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生物技術前沿一周縱覽(2019年12月14日)

2019-12-15 21:42 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

PXY介導的轉錄調控網絡控制維管發育的機制
維管植物利用木質部向上運輸根系吸收的水分和養分而通過韌皮部向下運輸葉片同化的碳水化合物,在植物生長發育中發揮關鍵作用,但是目前關于維管發育和形態發生的調控機制仍不明確。近日,科學家在擬南芥中揭示了PXY調控維管發育的轉錄調控機制。該研究通過eY1H(enhanced yeast one-hybrid )鑒定了與維管調節因子(植物生長素感知,細胞分裂素感知,PXY受體,ERECTA受體和GSK3激酶相關組分)啟動子結合的轉錄因子,并生成了一個包含690個轉錄因子-啟動子相互作用的轉錄調控網絡(transcriptional regulatory network, TRN)。這些相互作用之間有一個前饋環,包括WUSCHEL HOMEOBOX RELATED14(WOX14)、TMO6以及它們分別編碼的第三個轉錄因子LATERAL ORGAN BOUNDARIES DOMAIN4(LBD4)。TMO6-WOX14-LBD4前饋環連接生長素和PXY介導的信號傳導以參與維管增殖(該環響應生長素和TDIF-PXY信號傳導)。該研究進一步研究發現前饋環轉錄因子是控制維管增殖和形態發生的關鍵組分,通過LBD4和PXY之間的遺傳相互作用發現,LBD4可以通過TDIF-PXY, WOX14和 TMO6標記原形成層-韌皮部邊界,從而調控根系原形成層活性區域和維管束的形狀。(The Plant Cell

病原真菌通過攻擊葉綠體調控寄主免疫的致病機理
條銹菌對小麥生產具有毀滅性危害,嚴重時甚至絕收,因此,揭示病原菌致病性變異基礎對開發條銹病持續有效防控的策略具有重要意義。近日,科學家首次報道了病原真菌通過攻擊植物的葉綠體調控植物免疫的致病機理,揭示了活體營養型寄生真菌侵染致病的新途徑。該研究報道的是一個條銹菌吸器階段特異誘導表達的效應子Pst_12806,其編碼蛋白含有葉綠體導肽,依賴該導肽進入寄主植物的葉綠體中,干擾光合系統中細胞色素b6f蛋白亞基TaISP(Iron-Sulfur protein)的功能,降低植物的光合作用,減弱由葉綠體介導的活性氧積累以及抗性相關基因的表達,促進條銹菌的侵染定殖。該研究首次報道了病原真菌通過攻擊植物的葉綠體調控植物免疫的致病機理,揭示了活體營養型寄生真菌侵染致病的新途徑。(Nature Communications

科學家揭示植物免疫預警新機制

細菌和真菌是共存于自然界的兩類主要植物致病菌,基于進化過程中真菌對植物的巨大威脅,植物是否能夠通過識別數量較多的細菌來對數量較少的真菌進行預警呢?近日,研究揭示了擬南芥對病原細菌的識別會誘導其幾丁質共受體CERK1發生胞內近膜區磷酸化,該研究首次發現擬南芥BAK1和CERK1分別作為共受體的兩條過去認為彼此獨立的免疫信號轉導通路存在信息流動(crosstalk),并因此產生細菌誘導的真菌抗性。同時,該研究首次發現植物受體激酶可通過近膜區磷酸化進入一種介于“失活”和“激活”的中間狀態,即“警戒”(primed)狀態。值得注意的是,茄科植物本氏煙的CERK1因為近膜區沒有對應擬南芥CERK1的可磷酸化位點,不能響應flg22進入警戒狀態,而擬南芥的CERK1卻能在本氏煙細胞中受flg22誘導進入警戒狀態,提示通過基因編輯改造農作物自身CERK1的近膜區使之獲得對應擬南芥CERK1的可磷酸化位點,有望成為提升農作物廣譜真菌抗性而又不會造成持續生長抑制的新策略。(Cell Host & Microbe

科學家揭示改變植物分支角度的氨基酸
重力是調節植物生長發育和形態建成的重要環境因子,植物地上部的不同器官如初生/次生莖、葉柄、花梗等可以通過重力響應協調各個器官的特定生長角度。 近日,科學家揭示了LAZY蛋白調控擬南芥分支角度(重力響應)的分子機制。該研究發現,與野生型(Col-0)相比,atlazy1突變體擬南芥中的莖基部與初級花序之間的夾角(分支角)顯著增加。用野生型的AtLAZY1基因轉化atlazy1突變體可顯著減小分支角,這證明了LAZY基因在調控分支角的功能。 該研究進一步分析了區域II影響擬南芥重力響應的機制,通過光照試驗排除了莖的機械強度差異造成該現象的可能性,并發現這種變化是由AtLAZY1 L92A/I94A氨基酸的替換逆轉了花序莖的重力響應,并且這種變化是通過生長素梯度變化介導的??傊?,該研究表明LAZY蛋白可以調控植物的重力響應,并且該響應是由第II段保守域介導的生長素梯度的變化引起的。該研究還對跨器官的生長素梯度形成的研究以及未來植物株型的遺傳改造提供了新思路。(Plant Physiology

科學家揭示植物響應水淹脅迫的新機制
生長調控對于植物響應逆境脅迫維持其生存是至關重要的。目前關于陸生植物響應水淹脅迫的具體機制還不是很清楚。近期,科學家揭示了乙烯介導微管重排促進擬南芥下胚軸在水淹脅迫下的伸長生長的生物學機制。本文以擬南芥為研究對象對陸生植物響應水淹脅迫的機制進行研究,發現水淹會促進水下擬南芥下胚軸的伸長,而伸長的下胚軸有利于植物存活。本研究發現在水淹處理后野生型下胚軸中微管排列由斜向排列轉變為促進細胞伸長的橫向排列,而乙烯不敏感突變體ein2-5 和ein3eil1的微管排列仍多為斜向或縱向排列,說明水淹處理誘導微管排列的轉變,且該過程依賴于乙烯信號途徑。微管的動態變化受到微管結合蛋白的調控。GUS染色等實驗表明微管結合蛋白MDP60作為一個正調控因子參與了水淹誘導的微管排列轉變和下胚軸的伸長生長。綜上所述, 本研究揭示了乙烯介導微管重排促進擬南芥下胚軸在水淹脅迫下的伸長生長的生物學機制。(Journal of Experimental Botany

科學家闡明前體miRNA加尾在植物中的多種功能
microRNA(miRNA)是在許多生物過程中起調控作用的RNA。近日,在科學家研究發現了前體miRNA3' 末端胞苷化和尿苷化修飾的普遍性,并闡明了前體miRNA加尾在植物中的多種功能。該研究通過前體miRNA 3' 末端文庫構建和測序,對擬南芥中前體miRNA3' 末端的剪切位點和豐度進行了分析。結果發現miRNA前體3' 端存在精確和非精確剪切的現象;HYL1,SE和DCL1有助于提高3' 端剪切的精確度;精確和非精確剪切的miRNA前體3' 末端都發生了非模板修飾-主要是尿苷化和胞苷化的修飾。該研究還發現在體外對前體miRNA進行尿苷化修飾的酶主要是核苷酸轉移酶HESO1,HESO1也負責體內前體miRNA的尿苷化修飾;HESO1,NTP6和NTP7均參與前體miRNA的胞苷化修飾。前體miRNA的加尾傾向于將截短的前體miRNA恢復到其完整長度,以促進進一步加工。此外,HESO1介導的尿苷化修飾能促進某些不精確加工的前體miRNA的降解。該研究發現了前體miRNA3' 末端胞苷化和尿苷化修飾的普遍性,并闡明了前體miRNA加尾在植物中的多種功能。(Nature Plants

揭示赤霉素參與高溫影響植物地上部生長的分子機制
溫度參與影響根及下胚軸伸長、早花表型等,近日科學家研究揭示了根部產生的GA12通過長距離運輸轉化成活性GA4參與高溫下植物地上部生長的分子機制。該研究利用嫁接方式研究GA運輸是否參與高溫對植物的生長調控,結果證明根源GA在高溫影響的植物生長中起重要促進作用。 除外,研究人員還發現高溫增加了GA12的根-莖轉運,進而在代謝轉化為有生物活性的GA4后,促進了地上部蓮座葉的生長。進一步研究結果表明,高溫誘導的GA12根-莖轉運增強了DELLA蛋白的降解,并進一步誘導PIF4介導的高溫響應基因表達,因此促進了植物地上部分的生長。該研究進一步證明了GA12是擬南芥中長距離運輸的主要GA信號,并揭示了GA12通過長距離運輸影響地上部PIF4活性,從而參與高溫影響的植物地上部生長的分子機制。未來該領域的研究可集中在植物GA轉運體的進一步發現及根系感知溫度信號的分子機制間進行。(Nature Plants

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