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Hirschfeldia incana 的基因组序列，一种提高光合作用利用效率的十字花科新模型
光合作用是维持植物和人类生命的关键过程。提高农作物的光合能力是增加其产量的一种有吸引力的方法。虽然光合作用的核心机制在 C3 植物中高度保守，但这些机制非常灵活，允许光合特性存在相当大的多样性。这种多样性之一是在高辐照度下保持较高的光合光能利用效率，正如在少数特殊的 C3 物种中发现的那样。十字花科的一种植物 Hirschfeldia incana 就是这样一种特殊的物种，由于它易于生长，因此是研究这种性状的遗传和生理基础的绝佳模型。在这里，我们展示了 H. incana 的参考基因组，并证实了其较高的光合光能利用效率。尽管 H. incana 是十字花科中迄今为止光合速率最高的，但与其密切相关的 Brassica rapa 和 Brassica nigra 的光饱和同化率也很高。H. incana 基因组已通过大规模染色体重排、物种特异性转座子活性和重复基因的差异保留与 B. rapa 和 B. nigra 基因组广泛分化。H. incana 、B. rapa 和 B. nigra 中参与光合作用和/或光保护的重复基因在拷贝数和基因表达之间表现出正相关，这为这些物种高光合效率的潜在机制提供了线索。我们的研究表明，H. incana 基因组是研究高光合光能利用效率的进化和提高作物物种光合速率的宝贵资源。
光合能转换过程从电子到单元尺度的多尺度建模和电影可视化
将阳光转化为化学能，即光合作用，是地球上生命的主要能源。基于从电子到细胞量表的多尺度计算模型的可视化形式，以fulldome show earl the planet earth的诞生的摘录形式提出。这种可访问的视觉叙述显示了外行观众，包括孩子，如何通过一系列蛋白质捕获，转换和存储阳光的能量，从而使活细胞捕获。可视化是生物物理学家，可视化科学家和艺术家之间多年合作的结果，而这反过来又基于在结构和功能建模上进行了长达十年的实验计算合作，从而产生了对细菌性生物概念性细菌性生物概要细胞器的原子细节描述。该项目需要进行的软件进步导致了大量的性能和功能进步，包括硬件加速的电影射线跟踪和实例可视化，以进行有效的单元格式建模。所描述的能量转换步骤具有从电子到单元水平的功能整合，涵盖了近12个数量级的时间尺度。此原子细节描述独特地使人对人类最早的故事之一的现代重述 - 光与生命之间的相互作用。
改进高粱转化和基因组编辑，开发稳定品系，用于光合和水分利用效率分析
通过使用基因组编辑和稳定植物转化技术，开发将高粱基因与表型联系起来的基因组水平知识库以实现生物能源目标，对于理解基本生理功能和作物改良至关重要。我们与参与该项目的各个实验室一起贡献中央枢纽能力，以创建、测试和培育转基因和基因组编辑植物。我们已经建立了可靠的协议，用于通过农杆菌介导将实验性遗传构建体引入高粱 cv BTx430，并合作生成该项目正在进行的研究所需的可行转基因。这些实验包括：； (1) 用于敲低的高粱 RNAi 构建体，例如电压门控氯离子通道蛋白、α碳酸酐酶 7 (CA) 和 9-顺式环氧胡萝卜素双加氧酶 4 以及 myb 结构域蛋白 60； (2) 构建体用于测试磷酸烯醇丙酮酸羧化酶 (PEPC) 启动子表达、CA 过表达和具有改变动力学的 PEPC 的保真度；(3) 旨在测试一系列增加的叶肉 CA 活性的 CA 过表达的其他版本；(4) Ta Cas 9、dTa Cas9 和 dCas9 转录激活因子用于改进编辑，以及；(5) 构建体用于评估转基因过程的改进，旨在增加转化频率并缩短 T1 种子的时间。这些品系目前处于转基因过程的不同阶段。使用形态发生调节剂介导的转化 (MRMT) 的最新发展是实现快速转化和基因组编辑的突破。我们报告了一种使用 MMRT 技术的改进的快速转化方法的开发，该方法有可能增加我们的项目的吞吐量并缩短时间。与 Voytas 实验室合作，我们评估了 MRMT 载体的公共版本。 Voytas 实验室还在测试递送基因组编辑试剂的新方法，特别是使用 RNA 病毒载体通过感染递送 gRNA。通过感染进行可遗传基因编辑已在多个双子叶植物中实现，我们正在努力在狗尾草和高粱中实施该技术。
枯草芽孢杆菌对不同钾离子水平下的黄瓜幼苗生长和光合系统的影响
简单摘要：进行了实验，以研究枯草芽孢杆菌对不同钾水平下黄瓜幼苗的生长和光合系统的影响。用“ Xinjin 4”作为测试材料进行了锅实验，并进行了两因素实验。这两个因素是不同浓度的钾离子和枯草芽孢杆菌治疗。研究了不同处理对黄瓜幼苗生长，光合特征，根形态和叶绿素荧光参数的影响。结果表明，当钾离子的浓度为0.2 g/锅时，枯草芽孢杆菌对黄瓜幼苗生长和叶片光合作用的影响最大。这项研究为进一步利用枯草芽孢杆菌制造微生物肥料并提高了黄瓜的营养吸收效率以促进农业的发展。
迈向光合色素 - 蛋白质复合物中激素耦合的定量描述：量子化学驱动的多尺度方法
对于由多个铬孔组成的分子系统，可以计算激发态，例如，使用多方面配置相互作用（MRCI）10或时间依赖性密度功能理论（TDDFT）。11然而，此类计算的成本随系统大小陡峭。这种蛮力方法的替代方法是使用简化的模型在高水平上计算单个发色团以及它们之间的相互作用。12,13个发色团可以在基于片段的方法中作为片段处理，其中一些含量为14-22，其中一些激子耦合23,24和DeLacalized激发25可以计算。激发耦合负责能量转移，而激发态的离域将光学过渡能的转移以及在分子聚集体上光谱中测得的振荡器强度的重新分布。
光合作用系统I能量传递复杂网络对目标节点攻击和随机节点失效的鲁棒性
在本文中，我们对豌豆植物（Pisum sativum）的光系统 I (PSI) 复杂网络实施并比较了文献中的 10 种节点移除（攻击）策略，代表了其节点/发色团之间的 FRET 能量转移。我们用四个指标来衡量网络稳健性（功能）。节点攻击策略和网络稳健性指标同时考虑了网络的二元拓扑和加权结构。首先，我们发现众所周知的节点中介中心性攻击在 PSI 网络上无效，这种攻击已被证明可有效拆除大多数现实世界网络的拓扑连通性。其次，PSI 较高的网络连接水平导致节点属性的退化，即使根据特定的节点中心性度量移除节点，也会导致类似随机的节点移除。即使受到节点攻击，这种现象也会导致 PSI 网络功能的下降非常小。这种结果表明，基于经典节点属性（例如度或中介中心性）的节点攻击策略在拆除具有非常高连接水平的现实世界网络时可能效率低下。最后，可以通过调整截止距离 (CD) 来构建 PSI 网络，该距离定义节点/发色团之间的可行能量传输，并逐步丢弃远距离节点/发色团之间的较低能量传输链接。这代表了一种“权重阈值”程序，使我们能够在从 PSI 中逐步修剪较低权重的链接时调查节点攻击策略的有效性
优化光合光子通量密度和轻质质量，以最大程度地提高毛豆在营养生长阶段的效果
与温室或田野中的常规农作物种植相比，具有人造光的植物工厂（PFAL）在高效利用可用于耕种的空间，能源和资源方面具有优势。然而，据报道，很少有关于改善PFAL空间使用功效（SUE）在植物大豆毛豆生产中的空间使用功效（SUE）的研究。因此，开发一种以最小空间和能源需求的高生产率的环境控制方法是高优先级。这项研究的目的是（1）确定最佳的光合光子通量密度（PPFD）和光质量，以增强在营养生长阶段的雌芳族的SUE，并且（2）检查PPFD，光质量的影响，光质量及其对植物阶段的Edamame植物生长的相互作用。sue定义为在生长期间每立方体培养的农作物生物量。，我们检查了三种PPFD处理（300、500和700μmolM -2 S -1），共有三种色温LED灯（3,000、5,000和6,500 K），总共进行了九种处理。结果表明，在相同的轻质处理下，较高的PPFD导致所有器官的新鲜和干重，较高的茎长和较低的特定叶片面积。在同一PPFD处理下，蓝色（400–499 nm）与红色（600–699 nm）光子通量密度的高比例增加了植物的高度，但降低了预计的叶片面积。与300μmolM -2 s -1相比，分别在700μmolm -2 s -1中分别以3,000、5,000和6,500 K的形式增加了213、163和92％，分别为3,000、5,000和6,500 K。与3,000 K处理相比，在5,000和6,500 K处理中，SUE在700μmolM -2 S - 1中分别增加了34和23％。总而言之，在PFAL中，在营养生长阶段增加了700μmolm -2 s -1 ppfd和5,000 K色温的组合是增加毛虫的起诉。
cas9在海洋藻类picochlorum celeri中删除叶黄素生物合成，降低了光合色素，同时维持高生物量生产力
藻类的食物和可再生生物燃料的驯化仍然受到光合作用的低效率的限制，这些过程已经进化为具有最佳光捕获的竞争力，激励在光线限制条件下开发大型天线，从而降低了在培养的培养型或光学物质中的效率下降。减少颜料含量以提高生物量生产力已成为一种讨论的策略，几十年来，由于广泛使用基因组编辑工具的广泛使用，现在手头可以完全减少色素。picochlorum celeri是生长最快的海洋藻类之一，对户外种植有特别的希望，尤其是在盐水水和温暖的气候中。We show that while chlorophyll b is essential to sustain high biomass productivities under dense cultivation, removing Picochlorum celeri ' s main carotenoid, lutein, leads to a decreased total chlorophyll content, higher a/ b ratio, reduced functional LHCII cross section and higher maximum quantum ef fi ciencies at lower light intensities, resulting in an incremental increase in biomass productivity and increased par到生物量转换效率。这些发现进一步加强了改善藻类光合作用效率和生物量生产的现有策略。
生物反馈光生反应器的进步
ficiencies探讨了在此类系统中优化非生物因素的潜力。核心原理涉及荧光荧光作为光合作用活性的实时指标，从而在研究人员和微生物之间提供了一种非侵入性，全面的通信方法。通过将这种方法与先进的机器学习技术整合在一起，该论文提出了一种将复杂荧光信号的反应方法的方法。这种方法不仅具有提高在受控环境（如生物反应器）中光合微生物效率的诺言，而且还为可持续生物燃料生产和其他生物技术应用的重大进步铺平了道路。本文强调了跨学科研究在克服光合作用效率的挑战中的重要性，并突出了生物反馈光生反应器的潜力，彻底改变了Algal生物技术领域。
叶绿素作为分子半导体
叶绿素 (Chl) 的通用名称是一类环状四吡咯，是自然界中最丰富的色素，甚至从外太空也能看到。这种色素在光合作用中起着关键作用。光合作用是一种代谢过程，通过将二氧化碳固定为碳水化合物，将与太阳辐射相关的能量转化为化学能，为整个生物圈提供能量。[1] 叶绿素参与光合作用的三大反应，即 i) 吸收光辐射，充当光收集复合体中的天线，ii) 将激发能转移到所谓的反应中心蛋白，iii) 完成光合膜上的光诱导初级电荷分离。真核生物和细菌中都有光合生物，它们的光合器官差异很大（图 1）。[2]