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生物技術前沿一周縱覽(2017年9月29日)

2017-09-29 10:18 | 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(2017929日)

R-loop影響葉綠體基因組穩定的調控機制

 

R-loop是一種特殊的三鏈核酸結構,其組成包括一條DNA:RNA雜合鏈(由RNA與其同源DNA序列互補雜交形成)和一條單鏈DNA。研究人員通過分析獲得RNase H1蛋白(AtRNH1C),發現其可以調節葉綠體中R-loop水平的變化,從而維持基因組的穩定性和發育;后續分析揭示AtRNH1C可以與DNA解旋酶協作來解除葉綠體基因組rDNA區轉錄與復制時發生迎面(Head-on)對撞,從而減少DNA的損傷。當AtRNH1CDNA解旋酶的活性減弱或缺失時,R-loop就會在rDNA區大量積累,同時DNA復制受阻,導致轉錄與DNA復制叉發生迎面(Head-on)對撞并破壞葉綠體基因組的穩定性。(The Plant Cell

 

 

生長素調控葉片展開

 

葉片是植物進行光合作用的主要器官。為最大限度提高光合能力,高等植物的葉片進化出了具有極性(即不對稱性)的扁平形狀。研究人員發現葉片原基中存在生長素濃度差異,近軸面(葉片靠近莖尖一側,即背面)生長素濃度低,遠軸面(腹面)生長素濃度高(2014, PNAS 111:18769-18774)。通過對生長素、生長素信號轉導通路下游的響應因子進行精細成像,該研究組進一步發現生長素與下游響應因子MP僅存在部分重疊,從而在近-遠軸面之間的中間區界定了高生長素信號。進而,MP可以直接激活WOX1PRS在中間區特異的表達。WOX1PRS是中間區形成的決定因子,是葉片向兩側展開的關鍵。此外,葉片遠軸面特異表達的生長素通路下游響應因子ARF2、ARF3ARF4直接抑制WOX1PRS在遠軸面區域的表達。MPARF2/3/4的共同作用使WOX1PRS在葉片中間區域特異表達,從而使葉片能夠展開。(Current Biology

 

 

榕樹枝條-葉片異速生長模式

 

陸生植物葉片大小的變異程度超過六個數量級,葉片多樣的變異特征、功能和進化意義,一直是植物學家關注的熱點問題。研究人員對版納植物園的28種榕屬植物冠層的末端枝條與葉片的異速生長關系,及其與枝條水力結構、機械支撐功能之間的關系進行研究。結果表明:(1)榕屬植物小枝與葉片的大?。娣e和重量)呈等速生長關系,而葉柄與葉片的大小呈異速生長關系;(2)小枝出葉強度(單位重量的小枝支撐的葉片數量)與葉片大小呈負的等速生長關系;(3)榕屬植物小枝的水分傳導效率與機械支撐能力之間存在權衡關系,即木質部導管越大、導管密度越高,其水分傳導效率越高,但機械支撐能力越弱;(4)榕屬植物小枝木質部的雙重功能即水分傳導和機械支撐能力之間的權衡關系,決定小枝-葉片大小異速生長的模式。(Frontiers in Plant Science

 

 

楨楠抗旱機制研究獲進展

 

楨楠(Phoebe zhennan)為樟科常綠大喬木,又稱金絲楠,是我國特有的珍貴用材樹種。研究人員研究了干旱對楨楠生長和代謝的影響,以及磷添加對減輕干旱脅迫的調控機制。研究發現,干旱影響了楨楠的生長和代謝過程,但楨楠葉面積、氣孔導度、蒸騰速率的降低,水分利用效率的增加、抗氧化酶活性的升高和抗氧化物質含量的積累,均表明楨楠對干旱具有較強的適應力。磷添加增加了楨楠根系生物量,增強了根系從土壤中的吸水能力;同時,磷添加增加了干旱脅迫下楨楠葉片相對含水量、凈光合速率和PSⅡ的最大量子效率,這是由于增加了根系生物量、葉綠體色素、滲透調節物質和含氮化合物含量,降低了MDA含量。磷添加對正常水分條件下的楨楠生長和代謝無影響或有輕微抑制作用。研究顯示,楨楠抗旱性強,施磷肥可提高其耐旱能力,其作用機制主要是通過調節楨楠葉片的生理生化過程而不是水分的有效性。在未來應對干旱頻發的氣候條件下,合理施用磷肥能夠增強楨楠幼苗的抗旱性,促進其生長發育。這對瀕臨滅絕的楨楠林的保護和資源培育具有現實意義。(Frontiers in Plant Science


 

組蛋白密碼的“閱讀者”調控植物耐逆的分子機制

 

研究人員從大豆中鑒定出一個特殊的PHD鋅指蛋白——GmPHD6。它屬于PHD中的Alfin亞類,Alfin亞類遍具有轉錄抑制能力,而GmPHD6例外。該研究發現GmPHD6必須與LHP1(類異染色質蛋白)相互作用,并依賴LHP1的轉錄激活能力,調控下游耐鹽基因的表達。

PHD鋅指蛋白又被稱為組蛋白密碼的“閱讀者”, 因為PHD結構域識別不同修飾的組蛋白H3。GmPHD6識別H3K4me0/1/2,但并不通過PHD結構域,而是通過其N端,這又是其與眾不同之處。此外GmPHD6N端還能識別下游基因的啟動子。而PHD結構域負責與LHP1的相互作用?;谝陨习l現總結出GmPHD6的分子調控模型:H3K4me0/1/2可能與植物逆境調控關聯,它們招募GmPHD6,而GmPHD6招募LHP1形成轉錄調控復合體。復合體通過GmPHD6靶定下游基因,通過LHP1激活下游基因表達,從而提高植物的耐逆能力。該研究是PHD鋅指蛋白調控機制的重要補充,為改善作物耐逆性提供了重要的理論依據。(Plant Physiology

 

 

青蒿分泌型腺毛發育機制重要發現

 

青蒿是我國傳統中草藥,因其能合成用于治療瘧疾的特效成分青蒿素而聞名全球。研究人員以分泌型腺毛轉錄組作為切入點,基于共表達及進化分析,獲得了一個R2R3MYB subgroup9 亞家族轉錄因子蛋白AaMIXTA1。進一步分析AaMIXTA1的表達部位,發現其主要在分泌型腺毛的兩個基細胞中優勢表達。通過表型觀察和HPLC檢測,在AaMIXTA1過表達植株中,青蒿葉片表面分泌型腺毛密度顯著提高,同時青蒿素含量也顯著提高;在AaMIXTA1嵌合抑制植株中分泌型腺毛密度顯著降低,且青蒿素含量也顯著降低,這表明AaMIXTA1參與青蒿分泌型型腺毛發育的調控,并且可以通過調節腺毛密度來影響青蒿素的含量。與此同時,研究人員通過AaMIXTA1 RNAi干擾植株轉錄組數據和生理生化實驗分析發現,在AaMIXTA1-RNAi干擾植株中,青蒿葉片表面的角質層合成酶基因的表達顯著下降,如AaCYP86A1、AaCYP77A1、AaCER1、AaKCS5、AaABCG12等。此外,其角質層的主要組成成分含量也顯著低于野生型青蒿。相反,在AaMIXTA1過量表達植株中,其角質層的主要組成成分含量顯著提高。綜上所述,說明AaMIXTA1是參與調控青蒿分泌型腺毛發育的一個重要因子,并且還影響青蒿葉片表面角質層的合成。(New Phytologist

 

 

作物表觀調控與能量代謝的關系

 

組蛋白去乙?;且环N重要的染色質表觀修飾形式。一般情況下,該修飾可以增強DNA與組蛋白八聚體的結合,使核小體結構變得緊密,阻止各種轉錄因子和輔助轉錄因子與DNA結合位點特異性結合,抑制基因表達。水稻OsSRT1是一個依賴NAD+的去乙?;?。研究人員通過遺傳學、分子生物學和生物化學等方法證明OsSRT1與水稻糖酵解中的關鍵限速酶3-磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)相互作用,同是也發現3-磷酸甘油醛脫氫酶具有直接調控一系列糖酵解酶基因的轉錄激活功能。研究還發現,OsSRT1通過調節GAPDH的賴氨酸乙?;綄ζ滢D錄活性、核質中的比例進行動態調控,進而影響水稻的能量代謝。(Nucleic Acids Research)

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