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生物技术前沿一周纵览(2018年8月10日)

2018-08-10 14:41 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2018年8月10日)

 生物技术前沿一周纵览(2018810日)

 

H3K27me3解密机制抑制基因表达调控植物生长发育

 

组蛋白赖氨酸的甲基化修饰在真核生物基因表达调控中的作用广泛,是一种重要的调控方式。研究人员通过蛋白互作分析找到了拟南芥EMF1蛋白的互做蛋白SHLEBS。这两个同源蛋白含BAHPHD两个结构域。生化实验表明,BAH结构域不仅介导与EMF1的互作,还能识别H3K27me3;进一步的分子遗传分析发现,SHLEBSEMF1形成H3K27me3的“reader-effector”复合体(SHLEBSreader,染色质凝缩蛋白EMF1effector)。这一复合体解密基因组上的H3K27me3沉默标记、抑制靶基因表达。在shl ebs lhp1缺失三突变体中,拟南芥基因组上的H3K27me3不能被维持,幼苗的体细胞分化被逆转,形成愈伤组织;这一表型与H3K27三甲基化酶缺失突变体高度一致。同时在单子叶植物水稻中,SHL-EBS家族蛋白能识别H3K27me3并与EMF1的同源蛋白互作,形成类似的BAH-EMF1reader-effector”复合体。(Nature Genetics

 

 

EBS调控开花开关

 

研究人员发现EBS蛋白为二价组蛋白标记阅读器:BAHPHD结构域分别识别H3K27me3H3K4me3标记。体外实验发现EBS结合H3K27me3的亲和力要高于结合H3K4me3的亲和力,进一步的结构生物学研究发现EBSBAH结构域通过识别肽段H3K27me3的甲基化赖氨酸和第30位的脯氨酸来实现序列选择的特异性。EBS可以通过C端一段含有脯氨酸的无规则结构,以自抑制的方式抑制PHD结构域结合H3K4me3。植物体内的实验表明EBS在染色质上能结合H3K4me3H3K27me3,其在拟南芥基因组上的分布与H3K27甲基化酶CLF的分布相似。EBS抑制成花素基因表达,从而抑制开花,进一步分析发现EBS作为一个分子开关,能分别识别H3K4me3H3K27me3标记以及精确转变其结合偏好性来确保适时开花。(Nature Genetics

 

 

尼克酸可逆甲酯化参与NAD在植物组织间的长距离运输

 

NAD (尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸) 作为电子传递载体(辅酶)参与众多的氧化还原反应。近期,研究人员发现一种新的尼克酸修饰——甲酯化(MeNA),可高效互补NAD从头合成途径突变体(ao-1qs-1),说明MeNA可以在植物不同组织间长距离运输并参与NAD生物合成。研究组进一步克隆了负责NA甲基化和MeNA去甲基化的基因,利用相关转基因材料,结合稳定同位素标记和化学分析表明,NAD通过NA可逆的甲酯化修饰完成在受胁迫组织和非胁迫组织间的重新分配,进而提高植物对不同胁迫环境的适应性。(Molecular Plant

 

 

棉铃虫种群动态响应“倒春寒”天气过程研究中获进展

 

新疆是我国重要的棉花生产基地,棉铃虫是本地区棉花产业持续发展的主要障碍之一,也是全球粮棉蔬菜生产的重点防控害虫。研究人员以新疆南疆典型的棉花生产种植区为调查样点,对各地连续13年的春季日气温变化数据进行分析,分析了“倒春寒”天气的发生程度和春季平均最低气温的变化趋势,发现13年间各地“倒春寒”天气持续天数呈下降趋势,春季平均最低气温呈上升趋势,越冬代棉铃虫数量出现增加的趋势。对棉铃虫各代种群数量分别与“倒春寒”天气持续天数和发生程度的关系分析发现,各代棉铃虫种群数量与“倒春寒”天气的持续天数呈显著负相关,并且第一代棉铃虫种群数量受到影响后变异程度极为显著。同时利用DYMEX模型基于多年的田间温度、“倒春寒”发生特征和害虫资料进行模拟发现,“倒春寒”的发生时期对棉铃虫种群数量变化比较复杂,并且发现“倒春寒”天气在棉铃虫越冬代的蛹期或羽化期发生时,对后代种群数量具有截然相反的作用。(Journal of Pest Science 

 

 

植物感知春化信号的表观修饰位点和记忆调控网络

 

冬性植物、二年生植物和多年生植物的开花需要长时间环境低温诱导,此过程称为春化作用。研究人员以已知春化关键基因VRN1为正对照,通过ChIP-Seq手段全面分析春化中两个重要组蛋白修饰H3K4me3H3K27me3的动态调节,发现在以往表观研究中被忽略的VRN3基因的H3K4me3H3K27me3呈现明显变化,且二者相辅相成,共同调控基因表达。进一步研究表明,VRN3在开花调控网络中是整合春化和光周期两种环境信号的节点,在表观水平也是重要调控点。这一结果表明多种不同调控信号汇集于此基因。(New Phytologist

 

 

科学家建立基因组编辑高效调控内源基因蛋白质翻译新方法

 

基因组编辑是在基因组水平对基因进行精确、定向修饰的一种高效生物技术方法。研究组利用CRISPR/Cas9uORF进行编辑,发现能够显著提高目标基因的翻译效率。通过CRISPR/Cas9编辑拟南芥和生菜中的4个基因的uORF翻译起始区及周边序列,获得了多个相应基因的uorf突变体。这些uorf突变体目标基因的pORFmRNA翻译水平都有不同程度的提高。其中,通过突变维生素C合成途径中关键基因GGPGDP-L-galactose phosphorylase)上游的uORF,可使生菜叶片中维生素C含量提高约150%。利用CRISPR/Cas9编辑uORF翻译起始区会出现两种结果:(1)完全破坏uORF的翻译起始能力导致uORF功能缺失;(2)改变uORF的翻译起始密码子(例如ATG突变为翻译起始能力较弱的GTG)及其周边序列,使uORFpORF的抑制效率发生微调。该研究展示了通过基因组编辑uORF操纵mRNA翻译,调控蛋白质水平在植物分子生物学研究及遗传育种中的应用前景。(Nature Biotechnology

 

 

科学家揭示组蛋白乙酰转移酶活性调节的新机制

 

核小体是真核生物染色质的基本结构单元,由约146bpDNA缠绕在核心组蛋白八聚体而形成的。Rtt109Asf1体外复合体的组装存在一定困难,如何排除Vps75的干扰需要很多尝试。研究人员经过十余年努力,巧妙地通过采用缺少Vps75结合部位的烟曲霉的Rtt109,与酵母Asf1和底物组蛋白H3-H4组装了很好的复合体,并解析该四元复合物与乙酰基供体CoA复合物的晶体结构。从结构中可以看到,H3K56所在的N端α-螺旋被打开,形成一段柔性的loop区,该loop区结合在Rtt109的活性口袋周围,从而使H3K56的侧链伸入活性口袋。尽管组蛋白伴侣Asf1对于H3K56修饰必不可少,但Asf1Rtt109之间并没有直接的相互作用。Asf1通过其C端的一个β-strand与组蛋白H4C端之间形成β-折叠片,稳定了H4末端的一个关键片段,使底物处于更利于催化的构象进而促进Rtt109的活性。这个结构特性被进一步的生化和遗传学实验确证是Rtt109发挥功能的必要条件;另外,Rtt109与组蛋白H3的核心螺旋结构的相互作用也是其活性所必需的。这项工作首次揭示了组蛋白修饰酶的多亚基、多底物识别位点的复杂调控机制,为理解该类乙酰化酶的底物识别和活性调控机制提供了重要基础,也为以Rtt109为靶点的抗真菌药物研究提供了线索和依据。(Cell

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