《Nature:一关键基因有助根细菌获取磷营养》

  • 来源专题:土壤、生物与环境
  • 编译者: 李卫民
  • 发布时间:2017-03-20
  • Scientists at the University of North Carolina at Chapel Hill have pinpointed a key genetic switch that helps soil bacteria living on and inside a plant's roots harvest a vital nutrient with limited global supply. The nutrient, phosphate, makes it to the plant's roots, helping the plant increase its yield.

    The work, published in the March 15 issue of Nature, raises the possibility of probiotic, microbe treatments for plants to increase their efficient use of phosphate. The form of phosphate plants can use is in danger of reaching its peak -- when supply fails to keep up with demand -- in just 30 years, potentially decreasing the rate of crop yield as the as the world population continues to climb and global warming stresses crop yields, which could have damaging effects on the global food supply.

    "We show precisely how a key 'switch protein',PHR1, controls the response to low levels of phosphate, a big stress for the plant, and also controls the plant immune system," said Jeff Dangl, John N. Couch Distinguished Professor and Howard Hughes Medical Institute Investigator. "When the plant is stressed for this important nutrient, it turns down its immune system so it can focus on harvesting phosphate from the soil. Essentially, the plant sets its priorities on the cellular level."

    Dangl, who worked with lead authors, postdoctoral researchers Gabriel Castrillo and Paulo José Pereira Lima Teixeira, graduate student Sur Herrera Paredes and research analyst Theresa F. Law, found evidence that soil bacteria can make use of this tradeoff between nutrient-seeking and immune defense, potentially to help establish symbiotic relationships with plants. Bacteria seem to enhance this phosphate stress response, in part simply by competing for phosphate but also by actively 'telling' the plant to turn on its phosphate stress response.

    In recent plant biology studies, there have been hints of a relationship between plant phosphate levels and immune system activity -- a relationship that some microbes can manipulate. In the new study, Dangl and colleagues delved more deeply into this relationship, using mutant versions of Arabidopsis thaliana, a weed that has long been the standard "lab rat" of plant biology research.

    In one experiment, Dangl's team found that Arabidopsis plants with mutant versions of the PHR1 gene not only had impaired phosphate stress responses, but also developed different communities of microbes in and around their roots when grown in a local native North Carolina soil. This was the case even in an environment of plentiful phosphate -- where phosphate competition wouldn't have been a factor -- hinting that something else was happening in the plants to trigger the growth of different microbial communities. The researchers found similar results studying PHL1, a protein closely related to PHR1 with similar but weaker functions.

    In another experiment, in lab-dish conditions, the researchers colonized roots of sterile-grown normal Arabidopsis plants with a set of 35 bacterial species isolated from roots of plants grown previously in the same native soil. In these re-colonized plants, the phosphate stress response increased when exposed to a low-phosphate condition.

    Investigating further, the team showed that PHR1 -- and probably to a lesser extent PHL1 -- not only activates the phosphate stress response but also triggers a pattern of gene expression that reduces immune activity, and thus makes it easier for resident microbes to survive.

    The findings suggest that soil-dwelling microbes have figured out how to get along with their plant hosts, at least in part by activating PHR1/PHL1 to suppress immune responses to them. Dangl's team also thinks these microbes may even be necessary for plants to respond normally to low-phosphate conditions. It could be possible, then, to harness this relationship -- via probiotic or related crop treatments -- to enable plants to make do with less phosphate.

    "Phosphate is a limited resource and we don't use it very efficiently," said Dangl, who is also an adjunct professor of microbiology and immunology at the UNC School of Medicine. "As part of fertilizer, phosphate runs off into waterways where it can adversely affect river and marine ecosystems. It would be better if we could use phosphate in a way that's more efficient."

  • 原文来源:https://www.sciencedaily.com/news/plants_animals/
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  • 《Nature Communications揭示海参从海底沉积物获取营养机制》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:熊萍
    • 发布时间:2024-10-28
    • 近日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室(LMB)海参研究团队在海参的沉积物摄食与营养获取机制方面取得突破性进展。该研究揭示了海参通过基因组、基因表达和共生微生物群的进化适应,使其可以大量摄食海底沉积物并从中获取营养,相关研究成果以“Sea cucumbers and their symbiotic microbiome have evolved to feed on seabed sediments”为题发表于《自然-通讯》(Nature Communications)。南海海洋所副研究员陈廷为该论文的通讯作者,博士研究生潘文杰、硕士研究生王轩和研究员任春华为该论文的共同第一作者,研究员胡超群主导项目开展并提供指导意见。 海参是海洋底栖生态系统中最主要的沉积物摄食动物,通过大量摄入和排泄海底沉积物,吸收其中的有机物并净化海底基质,维持海底生态系统平衡并减少珊瑚病害的发生,是海底的“清道夫”。但是,海参如何从营养匮乏的海底沉积中获得足够营养的机制,目前仍不清楚。 以南海广泛分布的玉足海参(Holothuria leucospilota)为研究对象,胡超群研究团队发现海参从海底沉积物中获得的主要食物是微藻和细菌。通过比较基因组学分析,发现海参基因组中碳水酶扩张、蛋白酶消化收缩,适应于对微藻的消化。海参在胚胎和幼体发育过程先后经历了内源性营养、浮游摄食和沉积物摄食三种食性转化,与之对应消化酶也呈现出三组不同的表达模式。前肠是海参消化道主要的消化区域,该区域内糖类碳水酶、蛋白酶、脂肪酶和纤维素酶的活性均最高,但仅有糖类碳水酶和脂肪酶是内源性表达。 在海参从海底沉积物摄食的细菌中,一部分作为食物被海参消化掉,而另一部分则作为共生细菌在海参肠道内定植,提供蛋白酶、脂肪酶等活性协助海参消化食物。与其他棘皮动物相比,海参基因组中出现了一类特有的i型溶菌酶,特异表达于肠道中,对所摄食沉积物中的细菌起到控制和消化作用。 该科学发现阐释了海参的沉积物摄食与营养获取机制,在研发海参养殖不同阶段人工饲料方面具有重大潜在应用价值,也为通过增殖放流海参净化海底环境、防止细菌性珊瑚病害暴发和珊瑚岛礁生态修复提供理论依据。 该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。 相关论文信息:Pan WJ#,Wang X#,Ren CH#,Jiang X,Gong SQ,Xie ZY,Wong NK,Li XM,Huang JS,Fan DD,Luo P,Yang Y,Ren XY,Yu SZ,Qin Z,Wu XF,Huo D,Ma B,Liu Y,Zhang X,E ZX,Liang JX,Sun HY,Yuan LH,Liu XJ,Cheng CH,Long H,Li JL,Wang YH,Hu CQ,Chen T*. Sea Cucumbers and Their Symbiotic Microbiome Have Evolved to Feed on Seabed Sediments. Nature Communications. Nat Commun. 2024 15: 8825. doi: 10.1038/s41467-024-53205-5
  • 《第16届柏林开放获取会议总结:共同向开放获取转型》

    • 来源专题:数智化图书情报
    • 编译者:于彰淇
    • 发布时间:2023-12-05
    • 2023年6月6—7日,来自六大洲的38个国家的代表团齐聚第16届柏林开放获取会议(简称“B16会议”),参会人员包括科学家、学者、教育和研究部门代表、研究资助机构、高校和研究机构领导层以及图书馆和图书馆联盟代表等。本次会议由柏林系列会议的发起者马克斯·普朗克学会主办,并由马克斯·普朗克数字图书馆的“开放获取2020”倡议(OA2020)组织。作为一次全球战略性研讨峰会,会议致力于推动透明和可持续发展的开放获取模式,以替代目前学术期刊普遍采用的付费订阅模式,提供研究成果的即时开放获取,从而实现科学和社会影响最大化。柏林会议的历史可以追溯到20年前,首届会议发布了具有奠基意义的《关于自然科学和人文科学资源开放获取柏林宣言》(2003年)。在B16会议上,国际参会者利用这一平台完善、更新和协调开放获取的方法策略,尤其关注与学术出版商进行开放获取转换谈判的问题。会议形成的“关键见解”将指导研究界在塑造日益开放的学术交流范式的下一步行动。会议的最终声明总结了研究社区对学术出版商调整后的新期望。01关键见解开放学术出版环境的当务之急是提升研究的质量和效率,并通过增强透明性、可获取性、可用性、可信性和公平性来提高研究的影响力。会议讨论过程中的关键意见强调,全球范围的开放获取转换谈判在塑造为科学和学术服务的开放范式方面起到关键作用。 (一)学术出版的包容性有利于科学和学术发展开放获取作为一种高质量的学术出版模式正在迅速发展。然而,目前开放出版服务的费用构成并未考虑到实际情况,这对包容性原则的实施造成了不利影响,而包容性原则是研究过程中发挥最佳作用的必备要素。学术出版应将包容性原则融入其业务和运营实践中。如果出版部门未对这一期望做出反应,处于成熟转换阶段的机构有责任共同谈判,以建立一个包容和公平的开放学术出版体系。科学决不能因全球范围内出版费用的不公平因素而发生倒退。与会者讨论实录:“科学决不能因为出版费用而倒退。” “开放获取国家政策的实施还不充分: 为了使开放获取成为全球事实,需要与国际社会进行合作,实现所有研究社区以中性投入(cost neutral)完成开放获取过渡。”“我们不是寻求施舍,而是追求公平和可持续的未来。”(二)为读者和作者提供最具扩展性的OA策略在欧洲的开创下,世界各地的研究团体正积极推动学术期刊出版向开放获取转型,并成功完成了转换协议(TAs)的谈判。新加入开放获取谈判的成员可以绕过分散订阅和作者所面临的“混合”开放出版费用,而转向成本中性的集中协议,以确保与之前的订阅费用保持平衡。以此方式,作者可以在所选择的期刊上以立即开放获取的方式发表文章,无需支付文章处理费(APC),而读者则可以获得更多经过同行评议的研究成果。事实证明,研究界根据当地原则采用新的和过渡性的成本分配模式,能够有效使资金从订阅向开放出版可持续过渡。透明文化以及先行者所积累的知识、经验、方法、工具和经验教训都可供研究社区使用,以确保所有人都能参与并成功完成向开放获取的转型。图1图2图1世界各国正在实施转换协议,产生重大OA收益。 图2先行开展转换谈判的国家研究成果OA覆盖率正在接近100%。 来源ESAC市场观察网站。图3 从哥伦比亚到加拿大,从南非到挪威,从澳大利亚到中国,世界范围内越来越多的转换协议谈判表明,这种消除订阅学术出版系统缺陷和不公平的方法是可行且可推广的。图表显示过去几年在转换协议下发表的OA文章的累积数量。来源ESAC市场观察网站。(三)完成向OA过渡的新目标在通过成本中性的转换协议实现了最初的开放获取目标之后,先行者正在推动开放获取的进一步发展,通过设立新的调整后的目标来反映研究社区的期望,即超越转换协议,达成开放出版协议,实现开放获取成本公平透明,与出版社向作者提供的服务相称。研究社区致力于集体和透明地评估这一目标的实现进展,以确保出版界为此负责。阅读和出版模式只是过渡性的,从印刷时代继承下来的带有商业和运营模式要素的协议将被抛弃。与会者讨论实录:“我们的联盟成功地通过转换协议扩大了开放获取的范围,控制了图书馆的成本,并显著降低了机构总体开支。”“我们已经成功覆盖了所有会员机构100%的文章产出,协议涵盖了混合和完全开放获取期刊,甚至取消了页面费和彩印费。”“尽管我们加入得较晚,但我们被认为是全球贡献的一部分,这对我们来说非常重要,因为我们正在与这个领域的巨人比肩前行。”(四)全方位的文化变革正在重新确立科学的公共属性最近,世界各地的政策声明强调了对研究成果开放获取的共同愿景,以及对学术出版成本不断增长可能会使公共资金管理机构难以长期可持续的共同担忧。为了减少全球研究界对传统期刊提供的学术交流服务的依赖,需要转变出版文化、组织结构以及研究型组织的管理方式。通过提高透明性、改进对学术出版经费的监督和问责机制,围绕开放性重新调整订阅业务方向,有助于推动这一转变。随着研究团体在学术期刊出版领域完成开放获取转型,可以通过将资金转移到新的、可替代的学术交流形式,参与开放和互操作基础设施的开发,以及实施公共资助研究成果权利保留政策,为进一步转型做好准备。与会者讨论实录:“通过转换协议,我们增强了图书馆在科学界作为推动开放出版促进者的作用。”“转换协议最大的作用是激发了政府、高校和科学委员会等关键角色之间的合作,他们现在为了共同的目标而团结在一起。”“转换协议谈判已经引发了广泛讨论和对开放出版的额外兴趣,研究人员也是如此。”“我们已经成功地将锁定在订阅中的支出重新用于资助开放获取过渡。数万种期刊已经成为我们研究人员的开放出版平台,他们不需要支付APC,通过这种方式,我们国家的研究在整个研究界变得更加显著。”“转换协议的工作让我们的员工更加意识到,图书馆可以作为开放获取许可和出版方面的宣传教育者,为校园带来潜在价值。”“我们的研究议程与社会经济转型的需求密切相关。因此,当我们谈转型时,改变的不仅仅是订阅合同的结构;同时也在深刻改变我们的社会,使其更具包容性。”OA2020将发挥协调作用,服务于全球研究界加速学术出版向开放获取转型和塑造新兴研究开放模式范式,并将这些关键意见整合到众多信息共享、能力建设和战略活动中。02最终声明根据研究界设定的目标和期望,B16代表团共同评估了学术出版商参与开放获取转换谈判的表现,并制定了下一步集体行动,以促进在全球范围内建立透明、包容、可持续和财务公平的学术出版系统。以全面和立即开放获取、成本中性和透明性为基本要求,B16的最终声明代表了所有与会者围绕研究社区与学术出版商就开放获取转换谈判的新目标达成的强烈共识:(一)必须以更快的速度推进全球OA转型各大洲的研究团体通过开放获取谈判,使得研究成果对读者和作者更加可见和免费获取,这符合所有人的利益,需要加快推进。出版商必须向所有人提供转换性和过渡性的开放获取协议,并将其作为默认协议,以更快速度、更大规模实现全面、快速且永久的转换,摆脱对研究成果的付费访问。(二)学术出版不接受不公平在取消订阅付费墙方面取得的进展,不能对参与开放科学和学术活动产生阻碍风险。开放获取转型必须真正具有包容性,能够反映研究学科、主题、语言和成果的多样性。为符合全球研究界利益和支持学术目标实现,开放出版服务应当考虑所有研究社区的文化、政策和财务状况,按区域进行差异定价。以“一刀切”方式设定高额出版费用的开放出版模式是不公平的。出版服务的定价应在全球范围内公平、透明、可负担和可持续。(三)学术自治是学术出版的必要条件科学同行评议过程中的质量保证必须与提供出版相关服务的过程明确分开,以避免为了增加出版商的收入而降低标准的情况发生。编辑的独立性必须得到保证。(四)作者选择和作者权利必须得到充分支持我们强烈支持作者保留版权及其所有权利。与出版商的开放获取协议中应明确规定,作者只向出版商授予“有限的”或“非排他性的”许可,而具有变革性的知识共享(CC) 许可协议,例如CC-BY许可协议,应作为默认选项。为与开放获取的精神和目标保持一致,更严格的CC许可协议(例如,CC-BY-NC, CC-BY-ND和CC- BY-NC-ND)应根据作者的学科需求,按最初设计的目的发挥作用;因此 “出版许可”协议不应以任何方式限制作者的权利。作者对许可协议类型的选择不应与出版服务的价格挂钩。根据上述几点,出版商可以通过与全球研究界的所有成员合作,实现完全和即时的开放获取,从而恢复我们对其学术交流诚信承诺的信任。03会议总结B16反映了世界范围内转换协议谈判持续增长的趋势,并形成了来自不同地域背景的广泛参与者之间强烈结成全球联盟的共识。该会议计划旨在促进新老成员之间的公开讨论和信息共享,以加深对各谈判团队在走向全面开放范式过程中的独特立场和观点的了解。联合主席Gerard Meijer在开幕辞中对与会者取得的重大进展表示祝贺,并希望大家以此次会议为契机,共同制定战略方针,持续推动所有参与者的进步。马克斯·普朗克学会主席马丁·斯特拉特曼(Martin Stratmann)致欢迎辞,他介绍了会议讨论中值得关注的两个主题。他首先引用了德国科学与人文委员会 (Wissenschaftsrat) 2022年建议,强调实现开放范式不仅局限于出版,研究机构必须在文化、思维方式和组织结构方面做出重大改变,以便在尊重学术自由的情况下为所有研究人员提供开放的出版机会。其次,他指出,“科学的包容性对科学有利”,强调了学术出版全球公平的重要性,呼吁资源丰富的科学国家利用其影响力来实现这一目标。图4 Martin Stratmann致欢迎辞会议联合主席 Ulrich P?schl 在开幕致辞中提出了会议的另外两个主题,他回顾了坚持和提高学术交流质量控制的重要性,并期待实现超越学术期刊的开放获取,推动研究交流的不断进步,例如,开放评议互动讨论,以及透明且可追踪的文章级指标,这些指标具有包容性和可获取性,可供全球科学界和全社会使用。图5 会议联合主席 Gerard Meijer 和 Ulrich P?schl第一天的会议主要围绕研究界的领导者和谈判者对转换协议的观点评价展开,包括转换协议对当地研究界和各地学者的影响,以及出版部门在满足研究社区对开放获取转型关键驱动因素期望方面的表现。德国马克斯普朗克数字图书馆科学信息服务部负责人ádám Dér通过对ESAC市场观察网站的数据进行可视化分析,强调了转换协议实施不到5年时间,已经取得约100万篇研究论文立即开放获取的成就,以及一些国家在确保其绝大多数研究成果对全世界公民和科学家免费公开获取方面取得的成功,离不开转换协议和补充战略的支持。图6 ádám Dér 展示OA2020转换协议评估工作组正在进行的工作Dér 还结合近期开放获取谈判兴起的背景下研究政策和学术出版格局的关键转变,与来自欧洲和美国OA2020转换协议评估工作组的其他成员一起分享了各自转换实施过程中对关键创新举措的见解,以及面临挑战和后续措施。使出版商协议具备稳定性和成本控制的策略包括:将研究资助资金与图书馆之前的订阅资金相结合,将开放出版机会扩大到所有作者,重新调整机构在订阅访问方面的资金以支持开放出版,设计新的联盟级成本分配模式以实现平稳过渡,当谈判目标无法达成时,让利益相关者做好“退出”的准备是重点强调的关键创新举措之一,而未来的挑战包括改善作者体验、将集中谈判范围扩大到长尾部分的小型出版商和完全开放出版商。工作组还对其开发的新评估工具进行预告,该工具可以对参与转换协议的基于订阅出版商业务进行透明的、全研究社区的评估,该互动型工具将很快在ESAC网站上公开发布。它可以跟踪出版商在范式变革关键驱动因素方面的进展,包括以成本和运营透明、公平和可持续的方式,支持所有作者公开发表研究结果,为未来的谈判和行动提供支撑信息,以促进下一步发展和提升。本届会议举行了两次小组会议,旨在对定量和定性评估进行协同思考。一次小组会议是由来自非洲、欧洲、南美、北美、大洋洲和亚洲的研究界和图书馆领导人组成,另一次小组会议是由具有代表性的学术出版商领导人组成。研究界领导人小组成员分享了关于转换协议对学者和科学家产生积极影响的看法,以及认为的下一个需要解决的关键挑战,包括确保订阅系统的不平等不会延续到开放出版系统中,以及研究产出日益增长的长期可负担性和可持续性。最终表达了各自应对挑战的战略决心,以完成并超越学术出版的开放获取转型。图7 在 Colleen Campbell(OA2020)主持的讨论中,Ellen Tise(SANLiC)、Günther Waibel(加利福尼亚大学)和 Astrid S?derbergh Widding(斯德哥尔摩大学)一起讨论。受邀的出版商领导人小组成员分享了对学术出版开放获取转型最新进展的看法,并从中期展望的角度,探讨了为作者提供最佳服务的机遇和挑战,以支持开放、透明、可持续、包容和全球公平的学术传播范式。在开场发言中,出版商领导人小组强调,开放获取的关键问题之一是对立即存储已接收手稿的“绿色OA路径”的担忧,因为该路径依赖于期刊出版中订阅系统的延续,从而破坏了向完全开放范式的转变;考虑到当前学术生态系统的复杂性,研究界处于接受开放学术出版范式的不同准备阶段;合作的重要性在于充分发挥学术生态系统中所有参与者的潜力,促进开放出版场所领域的健康多样性。图8 出版商小组由Elsevier、APS、Frontiers、Wiley、CUP、PLOS 和Springer Nature领导人代表组成小组主持人代表B16会议参与者发言,对出版商领导人提出了进一步的问题,包括:与资助机构代表合作开发标准化、低成本的数据交换中心的可能性,该交换中心需要出版商将作者被接受的手稿自动发送到存储库;根据当地经济情况和收入水平设定不同的开放出版服务费用;重新制定版权转让政策,使作者不会被要求将任何权利独家转让给出版商,并且作者能够自愿选择是否将商业使用权利和演绎权利以非独家转让的形式给出版商。基于最近在不同地区举办的一系列研讨会中提出的观点,会议第二天首先以“基于全球公平的开放出版”为主题进行小组讨论,来自非洲、亚洲、欧洲和拉丁美洲的研究界和图书馆领导者参加了讨论。小组成员讨论了研究人员在各自背景下遇到的财务障碍,并反思了出版部门和更广泛的国际研究界在减少学术出版不平等方面的作用。在随后的讨论和所有代表参加的战略会议上形成了会议“关键见解”,以指导研究界在塑造日益开放的学术交流范式的下一步行动。会议的最终声明总结了研究社区对学术出版商调整后的新期望。图9 致力于开放出版全球公平问题的小组成员包括 Herman Er?ulj(斯洛文尼亚)、Remya Haridasan(印度)、Faranah Osman(南非)和 Andréa Vieira(巴西),讨论由Bregt Saenen(欧洲科学)主持。展望转型之后,研究界将围绕开放性重新调整其订阅投入、组织结构和流程,并将深化创新更好融入研究交流。B16会议的最后环节集中讨论了在发展战略中可以采纳的不同要素以及可实施的实践举措,以助力形成开放性和多样化生态系统。资助者、高校领导层、图书馆联盟和开放出版商等代表不同参与者的小组成员都承认转换协议谈判或开放出版协议的战略重要性。同时,他们还强调了研究评估改革(例如DORA、CoARA)、预印本审核平台和基础设施(例如ASAPbio、Review Commons)、探索新的研究传播模式(例如eLife)、支持开放获取专著以及地区和本土语言出版商、对长尾部分的小型及完全开放出版商投入的重要性,特别是已采用不依赖作者费用模式运营的出版商。此外,会议上提出了政策和政治声明的作用,例如,德国联邦教育和研究部(BMBF)国务秘书Sabine D?ring和萨克森州科学文化和旅游部国务秘书Andreas Handschuh在会议上公开的《联邦政府和德国各州关于开放获取的联合准则》被强调为改善研究传播生态系统的重要驱动力,特别是与自下而上的方法相结合时。图10 国务秘书 Sabine D?ring (BMBF) 介绍了德国联邦和地区开放获取联合准则。会议联合主席Meijer在总结讲话中,再次强调了全流程透明的重要性,无论是在编辑和同行评议过程中,还是在出版服务定价和开放出版谈判中所保障的条件上,都要确保研究传播的质量控制和持续改进。与会者一致认同Meijer的结论,即我们不需要怀疑是否应该进行转换协议或开放出版协议的谈判,当前任务是不断改善以完成转型,并塑造为科学和社会服务的新兴学术出版开放模式。图11 B16与会者合影。 新闻来源于以下网站,不代表本公众号立场: https://oa2020.org/b16-conference/[2023-07-10]