《新疆生地所揭示穹状沙丘发育机制》

  • 来源专题:中国科学院亮点监测
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2019-04-06
  • 穹状沙丘外形浑圆、缺乏落沙坡且独立存在,是一类外形特殊的沙丘,在地球与火星上分布较普遍,但是,长期以来科研人员对穹状沙丘的形成发育机制解释不清。

      中国科学院新疆生态与地理研究所副研究员高鑫采用元胞自动机模型模拟与实际观测相结合的方法,首次从动力学机制角度阐明了穹状沙丘的发育机制:在沙源不丰富的区域,输沙方向分布标准差增加促使新月形向穹状沙丘演变。在稳定状态下,新月形和穹状沙丘都表现为其移动速度与高度呈反比例的动力学机制。此外,科研人员可以利用局地区域穹状沙丘的形态与移动速度反演输沙和风况特征。

      该研究首次从动力学机制角度阐述了穹状沙丘的形成与演化过程,相关研究结果以Morphodynamics of barchan and dome dunes under variable wind regimes 为题发表在美国地质学会期刊Geology上。

相关报告
  • 《遗传发育所揭示大豆籽粒性状调控的新机制》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    •     大豆含有丰富的油脂和蛋白质,是重要的粮食作物和经济作物。种子大小和粒重是植物适应环境的一个重要特征,也是产量构成的要素之一。然而,人们当前对大豆种子粒重调控机制的认识仍十分有限,因此挖掘粒重调节基因并解析其分子机制,对培育优质的大豆品种具有重要意义。4月17日,《植物学报》(Journal of Integrative Plant Biology)在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员张劲松团队题为GmJAZ3 interacts with GmRR18a and GmMYC2a to regulate seed traits in soybean的研究论文。该研究鉴定到一个新的大豆百粒重调控基因GmJAZ3,发现其蛋白参与的GmJAZ3-GmRR18a-GmMYC2a-GmCKXs模块介导茉莉酸和细胞分裂素通路,促进大豆籽粒和其他器官增大,并调控籽粒营养物质组成。研究通过构建大豆种子的基因共表达网络,鉴定出核心基因GmJAZ3(图A),它编码的蛋白定位于细胞核中,具有转录抑制活性。大豆中过表达该基因促进了种子大小和粒重,降低了脂肪酸含量,提高了蛋白质含量(图B-D)。转录组分析发现GmJAZ3显著抑制了多个细胞分裂素氧化酶基因GmCKX表达。进一步研究发现,一方面,GmJAZ3直接与茉莉酸信号通路转录因子GmMYC2a相互作用,抑制了GmMYC2a对GmCKX3-4的转录激活作用;另一方面,GmJAZ3与细胞分裂素信号通路转录因子GmRR18a相互作用,抑制了GmRR18a对GmMYC2a和GmCKX3-4的转录激活作用,协同调控大豆种子大小(图E)。同时,研究还发现JAZ3在野生大豆到栽培大豆驯化过程中经历了人工选择,它在水稻和拟南芥中的同源基因也具有类似功能。该研究揭示了大豆粒重和品质调控的新机制,为大豆高产优质育种提供了基因资源和理论指导。
  • 《研究揭示水稻粒型和穗粒数协调发育的分子机制》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2018-08-01
    •         5月22日,The Plant Cell 正式发表中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所林鸿宣研究组题为GRAIN SIZE AND NUMBER1 Negatively Regulates the OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6 Cascade to Coordinate the Trade-offbetween Grain Number per Panicle and Grain Size in Rice 的研究论文。经过多年努力,该研究发现并鉴定了控制水稻每穗粒数和粒型大小双重发育过程的关键基因GSN1,揭示了水稻每穗粒数和粒型大小协调发育的分子遗传机理。   水稻产量性状是由多基因控制的复杂数量性状,容易受到环境变化的影响。水稻产量主要由每株有效分蘖数、每穗粒数和粒重三个因素决定的。水稻的有效分蘖数直接决定了每株的穗数,每穗粒数则是由一级枝梗数目和二级枝梗数目以及枝梗上的小穗数目共同决定的,而水稻种子的粒长、粒宽、粒厚以及籽粒灌浆程度又直接决定了粒重。这三个内部要素之间相辅相成,共同决定水稻的产量。一般而言,影响水稻产量的这些内部要素之间并不是呈现出简单的累加效应,而是存在一定的负相关性,直接制约了水稻产量的提高。如何破除效应壁垒,突破各个要素之间的相互制约性,找到要素之间相互作用以及维持平衡的结点,成为当前水稻科学研究以及分子设计育种所面临的一个挑战。一般而言,植物在进化过程中,种子的大小和种子数量之间也存在着同样的负相关性,然而植物种子大小和种子数量决定的分子平衡机制却知之甚少。   在这项研究中,作者筛选出一个粒型增大、粒重增加,但是每穗粒数明显减少的突变体gsn1 (grain size and number 1),并且成功定位克隆了GSN1基因。该基因编码一个定位于细胞质的双特异性磷酸酶。在籼稻和粳稻背景中,分别抑制GSN1的表达可以使得水稻粒型增大、每穗粒数减少;增强GSN1的表达使得粒型减小、每穗粒数增加,这表明GSN1协调水稻每穗粒数和粒型大小双重发育过程。体内和体外研究表明,GSN1蛋白通过与OsMPK6互作,对其进行去磷酸化修饰,从而抑制OsMPK6的活性。进一步检测水稻幼穗中OsMPK6的磷酸化水平发现,在gsn1突变体中OsMPK6的磷酸化水平明显高于野生型,在GSN1受抑制的植株幼穗中OsMPK6的磷酸化水平也明显升高,而在GSN1过表达的植株幼穗中OsMPK6的磷酸化水平明显降低;此外,在OsMPK6RNAi、OsMKK4CRISPR和OsMKKK10CRISPR植株中OsMPK6的磷酸化水平也明显减弱,表明OsMPK6的磷酸化水平对于水稻穗形态建成至关重要。在野生型和gsn1背景中分别考察OsMPK6RNAi、OsMKK4CRISPR和OsMKKK10CRISPR的单突变体和双突变体表型发现:单突变体粒型减小、每穗粒数增多;双突变体可以回复gsn1突变体的表型。这些结果表明,GSN1通过对OsMPK6的去磷酸化,负调控OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6级联信号通路。该研究首次在水稻中鉴定了调控水稻穗型发育的OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6级联信号通路,并且证实了GSN1是该级联信号通路的负调控因子。研究结果还表明GSN1-MAPK分子模块通过整合下游的植物激素信号影响局部细胞特化和细胞分裂,从而精细调控水稻每穗粒数和粒型大小之间的协同发育。该研究对于理解禾本科作物花序形态建成以及可塑性的分子调控机理具有重要意义,为作物产量的遗传改良提供了新的分子模块和策略。   该工作主要由博士研究生郭韬在研究员林鸿宣和副研究员单军祥指导下完成。该研究获得了科技部、国家自然基金委和中国科学院等的资助。