華中農(nóng)業(yè)大學(xué)近期科學(xué)研究進(jìn)展

在脂肪肝病研究中取得新進(jìn)展

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院、動(dòng)物醫(yī)學(xué)院丁一副教授課題組通過(guò)篩選治療脂肪性肝炎的天然化合物，發(fā)現(xiàn)天麻素具有良好的安全性和抗脂肪性肝炎效果，并進(jìn)一步探索了天麻素的作用機(jī)制。該研究以題為“Gastrodin improves nonalcoholic fatty liver disease via activation of the AMPK signaling pathway”在線發(fā)表在Hepatology上。

脂肪肝是動(dòng)物（如牛、雞、貓等）和人常見(jiàn)的代謝性疾病之一，嚴(yán)重時(shí)引起脂肪性肝炎和肝硬化。盡管現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展迅速，人們?cè)诎l(fā)掘其治療靶點(diǎn)方面取得了很大進(jìn)展，但目前尚無(wú)獲得批準(zhǔn)的有效治療藥物。該研究給小鼠飼喂高脂飲食（HFD）和高脂高膽固醇（HFHC），建立脂肪肝和脂肪肝炎模型，并使用天麻素治療。與對(duì)照組相比，天麻素治療小鼠的肝重量、肝臟和血清甘油三酯和膽固醇的含量、血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AST）的活性顯著降低，肝細(xì)胞的脂質(zhì)蓄積和炎性反應(yīng)顯著緩解，脂質(zhì)蓄積、炎癥和纖維化相關(guān)基因顯著下調(diào)（圖1）。

▲圖1. 天麻素緩解高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠脂肪肝和肝炎

基因富集（GSEA）分析，發(fā)現(xiàn)天麻素主要激活A(yù)MPK通路。進(jìn)一步研究采用特異性的抑制劑（化合物C）和shRNA干擾，證實(shí)天麻素主要通過(guò)AMPK通路逆轉(zhuǎn)脂肪性肝炎。該研究篩選出脂肪肝炎的低毒高效治療藥物，發(fā)現(xiàn)了其新的作用靶點(diǎn)（圖2）。

▲圖2. 天麻素激活A(yù)MPK信號(hào)通路

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院博士生萬(wàn)娟，碩士生張巖巖和博士后楊迪琦為本文共同第一作者，丁一副教授為本文通訊作者。本研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。

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https://pubmed.ncbi.nlm.網(wǎng)址未加載/34297426/

破譯青藏高原李屬植物適應(yīng)高海拔的遺傳基礎(chǔ)

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)徐強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)與西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院曾秀麗研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)群體代謝組學(xué)鑒定了379個(gè)代謝物與海拔高度關(guān)聯(lián)，特別是苯丙烷、有機(jī)酸、脂類(lèi)以及萜烯類(lèi)代謝物；破譯了3個(gè)高原李屬物種的基因組，發(fā)現(xiàn)高原李屬基因組SINE（短分散重復(fù)序列）型轉(zhuǎn)座子的激活及擴(kuò)增；挖掘到62個(gè)SINE與代謝物信號(hào)共定位，尤其是在類(lèi)黃酮位點(diǎn)的SINE型轉(zhuǎn)座子在光核桃和栽培桃以及光核桃高低海拔之間表現(xiàn)出了多態(tài)性，揭示了SINE型轉(zhuǎn)座子在促進(jìn)積累適應(yīng)逆境的黃酮代謝物的重要作用，為理解青藏高原多年生果樹(shù)作物適應(yīng)高海拔的遺傳基礎(chǔ)提供了新的認(rèn)識(shí)，也為利用青藏高原特殊種質(zhì)資源奠定了重要基礎(chǔ)。7月26日，該合作成果在Current Biology發(fā)表，題為“Genomic basis of high-altitude adaptation in Tibetan Prunus fruit trees”。

青藏高原地理位置特殊，氣候環(huán)境獨(dú)特，同時(shí)也蘊(yùn)藏著大量特色鮮明的種質(zhì)資源，尤其是喜馬拉雅地區(qū)植物的起源和高海拔適應(yīng)性一直都是普遍關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題。光核桃（Prunus mira）又名西藏桃，主要分布于西藏地區(qū)，是世界上海拔最高、能在野外開(kāi)花結(jié)實(shí)的多年生木本經(jīng)濟(jì)作物之一，是桃的活化石。光核桃壽命（100-1000年）顯著高于栽培桃（20-30年），具有很強(qiáng)的耐寒、耐旱和抗病等優(yōu)良特性。受限于青藏高原的交通阻礙以及極端的高原環(huán)境（低氧、低溫和高紫外等）的影響，人們對(duì)大規(guī)模自然分布于青藏高原的多年生果樹(shù)適應(yīng)高海拔的遺傳基礎(chǔ)還知之甚少。

西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院曾秀麗研究團(tuán)隊(duì)在喜馬拉雅地區(qū)連續(xù)進(jìn)行了十余年的野外資源考察，系統(tǒng)收集了西藏分布的桃、梅、杏和李等李屬植物。聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)對(duì)377份分布于海拔2067米至4498米的光核桃及西藏李屬資源進(jìn)行了精細(xì)評(píng)價(jià)，組裝了光核桃、藏梅和藏杏的基因組，其中光核桃基因組接近染色體水平，為迄今質(zhì)量最高的李屬植物基因組。該研究通過(guò)三對(duì)代表李屬物種的比較基因組分析，發(fā)現(xiàn)西藏來(lái)源的李屬物種的基因組中SINE型反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子含量發(fā)生了顯著的擴(kuò)增。通過(guò)對(duì)極端高海拔光核桃和極端低海拔光核桃的群體比較，發(fā)現(xiàn)不同海拔的光核桃基因組出現(xiàn)了明顯的遺傳分化，并且光尤其是UV逆境信號(hào)相關(guān)的基因顯著富集于出現(xiàn)遺傳分化的基因中。

▲圖1.青藏高原植物光核桃適應(yīng)高海拔的遺傳基礎(chǔ)的模型。

在極端的環(huán)境下，SINE轉(zhuǎn)座子爆發(fā)和跳躍以及適應(yīng)逆境的代謝物積累（中間圖），SINE轉(zhuǎn)座子插入苯丙烷代謝物調(diào)控基因以進(jìn)一步促進(jìn)適應(yīng)逆境代謝物的積累從而在高海拔地區(qū)適應(yīng)并長(zhǎng)期生存。

利用自然分布于不同海拔的275份光核桃資源進(jìn)行了果實(shí)代謝物含量變異的遺傳剖析。共對(duì)1768個(gè)代謝物質(zhì)進(jìn)行了定量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)379個(gè)與海拔適應(yīng)性高度關(guān)聯(lián)，其中苯丙烷類(lèi)物質(zhì)含量與海拔高度呈現(xiàn)正相關(guān)�；�于mGWAS（代謝物全基因組關(guān)聯(lián)分析）定位結(jié)果，在光核桃群體中鑒定到62個(gè)SINE插入與栽培桃差異積累代謝物共定位。在控制3-O-阿魏�？鼘幩岱e累的候選基因（一個(gè)NAC（轉(zhuǎn)錄因子）基因）啟動(dòng)子中檢測(cè)到兩個(gè)轉(zhuǎn)座子（SINE1和SINE2）的插入，其中SINE2的插入普遍出現(xiàn)在高海拔光核桃材料中，并且與候選的NAC基因表達(dá)及3-O-阿魏酰奎寧酸的含量呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)；SINE1在光核桃和栽培桃中表現(xiàn)出多態(tài)性。光核桃群體的基因組和代謝組證據(jù)表明SINE型轉(zhuǎn)座子的擴(kuò)增通過(guò)促進(jìn)有益代謝物的積累，以幫助西藏李屬植物適應(yīng)喜馬拉雅高原的惡劣環(huán)境。

該研究由西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院蔬菜研究所、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)合作完成。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后王霞、碩士研究生劉勝軍、博士研究生左昊和鄭偉康、西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院蔬菜研究所張姍姍助理研究員為論文共同第一作者，西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院蔬菜研究所曾秀麗研究員和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)徐強(qiáng)教授為共同通訊作者。此外，參與該項(xiàng)目的人員還有鄧秀新教授、Robert M. Larkin教授、劉軍偉副研究員、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生黃躍等，西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院蔬菜研究所的格桑平措、紅英、趙凡、李媛蓉，中科院昆明植物研究所的伊廷雙研究員，以及瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)的昝艷君博士。

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https://authors.網(wǎng)址未加載/sd/article/S0960-9822%2821%2900891-5

在共價(jià)有機(jī)框架光催化有機(jī)合成領(lǐng)域研究取得新進(jìn)展

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院陳浩教授領(lǐng)銜的“先進(jìn)材料與綠色催化”團(tuán)隊(duì)在光催化有機(jī)合成領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Green Chemistry上。

烷基芳基醚結(jié)構(gòu)廣泛存在于天然產(chǎn)物、活性藥物和農(nóng)藥中，因此構(gòu)筑C-O鍵在有機(jī)合成領(lǐng)域一直備受關(guān)注。鑒于鈀催化劑高成本及生物毒性等缺點(diǎn)，隨之發(fā)展的鎳催化雖然被證實(shí)也可用于C-O交叉偶聯(lián)，但由于Ni(II)中間體因較難發(fā)生還原消除而使得其單一鎳催化面臨極大挑戰(zhàn)。

近年來(lái)隨著光催化技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的MacMillan、賓夕法尼亞大學(xué)的Molander等團(tuán)隊(duì)發(fā)展了可見(jiàn)光和金屬鎳協(xié)同催化，避免了高能Ni(II)的還原消除，從而突破性的實(shí)現(xiàn)了C-O等交叉偶聯(lián)反應(yīng)。然而，當(dāng)前均相和半非均相光催化體系均面臨光敏劑或鎳回收困難、光響應(yīng)范圍窄等難題。因此，發(fā)展基于Ni(II)光催化雙分子自身歧化產(chǎn)生高活性Ni(I)的非均相催化體系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)催化劑可回收利用具有極大的研究?jī)r(jià)值。

▲圖1. 基于光/鎳協(xié)同催化反應(yīng)示意圖及機(jī)理推測(cè)

在本研究中，為了模擬均相光催化體系中Ni(II)在光誘導(dǎo)下經(jīng)雙分子自身歧化產(chǎn)生高活性Ni(I)，研究者設(shè)計(jì)了具有延展π共軛體系的二維共價(jià)有機(jī)框架(2D-COFs)非均相光催化劑，設(shè)想其層間較強(qiáng)的π π相互作用可能有利于Ni(II)雙分子過(guò)程。研究者以1,3,6,8-四（4-甲�；�苯基）芘（TFPPy）和 2,2'-（[2,2'-聯(lián)吡啶]-5,5'-二基)二乙腈 (BPYDAN)為原料，通過(guò)Knoevenagel偶聯(lián)策略構(gòu)筑了一種集光敏劑和鎳金屬活性中心為一體的高穩(wěn)定乙烯基橋連sp2c-COFdpy。

▲圖2. 底物拓展實(shí)例

結(jié)果表明，受益于電子給體-電子受體(D-A)交替共軛組合的優(yōu)勢(shì)，sp2c-COFdpy-Ni 表現(xiàn)出窄的帶隙及高效的電荷分離效率，在可見(jiàn)光激發(fā)條件下，光生電子可通過(guò)π骨架快速傳遞到Ni活性中心，實(shí)現(xiàn)了高效的C-O交叉偶聯(lián)反應(yīng)。同時(shí)，回收實(shí)驗(yàn)表明，內(nèi)嵌Ni活性中心使得光催化劑在多次循環(huán)使用后仍然表現(xiàn)出較高的活性，反應(yīng)前后結(jié)構(gòu)表征也證實(shí)了催化劑的極高穩(wěn)定性。通過(guò)進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了2D-COFs層間強(qiáng)的相互作用使得光誘導(dǎo)條件下鄰近的Ni(II)發(fā)生自身歧化產(chǎn)生高活性Ni(I)，再經(jīng)歷Ni(I)Ni(III)Ni(I)的循環(huán)反應(yīng)過(guò)程。本研究工作利用理論計(jì)算，論證了該非均相光催化體系表現(xiàn)出良好的底物相容性和官能團(tuán)耐受性的原因。上述研究成果為綠色高效的光氧化還原/過(guò)渡金屬介導(dǎo)偶聯(lián)反應(yīng)開(kāi)辟了一條新途徑。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院碩士研究生董文博為論文第一作者，我校理學(xué)院項(xiàng)勇剛教授、陳浩教授和華中師范大學(xué)饒立副教授為論文共同通訊作者。

論文鏈接：

https://pubs.網(wǎng)址未加載/en/Content/ArticleLanding/2021/GC/D1GC01902C#!divAbstract

由于篇幅所限，今天所分享的僅為近期華中農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)研究成果的一部分。更多科研動(dòng)態(tài)，歡迎點(diǎn)擊文末“閱讀原文”，瀏覽華中農(nóng)業(yè)大學(xué)南湖新聞網(wǎng)科學(xué)研究專(zhuān)題進(jìn)一步了解。

文 |楊迪琦王霞董文博

編輯 | 匡敏

校對(duì) | 劉濤

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