生物技术前沿一周纵览(2018年11月9日)

2018-11-09 17:51 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2018年11月9日)

 生物技术前沿一周纵览(2018119日)

 

水稻逆境胁迫机理研究上取得新进展

 

抗逆、高光效和固氮是作物育种研究的三大主题。逆境胁迫是植物在整个生长发育阶段需要面对的环境刺激。因此,解析作物应对并适应逆境胁迫的分子机理是作物稳产分子育种的前提和基础。该研究以水稻为材料,首次揭示转录因子蛋白IDS1参与了水稻的耐盐性。同时,还发现了IDS1能与其他蛋白相互作用形成信号复合体,通过表观遗传学机制来控制靶基因的表达。该研究首次阐明了表观遗传学调控的植物逆境胁迫的分子机理并对水稻耐盐分子育种有重要的分子标记开发潜力和基础理论指导意义。(Plant Physiology

 

 

类受体蛋白整合激素信号调节植物根细胞发育新机制

 

植物细胞命运决定主要依赖于位置信息及细胞间的信号传递。研究人员前期工作中发现 RLP44 参与 BR 信号途径的激活,因此作者检测了一系列BR信号突变体的木质部发育情况,发现只有 BR 受体 BRI1 相关突变体具有大量分化的木质部细胞,说明植物木质部发育与传统的 BR 信号途径无关,仅依赖 BRI1 蛋白。RLP44 可以与 PSK 受体 PSKR1 相互作用,同时 pskr 突变体也表现出与 rlp44 类似的表型,外源施加 PSK 可以回复 rlp44 突变体表型,说明 RLP44 在木质部发育过程中的作用使经由PSK信号途径起作用的。进一步研究发现,RLP44 可以分别促进 BRI1 PSKR1 两个受体蛋白与其共受体蛋白的相互作用,其转录水平受到 BRI1 的调控。基于以上这些结果,研究人员认为 RLP44 可能是一个中间调节子,通过调节受体与共受体的相互作用参与 BR PSK 介导的信号途径,同时也被 BRI1 反馈调控,由此调控植物细胞命运。该研究揭示了细胞膜定位的类受体蛋白介导的动态平衡机制在植物生长发育过程中的作用。(PNAS 

 

 

研究揭示辅助因子对蓝细菌固碳蛋白复合系统自组装的调节

 

蓝细菌已经进化出一种特殊的细胞器--羧酶体,可以高效地将二氧化碳转化为糖,这一过程称为碳固定。研究以蓝细菌聚球藻 (Synechococcus elongatus PCC7942) 为材料,采用分子生物学、生物化学、生物信息学和活细胞显微镜技术,发现将 RbcX 编码基因敲出可以诱导细胞内二磷酸核酮糖羧化酶 (RubisCO) 在羧酶体中的表达含量,并影响羧酶体在细胞内合成的数量、体积和分布。RbcX 广泛存在于蓝细菌、藻类和植物中。在许多蓝细菌中,RbcX 被确定为 Rubisco 形成的辅助蛋白,参与 Rubisco 酶的合成。该研究结果表明,在聚球藻中 RbcX 实际上是羧基体的结构组分之一,介导羧基体的合成,从而揭示了 RbcX 在蓝细菌中的新功能。(Plant Physiology 

 

 

受体类激酶RLK902调控植物免疫的分子机理

 

许多受体类激酶 (receptor like kinases, RLKs) 是植物免疫反应中重要的调控因子,在识别病原菌相关分子模式或植物内源的免疫相关分子模式、诱发和调控基础免疫反应中发挥重要作用。课题组研究表明,虽然这两个受体类激酶与 EDR4 在植物中均存在相互作用,但只有 RLK902 EDR4 一样参与了植物对丁香假单胞杆菌的抗性调控。在植物免疫反应调控过程中,免疫信号通过磷酸化从受体类激酶传递到胞质型类受体激酶(receptor-like cytoplasmic kinases, RLCKs)是一种常见的方式。研究团队前期研究发现 RLCKs XII 亚家族中的 BSK1 是一个重要的植物免疫正调控因子,通过生化结合遗传学分析,该团队发现,BSK1 RLK902 的下游发挥作用,RLK902 直接结合 BSK1 并将其磷酸化,将免疫信号向下传递,其中 BSK1 蛋白的 230 位丝氨酸为 RLK902 磷酸化的关键位点,在 RLK902 介导的植物免疫中发挥重要作用。研究揭示的 RLK902 作用机理及 EDR4 RLK902 细胞转运的调控机理为进一步了解植物受体激酶在植物免疫中的功能,推动对植物免疫系统的认知提供了新的线索,为植物的抗病育种提供理论支持和基因资源。(Molecular Plant 

 

 

茉莉酸通路中JAZ蛋白调控植物生长和抗性平衡的机制

 

茉莉酸(jasmonate)是一种植物激素,在抵抗虫害和病害(主要是死体营养型病原菌)中发挥重要作用。JAZ蛋白是茉莉酸通路中的抑制蛋白,在拟南芥中有13个同源基因,存在一定的冗余性。研究通过表型分析发现 jazD 的生长速率明显降低,繁殖力减弱,但是对于昆虫(Trichoplusia ni)和病原菌(Botrytis cinerea)的抗性显著增强。转录组和蛋白组的分析表明,在 jazD 植株中,生长相关的代谢途径受到抑制,而抗性相关的代谢途径极大地提升。相应地,jazD 植株的呼吸作用有所增强,并且合成了很多具有抗性作用的次生代谢产物,例如 glucosinolates。淀粉和蔗糖是植物中重要的代谢物,它们是合成其他生长或者抗性代谢物的前体。而在 jazD 中,二者含量均有所降低。相应地,代谢组的研究表明,jazD 植株中很多“饥饿”信号基因(sugar starvation marker genes)表达量升高。因此,jazD可能处于“饥饿”中。为了验证 jazD 是否处于“饥饿”中,研究人员给 jazD 提供了外部的蔗糖。结果显示,外部的蔗糖可以极大地恢复 jazD 的生长。根据以上结果,研究人员认为当植物产生极强的抗性反应时,次生代谢产物的合成需要消耗大量的能量,从而减少了淀粉和蔗糖的存量,导致植物可以用于生长和发育的能源物质短缺,产生“饥饿”信号。“饥饿”信号的感应有可能促使植物减缓自身的生长以适应这种能源短缺的状况。(PNAS

 

 

干旱胁迫初期ABA生物合成的调控机制

 

植物激素脱落酸(abscisic acidABA)在干旱胁迫后会显著积累,并且在干旱胁迫响应中发挥关键作用,包括基因调控、气孔关闭、种子成熟和休眠等。研究首先鉴定出了 NCED3 的候选转录调节因子—NGATHAsNGAs)。进一步研究发现,NGA 蛋白直接与 NCED3 启动子的 5'UTR5 untranslated region)中的顺式元件 NBENGA-binding element)结合,进而转录激活 NCED3。研究还发现,在 NGA 家族基因的4个单敲除突变体中,NGATHA1NGA1)敲除突变体对干旱胁迫最敏感,此时 NCED3 的表达水平降低且 ABA 的积累减少。以上结果揭示了 NGA1 的功能,表明 NGA1 通过直接激活 NCED3 的表达在干旱—应激反应期间充当 ABA 生物合成的正调节剂。此外,该研究还发现,即使在缺乏 ABA 的突变植物中,NGA1 蛋白也会在干旱胁迫后显著积累。这表明干旱应激过程中存在ABA非依赖性的翻译后调节机制,参与 NGA1 蛋白的稳定化。(PNAS 

 

 

花瓣中叶绿体发生机制

 

叶绿体通过光合作用将太阳能转化为生物能,从而促进植物的生长发育和繁殖。研究发现,作为 MADS-box 转录因子家族的成员,SOC1SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1)和 SOC1-like 基因存在于所有植物中。该研究表征了矮牵牛中的新型 SOC1-like 基因 FPB21  FBP22,发现他们在绿色组织中表达,但是在花瓣中不表达。该研究还发现,SOC1  SOC1-like 基因的过表达上调编码叶绿体蛋白的核基因的表达,有助于叶绿素的代谢和叶绿体蛋白的转运。此外,该研究还发现,只有在高温条件下,过表达这些基因会促进开花和叶绿体的生物发生。并且热应激会上调叶绿素生物合成相关基因的表达,证明了热应激在诱导花瓣叶绿体发生中的重要作用。( Plant Cell and Environment 

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