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生物技術前沿一周縱覽(2015年9月11日)

2015-09-11 08:21 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

水稻花器官發育分子調控機理
 
水稻具有獨特的花形和生殖器官,其形態建成和后續發育直接影響到物種的后代繁殖。根據花器官特征確立的花發育的ABCDE模型中,E類基因的功能較為復雜,它不僅是花器官特征基因,而且具有花分生組織決定性。OsMADS1是水稻中的一種SEPALLATA-like MADS-box基因,屬于E類基因。研究揭示,OsMADS1具有決定水稻各輪花器官形成的功能,并在花分生組織決定中發揮重要功能。研究人員研究了OsMADS1與B、C和D類基因的遺傳互作,以及蛋白間的物理互作。證實OsMADS1與OsMADS3之間的物理和遺傳互作是花分生組織活性維持及花器官形成的必要條件;而OsMADS1在物理上和遺傳上與OsMADS58互作調控了花分生組織決定,及抑制了小穗分生組織反轉。這些研究結果揭示出,OsMADS1在決定水稻花器官形成和分子組織決定中發揮了多種調控功能,其有可能是通過與不同的花同源異型調控因子進行遺傳和物理互作來實現。(Molecular Plant
 
 
葉綠素合成途徑中重要酶結構解析
 
葉綠素是植物光合作用吸收和傳遞光能的最主要色素,葉綠素的生物合成途徑涉及一系列酶促反應。其中鎂螯合酶由ChlH、ChlI和ChlD三個亞基組成。中科院植物研究所研究人員解析了光合藍細菌集胞藻ChlH的2.5 Å分辨率結構,發現它可以分為6個結構域,形似一個沙槌。蛋白N端的兩個結構域構成槌柄,其余4個結構域構成一個大致球形的槌頭。在第3和第5個結構域之間,包含了一個能夠容納原卟啉的空腔,該空腔的氨基酸非常保守,推測它就是鎂螯合酶的活性中心。位于第3個與第5個結構域之間的一個丙氨酸的纈氨酸突變體對應于擬南芥的“基因組解偶聯”表型5(genomes uncoupled 5, GUN5)的突變,因此ChlH也被稱作GUN5。研究人員推測該突變造成第3個與第5個結構域之間的阻礙,導致酶的活性降低。集胞藻ChlH/GUN5的結構是第一個高分辨率的鎂螯合酶催化亞基結構,為深入研究這樣一個復雜的酶的催化機理打下了基礎。(Nature Plants)。
 
 
重要植物肽激素的結構生物學研究
 
植物肽類激素,同植物經典激素一樣,對植物體的生長發育等生理活動具有重要的調控作用。PSK是較早被發現和研究的一種含兩個酪氨酸磺化修飾的五肽激素,在植物的生長發育、抗逆和先天免疫等方面有廣泛調控作用。PSK發揮活性是通過與細胞膜上的受體激酶PSKR結合來發揮功能。但PSK被受體PSKR識別的分子機理以及后續的受體激活機制還需要闡明。研究人員通過解析PSKR胞外區結合PSK的復合物結構,闡明了PSKR胞外區通過其島區來識別PSK的分子機理。深入的結構分析提示SERK家族成員可能作為共受體參與PSKR的受體激活,體外生化實驗初步證實了這一假設,同時利用植物體內生化和遺傳學的方法最終證明了這一假設。這也是通過結構生物學提示找到PSK信號轉導通路上的新成份。通過解析和對比分析PSKR-PSK-SERK三元復合物結構和單獨的PSKR結構,揭示了PSK通過誘導原本無序的受體PSKR島區產生與共受體SERK結合的新界面從而別構激活受體PSKR的新機制。(Nature
 
 
揭示亞硝基化與生長素信號傳導調控機制
 
生長素(auxin)是首個被鑒定的植物激素,也是最重要的植物激素之一,在植物的整個生命周期中起著至關重要的作用。一氧化氮(nitric oxide , NO)是一種廣泛分布于生物體的氣體活性分子,它具有多種生理功能。這些分子都與植物的信號傳導與調控過程相關。研究人員在研究S-亞硝基化在擬南芥生長素生理過程中的作用時發現,擬南芥GSNOR1功能缺失突變體gsnor1-3的亞硝基化水平明顯高于對照Co1-0。在gsnor1-3根部DR5-GUS/DR5-GFP積累水平明顯降低;生長素誘導的AXR3NT-GUS的降解在gsnor1-3根中也明顯延遲。結果表明,S-亞硝基化和GSNOR1介導的去亞硝基化有助于生長素參與的生理過程,gsnor1-3突變體表現出的一系列表型和向地性缺陷是由于生長素信號傳導及生長素運輸受損所致。(Molecular Plant)
 
 
植物免疫新機制
 
植物通過細胞表面免疫受體識別來自于病原微生物的分子,激活天然免疫;而病原微生物通過向植物細胞分泌效應蛋白,抑制天然免疫反應;植物通過進化,利用動植物中保守的、定位于胞質的NLR類型的免疫受體識別效應蛋白,重新激活免疫反應。研究人員發現,來自黃單胞桿菌的效應蛋白AvrAC能夠對其靶標蛋白BIK1進行UMP修飾從而抑制了細胞表面受體介導的天然免疫信號轉導。對PBL2的修飾對細菌致病毫無益處,而植物則把對PBL2的修飾作為細菌入侵的信號,激活胞內的免疫途徑。因此PBL2執行了一個“誘餌”的功能,使得植物能夠特異識別細菌,獲得抗病性。該研究建立了植物識別效應蛋白AvrAC的一個完整的信號通路,并揭示了植物NLR蛋白依賴于支架蛋白間接識別效應蛋白的新機制。(Cell Host Microbe
 
 
5-醛基胞嘧啶測序新技術
 
5-甲基胞嘧啶修飾(5mC)是真核細胞基因組中最為重要的表觀遺傳修飾之一。5mC可以在TET家族酶的作用下,逐步氧化生成5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)、5-醛基胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC);后兩者也可以被TDG糖基化酶所識別并切除。研究人員通過化學生物學的手段,利用一種小分子化合物對5fC的特異性化學標記,發展了不依賴于亞硫酸氫鹽處理的5fC單堿基分辨率測序技術:fC-CET (Cyclization-Enabled C-to-T Transition of 5fC)。利用這一技術,該研究成功實現了小鼠胚胎干細胞中5fC的譜圖鑒定,同時發現5fC富集的區域比5hmC富集的區域更為活躍。由于這一技術不對基因組DNA造成明顯降解,fC-CET也將適用于小量、珍貴核酸樣本的分析與測序。(Nature Methods)
 
 
CRISPR技術應用于基因克隆。
 
基因克隆是分子生物學研究的一個重要步驟。傳統基于PCR的克隆方法往往受到序列長度和DNA模板GC含量的限制,大片段基因的克隆非常困難。向導RNAs可以引導CRISPR-Cas9核酸酶來切割靶DNA的特異序列。相比于傳統的限制性酶有著限制為4~8 bp的固定識別位點,使用長的(~20 bp)、可編程的前間隔序列來作為識別位點,可為Cas9核酸酶系統提供高度的靶向特異性和通用性?;诖?,研究人員開發出一種通用的基因組編輯工具,其能夠一步靶向克隆幾乎任意的、長達100kb的長細菌基因組序列。在體外借助于RNA引導的Cas9核酸酶在兩個指定位點從細菌染色體中切下目標基因組片段,然后通過Gibson組裝將其連接到克隆載體中。這一技術可成為目標克隆大基因簇一種有效的分子工具。(Nature Communications
 
 
新的單細胞測序全基因組擴增方法
 
單細胞研究是當前生命科學研究的重要方向之一。許多關鍵的生命活動,都和細胞間的個體差異密切相關。在單細胞的基因組學研究中,由于DNA的含量極少,先需要通過全基因組的擴增技術將DNA進行擴增。在擴增過程中,由于擴增的不均勻性和酶的拷貝錯誤,擴增后的DNA和原始的DNA會有很大的區別,從而導致對單細胞DNA拷貝數和關鍵堿基突變信息的錯誤判定。來自北京大學的研究人員了開發了一種用于單細胞測序的全基因組擴增新技術——乳液全基因組擴增,簡稱“eWGA”。該方法與已有的類似技術相比,大幅度提高了擴增的均勻性和準確性,可以同時檢測出單細胞中的小片段拷貝數變異(CNV)和高精度的單核苷酸變異(SNV),該方法還具有基因組的高覆蓋率并且能降低外源污染。eWGA成為目前綜合指標最好的單細胞全基因組擴增技術。(PNAS)
    

來源:基因農業網

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