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生物技術前沿一周縱覽(2019年3月07日)

2019-03-08 10:37 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

發現乙烯調控種子休眠形成新機制
種子休眠受多種植物激素調節,除廣泛報道的脫落酸和赤霉素外,乙烯也在種子休眠調控中發揮著重要作用,對種子休眠的相關分子調控機制進行研究具有重要的理論和現實意義。中國科學院植物研究所劉永秀研究組利用圖位克隆技術證實,擬南芥種子休眠突變體rdo3是由乙烯受體ETR1突變功能缺失引起的。研究發現,乙烯響應因子ERF12在rdo3中表達上調;遺傳分析則表明,ERF12在ETR1下游負調控種子的休眠。進一步遺傳和生化分析揭示,ERF12可以與DOG1的啟動子結合,通過招募轉錄共抑制因子TPL從而實現抑制休眠關鍵基因DOG1的表達,進而調控種子休眠。該研究揭示了ETR1-ERF12/TPL-DOG1調控種子休眠的新分子通路,將乙烯與DOG1通路緊密聯系起來,深化了乙烯信號調控種子休眠的分子機理。該成果不僅對全面解析種子休眠調控機制有重要理論意義,而且對農業的優化育種也具有一定的實踐指導作用。(Plant Cell)
論文鏈接:www.plantcell.org/content/early/2019/03/05/tpc.18.00449


揭示質體磷酸甘油酸激酶在光合碳固定與代謝中的功能
植物中含有質體PGK(PGKp)和胞質PGK(PGKc),其中PGKp在卡爾文循環和質體糖酵解中均發揮功能。最新研究發現了質體磷酸甘油酸激酶PGKp1與PGKp2共同參與了質體中的碳固定及代謝,而不是此前猜測的存在功能特化。該研究利用Pooled CRISPR/Cas9的策略,得到不同的PGKp突變體組合。結果發現pgkp1 和pgkp2 單突變均沒有明顯表型,而pgkp1pgkp2 雙突變體致死。生物化學及代謝組學證據表明,pgkp1pgkp2 除因光合作用缺失而致死外,其質體糖酵解也有明顯缺陷,表現為外源加糖時仍然呈現有機酸含量明顯降低;且質體糖脂MGDG和DGDG合成受阻,導致葉綠體發育不良。胞質PGKc酶具有PGKp類似的雙向催化活性,然而在質體中異位表達PGKc雖然能恢復質體PGK酶活,卻并不能互補pgkp1pgkp2 的表型。因此,PGKp1與PGKp2共同參與了質體中的碳固定及代謝,而不是此前猜測的存在功能特化,而胞質中的PGKc酶雖然可催化一樣的生化反應,卻已經與PGKp發生體內功能的分化。該研究為理解糖酵解這一保守的初生代謝途徑,提供了新的認識。(The Plant Journal)
論文鏈接:onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14303


揭示植物DNA主動去甲基化新機制
在人類細胞中,由轉運蛋白CRM1介導的組蛋白去乙?;窰DAC1的出核轉運對于病原誘導的軸突損傷是必須的。新的一項研究利用正向遺傳系統篩序抗轉基因沉默因子,鑒定到抗沉默因子XPO1A參與DNA去甲基化介導的抗基因沉默過程。在本研究中,研究人員利用35S-SCU2 轉基因遺傳篩選系統鑒定到兩個轉基因沉默突變體。在突變體中,轉基因啟動子區域呈現高甲基化狀態。通過圖位克隆發現兩個突變位點都位于出核轉運蛋白XPO1A基因編碼區。XPO1A是人CRM1的同源蛋白,能夠與目標蛋白的出核序列(NES)互作介導出核轉運。通過生化分析,作者發現XPO1A能夠與擬南芥組蛋白去甲基化酶HDA6直接互作并介導HDA6的出核轉運,從而使細胞核內的HDA6維持在一定的水平。由于HDA6招募DNA甲基轉移酶促進基因沉默,因此XPO1A的突變導致HDA6的出核受到抑制,細胞核內的HDA6水平顯著增高,造成靶基因的沉默增強。在xpo1a突變體中,與DNA甲基化的升高相一致,轉基因35S啟動子區域的組蛋白乙?;斤@著降低。該發現揭示了表觀遺傳調控的一種全新作用機制,即通過改變表觀遺傳因子的核質分布影響下游基因的表達。(Wiley Online Library)
論文鏈接:onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.12787


解析水稻短期干旱提高植物抗旱性的機制
中國科學院昆明植物研究所功能基因組學與利用團隊劉莉課題組首次在水稻(Oryza sativa L. ssp. japonica cv. Zhonghua 11)中驗證了干旱“記憶”的存在,并建立了形成水稻干旱“記憶”的方法。對獲得的不同處理時期的干旱“記憶”植物材料,研究人員通過轉錄組鏈特異性測序的方法(whole-transcriptome strand-specific RNA sequencing (ssRNA-seq))得到大量與水稻干旱“記憶”相關的候選差異表達基因。而其中有大量的基因在表達水平上呈現出隨處理時間的“記憶”規律,即表現出與第一次干旱脅迫時不同的變化趨勢。這一研究不但證明了水稻在合適的反復干旱處理條件下可以形成干旱記憶,還進一步對其機制進行探究,發現lncRNA,DNA甲基化以及內源激素(特別是ABA)均參與到這一短期干旱“記憶”的形成過程中,可能承擔了“記憶”因子的使命,進一步激活光合作用、脯氨酸合成等代謝途徑中“記憶”轉錄本的表達,從而提高植物在應對后期干旱脅迫中的能力。(Frontiers in Genetics)
論文鏈接:www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2019.00055/full


發現油菜素內酯受體BRI1運輸的新機制

油菜素內酯 (brassinosteroids, BRs) 是一類重要的植物激素,調控植物生長、發育、抗逆和抗病等重要生物學途徑。受體蛋白Brassinosteroid insensitive 1 (BRI1) 識別BRs激活下游信號。BRI1可從細胞膜內吞到細胞內并在細胞內循環,而且越來越多的證據證實BRI1在細胞膜定位才能激活BR信號,但BRI1細胞內運輸機制有待深入研究。最新研究研究發現過表達SNARE蛋白SYP22和VAMP727結合并運輸內吞的BRI1到細胞膜激活BR信號。前期研究中發現,Soluble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein receptors (SNAREs) 蛋白SYP22和VAMP727與BRI1互作。 本研究延續了前期工作進一步證實,syp22/vamp727+/-和過表達SYP22 negative dominant (ND) 結構抑制植物對BR的反應。雜交bzr1-D 和SYP22ND 突變體,持續激活BR信號部分恢復SYP22ND 矮小的表型。利用VA-TIRFM技術觀察BRI1-GFP細胞膜定位發現,定位于細胞膜的BRI1-GFP在SYP22ND突變體中顯著少于野生型植物,而且生化實驗進一步地證實了此結果。通過BFA處理發現,SYP22ND 突變體細胞內BRI1-GFP的積累量要高于野生型對照組,揭示SYP22和VAMP727調控細胞內BRI1循環到細胞膜的機制。(New Phytologist)
論文鏈接:nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.1575


解析玉米耐鹽遺傳基礎
玉米的總產量和平均單產均居世界首位,而過量施肥、不合理灌溉及環境惡化等多種因素導致耕地土壤鹽堿化日益嚴重,解析玉米耐鹽遺傳基礎、定位耐鹽主效基因并培育耐鹽品種的需求十分迫切。新的研究對玉米關聯群體自交系進行了苗期鹽脅迫下存活率與高通量SNP數據的全基因組關聯分析(GWAS),解析了玉米耐鹽遺傳機制、定位到一系列耐鹽候選基因,為玉米耐鹽遺傳改良提供了遺傳材料和標記資源。研究人員調查了445份玉米關聯群體自交系的苗期鹽處理的存活率表型,并利用覆蓋全基因組的1.25M SNP標記進行了GWAS分析,檢測到57個與耐鹽性狀顯著相關的遺傳位點,并根據這些位點定位到了49個候選基因。這些候選基因中有10%能夠與以發表的QTL共定位,且有44%的基因已被發現參與到了植物脅迫應答、氣孔分裂、DNA結合與轉錄、ABA信號轉導和生長素信號轉導等與逆境應答有關的過程中。為進一步證明GWAS結果的可靠性,研究人員在擬南芥中進行了轉基因功能驗證,證明了候選基因SAG4 (SEC23G) 和SAG6 (MRE11) 在植物鹽脅迫應答中的正調控作用,隨后的研究進一步分析了它們的耐鹽單倍型。(Journal of Integrative Plant Biology)
論文鏈接:onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jipb.12797


首次繪制TOR激酶蛋白調控網絡
TOR(target of rapamycin)是一類保守的絲蘇氨酸激酶,對維持細胞生長及能量供應的平衡起到重要的調節作用。最新的研究整合植物不同生長時期的磷酸化組學篩選數據與互作蛋白分析數據,鑒定了一系列 TOR 激酶的磷酸化底物,從蛋白水平解析 TOR 信號途徑作用的分子機制,繪制了TOR激酶蛋白調控網絡,填補了擬南芥 TOR 信號網絡的空白。研究人員利用細胞培養方法來減少植物生長過程的復雜性,重點關注植物細胞生長和增殖過程。實驗結果表明,細胞培養過程中,糖依賴的 TOR 信號可被成功激活,證明該系統可用于鑒定 TOR 在糖信號過程中的調節因子。通過糖與 TOR 抑制劑不同處理的磷酸化組數據進行整合分析,可鑒定多種 TOR 依賴的磷酸化作用模式,得到全面的 TOR 磷酸化蛋白譜圖。論文描述的 TOR 調控網絡提供了豐富的數據集,為解決關于 TOR 如何參與植物關鍵過程諸如自噬、生長素信號傳遞、葉綠體發育、脂質代謝、核苷酸合成、蛋白質翻譯及衰老等提供更多參考信息。下一步研究可以在磷酸化的時空模式及互作的分子機制方面做進一步探索。(Nature Plants)
論文鏈接:www.nature.com/articles/s41477-019-0378-z

來源:基因農業網

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