历史罕见,仅仅有5个月,朱健康团队发表12篇文章,在表观遗传,植物胁迫及基因编辑取得突破性进展(系统解读,值得收藏)

iNature：截止到2018年5月22日，朱健康研究组总共发表了12篇文章，其中通讯文章达到了8篇。在这里，iNature系统介绍一下这8篇文章(朱健康为通讯作者)：“Multiplex gene editing in rice with simplified CRISPR‐Cpf1 and CRISPR‐Cas9 systems”，该文章开发了简化的CRISPR-Cpf1和CRISPR-Cas9系统在水稻中进行多重基因编辑；“Mutations in a subfamily of abscisic acid receptor genes promote rice growth and productivity”，该文章揭示了脱落酸受体基因亚家族中的突变促进了水稻的生长和生产力；“Dynamics and function of DNA methylation in plants”，该文章讨论了讨论了植物中的DNA甲基化，包括甲基化和去甲基化酶和调控因子，以及通过所谓的甲基化状态机制协调甲基化和去甲基化活性; DNA甲基化在调控转座子沉默，基因表达和染色体相互作用中的功能; DNA甲基化在植物发育中的作用; 以及DNA甲基化参与植物对生物和非生物胁迫条件的反应；“CRISPR/Cas9-mediated gene targeting in Arabidopsis using sequential transformation”，该论文报道了拟南芥中基因靶向的连续转化-精确基因靶向方法。使用来自卵细胞和早期胚胎特异性DD45基因启动子驱动Cas9， 通过同源重组在几个内源性位点上定向插入标签或者是进行氨基酸替换， 这些可遗传的基因靶向可通过常规PCR鉴定；“Precise A·T to G·C Base Editing in the Rice Genome”，这里描述的腺嘌呤碱基编辑器与其他基因组工程工具一起将有助于推进作物的精确分子育种；“A naturally occurring epiallele associates with leaf senescence and local climate adaptation in Arabidopsis accessions”该篇文章揭示了DNA甲基化（epiallele）参与影响自然界植物叶片的衰老关系。这也是为数不多的DNA甲基化影响植物表型的例子，同时也是表观遗传参与全球气候变暖过程很好的证明；“Knockdown of Rice MicroRNA166 Confers Drought Resistance by Causing Leaf Rolling and Altering Stem Xylem Development”，该文章鉴定了表现出miR166敲低品系（STTM166）。 STTM166水稻植株的叶片卷曲可能是由于大小减少的红色细胞和叶片中的叶状细胞的异常。 STTM166植物的气孔导度降低，蒸腾速率下降。分子分析揭示了HD-Zip III基因家族的成员OsHB4作为miR166的主要靶标；“Reciprocal Regulation of the TOR Kinase and ABA Receptor Balances Plant Growth and Stress Response”，该文章揭示了TOR信号抑制ABA信号传导和应激反应，而ABA信号抑制TOR信号和应激时间的生长。植物利用这种保守的磷酸调节反馈机制来优化生长和胁迫反应的平衡。另外，根据内部人士透露，朱健康组近期，还有近10篇文章会陆续发表。

朱健康

1.朱健康研究组开发了简化的CRISPR-Cpf1和CRISPR-Cas9系统在水稻中进行多重基因编辑

朱健康研究组利用FnCpf1，LbCpf1或Cas9开发了简化的单转录单位（SSTU）CRISPR系统，用于在水稻中进行多重基因编辑，其中核酸酶及其crRNA阵列由单个Pol II启动子共同表达，无需任何额外的加工机器。 朱健康研究组的SSTU系统易于构建并有效介导多重基因组编辑。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jipb.12667

2.朱健康研究组在脱落酸受体基因亚家族中的突变促进了水稻的生长和生产力

脱落酸（ABA）是控制植物生长和胁迫反应的关键植物激素。它由ABA受体（RCAR）蛋白家族的pyrabactin抗性1（PYR1）/ PYR1样（PYL）/调节组分感知。在这里，朱健康研究组利用CRISPR / Cas9技术在水稻中编辑I组（PYL1-PYL6和PYL12）和II组（PYL7-PYL11和PYL13）PYL基因。组合突变体的特征表明组I中的基因在气孔运动，种子休眠和生长调节方面比组II中的更重要。在所有单个pyl突变体中，只有pyl1和pyl12在种子休眠中表现出明显的缺陷。有趣的是，高阶组I突变体，但没有任何II组突变体，表现出增强的生长。在I组突变体中，pyl1 / 4/6在自然水田条件下表现出最好的生长并提高了谷物生产力，同时保持几乎正常的种子休眠。研究结果表明水稻PYLs亚族已经发展为在调节植物生长中发挥特别重要的作用，并揭示提高水稻生产力的遗传策略。

原文链接：

http://www.pnas.org/content/early/2018/05/15/1804774115

3.朱健康研究组在发表DNA甲基化过程的综述

DNA甲基化是一种保守的表观遗传修饰，对基因调控和基因组稳定性很重要。 DNA甲基化的异常模式会导致植物发育异常。 特定的DNA甲基化状态是通过从头甲基化，维持甲基化和活性去甲基化的动态调节的结果，其由各种不同的调节途径靶向的酶催化。2018年5月21日，Nature Reviews Molecular Cell Biology在线发表了中国科学院上海植物逆境生物学研究中心朱健康研究员、张惠明研究员与郎曌博研究员共同完成的题为“Dynamics and function of DNA methylation in plants”的综述文章。 在本综述中，朱健康等人讨论了植物中的DNA甲基化，包括甲基化和去甲基化酶和调控因子，以及通过所谓的甲基化状态机制协调甲基化和去甲基化活性; DNA甲基化在调控转座子沉默，基因表达和染色体相互作用中的功能; DNA甲基化在植物发育中的作用; 以及DNA甲基化参与植物对生物和非生物胁迫条件的反应。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41580-018-0016-z

4.朱健康研究组在CRISPR领域取得重大进展

2018年5月17日，朱健康研究组在Nature Communications在线发表了题为“CRISPR/Cas9-mediated gene targeting in Arabidopsis using sequential transformation”的研究论文，该论文报道了拟南芥中基因靶向的连续转化-精确基因靶向方法。使用来自卵细胞和早期胚胎特异性DD45基因启动子驱动Cas9， 通过同源重组在几个内源性位点上定向插入标签或者是进行氨基酸替换， 这些可遗传的基因靶向可通过常规PCR鉴定。 该方法可以对拟南芥基因组进行常规和精细操作。这对于后期的定点突变，插入特定的标签，插入长片段的TE等操作具有非常重大的应用意义，这极大的推动了植物基因编辑领域，对于进一步农业上的遗传育种做了很好的铺垫。

5.水稻基因组中精确的A·T到G·C碱基编辑

朱健康研究组成功开发了水稻中的腺嘌呤碱基编辑器，从而拓宽了植物中的基因组工程工具。 这里描述的腺嘌呤碱基编辑器以可编程的方式有效地和特异性地将目标A·T转换成G·C。 重要的是，朱健康研究组没有在目标位点或潜在的脱序位点上发现任何插入缺失或其他碱基转换或颠换突变。 这些特征使腺嘌呤碱基编辑优于胞苷脱氨酶介导的C-T编辑和HDR介导的序列替换。 此外，朱健康研究组证明了腺嘌呤碱基编辑器可用于高效率的多重碱基编辑。 因此，将来可以同时编辑控制不同农艺性状的多个基因。 综合起来，这里描述的腺嘌呤碱基编辑器与其他基因组工程工具一起将有助于推进作物的精确分子育种。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205218300571?via%3Dihub

6.朱健康研究组在表观领域取得重大突破（点击阅读）

该篇文章揭示了DNA甲基化（epiallele）参与影响自然界植物叶片的衰老关系。这也是为数不多的DNA甲基化影响植物表型的例子，同时也是表观遗传参与全球气候变暖过程很好的证明。无论大到整个高等植物或者哺乳动物，还是小到拟南芥或者人类，生命体之间都表现出极度的多样性。高度的多样性令人困惑，但又是一个具有非凡魅力的科学问题。达尔文的进化论合理的解释了生命的多样性。多样性为种群适应复杂多变的环境提供了坚实的基础。现代遗传学揭示DNA序列的变异是同一物种表型多样性的基础。但是，关于表观遗传学在这些过程的作用的研究是有限的。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-018-02839-3

7.水稻microRNA166的敲除赋予水稻抗旱性

MicroRNA是19-22nt小的非编码RNA，并且涉及非生物应激反应。在这项研究中，朱健康研究组发现操纵microRNA166导致形态变化，赋予水稻抗旱性。从对水稻中miRNA敲低系的大规模筛选中，朱健康研究组鉴定了表现出miR166敲低品系（STTM166）。 STTM166水稻植株的叶片卷曲可能是由于大小减少的红色细胞和叶片中的叶状细胞的异常。 STTM166植物的气孔导度降低，蒸腾速率下降。分子分析揭示了HD-Zip III基因家族的成员OsHB4作为miR166的主要靶标。 miR166-OsHB4的下游基因由可能有助于细胞壁形成和脉管发育的多糖合成相关基因组成。朱健康研究组的研究结果表明，通过操纵miRNAs可以增加水稻的抗旱性。

原文链接：

http://www.plantphysiol.org/content/176/3/2082.long

8.朱健康等研究组揭示植物生长与胁迫之间的平衡机制（点击阅读）

作为不能移动的植物，它必须适应环境的变化。环境胁迫引发各种反应，包括由植物激素脱落酸（ABA）介导的生长抑制。将压力反应与生长相结合的机制知之甚少。在这里，朱健康及熊延研究组合作发现雷帕霉素激酶的靶标（TOR）磷酸化 ABA受体PYL，以防止在无应激的状态下，植物被过度激活。这种磷酸化破坏了PYL与ABA和PP2C磷酸酶效应物的结合，导致SnRK2激酶的失活。在胁迫下，ABA激活的SnRK2磷酸化TOR复合物的组分Raptor，引发TOR复合体解离和抑制。因此，TOR信号抑制ABA信号传导和应激反应，而ABA信号抑制TOR信号和应激时间的生长。植物利用这种保守的磷酸调节反馈机制来优化生长和胁迫反应的平衡。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276517309309?via%3Dihub

朱健康介绍

  朱健康，国际著名植物生物学家、植物抗逆分子生物学领军科学家，美国科学院院士、美国普渡大学生物化学系和园艺及园林系杰出教授。他1988年赴美留学，2000年受聘于美国亚利桑那大学，担任植物科学系教授，曾任加州大学河滨分校整合基因组学研究所所长，在植物非生物胁迫，表观遗传及基因编辑方面取得杰出成就。在世界植物科学领域，他连续多年雄踞全球最高学者引用榜，是毫无争议的学科“领头羊”。2012年，中科院上海植物逆境生物学研究中心成立，朱健康通过国家首批“千人计划”被引进回国。自从回国后，一系列的文章陆续发表，在Science，Cell research，Nature Communications等顶级期刊发表了近一百多篇，在中国保持持续的高产。如果算上先前的文章，总数将近400篇。另外，新兴的CRISPR领域（植物）里面，他起到了至关重要的作用。在他的培养下，多数博后及学生，都在高校里面找到了教授的职位。

目前，他是中科院上海植物逆境生物学研究中心主任、研究组长、博士生导师。

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