科研动态 | 北林大近期科研进展扫描

北京林业大学高精尖中心郭红卫/李中海课题组揭示大丽轮枝菌诱导叶片衰老的分子机制

近日，北京林业大学高精尖中心郭红卫/李中海课题组题发布了最新研究进展，为植物中生物胁迫诱导的衰老提供了新的见解。该研究揭示大丽轮枝菌( Verticillium dahliae )通过分泌效应子 PevD1 来调节植物的 ORE1-ACS6 级联反应，从而诱导叶片衰老。

大丽轮枝菌是典型的土传维管束病原真菌，从植物根部侵入并在导管中定殖、扩繁和为害，萌发的孢子伴随植物蒸腾作用扩散至植物整个导管系统，最终危害导致叶片黄化和萎蔫。大丽轮枝菌的寄主具有广谱性，它能侵染8科600多种植物，包括马铃薯、茄子、辣椒、莴苣、番茄、草莓等重要经济作物，以及牡丹、菊花、金银花等中药材和观赏植物香山红叶(黄栌)等。全球范围内由大丽轮枝菌引起的黄萎病每年造成愈千亿美元的直接经济损失。半个多世纪以来，研究人员一直致力于解析大丽轮枝菌引起植物落叶的遗传机制，但一直未有突破。

该研究首先发现大丽轮枝菌分泌效应蛋白 PevD1的组成型或诱导型过表达可以加速拟南芥叶片衰老。进一步发现PevD1 可以靶向衰老相关的 NAC 转录因子 ORE1。PevD1与 ORE1 蛋白相互作用，通过破坏其与 RING 型泛素 E3 连接酶 NLA 的相互作用而使ORE1稳定。

大丽轮枝菌效应子PevD1诱导叶片衰老

此外，该研究表明ORE1 的突变抑制了由过表达 PevD1 引起的过早衰老。ORE1 或 PevD1 的过表达导致乙烯产量增加，ORE1 通过直接结合 ACS6 启动子介导 PevD1诱导的乙烯生物合成。ACSs的功能丧失抑制了大丽轮枝菌在 ORE1 过表达植物中诱导的叶片衰老。有趣的是，PevD1还与陆地棉中的GhORE1蛋白相互作用，并且病毒诱导的 GhORE1 基因沉默也会延迟了大丽轮枝菌引发的棉花叶片衰老，表明植物中存在保守机制。综上所述，该研究表明大丽轮枝菌通过分泌效应子 PevD1 来调节 ORE1-ACS6 级联反应，从而诱导叶片衰老。

大丽轮枝菌效应子PevD1调控叶片衰老的分子机制

植物学领域TOP期刊 Molecular Plant 在线发表了课题组题为“ Verticillium dahliae Secretory Effector PevD1 Induces Leaf Senescence by Promoting ORE1-Mediated Ethylene Biosynthesis”的研究论文。

高精尖中心博士后张易博士和王厚领博士以及中国农业科学院植物保护研究所博士后高毓晗博士为论文共同第一作者，高精尖中心青年研究员李中海博士和首席科学家郭红卫教授为论文的共同通讯作者。高精尖中心首席科学家尹伟伦院士、PI夏新莉教授、韩国基础科学研究所植物衰老研究中心Hong Gil Nam院士和中国农业科学院植物保护研究所杨秀芬研究员对研究提供了建设性意见。本项目得到了北京林业大学林木分子育种高精尖创新中心启动资金、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金的大力资助。

北京林业大学生物学院计算生物学研究团队提出生物互作行为新理论

日前，Cell出版集团旗下的跨学科刊物《Heliyon》正式发表北京林业大学生物学院计算生物学团队的最新研究论文，题为“A quantitative decision theory of animal conflict”，论文发表后在国际学术界引起广泛关注。

从细菌群落到人类社会，群落中的有机体以各种方式相互作用，形成复杂的行为关系。因为对抗或合作需要能量，所以每一种生物的互动行为都可能付出高昂的代价。为了获得最大的收益，每一个生物体都努力选择一个最优的交互策略，使其对资源的占用最大化，但对能量的消耗最小化。然而，现有的理论无法解释，更不能量化生物体何时以及何种方式做出这样的选择。

我校计算生物学学科研究人员提出了关于生物之间互作行为的新理论，并根据该理论发展了一个简单的定量决策模型来指导生物体之间的互作关系。

该模型产生了四个假设，即一个参与者对另一个参与者的策略做出反应时，如何选择最优的行为策略。

（1）“黄金分割比”假说(golden threshold hypothesis)认为，62%是决定一个较大的参与者(鹰式)对其较小的伙伴(鸽式)的策略转变的关键阈值。在这个临界点之下，大的利用小的，而在它之上，大的选择与小的合作。

（2）从竞争到合作的转变假说( comprtition-to-comperation shift hypo-thesis)认为，一个较大的玩家永远不会与一个较小的鹰型玩家合作，除非前者在规模上被后者反超75%。

（3）斐波那契回溯标记假说(Fibonacci retracement mark hypothe-sis)提出，面对一个更大的鸽形玩家，一个较小的玩家选择合作还是欺骗，这取决于它相对于较大玩家的规模是小于还是大于38%。

（4）投降抵抗假说(surrender-resistance hypothesis)认为，对于一个更大的鹰型玩家，一个较小的玩家可以从抵抗中获得一些好处，或者选择投降而牺牲。

大量的研究表明，表型变异驱动动物相互作用的行为和功能，而生物体型被认为是动物互动策略中的关键驱动力。该论文用动物的大小来研究某些交互作用的最优策略的选择。通过分析在同一个水池中共同养殖的全同胞鱼的体重数据来检验这些假设。

该模型揭示了生物互作中未知的数量机制，首次构建数学模型定量反映了生物之间的互作关系，这些机制介导了种群中动物行为的策略选择。鉴于生物相互作用普遍存在于不同层次的组织中，该模型还可以进一步用来研究细胞之间、基因之间和蛋白质之间的关系。决策理论模型的结果代表了深入理解生物体如何相互作用以推动其进化的第一步。

生物学院计算生物学学科博士生吴双和青年教师姜立波为论文的共同第一作者，生物学院教师何晓青、金一以及宾夕法尼亚州立大学Christopher Griffin副教授共同参与了这项研究，邬荣领教授是论文的通讯作者。

北京林业大学材料学院薛智敏课题组在开发共熔体系处理木质纤维素领域取得系列进展

两种物质混合后熔点(凝固点)降低的现象叫共熔，共熔体系包括共熔金属、共熔盐、低共熔溶剂等，极大地推动了化学、材料、工程和能源等跨领域研究的发展。低共熔溶剂作为一类新兴体系，在林木生物质处理和转化中表现出极大的潜力。

近日，在国家自然科学基金和国家林草局青年拔尖人才基金的支持下，北京林业大学材料学院薛智敏副教授和中国人民大学牟天成教授合作受邀在 Chemical Society Reviews (影响因子54.564)杂志上在线发表了题为“Eutectics: formation, properties, and applications”(2021,DOI:10.1039/D1CS0-0404B)的文章。该工作系首次阐述三种以上共熔物的工作，并对共熔物的发展做了展望。作者从共熔物的形成入手，梳理了导致熔点降低的原理(熵效应、化学势、相互作用、振动扩散机理和气-液-固-固四相机理)。然后论述了共熔金属、共熔盐和低共熔溶剂的性质和应用。在展望部分中，作者提出在化学与化工领域，机器学习现阶段依赖于实验室和工业界的信息输入。将来，基于算法的研究可以指导、设计共熔体系，以用于实验室研究和工业化生产。

接触扩散和非接触扩散形成共熔物的原理

离子液体和低共熔溶剂的异同

材料学院薛智敏副教授近年来专注于设计各种共熔体系并应用于林产化工等过程，做出了一批有价值的成果。比如设计共熔体系用于纤维素的溶解(CarbohydratePolymers,2021,DOI:10.1016/j.carbpol.2021.118454,影响因子9.381)、木质素的溶解(Green Chemistry,2019,21,5291-5297,影响因子10.182)和转化(ChemSusChem,202,13-(17)，影响因子8.928)等。

北京林业大学生态与自然保护学院杜芳教授团队在栎类叶形方面的研究取得新进展

近日，北京林业大学生态与自然保护学院杜芳教授团队运用微卫星分子标记技术，基于标志点的叶片几何形态分析方法(GMMs)并结合统计学手段，研究了同一物种内不同的叶片组分在形态上的差异性以及具体的变化趋势，重点讨论了不同的叶片形态变异模式与种内遗传分化、地理隔离、气候差异之间的关系， 在栎类叶形方面的研究取得新进展。

植物叶片形态对环境变化有极强的敏感性和可塑性，栎类叶形变异丰富，曾引起包括达尔文在内的许多科学家的关注。传统的形态学测量方法例如线性测量数值的同源性很难评估、不同的叶形也可能测量出相同的线性距离、一系列的线性距离很难捕获叶片的几何形态等等。该研究首先运用SSR微卫星分子标记将样本划分为不同的遗传谱系，并基于标志点几何形态测量的方法将叶形划分为不同组分(包括叶片大小，对称组分和非对称组分)对同一谱系内以及不同谱系间的叶形差异进行可视化，进一步研究叶片不同组分具体的变化趋势。其次，基于距离的冗余分析(dbRDAs)探索了叶片形态与遗传、地理和气候因素之间的关系。最后，研究讨论了如何从谱系之间和谱系内部的地理隔离和对特定性状的可能适应性反应来解释这些模式。该研究为植物尤其是栎类的叶片特征的适应进化和全球气候变化下物种保护奠定了基础，具有重要的理论意义。

团队总结研究成果，在农林科学领域的刊物(SCI Q1)《Annals of Forest Science》发表了题为 “Genetic，geographic and climatic factors jointly shape leaf morphology of an alpine oak， Quercus aquifolioides Rehder & E.H. Wilson”的研究性论文。

本文的第一作者为团队已毕业硕士李月娟，已毕业硕士王天瑞、本科生王萱璎、厦门大学张原野、台湾师范大学廖培均和日本森林综合研究所的上野真义等为共同作者。

据悉，此研究是该团队栎类研究的系列成果，他们对于我国栎类遗传多样性、生态适应、物种分布和叶形变异等方向的研究均公布在其建设的网站：https://www.网址未加载/上。

北京林业大学环境学院课题组在《Applied Surface Science》发表研究成果

日前，北京林业大学环境学院张盼月教授课题组完成的“关于超亲水/疏油性柚子皮气凝胶用于选择性油水分离研究”的论文在工程技术类Top期刊《Applied Surface Science》（影响因子：6.707）上发表，第一作者为北京林业大学环境学院博士研究生Muhammad Imran，北京林业大学为第一完成单位。

开发新型界面材料是油水分离领域普遍关注的问题。张盼月教授课题组采用一步浸渍改性的绿色合成方法制备了具有超亲水性/疏油性的改性柚子皮气凝胶（M-GPA）。M-GPA的比表面积和孔体积分别为16.42 m2/g和0.042 cm3/g，孔径分布在2-50 nm范围内，属于介孔区。M-GPA的静态油接触角为141.3°，水接触角为0°，具有良好的超亲水/疏油性能。M-GPA的超亲水/疏油性能主要归因于M-GPA的高孔隙率和包覆的壳聚糖-NaPFN/Fe3O4。M-GPA不仅具有69.7g/g的水吸附容量，而且油水分离效率达到98%以上。在连续油水分离过程中，吸力通过改变M-GPA毛细管内的水接触角和平衡压力，实现水连续从油中分离并输送。轻质的超亲水/疏油M-GPA成本约为0.33美元/g，具有良好的经济吸引力。超亲水/疏油性的M-GPA在油水分离、溢油污染控制和工业油品净化等方面具有较好的潜在应用前景。

该项工作得到国家自然科学基金的资助。

北京林业大学生态与环境学院课题组在环境类Top期刊《Chemosphere》发表研究成果

日前，北京林业大学环境学院张盼月教授课题组完成的关于中国北方典型湿地近自然生态修复策略研究的论文 “Review on strategies of close-to-natural wetland restoration and a brief case plan for a typical wetland in northern China”发表在环境类Top期刊《Chemosphere》(影响因子：7.086)上，第一作者为环境学院博士研究生蔡雅静，北京林业大学为第一完成单位。

湿地由于具有丰富的资源、独特的生态结构和功能，其开发利用和保护已引起世界各国的普遍重视。我国湿地资源丰富，面积大、类型多、分布广，但由于自然干扰和人类活动的强烈干预等原因，许多湿地都面临着退化和消失的威胁。如何对退化的湿地进行恢复，使湿地资源能在有效保护的前提下支撑社会经济的健康、稳定和持续发展，已成为摆在我们面前的一项艰巨课题。张盼月教授课题组根据对国内外湿地生态修复方法的综述，以近自然为切入点，总结近自然生态修复技术体系，主要包括生态需水和水资源调控 、基底污染评价与清除、水文连通模拟与改善、生物配置与修复等，在尊重自然循环规律前提下提高湿地的自净能力。选择国家级新区—雄安新区的水命脉—白洋淀(藻苲淀)湿地为研究对象，深入剖析其生态属性和已存在的生态问题，结合近自然生态修复的原则、方法和步骤，提出生态修复与保护的可行性策略，为雄安新区建设提供生态保障。

该项工作得到水体污染控制与治理科技重大专项和国家自然科学基金的资助。

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出品 | 党委宣传部新媒体中心

来源 | 各单位

排版 | 岳亚男 校对 | 陈玉姝

责编 | 张薇、高霞

审核 | 朱天磊

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