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生物技術前沿一周縱覽(2018年3月16日)

2018-03-16 14:51 | 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(2018316日)

 

水稻小分子RNA功能研究獲進展

 

植物應對逆境脅迫過程中,蛋白二硫鍵異構酶催化的二硫鍵形成對蛋白的穩定、正確折疊以及蛋白功能的正常發揮有重要作用,并最終影響植物的抗逆性及作物產量與品質形成。水稻二硫鍵異構酶基因OsPDIL1;1是一個關鍵的二硫鍵異構酶基因。小分子RNA是生物體內普遍存在的一類長度在18-24 nt之間的非編碼RNA,是真核生物內最重要的調控因子之一。研究人員發現一個水稻特異的小分子RNA 5144-3posa-miR5144-3p)調控OsPDI1;1 mRNA的表達,并在水稻種子發育及生物逆境脅迫過程中起著重要調控作用。超表達OsPDIL1;1和降低表達osa-miR5144-3p使水稻對鹽、高溫、低溫的抗性增強、種子中汞含量下降、同時使水稻種子淀粉粒更加飽滿、緊促;而降低OsPDIL1;1的表達和提高osa-miR5144-3p的表達則降低了水稻對這些非生物逆境脅迫的抗性并導致水稻種子中的淀粉粒變小、松散。(Plant and Cell Physiology)

 

 

科學家解析玉米籽粒發育新機制

 

玉米籽粒性狀是影響玉米產量的重要因素之一。研究人員通過篩選田間育種材料中的自然突變體,發現一份在穗部明顯發生籽粒大小分離的材料;將突變體作為供體親本,與自交系B73構建了BC1分離群體;通過圖位克隆,初步證實玉米 Urb2 基因( ZmUrb2 )為控制籽粒發育性狀的目標基因;通過構建CRISPR/Cas9基因敲除載體對候選基因進行等位驗證,進一步驗證了候選基因的準確性。然后通過蔗糖密度梯度超速離心、Northern BlotCircular RT-PCR等方法進一步解析 ZmUrb2 的作用機制,證實了在玉米中同時存在類似于小鼠和人類等多細胞動物與類似于酵母的pre-rRNA加工路徑,Urb2 主要通過影響核糖體的生物合成和pre-rRNA的加工來影響籽粒發育和整個營養生長過程;此外,單倍型分析表明 ZmUrb2 基因可能在玉米從熱帶到溫帶的馴化過程中被人工選擇。New Phytologist

 

 

植物三萜代謝物多樣性形成的催化機制

 

植物合成結構各異的20多萬種代謝產物,其中萜類代謝物多達2萬種以上。研究人員在前期工作中鑒定出粳稻帕克醇合酶(OsPS),該酶能夠合成椅式-船式-椅式構象的四環三萜帕克醇。研究組最近發現,該酶在秈稻的直系同源基因編碼一個新的、多產物OSC——秈稻醇合酶(OsOS)。OsOS能夠合成一種新的椅式-半椅式-椅式構象的五環三萜秈稻醇的主產物及12種不同的三萜類化合物。通過分析比較來自水稻的兩個亞種及其野生近緣種的同源基因及其功能,研究人員發現絕大部分秈稻和野生稻具有OsOS的催化功能,而OsPS是粳稻馴化過程中由其近緣野生稻新產生的單功能三萜環化酶。研究人員利用分子進化分析、蛋白結構模擬、定點突變和催化功能分析,從46個多態性位點中鑒別出3個對產物的構象和結構變化具有重要影響的關鍵氨基酸位點。這些位點的氨基酸殘基通過影響第4個氨基酸殘基(Tyr 257)的空間方向,決定了產物及其構象。(New Phytologist

 

 

PIP在病原菌抵抗植物免疫過程中應對植物環境變化

 

野油菜黃單胞菌(Xcc)可引起擬南芥、甘藍等多種十字花科植物的黑腐病,是研究植物與病原細菌相互作用分子機理的重要模式菌。研究人員發現,pip基因(編碼的脯氨酸亞氨基肽酶)缺失導致Xcc致病力下降,且pip的表達在植物中受到誘導,發現XccR通過感應植物信號,并與pip啟動子上游的luxXc box結合調控pip的表達,這是國際上最早研究的受植物信號分子跨界調控的LuxR solo系統。最新研究發現:群體感應LuxR solo蛋白被首次發現可直接調控III型分泌系統效應因子PIP的表達;PIP在調節細菌基因表達和植物宿主免疫過程中具有雙重作用,即通過協調自身細胞內外環境,以“內外兼顧”的策略以利于侵染植物的復雜機制:一方面,PIP作為細菌運動性的負調控因子,促進細菌胞內第二信使c-di-GMP積累,并抑制細菌鞭毛相關基因的表達;另一方面,當Xcc與植物宿主細胞接觸時,PIP蛋白又作為效應因子通過III型分泌系統注射到植物細胞內,干擾植物水楊酸抗病信號途徑。Molecular Plant Pathology

 

 

特異性根系分泌物組分驅動的土壤C-N循環過程及作用機制

 

森林根系分泌物輸入在森林土壤生物地球化學循環過程中的重要作用已獲得廣泛認可和極大關注。研究人員選取了兩種不同能量特性的根系分泌物組分(葡萄糖和草酸,前者能量遠高于后者),研究兩種模擬根系分泌物組分輸入對西南亞高山森林土壤C-N養分轉化過程的影響效應與作用機理差異。研究表明,草酸添加后打破了金屬/礦物-有機復合體界面穩定性(降低了鐵鋁金屬有機復合體(MOCs)和鐵鋁短程有序態(SROs)的含量),將被金屬/礦物保護的有機質釋放出來供土壤微生物和胞外酶分解利用,從而間接促進土壤微生物對SOM分解,增加土壤N素的有效性。相反地,葡萄糖添加卻顯著增加了土壤中鐵鋁金屬/礦物-有機質復合體的形成,使得保護態的SOM很難被土壤微生物和胞外N轉化酶直接分解利用,從而誘導了相對較小的N轉化速率。Soil Biology and Biochemistry

 

 

新型蛋白質和胞外多糖共同介導活性污泥菌膠團的形成

 

微生物菌膠團的形成是活性污泥法成功的關鍵。菌膠團形成菌所產生的膠質狀胞外多聚物(簡稱EPS)是活性污泥菌膠團形成所必需的“黏合劑”。研究組鑒定出一個依賴于RpoN sigma因子的雙組分系統(Two-component systemPrsK(感受器組氨酸激酶)和PrsR(響應轉錄調控因子),共同調控一類稱為PEP-CTERM的特殊胞外蛋白質的表達。PEP為靠近羧基端、高度保守的脯氨酸-谷氨酸-脯氨酸基序,可能是蛋白質分選信號。該蛋白富含天冬酰胺殘基(N),與胞外多糖可能通過N-聯鎖的蛋白質糖基化形成網狀的EPS:胞外多糖長鏈相當于網線,而PEP-CTERM蛋白質象使網線交織的網節,包裹微生物細胞來介導活性污泥微生物菌膠團的形成。利用質粒過量表達PEP-CTERM蛋白APepA)可以繞開PrsK-PrsR二組分系統在菌膠團形成中的必要性。研究發現,所鑒定的與菌膠團形成相關的PEP-CTERM、prsK-prsR和胞外多糖合成基因和基因簇在索氏菌(Thuaera)、聚磷菌(CAP)、亞硝化細菌和最近發現的硝化螺旋菌屬(Nitrospira)的全程氨氧化菌(comammox)等多種重要的活性污泥細菌基因組或宏基因組中存在,說明這些活性污泥細菌可以形成菌膠團,從而在活性污泥工藝中得以富集,發揮有機污染物降解和除磷脫氮功能。Environmental Microbiology

 

 

稻田土壤有機碳礦化及其激發效應對多種養分添加的響應研究獲進展

 

施肥(養分元素添加)是農業生產過程的重要環節,如何科學合理施肥促進稻田土壤有機質周轉,從而實現稻田土壤可持續發展,是當今農業生態關注的重點研究之一。研究人員NH4Cl、KH2PO4、Ca2SO4·2H2O作為外源養分,研究了高、低濃度養分添加條件下稻田土壤有機碳礦化及其激發效應的特征。研究表明,多種養分元素的低濃度添加可促進稻田土壤CO2排放量(12%-17%),表現為明顯的正激發效應;而高濃度養分添加可減少其CO2排放量(3%-21%),表現為明顯的負激發效應。其機制可能為,多種養分元素的高濃度添加降低了土壤微生物生物量、代謝熵值(qCO2)和凈氮礦化值,從而增加了其微生物的周轉,導致土壤有機碳礦化的降低。Applied Soil Ecology

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