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生物技術前沿一周縱覽(2019年5月13日)

2019-05-13 13:41 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2019年5月13日)

單細胞損傷引起的根系局部乙烯響應

 

植物損傷信號分子網絡調控以及生理反應比較復雜,該過程涉及到植物損傷的感知和不同防御模式識別,以及所引起的植物生理以及免疫反應等過程。研究人員以擬南芥根系為研究對象,利用激光損傷根皮層的單個細胞,結合實時成像技術再現了單個細胞受損所產生的實際細胞反應。研究發現,微小生物線蟲造成的單細胞損傷引發的局部電位改變以及乙烯響應類似于機械造成的單細胞損傷。而且,發現損傷引發的乙烯產生和響應極大可能是對損傷的一種保護,單細胞損傷誘發的局部乙烯響應可能參與對微小入侵者形成相應的根系免疫反應。綜上,不論是生物還是非生物導致的單細胞損傷,與葉損傷信號以及其他組織部位多細胞損傷不同,單細胞損傷可以誘導局部乙烯的產生和響應過程。而且乙烯的產生是對損傷細胞的一種保護。該研究的發現進一步擴展了人們對植物激素乙烯所參與生物學作用的認識。The EMBO Journal

 

 

新進化的植物特異性代謝產物對根系微生物組的調控作用

 

植物產生超過20萬種代謝物 (主要是指分子量小于1,000的化合物),這些代謝物在植物的生活史中發揮著重要的生理功能。研究人員比較自然土中生長的野生型Col-0)和不同的TPS25、TPS30突變體的根系微生物組,發現野生型和TPS25、TPS30突變體形成了顯著不同的根系微生物組。tps25tps30單突變體根系微生物組的變化具有比較大程度的交叉,暗示植物利用次生代謝物調控根系微生物組成可能存在構效關系,即結構類似的化合物具有類似的調控微生物組成功能。植物次生代謝物盡管結構繁多,但大體可以分為含氮有機物、萜類化合物和酚類化合物等幾大類。(Science China Life Sciences

 

 

番茄育種抑制ej2W對于j2TE  的上位負面效應的遺傳障礙

 

植物基因組在長期的進化中會積累大量的突變。研究者以花序分枝增加的j2TEej2W雙突變體和花序分支未增加的j2TEej2W雙突變體(Fla.8924)作為親本,構建了定位群體。進一步結合基因組和轉錄組數據,研究者發現sb3中一段83kb包含ej2W的片段發生了串聯重復。ej2W單突變使得正常EJ2轉錄本為野生型的30%,sb3中的串聯重復使得正常EJ2轉錄本的含量提高了一倍,從而產生了足夠的EJ2蛋白量使其發揮正常的功能。研究者利用CRISPR技術將Fla.8924中的EJ2完全敲除后,表現出花序分枝增加的表型。而將含有sb3品種中的J2敲除后,成功的將無果莖接縫性狀引入了該品種,同時未產生因花序分枝增加而導致的產量降低。研究揭示了在番茄育種過程中長期未知的一些品種中抑制ej2W對于j2TE  的上位負面效應的遺傳基礎。Nature Plants

 

 

研究揭示水稻適應環境溫度的調控新機制

 

高等植物擁有固著生長的特性,因此發展出多種適應環境溫度生長的策略。研究人員通過大規模EMS誘變,篩選到一個株高、結實率、葉寬、分蘗數等多種重要農藝性狀在上海與海南產生明顯差異的突變體。該突變體在上海夏季高溫環境下表現為矮稈、結實率低、窄葉、小穗,而在海南冬季溫度較低的條件下卻出現為與野生型“特青”類似的表型。該突變體被命名為adaptation to environmental temperature 1 (aet1)。通過正向遺傳學定位并克隆了AET1基因。該基因編碼一個tRNAHis鳥苷轉移酶,對tRNA行使3’到5RNA聚合酶活性,是前體tRNAHis成熟的關鍵步驟。多種遺傳手段確認AET1的突變是造成aet1突變體在不同地區生長差異的原因。體外酶活實驗表明,AET1具有tRNAHis鳥苷轉移酶活性,對野生型和突變體進行tRNA測序發現,由于aet1中的突變形式AET1P382S蛋白喪失了酶活,使多種tRNA分布出現紊亂,進而導致水稻蛋白翻譯過程出現障礙。進一步研究發現,AET1與兩個核糖體相關蛋白RACK1AeIF3h發生兩兩相互作用,形成分子調控模塊,這三個蛋白均定位于細胞質,而且它們的表達均受高溫誘導上調。此外,利用AET1抗體對野生型和突變體進行RNA免疫共沉淀實驗發現,AET1可以與多種生長素響應因子OsARFmRNA結合。體外RNA-EMSA實驗意外發現AET1能夠非選擇性與多種mRNA區域結合,而RACK1AeIF3h則不能結合。核糖體蔗糖密度梯度離心實驗結果表明,相較于野生型,aet1突變體的核糖體蛋白翻譯狀態沒有發生明顯改變,但是OsARF19OsARF23等蛋白翻譯效率下降、在高溫條件下降低更明顯,這可能與aet1突變體中多種tRNA分布出現紊亂有關。RACK1AeIF3h敲除植株與aet1突變體類似,也表現出多種生長劣勢的表型。Western結果表明OsARF23表達量在三個突變體中比野生型均明顯下降。生長素處理發現,aet1突變體也表現出生長素不敏感表型。本研究發現AET1除了具有鳥苷轉移酶活性外,還具有與核糖體相關蛋白一起調控蛋白翻譯過程的新功能。Molecular Plant

 

 

研究人員開發活體內蛋白質瞬時原位激活新技術

 

在復雜的生命體系中原位研究蛋白質功能具有重要的科學意義,但目前適用此類研究的技術十分有限。研究人員發展了一種基于可遺傳編碼非天然氨基酸的“鄰近脫籠”策略(computationally aided and genetically encoded proximal decaging, CAGE-prox),結合計算機輔助設計與篩選,在一系列不同種類的蛋白質上實現了高時間分辨的原位激活,為在活體環境下研究蛋白質動態功能變化提供了一種通用和便捷的化學生物學技術。利用CAGE-prox,他們在活細胞或活體動物內建立了“激酶正交激活和信號轉導系統”、 實現了“具有時間分辨率的凋亡蛋白酶特異激活和底物鑒定”,發展了“基于金屬蛋白酶激活的抗腫瘤蛋白前藥”。這些應用展示了CAGE-prox在活體環境內開展蛋白質動態功能研究與調控的普適性。Nature

 

 

研究發現褪黑素降低蔬菜農殘新功能,為降低作物農殘提供了新的途徑

 

設施蔬菜由于生產環境相對密閉、復種指數高等原因,病、蟲害發生嚴重,導致生產者使用農藥普遍過多而常使產品農藥殘留超標。研究通過外源褪黑素處理可顯著降低噴施農藥后番茄、生菜、小白菜、菠菜、芹菜、黃瓜和甜瓜等蔬菜作物的農藥殘留量。過表達褪黑素合成關鍵基因咖啡酸-O-甲基轉移酶基因(caffeic acid O-methyltransferase, COMT1)可顯著提高番茄內源褪黑素含量,降低番茄的農藥殘留量。進一步研究發現,褪黑素增強番茄農藥代謝的主要調控機制一方面是增強了植物內源谷胱甘肽的合成和循環利用;另一方面褪黑素可促使更多的谷胱甘肽用于谷胱甘肽-S-轉移酶(glutathione S-transferases, GST)介導的異源毒性物質降解。這說明褪黑素在調控谷胱甘肽用于植物適應“毒性物質誘導的活性氧解毒”和“有毒物質降解”之間的競爭平衡上具有重要作用。該研究結果為靶向激活植物GST解毒代謝相關通路,提高農作物對農藥和其它污染物解毒能力提供了新的調控途徑。Environmental Pollution

 

 

鈣離子通道CNGC19調控植物防御反應

 

斜紋夜蛾(Spodoptera litura)是一種極具破壞性的農業害蟲。植物受到昆蟲啃食后,會通過改變激素、次級代謝物、和揮發性化合物等進行防御。研究發現,斜紋夜蛾分泌物S. litura oral secretion)會顯著上調擬南芥CNGC19基因的表達,而CNGC19突變體(cngc19)導管中Ca2+通量降低并且對斜紋夜蛾的防御能力下降。進一步研究發現,CNGC19是一種定位于質膜并參與DAMP感知的重要Ca2+通道,其在昆蟲攻擊早期受PEPRPep receptor)調節。該研究還表明,JA-Ile處理可以誘導CNGC19 的瞬時表達,而cngc19-2突變體在受到取食誘導后JA-Ile生物合成和JA應答基因的表達減少,這說明CNGC19的功能喪失會影響擬南芥中茉莉素的積累,從而降低植物防御能力。研究表明CNGC19通過調節Ca2+通量并將其與下游防御信號傳導相結合以在識別昆蟲取食和防御信號激活方面的關鍵作用。該研究發現了激活防御反應的一種新的離子通道。The Plant Cell

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