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生物技術前沿一周縱覽(2018年8月31日)

2018-08-31 14:38 | 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(2018831日)

 

O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調控發育新機制

 

細胞內蛋白質翻譯后O-N-乙酰氨基葡萄糖(O-GlcNAc)修飾,由O-GlcNAC糖基轉移酶催化完成,在植物中,這種動態的蛋白糖基化與磷酸化修飾調節植物春化作用介導的開花過程。研究人員擬南芥O-GlcNAc轉移酶SEC基因功能缺失突變體具有早花的表型,且突變體中開花時間的負調節因子FLC的轉錄受到抑制,同時FLC染色質區組蛋白H3K4me3修飾水平顯著降低,表明植物體內糖基轉移酶SEC參與表觀遺傳介導的開花時間調節過程。FLC位點組蛋白的H3K3me3修飾由組蛋白甲基轉移酶ATX1催化完成,該研究發現SEC可以直接催化ATX1使其獲得O-GlcNAc修飾。在體外及體內條件下,SEC均表現出通過O-GlcNAc修飾而激活ATX1的組蛋白甲基轉移酶活性,而且,遺傳分析表明ATX1的功能依賴于SEC。進一步的蛋白質譜分析及蛋白點突變功能驗證結果表明,位于ATX1SET結構域中的Ser947SECATX1進行O-GlcNAc修飾并且激活其組蛋白甲基轉移酶活性的關鍵位點。(The EMBO Journal

 

 

植物SUVH家族組蛋白甲基化酶的調控機理

 

植物DNA甲基化嚴格受到組蛋白修飾H3K9me2的調控。研究人員首先對SUVH家族成員SUVH6開展了結構生物學研究,測定了SUVH6與甲基化的DNA、輔因子SAM等不同組合的多個狀態的復合物的晶體結構。通過結構分析,發現SUVH6的肽底物結合通道受到自身的自抑制調控。并且,SUVH家族的蛋白結合甲基化DNA更依賴于其thumb loop,而不同于哺乳動物的UHRF1更依賴于NKR finger。在此基礎上,研究人員測定了SUVH4/5/6三個同源冗余基因和不同序列的甲基化DNA的結合常數,發現植物中負責H3K9甲基化的主效基因SUVH4更加偏好CAG/CTG甲基化,SUVH5更偏好CCG甲基化,SUVH6則沒有偏好性,成功地解釋了擬南芥中CAG/CTG甲基化明顯高于CCG甲基化的原因。(PNAS

 

 

小麥根際微生物群落相互關系研究獲進展

 

根際蘊含了豐富的微生物類群,根際微生物之間的競爭、合作關系共同促進了根際微環境的穩定及養分循環過程,對作物的生長和健康起著重要作用。研究人員利用共存關系網絡分析 (co-occurrence network) 研究了大尺度下華北平原小麥根際古菌、細菌、真菌群落之間的相互關系,重點探索根際微生物網絡的復雜性與穩定性,并挖掘根際核心微生物 (keystone species) 菌群。研究發現,與非根際土壤微生物相比較,根際微生物網絡結構相對簡單卻更加穩定;土壤pH與微生物多樣性對網絡的大小和連接性都起到正反饋作用;網絡中的核心菌群具有相對靈活的代謝特征,并且根際中核心菌群受環境因子的擾動作用較小。該研究闡明了根際微環境中相對簡單但更加穩定的微生物群落,解析了影響微生物網絡特性的生物與非生物因素,并從網絡結構穩健性角度挖掘了核心微生物菌群及其擾動因素,為今后重建穩定的農田微生物群落提供了科學依據。(Soil Biology and Biochemistry

 

 

紫薯花青素糖基化轉移酶的生物學功能

 

花青素糖基化修飾影響花青素在細胞中的穩定性。研究發現http://www.cas.cn/syky/201808/W020180828592971344429.gif,Ib3GGT以花青素-3-O-葡糖苷為受體及UDPG為供體催化合成花青素-3-O-槐糖苷,行使糖基轉移酶的功能,該催化過程發生在細胞溶質而非內質網中。相比At3GGT,Ib3GGT的蛋白模型及點突變發現Thr-138位點對選擇性的識別UDP-葡萄糖起重要作用。紫薯和擬南芥中花青素修飾方式的不同最終導致了兩種植物花青素主要成分的巨大差別。該研究也發現該基因的表達受IbMYB1轉錄因子的調控。這為人們在進化上深入理解植物次生代謝中花青素糖基化奠定了基礎,同時也為通過基因工程生產特定花青素組分提供了思路和技術。 Journal of Experimental Botany

 

 

金鉤花單性花形成研究獲進展

 

被子植物中花的性別分化是避免自交衰退、促進異交和保持遺傳多樣性的重要途徑,對其形成機制的研究有助于理解被子植物進化的機制。研究人員通過對金鉤花的雄花和功能性雌花的花藥和花粉發育進行對比研究發現,兩種類型的花藥表皮、藥室內隔、中層及花粉的發育過程均一致,但在絨氈層和開裂組織的發育過程表現出不同。雌花花藥的絨氈層細胞為三核,細胞核延后至單核小孢子早期開始降解,細胞質卻高度液泡化,花粉成熟時絨氈層細胞仍宿存;開裂組織細胞始終保持完整結構。金鉤花發育過程中出現兩性花階段(具有和功能性雄蕊形態結構類似的不育雄蕊),在減數分裂之后,孢子體組織異常導致花藥不能正常開裂,從而形成功能性雌花(假兩性花)。性器官敗育的時期及所涉及的組織是揭示單性花形成機理的重要方面。(Botany 

 

植物根的進化形成過程

 

現代植物的根部是逐步發展進化而來的,且至少經歷過兩次演化事件,逐步形成了它們的標志性特征。研究人員對萊尼埃燧石層一個具有4.07億年歷史的沉積層,其中包含了一些保存極為完好、已知為最古老的陸地生態系統遺跡。針對分生組織化石建立了三維模型,發現星木的分生組織缺少根毛和根冠,取而代之的是連續的表面組織層。這一結構使這些根在維管植物中顯得獨一無二。星木的根代表了現代維管植物根的一個過渡形態。鑒于無根冠過渡結構已經出現在石松綱植物中,這印證了一種觀點,即在石松綱植物和真葉植物中,含根冠的根獨立于它們共同的無根祖先而演化。(Nature

 

 

bZIP73JapbZIP71對南方秈稻品種低溫耐受性的提高

 

低溫嚴重影響水稻的地理分布、生長發育及產量。研究人員野生稻群體基因組序列分析發現,bZIP73可能早在水稻祖先中就受到了人工選擇,并且耐冷型等位基因(bZIP73Jap)頻率在粳稻中迅速提高,說明了耐冷型等位基因在粳稻馴化中受到青睞。結合野生稻分布區,研究發現中國南方野生稻資源中僅存在粳稻型bZIP73JapG),而在印度、孟加拉國和中南半島以西地帶野生稻中卻同時存在粳稻型和秈稻型bZIP73。結合1960-199030年間平均地表溫度數據分析發現,野生稻群體中含秈稻型bZIP73IndA)個體主要分布區明顯與地表溫度相關,說明粳稻型bZIP73Jap與粳稻的北移具有明顯的相關性。同時,研究發現非耐冷型秈稻等位基因bZIP73IndA)在秈稻馴化過程中也受到了明顯的人工選擇,但其原因尚未清楚。(Nature communications

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