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生物技術前沿一周縱覽(2017年8月4日)

2017-08-04 14:16 | 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(201784日)

蛋白質翻譯后修飾調控植物脅迫反應研究中取得新進展

 

甲基化修飾與一氧化氮(nitric oxide; NO)依賴的亞硝基化修飾是高度保守的蛋白質翻譯后修飾。研究人員在亞硝基化蛋白質組學研究中發現擬南芥蛋白質精氨酸甲基轉移酶PRMT5被亞硝基化修飾。PRMT5是在高等真核生物中高度保守的一個酶,催化精氨酸雙對稱性甲基化修飾,其底物包括pre-mRNA剪接體的核心組分。生化和分子遺傳學分析表明,在響應非生物脅迫時,NO通過對PRMT5125位半胱氨酸殘基(Cys-125)特異的亞硝基化修飾而調控其甲基轉移酶活性,即Cys-125PR  MT5感受NO信號必需。PRMT5甲基轉移酶中Cys-125的亞硝基化修飾增強了植物體內精氨酸雙對稱性甲基化修飾的水平,介導脅迫相關基因pre-mRNA的正常剪切,因而增強了植物對脅迫的耐受性。研究發現NO介導的蛋白質亞硝基化修飾與蛋白質甲基化通路互作,從而協調植物拮抗非生物脅迫的分子機制。(Molecular Cell

 

 

CRISPR-Cas系統切割RNA研究獲重要進展

 

幾乎所有的古菌和約50%的細菌都具有CRISPR-Cas系統,用以抵抗病毒和質粒的侵染。研究人員利用X-ray晶體學的方法成功解析了LbuCas13a-crRNA-target RNA的三元復合物結構(3.08Å)。通過冷凍電鏡技術,獲得了3.2Å LbuCas13a-crRNA的二元復合物結構。結構顯示,Cas13a具有RECNUC兩個葉片,其中NUC葉片包含兩個HEPN結構域、Helical-2結構域以及連接兩個HEPN結構域的連接結構域,兩個HEPN結構域組成了Cas13a切割target RNA的活性區域。crRNA識別序列互補的目的RNA,并與之結合形成雙鏈RNA并被NUC葉片包圍  時,雙鏈RNA的形成引起crRNACas13a蛋白的構象變化,促使兩個HEPN結構域相互靠近,進而激活Cas13a蛋白。研究人員通過結構和功能研究證明,由crRNAtarget RNA激活的Cas13a能切割任意單鏈的RNA。該研究成功解析了Leptotrichia buccalis (Lbu)細菌中Cas13acrRNA (CRISPR-RNA)及其target RNA三元復合物3.08Å的晶體結構、Cas13acrRNA二元復合物3.2Å的電鏡結構。研究結果證實,target RNA的結合導致LbuCas13a的兩個發揮RNA干擾功能的HEPN結構域發生構象變化,從而激發LbuCas13a非特異性地切割任意單鏈RNA的酶切活性。該成果為研究Cas13a發揮RNA酶活性的分子機制提供了重要的結構生物學基礎。(Cell

 

 
科學家破解GPCR信號轉導的磷酸化密碼

 

GPCR信號通路需要“開”與“關”來調節,其中“關”的信號就是由GPCR磷酸化密碼來決定的。鑒定與解釋GPCR磷酸化密碼是當今細胞信號傳導領域最重要的一個科學問題。GPCR是目前最成功的藥物靶標,迄今40%左右的上市藥物是以GPCR為靶點。GPCR作為細胞信號轉導的“信號兵”,是通過下游G蛋白和阻遏蛋白兩條主要的信號通路轉導跨膜信號。當受到外界信號刺激,GPCR激活G蛋白調節第二信使產生,進而“開放”下游信號傳導。為了“關閉”這一信號,GPCR激酶(GRK)將GPCR尾部磷酸化。GPCR尾部一旦被磷酸化,就會激活阻遏蛋白并與之形成緊密結合復合物,進而介導信號“關閉”。因此,阻遏蛋白與GPCR的結合是協調整合GPCR下游信號網絡的關鍵,而GPCR的尾部磷酸化則是破解GPCR招募并結合阻遏蛋白難題的關鍵密碼。(Cell

 

 

WRKY蛋白通過赤霉素途徑調控植物衰老進程

 

衰老是一個受內外因素共同調控的復雜生物學過程,是包括植物在內的大多數生物體在發育過程中必然經歷的一個階段。研究發現擬南芥WRKY45是一個衰老相關基因,其表型分析發現,WRKY45突變能延緩植物衰老進程,而其過表達則顯著促進植物衰老進程?;虮磉_和染色質免疫共沉淀分析表明,WRKY45通過直接調控一系列衰老相關基因的表達來調控植物衰老過程。進一步研究發現,WRKY45能與RGL1蛋白在細胞核內相互作用形成復合物,RGL1是赤霉素信號轉導途徑中的轉錄抑制蛋白。通過表型分析發現,RGL1過表達能顯著延緩植物衰老,而赤霉素信號轉導途徑中的轉錄抑制蛋白五突變體della則表現出衰老加速的表型。通過外源噴施GA可以顯著促進植物衰老進程,而赤霉素合成突變體ga1和赤霉素受體三突變體gid1agid1bgid1c則表現出明顯衰老延緩的表型。通過遺傳雜交實驗證實,WRKY45過表達植物中提前衰老的表型可以部分地被RGL1過表達所推遲,同時通過體外實驗和染色質免疫共沉淀分析表明RGL1可以抑制WRKY45對下游靶基因的直接調控。(Molecular Plant

 

破譯環狀RNA調控豬產肉性狀形成分子機制

 

我國是世界上最大的生豬養殖和豬肉消費國,豬產肉性狀的改良一直是豬育種界最重要的研究課題之一。豬產肉性狀形成分子機制極其復雜,受miRNA、lncRNAcircRNA等多種RNA分子及其多維網絡互作調控。circRNA是區別于傳統線性RNA的一類新型RNA分子,具有閉合環狀結構,在許多生物學過程發揮重要調控作用。研究者從豬脂肪、心肌和肝等9種不同組織以及三個發育階段的骨骼肌中,系統鑒定5934個環狀RNA,分子特征分析表明豬環狀RNA表達具有高度的時空特異性,與小鼠和人等物種具有較強的保守性;30%以上的環狀RNA作為miRNAsponges對基因表達發揮重要調控作用;發現數百條骨骼肌中特異性豐富表達以及產肉性狀相關環狀RNA分子。進一步的功能分析表明:在出生后0-30天,circRNA主要調控骨骼肌的生長發育和肌纖維類型轉換;30-240天時,circRNA主要調控骨骼肌糖代謝和鈣離子信號。最后,研究人員構建了circRNA-miRNA-mRNA多維調控網絡和環狀RNA數據庫。據悉,這是農業動物首張環狀RNA的時空圖譜和首個數據庫。(DNA research

 

 

水稻條紋病毒與介體昆蟲互作領域取得新成果

 

水稻條紋病毒(RSV)是一種蟲媒纖細屬病毒,主要由介體昆蟲灰飛虱以持久、增殖型方式傳播,導致東南亞水稻等農作物嚴重減產。研究發現,RSV的衣殼蛋白CP競爭性結合灰飛虱的G蛋白通路抑制因子IIGPS2),減弱了GPS2JNK激活復合物的抑制作用,從而提高了JNK的磷酸化水平。同時,病毒還提高了JNK信號通路上游的腫瘤壞死因子TNF-α的表達,降低了GPS2的表達。JNK磷酸化水平的提高增加了RSV在昆蟲體內的增殖,而通過干擾JNK基因的表達或使用JNK激活的抑制劑,RSV在昆蟲體內的增殖會受到抑制,并延緩植物的發病。這一研究結果揭示了JNK信號通路在病毒復制過程中的關鍵作用,為今后控制RSV的傳播提供了新思路。(eLife)

 

 

植物葉片溫度研究獲新進展

 

隨著全球變暖,植物的熱適應成為人們關注的熱點之一。研究人員以種植在相同環境下的20種元江干熱河谷冠層優勢植物和18種熱帶雨林冠層優勢植物為研究對象,利用紅外熱像儀對植物葉片的溫度進行研究,并摸索出了“三溫法”(葉片溫度-無蒸騰葉片溫度-參考葉片溫度),成功對葉片物理溫度效應和蒸騰溫度效應進行了原位測量和分離。研究發現,相同環境下,元江干熱河谷地區的植物葉片溫度普遍低于熱帶雨林植物;干熱河谷地區的植物葉片較小,反射率較高,吸收率較小,總的物理降溫效果優于熱帶雨林植物。水分缺乏的時候,物理降溫在一定程度上緩解了高溫對葉片的脅迫;另一方面,干熱河谷地區的植物蒸騰速率普遍高于熱帶雨林植物,蒸騰降溫較熱帶雨林植物高,在葉片解剖結構上也表現出更大的葉脈密度和氣孔面積指數(氣孔長度×氣孔數量)。即使在雨季,元江干熱河谷地區的溫度也可能超過40°C,高效的蒸騰降溫保證了光合作用的順利進行,使這些植物以更高的光合速率盡可能多地合成干物質以彌補生長季較短的不足。(Functional Ecology  

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