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生物技術前沿一周縱覽(2016年12月9日)

2016-12-09 13:57 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

生物技術前沿一周縱覽(2016129日)

植物生長信號“接收器”

 

植物細胞被一層“堅固”的細胞壁包裹,細胞伸長需要利用氫離子使細胞壁酸化并松軟才能進行,反之細胞壁堿化細胞生長就會停止。植物通過多種受體接收外來的信號,進而激發細胞內下游的信號通路,引起相應的生理生化響應,調整細胞壁的狀況,從而調節植物的生長。受體激酶FERONIA能整合植物內、外多種環境信號,并能對從植物生長到逆境響應的多個過程進行調節。研究人員發現FERONIA受體激酶通過響應RALF信號,進一步招募RIPK受體激酶形成一個植物生長調節信號的“接收器”,并啟動FERONIA/RIPK之間的相互磷酸化,實現信號的放大和向下傳導,從而抑制氫泵活性,導致細胞壁堿化并最終抑制細胞伸長,為FERONIA成為植物分子育種的一個重要的設計靶標提供理論依據。PNAS

 

 

植物表觀遺傳學新成果

 

在植物中,組蛋白去乙?;福?/span>HDACs)屬于一個大的蛋白質家族,但是很少有人知道每個HDAC的靶標特異性是如何實現的。研究人員指出,一對含有SANT (SWI3/DAD2/N-CoR/TFIII-B)結構域的蛋白質,POWERDRESS,可特異性地與HDA9合作,使得一組基因組靶標上的組蛋白H3賴氨酸殘基發生脫乙?;饔?,以調節各種各樣的生物學過程。研究闡明了植物中含有SANT結構域的蛋白質和HDACs之間的功能相關性。生組蛋白乙?;且粋€重要的表觀遺傳調控機制,與基因表達的促進具有緊密的聯系。組蛋白乙?;绞峭ㄟ^組蛋白乙酰轉移酶(HATs)和組蛋白去乙?;福?/span>HDAC)的對抗活性而得以平衡的。擬南芥HDAC基因(AtHDACs)組成了一個大的基因家族,并且AtHDACs突變體之間的不同表型反映了個體AtHDACs的功能特異性。PNAS

 

 

植物通過給病原體“斷糧”防病

 

研究小組最近發現,植物被病原體感染時其細胞會增強糖的吸收活性,以此來回收細胞外的糖,阻止病原體攝取糖分。碳是構成生命體的重要元素之一,植物通過光合作用把空氣中的二氧化碳合成為糖加以利用。但眾多生物獲得碳的途徑,是通過植物及其他生物來攝取有機化合物。病菌等病原微生物感染增殖時,特別是感染植物的病原體,會吸收植物光合產物——高濃度蓄積的糖作為主要的碳來源。研究人員使用植物模型擬南芥,對植物的糖吸收與病原菌抵抗性關聯進行了試驗。擬南芥的糖吸收主要由STP1STP13兩個糖轉運蛋白進行。實驗發現,與野生植物相比,STP1STP13蛋白基因被破壞的植株抵抗細菌能力下降,顯示糖吸收與細菌抵抗性相關。 植物細胞識別細菌的鞭毛蛋白及菌類的細胞壁片段等帶有病原微生物特征的分子后,會發動防御反應。研究小組發現,在激活擬南芥防御反應時,其糖吸收活動顯著上升。植物通過發動防御反應后減少細胞外糖含量,抑制病原菌的病原性因子分泌,限制其代謝能量,從而抑制病原細菌的增殖。從此次新發現的植物防御機理可以看出,除病原細菌外,多數植物病原體都是以攝取植物的糖來作為碳源,因此,該防御機理對大多數細菌及菌類有效。以此為基礎,利用提高植物糖吸收的化合物,可開發出對多種細菌有效的新型農藥。(Science)

 

 

小麥面粉顏色遺傳調控分子機制成功解析

 

隨著生活水平的提高,消費者對面粉及面制品的品質提出更高要求,面粉顏色性狀已成為小麥品質評價及遺傳改良的重要內容。類胡蘿卜素是其小麥籽粒中黃色素的主要組分,也是影響面粉顏色的主要因素。研究人員利用RNA干擾(RNAi)、轉錄組測序(RNA-Seq)及定向誘導基因組局部突變(TILLING)相結合的試驗策略,對Psy1調控面粉顏色的分子機制進行探索。RNAi轉基因植株籽粒Psy1表達降低54%76%,黃色素含量下降26%35%,證明Psy1對小麥籽粒黃色素合成具有重要影響。次級代謝途徑和核心代謝途徑上的45個候選基因構成復雜的調控網絡,協同響應Psy1表達下調。天冬氨酸富集區(DXXXD)是PSY1重要功能結構域,其附近保守核苷酸通過調控基因表達、酶活性及選擇性剪接等方式影響黃色素合成?;ê?/span>14天是小麥籽粒Psy1表達調控的關鍵時期。該研究成果對小麥品質改良具有重要意義。BMC Plant Biology

  

 

光憑借新機制調節鹽誘導的轉錄記憶

 

光是一個普遍的環境因素,在植物發育和應激反應的各個過程中發揮重要的作用。然而,光是否也可以調節應激誘導的轉錄記憶,仍然是不明確的。研究表明,鹽誘導的脯氨酸積累是難忘,并且HY5依賴性光信號是這樣一種記憶反應所必需的。主鹽脅迫誘導的Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶1P5CS1)的表達,編碼一個脯氨酸合成酶,并且脯氨酸的積累在恢復期被降低到基礎水平。在恢復期,重復出現的鹽脅迫誘導的更強的P5CS1表達和脯氨酸積累,依賴于光照。進一步的研究表明,在恢復期階段,鹽誘導的P5CS1轉錄記憶,與P5CS1H3K4me3的水平保持升高有關。HY5可直接結合P5CS1啟動子中的光響應元件C/A-box。在恢復期,去除C / A-boxhy5 hyh突變可導致P5CS1H3K4me3水平的迅速降低,從而導致脅迫記憶反應障礙。這些結果揭示了一種先前未知的機制,光憑借這種機制,通過HY5保持記憶基因上的H3K4me3水平的功能,調節著鹽誘導的轉錄記憶。PNAS

 

 

研究人員解析種子表觀遺傳調控

 

種子休眠與萌發是植物由生殖生長過渡到營養生長的重要發育轉變進程,涉及大量基因的激活或者沉默。一些研究發現這個過程中,組蛋白修飾介導的表觀遺傳基因轉錄調控可能發揮了重要作用,但是具體分子機制尚不完全清楚。研究組成員進一步發現SNL1/SNL2功能缺失導致生長素相關基因特別是AUX1的表達升高,增強了生長素在胚根的水平和分布,進而激活下游CYCDs介導的細胞分裂,提高了突變體種子萌發速率。Nature Communications

 

 

植物苯丙氨酸合成調控新機制

 

植物中至少有25%的光合產物儲存在由苯丙氨酸(Phe)衍化而來的苯丙烷類化合物(例如木質素、黃酮)之中。研究團隊以苯丙烷類化合物—花青素的合成為研究對象,通過遺傳學分析發現模式植物擬南芥中的六個ADT酶對花青素合成的貢獻各不相同,ADT2的作用最大、其次是ADT1ADT3、最后是ADT4-ADT6,且成員之間具有冗余性。在植物培養過程中,適當添加Phe不但能促進野生型合成更多的花青素,而且還能恢復adt突變體花青素含量低的表型,說明Phe含量對花青素合成起著重要作用,也為代謝流調控苯丙烷類化合物合成提供了新的佐證。進一步的生化實驗數據證明:在高濃度的Phe條件下,ADT4仍然具有較高的催化活性,而ADT2的活性則很低。進化樹分析結果顯示ADT4ADT5出現較晚,是經一次基因復制而來。Molecular Plant

 

 

科學家揭示新的蛋白翻譯調控機制

 

核糖體上的蛋白翻譯是一個非常復雜的過程,包括翻譯起始、延伸和終止等多步嚴密調控的步驟。在細菌中,當蛋白翻譯進行到信使RNAmRNA)上的終止密碼子(stop codon)時,翻譯終止因子RF1RF2可以直接識別終止密碼子,結合到核糖體上的活性中心,催化釋放共價偶聯在肽酰tRNA 3’末端上的新生肽鏈,這個過程受RF1/RF2上保守的催化活性基序Gly-Gly-GlnGGQ)序列的調控。研究人員在體外組裝了ArfA/RF2、non-stop mRNA、tRNA70S核糖體的復合物,并獲得了該復合物的高分辨冷凍電鏡結構(3埃分辨率,核心區域接近2.6埃)。結構表明ArfA C端的loop結合于核糖體30S小亞基上的mRNA進入通道,并占據了終止密碼子的部分結合位點,而N端則直接與30S解碼中心及RF2相互作用。進一步的分析表明ArfA扮演了兩個重要的角色:其N端作為mRNA長度的感受器(Sensor),如果核糖體尚未行進到mRNA3’末端,mRNA進入通道內的核苷酸會阻礙ArfA的結合;其C端則通過和RF2直接結合,從功能上補償了終止密碼子對RF2的激活效應。研究展示了自然界的一種奇妙的功能模擬機制:具有極大結構柔性的小蛋白可以通過結構模擬來取代mRNA上的三堿基終止密碼子的功能。Nature

 

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