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生物技術前沿一周縱覽(2019年8月23日)

2019-08-23 20:27 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

揭示氣孔關閉調控新機制

植物的氣孔是植物感受外界環境刺激的重要通道,保衛細胞響應來自植物體內外的信號,相應地改變液泡膨壓, 調節氣孔的開度。近日,研究揭示了擬南芥銜接蛋白AP3M通過結合并切割微絲在液泡形態和氣孔閉合中起著重要的作用。該研究發現,擬南芥缺失AP3M導致下胚軸表皮細胞中微絲狀態改變、單根微絲被切割的頻率降低和微絲壽命延長、保衛細胞中微絲隨氣孔關閉動態變化滯后、氣孔關閉遲緩、葉表面溫度降低以及離體葉片失水加速。研究表明,AP3M的F-actin結合域的突變在體外破壞了其F-actin結合活性,導致保衛細胞中液泡形態異常,并降低了液泡膜上SUC4的水平。AP3M的F-actin結合活性對于依賴于AP3的貨物蛋白在液泡膜上精確定位和氣孔閉合過程中保衛細胞液泡形態調節是必需的。綜上所述, 該研究揭示了擬南芥的銜接蛋白AP3M能夠結合并切割微絲,且AP3M與微絲的作用影響了其蛋白轉運功能,導致液泡形態和動態的改變,參與調控氣孔關閉。(PNAS


揭示miR528參與水稻抗病毒反應的機制

水稻作為全球范圍內重要的糧食作物受到多種由昆蟲傳播病毒病害的侵害,在實際生產中缺乏有效的控制方法。北京大學生命科學學院李毅課題組先前的研究發現水稻條紋病毒(RSV)特異誘導的AGO18蛋白能夠通過競爭性結合植物內源的miR528來釋放靶基因,抗壞血酸氧化酶(AO),AO通過氧化抗壞血酸調節植物體內的氧化還原穩態,從而增強水稻的抗病毒防御反應。近期,該團隊有了新的科研進展,研究揭示了OsSPL9通過轉錄調控miR528基因參與到水稻抗病毒反應的機制。這項最新的研究發現了水稻miR528基因在轉錄水平響應病毒侵染的的具體分子機制。病毒侵染導致轉錄因子OsSPL9在蛋白水平顯著下調,受到SPL9轉錄激活調控的miR528積累減少,進而提高靶基因AO的表達,最終抑制病毒RSV的侵染。該研究揭示了SPL9-miR528-AO通路在水稻與病毒相互作用過程中的抗病機制,為控制水稻病毒病害提供了新思路。(Molecular Plant


WRKY1介導光和氮信號通路的轉錄調控

植物生長所處的外界環境因素復雜多樣。光照與營養是植物生長最直接的兩個影響因素。目前的很多研究都是取其中的一個影響因素進行后續的分析研究,通過全基因組水平上系統解析多個因素的研究尚不多見。近日,研究發現WRKY1是擬南芥葉片分別和同時響應光(Light, L)與氮(Nitrogen, N)信號的轉錄因子,是負責全基因組水平上轉錄重編程的關鍵蛋白。研究通過對野生型和三個不同wrky1突變體地上部分進行表達譜分析,對發掘出的 “core set”基因功能進行注釋,發現WRKY1可誘導參與次生代謝、逆境響應和防衛反應的117個基因,同時抑制涉及到初生代謝、碳水化合物刺激、含N化合物代謝及光刺激等生物學過程的256個基因。通過對這些基因的順式元件進行分析,發現WRKY1可直接或者通過與其它家族的轉錄因子形成復合物調控其表達。此外,通過與已有的數據比較分析還發現在wrky1突變體上升表達的基因也受N處理的誘導,但與光(L)處理抑制基因的表達具有高度的重疊,推測,WRKY1可能參與了調控光和氮的信號路徑的整合調控。綜上,WRKY1是擬南芥響應光和氮雙重因素的關鍵轉錄因子,負責下游多種生物學過程的轉錄調控,通過影響細胞內碳源的回收再利用、氨基酸的代謝等過程盡可能地節省植物潛在的能量消耗,保障植物的正常生長。(Plant Physiology


揭示氣孔保衛細胞分裂精細調控機制

氣孔是分布在所有陸地植物葉片表面的特化表皮細胞結構,氣孔保衛細胞通過調節氣孔大小,影響光合作用碳同化和水分利用效率。模式植物擬南芥FOUR LIPS  (FLP) 是最早被發現的氣孔發育關鍵基因之一。FLP基因突變可導致保衛細胞母細胞的冗余分裂,如flp-1突變體中可形成四個保衛細胞相鄰的異常氣孔簇。多個實驗室已經發現,MYB轉錄因子FLP可通過調控編碼CYCA2細胞周期蛋白和細胞周期蛋白依賴激酶(CDKB1,CDKA)基因轉錄水平參與氣孔發育后期細胞分裂。近日,科學家研究揭示氣孔保衛細胞分裂的精細調控網絡,同時還驗證了RPA2a亞基磷酸化狀態對于RPA參與DNA修復中的功能起到調控作用。該研究從flp-1突變體的EMS誘變群中篩選到一個能明顯抑制flp-1氣孔表型的突變體。該突變基因編碼復制蛋白A (Replication protein A, RPA) 復合體的亞基RPA2a亞基。RPA是真核生物中高度保守的單鏈DNA結合蛋白,參與DNA代謝的多個過程(如DNA復制、同源重組,DNA修復等)。該研究發現,RPA2a的細胞核定位和功能受到CDKB1;1磷酸化調控,其第11和21絲氨酸是進化保守磷酸化位點,但又可在細胞周期中受到CDKB1和CDKA特異調控。(PNAS


在植物與傳粉者相互關系的百年歷史變化研究中取得新進展

傳粉者在生物多樣性的維持、陸地生態系統的服務功能和農業生產等方面都發揮著重要的作用。傳粉者降低究竟如何影響野生植物的種子產量,有一個較為合理的假設是:具有?;瘋鞣巯到y的蝶形花亞科植物的種子數量可能表現出降低的趨勢,而具有較為泛化傳粉系統的含羞草亞科和云實亞科植物的種子數量可能表現出降低、不變或者增加的趨勢。 為檢驗這一假設,中國科學家查閱了2萬余份豆科植物標本,記錄了每份含果實標本上一個果莢內的種子數量,在經過去除重復、去除自交物種、去除因樣本量小而無統計意義的數據后,共獲得了109種豆科植物4637個關于種子數量的數據,這些標本最早采于1900年,最新采于2013年,時間跨度超過30年的物種為101個。統計結果表明,只有13個物種的種子數量在近些年表現出了顯著的變化趨勢,其中9個物種的種子數量顯著增加;三個亞科植物的種子數量并沒有表現出一致的變化趨勢,而在蝶形花亞科中,種子數量增加的物種數要高于降低的物種數。顯然,研究結果表明豆科植物與傳粉者的相互關系在近些年來并沒有被嚴重干擾,至少在中國是這樣的情況。本研究一方面表明植物與傳粉者的相互關系比研究團隊想象的要更加復雜,而另一方面則為如何利用標本數據開展研究提供了一個新的思路。(New Phytologist


單子葉植物ROS代謝平衡中的關鍵調控因子——miR528

microRNA(miRNA)是植物學研究中最受關注的一類小分子RNA(small RNA),短小精湛而功能全面。過去的研究發現miR528有這些功能:1)靶向AAO,參與病毒抗性;2)靶向LAC,影響植株倒伏;3)靶向RFI,調節開花時間。最近的研究發現miR528在香蕉中靶向多酚氧化酶(PPO)基因,在香蕉低溫脅迫過程中扮演非常重要的角色。低溫條件下,香蕉中miR528表達下降,導致PPO基因表達成百倍增加,從而引起活性氧(ROS)水平的上升,最終導致香蕉果皮褐變性狀的出現。該研究首先比較了香蕉在高低溫處理下,其果皮中sRNA組與室溫處理之間的區別,發現差異表達的miRNA明顯偏好地靶向編碼氧化還原相關蛋白的基因。通過實驗驗證與進一步數據分析,發現miR528對低溫有明顯響應,其靶向多酚氧化酶PPO基因。同時,該研究通過大范圍比較基因組分析,發現miR528在不同的單子葉植物中具有不一樣的靶向偏好性,但是大部分靶基因都編碼含銅相關蛋白,通過參與多樣化的氧化還原反應廣泛調控植物體內活性氧的代謝平衡。如此獨特的miR528是如何在單子葉植物的進化過程中演化出來的,以及它的功能偏好性,都是后續研究工作中值得探索的問題。(New Phytologist


發現鞘脂是稻瘟病菌附著體發育和致病的關鍵信號元件

稻瘟病嚴重威脅全球水稻產量和糧食安全。稻瘟病菌具有典型的侵染循環,即通過產生分生孢子來傳播病害。附著胞形成與否決定病菌是否成功入侵,該研究機理是國際研究熱點。最新研究采用非靶向代謝組學來分析稻瘟病菌附著胞內的代謝物質,建立了稻瘟病菌代謝組學的研究平臺,鑒定出53個存在于分生孢子和24h成熟附著胞之間的差異代謝物,明確指出甘油不僅僅是附著胞膨壓產生的唯一來源。研究成功發現了包括早期鞘脂合成在內的六個關鍵代謝途徑的顯著變化。通過小分子抑制劑、遺傳分析和化學互補分析等,確定了鞘脂是稻瘟病菌附著體發育和致病的關鍵信號元件。該研究結果為分析與侵染相關的信號網絡中的化學成分提供新視角,為開發針對水稻和其他谷類病害的新型藥物提供了潛在的靶標。(mBio

來源:基因農業網

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