响APA事件的遗传变异（apaQTL），并根据基因调控方式定义了顺式和反式apaQTL。在进一步整合GWAS数据后，鉴定了落在GWAS区域的tag SNP及其连锁不平衡LD区域中的apaQTL，并利用样本的临床信息鉴定预后相关的apaQTL。研究团队搭建了SNP2APA数据库展示这些结果，同时设计了软件在线预测SNP对多聚腺苷酸化信号的影响。
该数据库将成为APA和SNP等研究领域的重要资源。
近日，“美国国家科学院院刊”（PNAS）杂志以“Arabidopsis PP6 phosphatases dephosphorylate PIF proteins to repress photomorphogenesis”为题，在线刊发了华中农大代明球教授课题组与北京大学邓兴旺教授课题组合作完成的最新研究成果。该研究揭示了新型磷酸酶PP6介导PIF转录因子的去磷酸化修饰，进而抑制拟南芥光形态建成的分子调控机制。
光是一种重要的环境因素，对植物的生长发育至关重要。土壤中萌发的幼苗，会经历一段时间的暗形态建成 (skotomorphogenesis)；当幼苗破土而出感受到光照时，会立刻进入光形态建成 (photomorphogenesis)。暗形态建成的发育有利于植物的出土，而光形态建成的发育则利于植物进行光合作用并进入自养生长。在拟南芥中，PIFs(phytochrome-interacting factors)转录因子是光形态建成中的关键抑制因子；近期，华南农业大学王海洋教授团队的研究也发现，玉米中的7个ZmPIF参与调控了中胚轴的生长(Wuet al.,2019)，表明PIF在调控植物中/下胚轴发育中的功能是相对保守的。植物光受体感受到光后，能迅速引发PIFs的磷酸化修饰和降解，启动植物的光形态建成。参与调控PIFs磷酸化修饰的激酶已被大量报道，但调控PIFs去磷酸化的磷酸酶却鲜有报道。
新型磷酸酶PP6 (Protein phosphatase 6)是一类丝/苏氨酸蛋白磷酸酶，能与相应激酶拮抗性地调控蛋白质的磷酸化修饰。代明球教授课题组早期的研究发现，PP6参与了脱落酸(Abscisic acid)信号通路，通过调控ABI5 (ABA-INSENSITIVE 5)的去磷酸化修饰和积累，促进种子的萌发 (Dai et al., 2013)。另外，该课题组还发现PP6介导了PIN(PINFORMED) 的去磷酸化修饰，通过调节生长素 (Auxin) 的极性运输，促进植物根的发育(Dai et al., 2012)。
代明球教授课题组的本次研究发现，PP6能介导PIFs去磷酸化修饰，并在黑暗下抑制了植物的光形态建成。PP6的催化亚基FyPP1(Phytochrome-associated Ser/Thr protein phosphatase 1) 和FyPP3的双突变体fypp1 fypp3 (f1 f3)在黑暗下呈现出短下胚轴、子叶张开的光形态建成表型，类似于黑暗下生长的pifq (pif1 pif3 pif 4 pif5) 四突变体。遗传分析显示pifq f1 f3六突变体的下胚轴长度显著短于Col，并短于亲本pifq和f1 f3；说明PP6和PIFs协同抑制了植物在黑暗下的光形态建成(Figure 1)。作者通过生化实验证实，PP6能与PIF3和PIF4蛋白直接相互作用，并调控PIF3和PIF4的去磷酸化修饰。另外，转录组分析显示PP6和PIFs共同调控大部分基因的表达；转录激活实验进一步证实PP6正调控PIF的转录活性。红光会诱导PIF蛋白迅速的降解(Lorrain et al.,2008)，该研究发现PP6对PIF4蛋白的去磷酸化修饰能减缓PIF4蛋白在去黄化过程中的降解速率，并促进PIF4蛋白在持续红光下的本底积累。另外，超量表达PIF4能显著恢复f1 f3在持续红光下的短下胚轴表型。
该研究揭示了新型磷酸酶PP6介导PIF转录因子的去磷酸化修饰，进而抑制拟南芥光形态建成的分子调控机制。考虑到磷酸酶PP6在植物中十分保守，比如，拟南芥PP6与玉米及水稻中的PP6相比，相同氨基酸分别达到91%和94% (Dai et al., 2012)，该研究所取得的成果还将为包括玉米在内其它农作物中/下胚轴发育机制的研究提供参考，为作物耐深播农艺性状的改良提供基因资源和理论指导。
华中农大作物遗传改良国家重点实验室的博士生余晓丹和耶鲁大学的博士后董杰为该论文的共同第一作者，代明球教授和邓兴旺教授为该论文的共同通讯作者。北京大学的陈浩东副研究员、美国Wilkes University的William Terzaghi教授也参与了该项工作。该研究受到国家重点研发计划(2017YFA0503800)、中国国家自然科学基金(31671256, 31621001)和作物遗传改良国家重点实验室自主创新计划(ZW13A0401)的资助。
单端孢霉烯族毒素研究获得进展
近日，食品科学期刊“Trends In Food Science& Technology”在线发表了华中农大兽医药理学与毒理学团队题为“Mitochondrion: A new molecular target andpotential treatment strategies against trichothecenes”的综述性研究论文。华中农大王旭教授和袁宗辉教授为论文通讯作者，博士生黄德玉为论文第一作者。
单端孢霉烯族毒素是由镰刀菌产生的一类次级代谢产物，广泛存在于小麦、大麦、燕麦和玉米等多种谷物中，对动物和人类健康造成严重危害。早期研究认为核糖体是该类霉菌毒素的作用靶点，产生核糖体应激反应。然而，后续研究揭示该类毒素可能存在其它毒作用靶点。线粒体是否为该类毒素的直接作用靶点尚不清楚。
论文在团队前期研究的基础上，结合大量实验数据和分析，系统论述了单端孢霉烯族真菌毒素与细胞线粒体的毒作用关系，指明了线粒体作为该类真菌毒素的一个新的毒性作用分子靶点。单端孢霉烯族毒素能够引起线粒体特异的活性氧自由基ROS产生，并诱导线粒体膜电位降低以及线粒体通路依赖性的细胞凋亡。文章论述了该类真菌毒素引起的线粒体功能障碍，如引起线粒体生物合成抑制和能量代谢降低，线粒体基因表达的异常和呼吸链功能受损，以及与线粒体相关的miRNAs表达变化、拮抗剂的研究进展等。基于线粒体为分子靶点，论文提供了拮抗单端孢霉烯族真菌毒素毒性的相关策略，为该类毒素的预防提供科学依据。
据悉，近年来，该团队围绕单端孢霉烯族毒素的毒理学机制开展了系列工作。相关研究结果发表在Liu et al., Food ChemToxicol, 2019; Liu et al., Toxicology, 2019; Huang et al., Food Chem Toxicol, 2019,2019, 2018; Hu
利用生物技术合成高活性二氧化钛催化剂方面取得新进展
近日，美国化学会“ACS Applied Materials & Interfaces”杂志以“Bacteria-Assisted Synthesis of Nanosheet-Assembled TiO2 Hierarchical Architectures for Constructing TiO2 Based Composites for Photocatalytic and Electrocatalytic Applications”为题， 在线发表了华中农大理学院化学生物传感实验室和先进材料与绿色催化团队合作完成的最新研究成果，该研究基于生物技术提出了一种简单可行的高活性二氧化钛催化剂的合成新方法， 为二氧化钛光、电材料的大规模制备及应用提供了可能。 理学院硕士生张树翰为论文第一作者， 化学系鲁哲学和汪圣尧副教授为论文共同通讯作者。
二氧化钛纳米材料由于其独特的光电效应、稳定性好和无毒性， 一直以来都受到广大科研工作者的关注， 其中，二氧化钛纳米片由于其优异的高比表面积和载流子定向传输性质而颇受青睐。然而，由于二氧化钛纳米片过高的表面能，易于发生堆叠和复合，其催化效率也因此受到了制约。如能在制备纳米片的过程中将其自组装成三维结构， 则可以有效的解决上述问题。
受启发于微生物的次级代谢产物的特殊化学性质，本研究利用一种微生物基的合成策略，以细菌为模板和反应器制备了单分散且尺寸均一的二氧化钛纳米片三维组装体， 经不同条件煅烧后，获得了两种二氧化钛中空微球。
研究结果表明， 在负载金属有机框架材料和铂纳米颗粒分别作为光、电催化助催化剂的情况下，合成的生物基二氧化钛中空微球展现出良好的光、电催化性能。
上述研究成果得到校自主创新基金及国家大学生创新实验计划项目的资助，论发表得到了理学学院陈浩教授的帮助与支持。
由于篇幅所限，今天所分享的仅为近期华中农业大学科学研究成果的一部分。更多科研动态，欢迎点击文末“阅读原文”，浏览华中农业大学南湖新闻网科学研究专题做进一步了解。
本文转载自华中农业大学
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