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植物

破解光合作用結(jié)構(gòu)難題

光合作用的過程非常復(fù)雜，涉及成百上千個不同的化學(xué)反應(yīng)，雖然對光合作用的研究已經(jīng)有超過200年的歷史，但到現(xiàn)在為止，光合作用中很多關(guān)鍵的反應(yīng)步驟還沒有弄清楚。植物光系統(tǒng)II的高分辨率三維結(jié)構(gòu)被認為是光合作用研究領(lǐng)域最后一個，也是最受關(guān)注的超級復(fù)合物結(jié)構(gòu)。最近，中國科學(xué)院生物物理研究所的科學(xué)家經(jīng)過不懈努力，首次解析了菠菜光系統(tǒng)II-捕光天線超級復(fù)合物的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了捕光天線與光系統(tǒng)II核心復(fù)合物之間的相互裝配機制和能量傳遞途徑，在光合作用的結(jié)構(gòu)機理研究中取得了重大突破。根據(jù)中國科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，植物光合作用的原初反應(yīng)是從光系統(tǒng)II開始的，光系統(tǒng)II是由25個以上蛋白質(zhì)亞基以及眾多色素和其他輔因子組成的超大膜蛋白-色素復(fù)合物。該復(fù)合物中包含了天線系統(tǒng)、反應(yīng)中心系統(tǒng)以及一個能在常溫常壓下裂解水釋放氧氣的放氧中心。（Nature2016，doi：10.1038/nature18020）

植物化石揭示中生代大氣CO2濃度

利用植物化石氣孔參數(shù)重建地史時期古大氣CO2濃度，是目前古植物與古環(huán)境研究的重要前沿領(lǐng)域之一。銀杏化石是恢復(fù)古大氣CO2應(yīng)用最為廣泛的指示植物之一。雖然近年來我國古植物學(xué)界在中新生代研究方面取得了積極進展，但是對于侏羅紀(jì)之前氣孔參數(shù)與大氣CO2濃度關(guān)系的研究開展甚少。最近，研究者對采自甘肅東部華亭礦區(qū)上三疊統(tǒng)延長組以及中侏羅統(tǒng)延安組發(fā)現(xiàn)的兩種似銀杏化石化石進行細致研究，依據(jù)氣孔參數(shù)重建晚三疊世和中侏羅世的古大氣CO2濃度分別為1962ppmv和1320ppmv。結(jié)合前期研究可見，從晚三疊世至中侏羅世，古大氣CO2濃度大致呈先下降后升高的趨勢。該項研究對研究過去環(huán)境和氣候演變至關(guān)重要。（Pal?ontologischeZeitschrift2016，Doi：10.1007/s12542-016-0300-1.）

朊病毒與植物記憶

朊病毒又稱蛋白質(zhì)侵染因子，是一類能侵染動物并在宿主細胞內(nèi)復(fù)制的小分子無免疫性疏水蛋白質(zhì)。朊是蛋白質(zhì)的舊稱，朊病毒意思就是蛋白質(zhì)病毒，朊病毒嚴(yán)格來說不是病毒，是一類不含核酸而僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成的可自我復(fù)制并具感染性的因子。朊病毒是能引起哺乳動物和人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的傳染性病變因子，其中最著名的要數(shù)瘋牛病了。然而，令人萬萬想不到的是，它們卻與看似風(fēng)馬牛不相及的植物記憶具有扯不清的關(guān)系。植物擁有很多能自我延續(xù)下去的狀態(tài)，它們在某些方面擁有記憶。例如，某些植物會在長時間暴露于寒冷后開花。不過，如果經(jīng)歷寒冷后條件不合適，植物將延遲開花，直到溫度和光線剛好合適。這表明，植物能"記住"自己曾暴露于寒冷中。但這種生理狀態(tài)為何會在原來和新生的植物中延續(xù)，卻是一個待解之謎。近期，研究者受酵母能利用朊蛋白作為一種記憶形式的啟發(fā)，將在酵母中尋找朊病毒的技術(shù)應(yīng)用于開花的模式植物——擬南芥。他們首先利用特定算法尋找這種植物表達的全部蛋白質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)了參與開花的4個蛋白，而這些蛋白擁有同酵母中朊病毒特異性序列相似的部分。接下來，研究者將酵母細胞中的朊病毒替換成來自擬南芥的像朊病毒一樣的蛋白序列，并且證實，其中3個植物蛋白片段確實表現(xiàn)得像朊病毒。這是首次在植物中發(fā)現(xiàn)像朊病毒一樣的蛋白序列。這一發(fā)現(xiàn)可能為揭開植物的記憶之謎提供幫助。（PNAS2016，113：6065-6070）

溫帶木本竹子亞洲起源假說

溫帶木本竹子分支（即竹亞科青籬竹族）是亞高山寒溫帶針葉林的重要成分，包括了我國最重要的經(jīng)濟竹種——毛竹，也包括了大熊貓在其自然棲息地取食的全部竹種，特別是箭竹類。這一重要的竹子家族于何時何地起源、演化，又如何形成現(xiàn)今的東亞-北美、以及東亞-南亞-非洲間斷分布格局？這些問題一直存在爭論：亞洲起源假說或亞洲外起源假說。近期，研究者基于多個葉綠體片段的數(shù)據(jù)和化石證據(jù)開展了溫帶木本竹子的分子生物地理學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，竹亞科內(nèi)部三個族為很好的單系，其中第XI分支貴州懸竹最早分化。通過化石校正和分子鐘分析顯示，竹亞科在晚始新世（約4300萬-4700萬年前）開始分化。青籬竹族是很年輕的一個族，最初在中新世中期（約1300萬-1400萬年前）開始分化，隨后在中新世晚期（約700萬-800年前發(fā)生了快速輻射，在大約400萬年內(nèi)產(chǎn)生了11個主要支系。古氣候研究學(xué)者均認為東亞季風(fēng)在晚中新世發(fā)生過顯著增強，該事件很可能促使了青籬竹族在東亞地區(qū)的快速多樣化。進一步的祖先分布區(qū)重建表明，青籬竹族的最近的祖先分布在東亞地區(qū)，中國特有的貴州懸竹是青籬竹族的基部類群。該研究排除了斯里蘭卡和非洲溫帶竹子位于基部的假設(shè)，支持青籬竹族的亞洲起源假說（Asianhypothesis）。研究表明，在上新世至少發(fā)生過兩次亞洲到非洲的擴散事件，是青籬竹族亞洲和非洲間斷分布形成的可能過程；上新世早期，從東亞經(jīng)白令陸橋遷移到北美，導(dǎo)致青籬竹族東亞和北美間斷分布格局的形成。該研究對于深入探討氣候變化對植物多樣性的影響和溫帶木本竹子的時空多樣化格局具有重要意義。（MolecularPhylogeneticsandEvolution2016，96：118-129）