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生物技術前沿一周縱覽(2018年7月6日)

2018-08-21 14:33 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年7月6日)

 生物技術前沿一周縱覽(201876日)

 

ABA分解代謝調控因子,并揭示其影響植物抗旱性的機制

 

脫落酸(abscisic acid,ABA)是植物干旱脅迫響應中的重要信號分子。ABA在植物體內的積累取決于ABA的生物合成和代謝。研究人員發現,干旱脅迫后,SVP在葉片中的表達上調,同時,SVP過表達會增強植物抗旱能力,說明SVP是擬南芥抗旱性的正調控因子。進一步研究發現,轉錄因子SVP的直接靶基因是ABA分解代謝基因CYP707A1/3AtBG1。SVP抑制CYP707A1/3的表達,而增強了擬南芥葉片中AtBG1的表達,從而提高植物體內的ABA水平。研究人員進一步在svp突變體植株中過量表達AtBG1或是突變CYP707A1/3,結果發現svp突變體中ABA含量增加并且突變體的抗旱性增強。這些結果表明,SVPABA分解代謝的中心調控因子;SVP,CYP707A1/3AtBG1途徑在植物的抗旱性中起關鍵作用。Molecular Plant

 

 

PRR激活MAPK提高植物抗病性

 

植物通過位于細胞膜表面的模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)感知病原菌的存在,激活免疫反應。研究人員發現同源蛋白MAPKKK3MAPKKK5同為MPK3/6途徑組份,作用于多個PRR下游。定位于胞質的類受體激酶第七亞家族(receptor-like cytoplasmic kinase subfamily VII, RLCK VII)成員,直接磷酸化MAPKKK5Ser599,從而正調控PRR介導的MAP`K激活、下游基因表達及植物的抗病性。激活后的MPK6能通過正反饋,進一步磷酸化MAPKKK5Ser682Ser692位點,由此增強MPK3/6通路的活性和抗病性。此外,MPK4級聯通路也受到類似調控。RLCKs VII成員和MPK4通過磷酸化MEKK1Ser603位點,正調控MPK4通路的活性。(The Plant Cell

 

 

小麥等大基因組作物核心基因組低成本組裝及新基因挖掘研究獲進展

 

植物高度的遺傳多態性為分子育種提供了豐富的遺傳資源,目前普遍種植的小麥是6倍體,全基因組有17Gb,另外,廣泛栽培的大麥、棉花、玉米、花生和大豆都具有Gb尺度的基因組,即便是覆蓋度要求較低的重測序實驗都需要極高的成本。該方法的理論依據在于調控基因活性的重要表觀修飾普遍富集在基因及啟動子區,通過免疫共沉淀技術及優化拼接方案從而有效獲得基因及附近序列。對小麥中國春品種進行核心基因組組裝獲得的片段與基因區域高度吻合,能夠高效挖掘新基因、調控區域及多態性位點。該方法已申請專利,其優勢在于不依賴參考基因組序列,直接捕獲基因及調控區序列,從而極大地降低群體核心基因組拼接的成本,有力地提高大基因組物種的分子遺傳與群體遺傳學研究效率。(Nucleic Acids Research

 

 

植物miRNA合成調控領域取得進展

 

在不同的生長發育階段和受到外界生物、非生物脅迫時,生物體需要精細地調控基因的表達水平。研究人員利用生物化學、分子生物學和遺傳學的手段,鑒定了SMA1調控miRNA合成的重要功能。該研究分離了一個發生點突變的sma1突變體,導致植株矮小、花和葉片等器官變小,進一步研究揭示SMA1miRNA合成的多個層面發揮功能:(1)調控RNA聚合酶II介導的pri-miRNA轉錄;(2)與DCL1加工復合體互作影響pri-miRNA的加工;(3)調控DCL1pre-mRNA 內含子的剪切,進而影響DCL1蛋白的表達水平。SMA1基因編碼一個DEAD-box結構域蛋白,在真核生物中高度保守。其同源基因Prp28在酵母、動物中調控mRNA前體(pre-mRNA)內含子的剪切。由于在植物中SMA1功能缺失導致胚胎致死,該基因在植物中的功能一直未見報道。 該研究首次揭示了SMA1基因調控miRNA合成的新功能,也將為利用生物技術的手段改善農藝性狀提供理論基礎。(Nucleic Acids Research

 

 

水稻黃單胞菌效應子調控作物免疫新機制

 

黃單胞菌是一類能夠侵染水稻、小麥、番茄以及十字花科等多種單子葉和雙子葉植物的病原細菌。研究人員對水稻白葉枯病菌16non-TAL效應子的功能進行了系統分析,分離了在水稻黃單胞菌致病性中發揮關鍵作用的效應子XopK。研究發現XopK具有E3泛素連接酶活性,通過直接泛素化修飾水稻重要免疫受體激酶OsSERK2并介導其降解,抑制植物免疫反應從而促進病菌致病性。該研究揭示了水稻白葉枯病non-TAL效應子XopK的生化活性,闡明了其操控植物免疫的機理和在病菌致病過程中的功能。(New Phytologist

 

 

DNA復制起點識別復合物3-Å分辨率的冷凍電鏡結構

 

DNA復制起始在真核生物細胞體中受到嚴格精密的調控。研究人員解析ORC-ARS305 DNA復合物的結構中,ARS305包含一段ARS高度保守序列(ARS consensus sequence, ACS)和一段B1元件序列,長度為72 bp。在這個結構中,ORC的六個亞基通過與磷酸骨架的非特異性以及與堿基的特異性相互作用環繞DNA,并在ACSB1位點使DNA發生彎曲。該結構的一個關鍵特征是Orc1的保守堿性氨基酸區域(Orc1-BP,basic patch)深深地插入ACS的小溝中進行序列特異的堿基識別。另外,酵母特有的具有物種特異性的位于Orc4 Wing Helix結構域(WHD)中的Helix InsertionOrc4-IH)嵌入ACS的大溝中,與相應的堿基形成疏水相互作用。重要的是,在ACS區域形成的這些堿基特異的相互作用的堿基都非常保守。此外,在B1區域中,也有類似的來自Orc2Orc5的堿性氨基酸區域插入到大溝和小溝中,與堿基相互作用,并使DNA彎曲。因此,釀酒酵母ORC高度序列特異性主要是通過ORC亞基的大溝、小溝插入基序與ACS保守堿基之間的特異性相互作用實現的。序列比對分析顯示,所有真核生物Orc1N端都具有類似釀酒酵母的Orc1-BP;然而Orc4-IH卻只是在釀酒酵母中存在。這些發現,很大程度上解釋了不同物種ORC識別起始DNA特異性差異背后的原因。(Nature

 

 

種子植物進化獲進展

 

現存種子植物包括蘇鐵類、銀杏類、松柏類、倪藤類和被子植物五大支系,其中前四支為裸子植物。研究人員對裸子植物所有13個科進行了轉錄組測序,結合被子植物主要支系的基因組數據,采用系統發育基因組學方法,利用獲得的1308個直系同源基因完全重建了種子植物五大支系間的進化關系,并探討了種子植物進化關系重建中沖突產生的原因。多種分析的結果高度一致,倪藤類是松科植物的姐妹群(倪藤-松假說,Gnepine hypothesis)。同時,該研究還發現倪藤類與被子植物的分子進化速率相似,遠高于其它種子植物,表明倪藤類與被子植物可能經歷了相同的選擇壓。該研究還表明,倪藤類與被子植物間發生了分子趨同或同塑進化,導致了以往研究中倪藤類系統位置的巨大爭議。(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences

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