生物技术前沿一周纵览(2019年8月16日)

2019-08-16 14:05 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示组蛋白去乙酰化酶在植物热响应中的功能

全球变暖是人类正在面临的一个十分严峻的环境问题。环境温度升高影响植物生长、结构、生物量以及产量形成,也会影响植物的多样性。植物体进化出复杂的调节机制,通过热形态建成(thermomorphogenesis)来适应升高的环境温度。近日,研究揭示了组蛋白去乙酰化酶(HDAC)在植物热响应过程中的功能。该研究发现,三种HDAC(HDA9,HDA15和HDA19)参与拟南芥的热形态响应。hda15 -1突变体幼苗表现出增强的热响应,而hda9和hda19突变体对温度升高的响应不敏感。进一步分析表明,HDA15,HDA9和HDA19在基因表达和植物对环境温度的反应中具有不同的功能。HDA15是植物热响应过程的直接阻遏因子,而HDA9和HDA19间接的促进热响应。该研究还发现,HDA15与转录因子HFR1(long Hypocotyl in Far Red1)相互作用以协同抑制温度响应。此外,该研究表明HDA19通过调节应激反应基因的表达来调控植物温度响应,HDA19可能参与整合低光和温度信号以调节下胚轴伸长。总之,该研究表明不同组蛋白去乙酰酶在全基因组基因表达和植物对环境温度升高的响应中具有不同的功能,其中HDA15抑制植物的热响应。(Plant Journal


揭示植物开花调控新机制

春化作用是植物暴露在冬季寒冷气温下促进开花的过程。在温带气候下,很多冬性植物或两年生植物将冬季寒冷作为一个主要的环境因子来决定植物在一年中合适的季节开花。近日,科学家研究了FRIGIDA蛋白的时空表达效应对拟南芥开花的调控机制。组织特异性表达FRI研究发现,在植物韧皮部、顶端分生组织和叶片组织特异性表达FRI基因能有效通过激活FLC来延迟开花。进一步研究发现,根部特异性表达FRI能够激活根部FLC的同源基因MAF4和MAF5的表达来延迟开花,并且这种延迟作用同样依赖于FLC基因。遗传学和嫁接实验表明,根部特异性表达FRI对开花的延迟作用可能是通过可移动的信号分子抑制叶片顶端的FT信号来实现的。发育时间特异性表达FRI的研究发现,种子胚胎期特异表达FRI能有效抑制植物开花,甚至胚胎早期表达FRI仍能通过调控FLC的染色质修饰来延迟下一代植株的开花时间。总之,该研究通过对FRIGIDA基因的特异性时空表达研究了其对植物开花的影响,同时揭示植物根部也能够参与对植物开花的调控。(Journal of Experimental Botany


科学家绘制水稻高分辨三维基因组图谱

近年来,利用传统的Hi-C技术,水稻的三维基因组研究取得了多项重要发现,鉴定了一些较大的结构单元,如区室结构(compartment)、拓扑结构域(TAD)等。近期科学家利用改进的Long-read ChIA-PET技术,绘制了水稻活跃基因以及异染色质参与的高分辨率三维基因组图谱,揭示了水稻三维基因组结构对基因的转录调控,以及遗传变异对三维基因组结构及基因表达的影响。此外,通过水稻不同品系间基因组变异数据的分析,研究人员揭示了功能性遗传变异对水稻染色质拓扑结构及基因转录调控的影响。同时通过整合已发表的eQTL数据,认为染色质空间邻近为eQTLs-etraits遗传关系提供了三维基础。该研究成果提出的水稻高分辨率三维基因组结构和基因间的互作调控信息,有助于科研人员深入理解水稻空间结构与各种表观修饰及基因表达的关系,为水稻遗传改良和其他经济作物的研究提供重要的指导意义和科学价值。(Nature Communications 


创建全新的基因转录调控筛选方法

真核生物的基因表达通常受到转录因子(transcription factor, TF)与基因启动子上DNA顺式作用元件(DNA cis-targets)相互作用的调控。酵母单杂交(Yeast one-hybrid, Y1H)是目前应用最为广泛的用于发现TF-DNA间互作的方法。目前有两种广为使用的Y1H方法:一种是单倍体转化,一种是二倍体杂交两种方法各有利弊。近日,科学家提出了全新的基因转录调控筛选方法,研究整合了这两种传统的Y1H方法,创建了全新的减数分裂介导的酵母单杂交系统。该研究利用新创制的“Y1HGold-MM strain”酵母菌株通过二倍体杂交的方式产生包含TF-DNA的二倍体酵母细胞,再通过减数分裂的方法,筛选出包含TF-DNA的单倍体细胞。此方法使新的系统同时拥有了单倍体转化筛选效率高和双倍体杂交实验周期短的特点。科学家利用已经建立的原生质体和免疫共沉淀技术对三种Y1H方法的体内发生率进行验证,证明了减数分裂介导的Y1H系统具有最高体内发生率。研究突破了长久以来Y1H系统存在的筛选效率和实验周期不能兼顾的难题,创建了全新的酵母单杂交系统,为大型遗传调控网络的建立奠定了重要的实验基础。(Genome Research


植物细胞扩展与细胞壁加厚协同调控分子机制

植物为膨压驱动的可塑性固着生长模式。细胞扩展需要松驰细胞壁,而细胞扩展过程中细胞壁需要加固以维持细胞一定的形态、大小与功能。因此,植物需对细胞扩展和细胞壁加固进行精准协调。 科学家通过应用多学科手段揭示了水稻细胞生长协同调控因子Homeobox蛋白KNAT7调控细胞扩展和细胞壁加固的分子机制。深入研究发现,KNAT7能与细胞壁合成的顶层转录因子NAC31直接相互作用,抑制其下游基因CESAs等的表达,调控细胞壁加厚;另一方面,KNAT7与水稻生长调控因子GRF4互作,抑制其下游基因Expansin等的表达,调控细胞扩展。在发育的茎秆节间和幼穗中开展基因表达和细胞学分析发现,KNAT7与NAC31和GRF4的表达时空与细胞生长的转换节点相吻合,验证了KNAT7及其互作因子的体内作用模式。而进一步的研究表明,KNAT7对细胞扩展和细胞壁加厚的协调作用可发生在不同组织的同一种细胞、纤维细胞中。该项研究解析了KNAT7协调纤维细胞扩展和细胞壁加厚的机制,为协同改良水稻植株机械支撑力和产量提供了依据和基因资源。 (Plant Physiology


发现植物磷信号分子多磷酸肌醇InsP8

磷是植物生长发育所必需的三大营养元素之一,它不仅是植物体的基本组成成分,还参与了许多重要的生理生化过程。低磷胁迫下,磷信号途径的核心调控因子PHR1(PHOSPATE STARVATION RESPONSE 1)结合到低磷响应基因的启动子上,激活一系列基因的表达,促进磷的吸收、分配和再利用。近日,科学家通过聚丙烯酰胺凝胶电泳直接分析植物体内的多磷酸肌醇含量,发现低磷条件下生长的拟南芥InsP8的含量降低。进一步分析相关突变体发现,InsP8的含量随胞内磷含量的变化而变化。在磷充足条件下,VIH1(diphosphoinositol pentakisphosphate kinase)和VIH2功能冗余地合成Ins8。InsP8直接结合磷受体SPX1,促进SPX1和PHR1的相互作用,从而抑制PHR1对低磷响应基因的激活。在磷缺乏时,InsP8含量降低,SPX1不能和PHR1结合,PHR1结合到P1BS位点,激活低磷响应基因的表达,启动低磷胁迫应答。与此一致的是,vih1 vih2双突突变体缺少InsP8,不能感知胞内的磷营养状态,PHR1持续激活低磷响应基因的表达,导致植物积累过多的磷。这些研究结果表明,InsP8是胞内磷信号分子,结合磷感受器SPX1,调控植物的磷稳态平衡。(Molecular Plant


研究发现芸薹属植物基因组三维结构与进化机制有关

近日,中国农业科学院油料作物研究所种质资源团队在芸薹属基因组进化方向取得重要研究进展,成功绘制白菜与甘蓝的三维基因组图谱,发现基因组三维结构与其同源基因保留机制存在密切联系,为芸薹属物种的功能基因组研究与分子育种提供了重要理论指导。白菜和甘蓝等芸薹属植物是研究基因组进化的理想模型。白菜和甘蓝由共同的六倍体祖先分化而来,两者基因组序列非常保守,其保留下来的同源基因具有偏好性。探明同源基因的偏好性机制对于研究芸薹属物种基因组进化具有重要意义。该团队通过鉴定、比较白菜和甘蓝不同层次的染色质三维结构,发现两者的染色质结构非常保守,并与基因表达和表观修饰存在密切联系。在白菜和甘蓝中拥有基因数量更多的亚基因组的染色质交互更强,更易保留下来的同源基因对之间的染色质交互频率更高,表明进化中保留下来的同源基因具有空间邻近的特征。该项成果为芸薹属基因组进化研究提供了新思路,并为芸薹属物种的功能基因组研究与分子育种提供了重要理论指导。(Nature Plants

来源:基因农业网

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