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生物技術前沿一周縱覽(2020年01月31日)

2020-02-01 16:26 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

發現一條胚和胚乳之間的雙向肽信號通路
植物胚表皮是種子發育過程中胚合成的疏水屏障,在種子萌發時,胚表皮可減少幼苗的水分散失,對幼苗的生存至關重要。近日,科學家研究報道了一條胚和胚乳之間的雙向信號通路,該信號通路可在種子發育過程調控胚表皮的形成。該研究發現,硫酸化肽TWISTED SEED1(TWS1)是類受體激酶GASSHO的配體。TWS1前體和GASSHO受體都是在胚中產生,而枯草桿菌蛋白酶是在胚乳中產生??莶輻U菌蛋白酶介導來源于胚的TWS1前體加工,釋放活性肽,進一步激活胚中依賴于GASSHO的表皮形成??莶輻U菌蛋白酶的空間特異性導致雙向肽信號傳導途徑,控制胚表皮的形成;而與此相反的是,依賴于GASSHO的凱氏帶形成信號通路是單向的。這表明GASSHO受體在植物體內不同途徑中的功能是獨立的。綜上,該研究揭示了一條胚和胚乳之間的雙向肽信號通路,其可以確保種子萌發前胚表皮的完整性,為后期種子的萌發提供重要基礎。(Science

植物單堿基編輯技術成功實現水稻內源基因人工定向進化
農作物遺傳變異資源是農作物改良的基石,是保障糧食安全和農業科技創新的戰略資源。近日,科學研究提出將單堿基編輯技術應用于植物內源基因定向進化的理念。在該研究中,研究人員對轉化細胞群體攜帶的OsALS1靶標區域進行深度測序,結果表明BEMGE方法成功創制了大量的OsALS1靶基因變異。通過進一步的抗除草劑篩選,研究人員成功的鑒定出4個自然界中未曾被發現的、對除草劑具有不同抗性程度的新等位基因;并進一步通過單堿基編輯器介導的精準編輯技術,成功地將變異位點P171F引入到了水稻生產品種南粳46中,由此南粳46升級為“潔田稻”。BEMGE的提出和在水稻上的成功應用,預示了人類將來可對各農作物各關鍵性狀重要控制基因或其調控序列進行定向進化,可發掘出靶標基因的一系列的強、中、弱等位基因。另外,BEMGE技術的應用,亦可推動現代分子生物學基因功能的研究,幫助人們更加深入了解基因功能和蛋白調控的奧秘,并可進一步運用到分子育種之中,現代基因功能基礎研究和傳統農作物育種應用由此被有機地整合到一起。(Molecular Plant

揭示茉莉酸信號調控根毛發育的新機制
茉莉酸(Jasmonate, JA)激素是植物體內一類非常重要的脂類生長調節物質,參與調控植物某些重要的生長發育過程以及對環境因子的響應。近日,科學家在植物激素茉莉酸的信號傳導機理及其調控根毛發育研究中取得的最新進展。該研究發現,外源施加茉莉酸可以促進擬南芥根毛的伸長;相反,阻斷內源茉莉酸信號通路則導致根毛異常。相一致的是,茉莉酸信號可以上調根毛發育相關基因的表達。進一步機理研究表明,茉莉酸信號途徑重要抑制子JAZ蛋白能與RHD6和RSL1等關鍵轉錄因子相互作用,從而形成蛋白復合物。遺傳表型分析發現,茉莉酸促進根毛伸長完全依賴于RHD6和RSL1轉錄因子。該研究不僅證實了茉莉酸激素可以促進植物根毛的發育,而且進一步揭示了茉莉酸信號與根毛發育過程之間直接的內在調控關系,這對于深入理解茉莉酸信號轉導網絡和植物根毛發育的調控機理均具有重要的科學意義。(The Plant Cell

揭示小麥條銹菌侵染新機制
小麥條銹病是影響小麥生產安全的重大生物災害,對糧食生產具有毀滅性危害,一般年份導致小麥減產10~30%,嚴重時可導致絕收。近日,科學家首次利用條銹菌分泌蛋白基因創制小麥抗條銹轉基因材料,并揭示活體營養型寄生真菌細胞壁修飾酶助力病原菌侵染的機制。小麥條銹菌為活體營養專性寄生真菌,缺乏有效的遺傳轉化體系,難以通過遺傳學方法研究病菌的致病機理。為深入揭示條銹菌致病性變異的分子基礎,西北農林科技大學植物免疫研究團隊率先完成了條銹菌基因組測序并獲得了大量的條銹菌細胞壁修飾酶基因。該項最新的研究報道了一個條銹菌質外體分泌蛋白Pst_13661;Pst_13661基因的小麥RNAi轉基因材料對條銹菌主要生理小種CYR31,CYR32,CYR33表現出較強抗病性。Pst_13661編碼一個多糖脫乙?;?,該蛋白能夠修飾條銹菌細胞壁幾丁質,增加了寄主幾丁質酶識別底物的困難,降低幾丁質寡糖的激發子活性,最終削弱寄主應答幾丁質誘導的免疫反應。(Plant Biotechnology Journal

揭示藍藻光合作用環式電子傳遞的結構基礎

光合生物的電子傳遞可分為線性電子傳遞和環式電子傳遞兩種類型。環式電子傳遞具有非常重要的生理意義,它能夠增加ATP / NADPH比例,從而提高卡爾文循環的效率;此外,環式電子傳遞還在光保護中起著重要作用,并幫助光合生物快速響應環境變化。近日,科學家利用單顆粒冷凍電鏡方法解析了來源于嗜熱藍藻T. elongatus BP-1的一種參與光合作用環式電子傳遞的多亞基膜蛋白復合物NDH-1L,及其結合電子供體鐵氧還蛋白(ferredoxin, Fd)的三維結構。NDH-PQ結構揭示了環式電子傳遞鏈的重要組分PQ分子的結合位點;NDH-Fd結構包含NDH-1L復合物的全部19個蛋白亞基,揭示了電子供體Fd與NDH-1L復合物的相互作用細節。研究結果首次提供了完整的NDH-1L結構模型,揭示了PQ分子的結合位置,構建了從Fd到PQ的電子傳遞途徑,并測定了NDH-1L在不同pH條件下的活性及其與Fd的親和力。該項工作為揭示NDH-1L參與的環式電子傳遞和質子泵耦聯機制提供了重要的分子基礎。(Nature Communications

植物滲透脅迫信號新組分
干旱、冷、高鹽等造成滲透脅迫,直接影響植物生長發育和作物的產量。近日,科學家研究揭示了RAFs和SnRK2s組成的蛋白激酶級聯途徑介導的植物滲透脅迫的早期應答過程。該研究通過凝膠激酶分析發現,除SnRK2外,另一組大分子量的蛋白激酶(100-130 kDa)也被滲透脅迫特異激活,研究人員將其命名為滲透脅迫激活的蛋白激酶(OKs)。滲透脅迫處理2分鐘后OK即被迅速激活,且OK的激活不依賴于SnRK2。利用CRSIPS-Cas9技術,研究人員進一步構建了RAF基因家族成員的多突變體。進一步研究發現,OK能直接與SnRK2相互作用并磷酸化SnRK2s。該研究證實了RAF家族蛋白激酶對于這一位點磷酸化,而不是SnRK2的自磷酸化(autophosphorylation)介導了滲透脅迫對SnRK2的激活。綜上所述,該研究揭示了RAF-SnRK2級聯途徑是滲透脅迫的早期信號途徑,為深入了解植物感受和應答滲透脅迫的分子機制提供了線索。同時,通過高通量磷酸蛋白組學鑒定未知蛋白激酶的探索和多基因家族的大規模敲除也為相關領域的研究提供參考。(Nature Communications

揭示玉米胚乳灌漿調控新機制

O2是胚乳特異的bZIP轉錄因子,調控了絕大多數醇溶蛋白基因表達。近日,科學家進一步拓展了Opaque2 (O2)作為玉米胚乳灌漿調控網絡核心轉錄因子的作用范圍,揭示其可以調控胚乳儲藏物質合成起始單元生成所需基因的協同表達。通過基因克隆,科學家發現Oen1編碼的是玉米一個已知基因Shrunken1(Sh1)。那么Sh1怎么會成為 o2的增強子呢?在灌漿期,光合作用產生的蔗糖進入胚乳后要通過蔗糖合酶(sucrose synthase, SUS)的作用分解為果糖和UDP-葡萄糖,然后進入淀粉合成途徑或者其它代謝途徑,蛋白質合成途徑所需氨基酸的碳骨架也要由這兩種單糖的下游衍生物轉化而來。研究結果說明,在玉米籽粒高速灌漿時,雖然Sh1是蔗糖合酶活性最主要的貢獻者,但O2對Sus1和Sus2的轉錄激活是對Sh1介導的灌漿的必要補充。該工作進一步證實了O2是胚乳灌漿調控的核心因子,它使從葉片轉運到籽粒的蔗糖從裂解到最終合成儲藏物質(淀粉和蛋白)形成高度協同的調控,這一策略可能在玉米高效灌漿中發揮重要作用。(Plant Biotechnology Journal 

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