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生物技術前沿一周縱覽(2018年1月5日)

2018-01-05 14:53 | 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(201815日)

 

植物AGO1促進基因轉錄的全新功能

 

AGO1是擬南芥AGO蛋白家族的最重要成員。AGO1主要結合miRNA,在細胞質中通過切割靶mRNA或介導翻譯抑制在轉錄后水平抑制靶基因表達。研究通過AGO1染色質免疫共沉淀偶聯高通量測序(ChIP-seq),鑒定得到940 AGO1結合區域,這些區域主要位于基因區。mRNA測序(RNA-seq)結果分析顯示AGO1結合的基因比AGO1不結合的基因表達水平更高,并且在AGO1的缺失突變體中,這些基因的表達下降,說明結合于基因上的AGO1可促進基因表達。隨后,通過新生RNA測序(GRO-seq)和Pol II ChIP-seq發現,AGO1在轉錄水平促進基因表達。進一步研究發現AGO1SWI/SNF蛋白復合體互作,并且AGO1與靶基因的結合需要SWI/SNF蛋白復合體。該研究發現AGO1對茉莉酸通路基因的激活及信號轉導具有重要作用。

AGO蛋白能在植物響應植物激素和環境脅迫過程中起到重要的調控作用。(Developmental Cell

 

 

植物平衡脅迫應答和生長發育的分子機制

 

由于無法通過移動有效地逃避脅迫,植物必須精確地平衡生長發育和脅迫應答,以適應不斷變化的環境?;诙苛姿峄鞍捉M學分析,研究發現ABA受體PYR1/PYLs蛋白存在一個保守的磷酸化位點,ABA抑制這一位點的磷酸化。外源ABA處理后,PYL蛋白中這一位點的磷酸化消失。通過點突變模擬這一位點的磷酸化發現磷酸化的PYL蛋白不能結合ABA,也不能抑制PP2C的活性,失去感受和傳遞ABA信號的功能。非磷酸化形式的的PYL轉基因植物的恢復生長(Recovery Growth)與野生型相比明顯延遲。研究進一步發現,TOR能特異地磷酸化PYL蛋白這一位點。已知TOR蛋白高等生物中非常保守,控制細胞能量代謝、細胞生長和發育過程的關鍵因子。tor突變體以及TOR復合體組分突變體raptor等對ABA敏感,并在正常條件下表現出生長抑制、SnRK2活性增加、脅迫應答基因表達等脅迫類似表型。同時,TOR復合體中的調節組分RaptorBABA受體下游核心蛋白激酶SnRK2的底物。脅迫條件下ABA激活SnRK2蛋白激酶,并通過磷酸化RaptorB蛋白,促進TOR復合體的解離,抑制TOR的活性。該研究發現ABA受體的磷酸化調控機制,并發現TOR蛋白激酶復合體和ABA受體偶聯途徑組成的調節環(loop)平衡植物生長發育和脅迫應答的分子機理。(Molecular Cell

 

 

植物激素互作機制研究獲進展

 

植物激素脫落酸(ABA)和生長素(auxin)相互協同或拮抗調控植物生長發育和應對環境脅迫的過程。研究人員以擬南芥根的發育為研究模型,通過篩選ABA信號通路主要組分的突變體對外源生長素的響應,發現ABA信號傳導通路的主要負調控基因ABI1參與生長素介導的根的發育,定位于內質網的小分子量熱激蛋白sHSP22受生長素的誘導表達依賴于ABI1。通過遺傳學、細胞生物學和生理學等方法揭示ABAAuxin互作的新機制,提出“ABI1-sHSP22”介導兩種激素信號交叉作用進而調控根發育的工作模型。(Plant Physiol

 

 

GWAS研究揭示玉米直鏈淀粉含量的遺傳結構

 

淀粉是玉米籽粒中含量最豐富的碳水化合物,主要包含了25%直鏈和75%左右的支鏈淀粉。跟總淀粉含量不同的是,直鏈和支鏈淀粉的各自所占的百分含量決定了食品原料和工業應用中不同的加工性能。研究人員利用了464株玉米籽粒中表型直鏈淀粉的含量,以及對應的9,007,194SNPs的基因型,進行連鎖不平衡的全基因組關聯分析,篩選出了與直鏈淀粉合成相關的27SNPs以及有潛力的39個候選基因,這些結果初步闡明了直鏈淀粉合成的調控網絡,對后續研究和改良玉米籽粒具有重要指導意義。(Plant Biotechnology Journal)

 

 

擬南芥膽堿轉運蛋白CTL1通過調控囊泡運輸影響植物的生長發育及離子平衡

 

膽堿及其后續產物磷脂酰膽堿(PC)是真核細胞細胞膜的重要組成部分,占到細胞膜磷脂總含量的60%,然而它們的含量在從內質網合成,然后經由高爾基體和囊泡運輸到質膜的過程中逐漸減少,且在細胞質膜上極性分布在于脂雙層外側。研究人員運用離子組學手段,通過正向遺傳學篩選,獲得一個多種礦質元素含量發生顯著變化的突變體sic1,并通過圖位克隆證實一個編碼膽堿轉運蛋白的基因CTL1的點突變導致了該表型。深入研究表明,CTL1基因能夠影響擬南芥胞間連絲的發育及其功能,從而阻礙了根部重要轉錄因子SHR蛋白從中柱向內皮層細胞的移動,造成了sic1突變體中的細胞屬性的變化,進而導致HKT1HMA4等離子轉運蛋白基因在根部外皮層異位表達而影響了植株中NaZn的含量。(PLoS Biology)

 

 

藍藻利用單個轉錄因子對代謝產物的響應來維持體內碳氮代謝平衡

 

碳氮代謝是各種生物生存和生長所必須的,而微生物通過精細調控碳氮代謝平衡來適應不同的生長環境。研究人員利用X-射線晶體學手段解析了藍藻碳代謝全局性轉錄抑制子NdhR的三維結構,發現2-OG2-PG分別是NdhR的協同抑制子和誘導子。研究人員結合結構生物學、生物化學和微生物遺傳學實驗,發現藍藻中氮濃度偏低時,2-OG濃度升高,NdhR2-OG結合后與DNA啟動子區域的親和力增強,從而抑制碳轉運相關基因的轉錄,以維持藍藻內的碳氮平衡。當藍藻內碳濃度偏低時,2-PG濃度升高,NdhR結合2-PG后構象發生變化,從啟動子區域釋放下來,其抑制子活性被解除,碳轉運相關基因大量表達,進而實現碳氮平衡。這不僅闡明了LysR家族轉錄抑制子的一種全新調控機制,還揭示了藍藻利用單個轉錄因子對代謝產物的響應來維持體內碳氮代謝平衡的分子機理。(PNAS

 

 

水稻有望實現高錳低鎘

 

錳作為一種重要的礦質元素,在日常飲食中往往不足。通過生物強化作用雖然可以增加水稻籽粒的錳含量,但有害重金屬鎘含量也同時上升。研究人員利用低錳秈稻品種93-11和高錳品種培矮64s為親本的重組自交系結合高密度遺傳圖譜,在水稻第7號染色體短臂上檢測到一控制籽粒錳含量的主效QTL——qGMN7.1。93-11背景qGMN7.1的染色體片段代換系其籽粒錳濃度顯著上升,鎘濃度顯著下降,根系的錳吸收能力增強。qGMN7.1最終確證是一個調控錳鎘吸收的基因OsNRAMP5,基因啟動子的序列變異引起了轉錄水平的表達差異,導致籽粒錳濃度的變化。該研究表明,OsNRAMP5在調控水稻籽粒錳含量方面起了重要作用。(Scientific Reports 

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