生物技术前沿一周纵览(2018年1月5日)

2018-01-05 14:53 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 生物技术前沿一周纵览(201815日)

 

植物AGO1促进基因转录的全新功能

 

AGO1是拟南芥AGO蛋白家族的最重要成员。AGO1主要结合miRNA,在细胞质中通过切割靶mRNA或介导翻译抑制在转录后水平抑制靶基因表达。研究通过AGO1染色质免疫共沉淀偶联高通量测序(ChIP-seq),鉴定得到940 AGO1结合区域,这些区域主要位于基因区。mRNA测序(RNA-seq)结果分析显示AGO1结合的基因比AGO1不结合的基因表达水平更高,并且在AGO1的缺失突变体中,这些基因的表达下降,说明结合于基因上的AGO1可促进基因表达。随后,通过新生RNA测序(GRO-seq)和Pol II ChIP-seq发现,AGO1在转录水平促进基因表达。进一步研究发现AGO1SWI/SNF蛋白复合体互作,并且AGO1与靶基因的结合需要SWI/SNF蛋白复合体。该研究发现AGO1对茉莉酸通路基因的激活及信号转导具有重要作用。

AGO蛋白能在植物响应植物激素和环境胁迫过程中起到重要的调控作用。(Developmental Cell

 

 

植物平衡胁迫应答和生长发育的分子机制

 

由于无法通过移动有效地逃避胁迫,植物必须精确地平衡生长发育和胁迫应答,以适应不断变化的环境。基于定量磷酸化蛋白组学分析,研究发现ABA受体PYR1/PYLs蛋白存在一个保守的磷酸化位点,ABA抑制这一位点的磷酸化。外源ABA处理后,PYL蛋白中这一位点的磷酸化消失。通过点突变模拟这一位点的磷酸化发现磷酸化的PYL蛋白不能结合ABA,也不能抑制PP2C的活性,失去感受和传递ABA信号的功能。非磷酸化形式的的PYL转基因植物的恢复生长(Recovery Growth)与野生型相比明显延迟。研究进一步发现,TOR能特异地磷酸化PYL蛋白这一位点。已知TOR蛋白高等生物中非常保守,控制细胞能量代谢、细胞生长和发育过程的关键因子。tor突变体以及TOR复合体组分突变体raptor等对ABA敏感,并在正常条件下表现出生长抑制、SnRK2活性增加、胁迫应答基因表达等胁迫类似表型。同时,TOR复合体中的调节组分RaptorBABA受体下游核心蛋白激酶SnRK2的底物。胁迫条件下ABA激活SnRK2蛋白激酶,并通过磷酸化RaptorB蛋白,促进TOR复合体的解离,抑制TOR的活性。该研究发现ABA受体的磷酸化调控机制,并发现TOR蛋白激酶复合体和ABA受体偶联途径组成的调节环(loop)平衡植物生长发育和胁迫应答的分子机理。(Molecular Cell

 

 

植物激素互作机制研究获进展

 

植物激素脱落酸(ABA)和生长素(auxin)相互协同或拮抗调控植物生长发育和应对环境胁迫的过程。研究人员以拟南芥根的发育为研究模型,通过筛选ABA信号通路主要组分的突变体对外源生长素的响应,发现ABA信号传导通路的主要负调控基因ABI1参与生长素介导的根的发育,定位于内质网的小分子量热激蛋白sHSP22受生长素的诱导表达依赖于ABI1。通过遗传学、细胞生物学和生理学等方法揭示ABAAuxin互作的新机制,提出“ABI1-sHSP22”介导两种激素信号交叉作用进而调控根发育的工作模型。(Plant Physiol

 

 

GWAS研究揭示玉米直链淀粉含量的遗传结构

 

淀粉是玉米籽粒中含量最丰富的碳水化合物,主要包含了25%直链和75%左右的支链淀粉。跟总淀粉含量不同的是,直链和支链淀粉的各自所占的百分含量决定了食品原料和工业应用中不同的加工性能。研究人员利用了464株玉米籽粒中表型直链淀粉的含量,以及对应的9,007,194SNPs的基因型,进行连锁不平衡的全基因组关联分析,筛选出了与直链淀粉合成相关的27SNPs以及有潜力的39个候选基因,这些结果初步阐明了直链淀粉合成的调控网络,对后续研究和改良玉米籽粒具有重要指导意义。(Plant Biotechnology Journal)

 

 

拟南芥胆碱转运蛋白CTL1通过调控囊泡运输影响植物的生长发育及离子平衡

 

胆碱及其后续产物磷脂酰胆碱(PC)是真核细胞细胞膜的重要组成部分,占到细胞膜磷脂总含量的60%,然而它们的含量在从内质网合成,然后经由高尔基体和囊泡运输到质膜的过程中逐渐减少,且在细胞质膜上极性分布在于脂双层外侧。研究人员运用离子组学手段,通过正向遗传学筛选,获得一个多种矿质元素含量发生显著变化的突变体sic1,并通过图位克隆证实一个编码胆碱转运蛋白的基因CTL1的点突变导致了该表型。深入研究表明,CTL1基因能够影响拟南芥胞间连丝的发育及其功能,从而阻碍了根部重要转录因子SHR蛋白从中柱向内皮层细胞的移动,造成了sic1突变体中的细胞属性的变化,进而导致HKT1HMA4等离子转运蛋白基因在根部外皮层异位表达而影响了植株中NaZn的含量。(PLoS Biology)

 

 

蓝藻利用单个转录因子对代谢产物的响应来维持体内碳氮代谢平衡

 

碳氮代谢是各种生物生存和生长所必须的,而微生物通过精细调控碳氮代谢平衡来适应不同的生长环境。研究人员利用X-射线晶体学手段解析了蓝藻碳代谢全局性转录抑制子NdhR的三维结构,发现2-OG2-PG分别是NdhR的协同抑制子和诱导子。研究人员结合结构生物学、生物化学和微生物遗传学实验,发现蓝藻中氮浓度偏低时,2-OG浓度升高,NdhR2-OG结合后与DNA启动子区域的亲和力增强,从而抑制碳转运相关基因的转录,以维持蓝藻内的碳氮平衡。当蓝藻内碳浓度偏低时,2-PG浓度升高,NdhR结合2-PG后构象发生变化,从启动子区域释放下来,其抑制子活性被解除,碳转运相关基因大量表达,进而实现碳氮平衡。这不仅阐明了LysR家族转录抑制子的一种全新调控机制,还揭示了蓝藻利用单个转录因子对代谢产物的响应来维持体内碳氮代谢平衡的分子机理。(PNAS

 

 

水稻有望实现高锰低镉

 

锰作为一种重要的矿质元素,在日常饮食中往往不足。通过生物强化作用虽然可以增加水稻籽粒的锰含量,但有害重金属镉含量也同时上升。研究人员利用低锰籼稻品种93-11和高锰品种培矮64s为亲本的重组自交系结合高密度遗传图谱,在水稻第7号染色体短臂上检测到一控制籽粒锰含量的主效QTL——qGMN7.193-11背景qGMN7.1的染色体片段代换系其籽粒锰浓度显著上升,镉浓度显著下降,根系的锰吸收能力增强。qGMN7.1最终确证是一个调控锰镉吸收的基因OsNRAMP5,基因启动子的序列变异引起了转录水平的表达差异,导致籽粒锰浓度的变化。该研究表明,OsNRAMP5在调控水稻籽粒锰含量方面起了重要作用。(Scientific Reports 

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