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生物技術前沿一周縱覽(2019年3月29日)

2019-03-29 11:03 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

揭示生物鐘調控根發育的新機制
生物鐘能夠感知及預測光溫等環境因子的晝夜節律性變化,通過協調細胞生理、代謝活動和多種發育過程,在時間維度上為植物生長與發育提供了適應性優勢??茖W家通過多種生理生化實驗,并結合遺傳證據,全面系統地解析了植物生物鐘調節根形態發育的分子機制。研究人員發現,TOR基因的轉錄水平呈現較強的晝夜節律性動態,通過已發表的大數據進行生物信息學分析則表明PRRs蛋白與TOR參與調控的基因存在高度的重疊。進一步生理實驗和生化實驗顯示,PRRs的突變體對糖激活的TOR信號敏感性降低,根中TOR的轉錄水平下降,根尖分生區細胞增殖活性減弱,根的生長也受到限制;由于PRRs蛋白主要作為轉錄抑制因子發揮作用,說明在prr579突變體中TOR mRNA水平降低可能不是PRRs蛋白的直接效應。該研究發現了植物生物鐘核心振蕩器關鍵因子PRR5、PRR7和PRR9通過整合轉錄以及轉錄后水平的機制對TZF1-TOR信號通路在時間維度精細調節,以調控植物根分生區細胞分裂的活躍程度,進而調控根部形態發育的分子機制,拓展了對植物生物鐘調控植物生長發育過程的分子機制認識。(Nucleic Acids Research)
論文鏈接:academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkz191/5403494


研究揭示擬南芥組蛋白去甲基化酶JMJ13的結構功能
組蛋白修飾在植物生長發育過程中發揮著至關重要的作用,它與基因沉默、基因激活、染色體形態建成以及遺傳物質修復等生物學問題密切相關。組蛋白去甲基化酶在組蛋白修飾的動態調控中起著重要作用。研究人員通過體內和體外實驗分別證明了JMJ13是H3K27me3位點特異性的組蛋白去甲基化酶。JMJ13整體結構包括Jumonji,helical,zinc finger三個結構域,其中zinc finger結構域并非之前預測的C5HC2型鋅指,而是新型的C4HCHC型鋅指結構域。在JMJ13和H3多肽的復合物結構中,N402、E295和Y282通過氫鍵參與識別H3K27me3。D236和D296分別與組蛋白H3的R26和S28形成氫鍵。F179通過堆積作用識別P30,決定了JMJ13識別組蛋白修飾的序列特異性。突變參與多肽識別的關鍵氨基酸,能顯著降低JMJ13的酶活。接下來,研究人員開展了JMJ13的功能研究。JMJ13突變體在長日照條件下呈早花表型。有趣的是,在短日照條件下,22℃培養JMJ13突變體無開花表型,而28℃培養突變體有早花表型。進一步遺傳分析表明,JMJ13在FLM/SVP和CO/GI上游發揮功能。因此,H3K27me3去甲基化酶JMJ13通過溫度和光周期途徑抑制開花。(Nature Communications)
論文鏈接:www.nature.com/articles/s41467-019-09310-x


中國科大發現一類膜蛋白分子機器動力學新態

近日,科學家在生物分子機器領域取得新進展,發現一類膜蛋白分子機器(鞭毛馬達)動力學過程中的一個全新狀態: 該團隊通過對大量單馬達穩態下定子數目的長時間精確觀測,統計出特定定子數的駐留時間分布,從而發現其分布形狀是典型的雙指數形式,而非雙態模型預言的單指數形式。通過這些實驗測量,結合對這個隨機過程的理論分析,該團隊發現了定子結合/脫離馬達這個隨機過程中的一個全新狀態(稱之為暗態),提出了三態模型來描述這個隨機過程,并進一步運用分子生物學結合統計物理分析,確定了暗態的存在及其特征。暗態的發現將進一步加深對馬達動力學的理解。暗態與結合態、脫離態相比,壽命短了2個數量級。這種巨大的時間尺度上的差異,使得以往傳統的熒光或生物化學技術都很難發現該態。該團隊此次提出的對生物動力學過程進行單分子/單馬達/單過程的長時間精確觀測,并結合駐留時間分布的統計物理分析,對其它生物馬達、生物動力學過程的研究也有普遍意義。(Science Advances)
論文鏈接:advances.sciencemag.org/content/5/3/eaau6885


植物物種形成機制研究方面取得進展
物種形成研究作為進化生物學研究的主要焦點之一,近年來在多個方面取得進展。中國科學院成都生物研究所高信芬課題組副研究員高云東,采用我國西南高山灌叢植物絹毛薔薇(Rosa sericea)和峨眉薔薇(Rosa omeiensis)為研究對象,利用群體遺傳學及生態位對比分析的方法,對這一物種界限不清楚的姊妹類群進行了深入的研究。其結果表明雖然分子證據不足以對其進行區分,生態位的差異化(對不同海拔的適應)是兩個物種進行區別的關鍵因素。而由于冰期的影響導致高海拔物種峨眉薔薇的下遷,從而使這兩個物種在分布上有很大程度的重疊而產生了基因交流,導致在分子層面上不可分,是一種典型的臨域性物種形成(Parapatric speciation)導致的結果。而在當前越來越依賴分子系統學作為分類學標準的背景下,以結合形態學、生態學及完善的群體遺傳學研究建立的“整合物種學”概念為指導思想的物種劃分更為客觀,是今后物種理論研究的主要方向。(Frontiers in Plant Science)
論文鏈接:www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2019.00321/full


發現一個水稻株型調控新基因
水稻產量性狀是由多基因控制的復雜數量性狀。水稻產量主要由穗數、每穗粒數和粒重三個因素決定的。水稻每株的穗數由有效分蘗數直接,每穗粒數則是由一級枝梗數目和二級枝梗數目以及枝梗上的小穗數目共同決定的。近日,萬建民院士團隊鑒定了一個水稻株型調控新基因,并揭示了其調控水稻株型的機制。在這項研究中,研究人員鑒定了一個水稻突變體shi1,該突變體分蘗數顯著減少,稈強度增加,穗分枝數也增加。圖位克隆顯示,OsSHI1編碼SHORT INTERNODES(SHI)家族的植物特異性轉錄因子,具有一個該家族特異性IGGH結構域和一個保守的鋅指DNA結合結構域。 OsSHI1主要在腋芽和幼穗中表達。進一步研究發現,OsSHI1與調控水稻株型的轉錄因子IPA1(IDEAL PLANT ARCHITECTURE1,IPA1)互作。OsSHI1可通過新型順式元件(T/GCTCTAC motif)直接與OsTB1和OsDEP1的啟動子區域結合,影響IPA1對OsTB1和OsDEP1的轉錄激活活性,導致分蘗數增加和穗減小。綜上,OsSHI1作用于IPA1的上游,并通過影響其轉錄活性來調控水稻株型。(The Plant Cell)
論文鏈接:www.plantcell.org/content/early/2019/03/25/tpc.19.00023



揭示黃瓜果實發育的乙烯調控機制

植物器官的生長和發育取決于生長刺激和抑制之間的微妙平衡。果實大小和形狀是影響產量和商品價值的重要農藝性狀。研究人員以兩個黃瓜短瓜材料(sf1突變體和acs2 突變體)為對象,研究了乙烯劑量精細調控黃瓜果實伸長的分子機制。sf1突變體表現為果實細胞分裂減弱并且產生過量乙烯;acs2 突變體表現為果實細胞分裂減弱但是產生的少量的乙烯。SF1 (Short Fruit 1) 編碼一個E3泛素連接酶,該研究發現,SF1泛素化修飾并降解自身及其底物ACS2 (乙烯合成途徑中的限速酶,1-Aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 2);SF1突變后, 導致ACS2積累,從而促進乙烯過量合成;研究進一步揭示了乙烯對黃瓜果實長度調控的劑量依賴性,過高或過低的乙烯劑量都會對黃瓜果實細胞分裂產生嚴重的抑制,而合適劑量的乙烯會促進細胞分裂,調控黃瓜果實伸長。以上研究為理解葫蘆科果實形態建成的遺傳和分子基礎提供了重要的見解。由于不同的消費者群體對黃瓜果實大小的偏好不同,這項研究將有望為黃瓜果實大小的改良育種提供科學基礎。(The Plant Cell)
論文鏈接:www.plantcell.org/content/early/2019/03/26/tpc.18.00957


揭示紅樺和白樺雜交與漸滲規律

自然雜交與漸滲廣泛存在于動植物間。研究表明,漸滲通常由豐富度相對較低的物種到豐富度相對較高的物種發生,由二倍體到四倍體發生。近日,研究人員揭示了紅樺和白樺雜交與漸滲規律,并發現了紅樺新的細胞型,即‘二倍體’紅樺。該研究選取了紅樺(2n = 4x = 56)和白樺(2n = 2x = 28),并根據二者相對豐富度,把種群分為三組。第一組(Gr1)僅發現紅樺;第二組(Gr2)紅樺和白樺同域分布,種間相對豐富度大概一致;第三組(Gr3)紅樺相對豐富度較低,而白樺相對豐富度較高。研究表明紅樺和白樺間僅發生了有限的雜交,且漸滲方向同倍性和相對豐富度無關。研究還表明‘二倍體’紅樺同‘四倍體’紅樺之間存在雜交及不完全的譜系分選;‘四倍體’紅樺可能為異源四倍體,其親本之一為‘二倍體’紅樺。此外,還研究了區分四倍體基因型和不區分四倍體基因型對種群遺傳結構和種間遺傳分化的影響。最終結果表示,倍性和種間相對豐富度不影響紅樺和白樺漸滲方向的可能原因是種群密度。種群密度越高,個體為了競爭光照而傾向于營養生長,因此每個個體平均產生的花粉量減少。(Annals of Botany)
論文鏈接:academic.oup.com/aob/advance-article/doi/10.1093/aob/mcz024/5420615

來源:基因農業網

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