生物技术前沿一周纵览(2019年9月20日)

2019-09-20 18:11 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

科学家发现植物赤霉素代谢新成员
赤霉素(gibberellins,GAs)是一类非常重要的植物激素,参与植物生长发育等多个生物学过程。近日,科学家研究发现了一个参与植物赤霉素代谢的新成员CYP72A,该酶负责赤霉素13-羟化反应。进一步的研究发现,拟南芥中的CYP72A9在种子中特异性高表达,cyp72a9突变体种子中内源GA1几乎检测不到,对应的GA4含量升高1-2倍。生理实验结果表明,CYP72A9通过调控低生理活性的GA1和高生理活性的GA4的比例,实现对种子初级休眠生理过程的调控:cyp72a9突变体种子比野生型表现出萌发更快,而且该生理功能再十字花科植物中保守。通过对各种转基因材料的内源赤霉素分析表明,水稻和拟南芥形成GA1的代谢途径不同:水稻中GA53通过多步氧化反应生成GA1,而在拟南芥中GA4在CYP72A9的作用下直接生成GA1。该工作是植物赤霉素代谢领域一个新的突破,同时也为基因工程改造(结合基因编辑技术)植物赤霉素代谢,进而调控植物(作物)的生长发育过程,提供了新的靶点。(Nature Plants

揭示光抑制生长素诱导下胚轴伸长的调控新机制

光照可以作为信号调节植物体的生长发育,在拟南芥中存在多种光受体,包括UVB8,CRYs,PHYs(phyA-E)以及PHOTs等。生长素在植物生长和发育过程中发挥重要作用,主要通过TIR1/AFB-Aux/IAA-ARF信号通路起作用。在拟南芥中有23个ARFs,其中ARF5/6/7/8/19为转录激活因子。最新的一项研究揭示了光抑制生长素诱导下胚轴伸长的调控新机制。研究发现,蓝光受体CRY1和红光受体phyB可分别在蓝光和红光条件下与Aux/IAAs发生互作,阻碍了TIR1/AFB与Aux/IAAs的互作,起稳定Aux/IAAs的作用,从而抑制了生长素信号。在最近的研究中,该研究组发现,CRY1和phyB也可以直接与ARF6/8互作,抑制生长素信号。遗传学证据表明,ARF6 和 ARF8 在CRY1 和 PHYB的下游起作用,分别在蓝光和红光条件下促进下胚轴的伸长。进一步研究发现,CRY1和phyB抑制了ARF6 的DNA结合活性,从而抑制下游生长素响应基因的表达。研究结果表明,CRY1和phyB可与ARFs直接互作,抑制生长素响应基因的表达。(New Phytologist

揭示玉米籽粒中储藏蛋白从胚乳向胚重分配的分子调控机制
禾谷类作物种子的胚乳和胚中储藏有大量的碳水化合物、蛋白质和油脂,为人类日常生活提供最基本的热量和蛋白质。近日,科学家研究揭示了玉米籽粒中储藏蛋白从胚乳向胚重分配的分子调控机制。该研究发现胚乳和胚之间存在蛋白质组重平衡,对胚乳醇溶蛋白进行不同水平的RNAi转基因敲低表达,发现胚中球蛋白Globulin会呈现成比例的上升积累,暗示胚能够敏感、特异地感受和响应胚乳的营养状态。蛋白质组重平衡可以作为一个全新的报告系统研究胚乳和胚之间的营养配置。利用该系统,科学家发现胚乳和胚之间的关键连接部分——盾片响应了二者之间的营养重分配。研究进一步发现,盾片特异表达的VIVIPAROUS-1 (VP1) 转录因子直接参与了Globulin和营养代谢通路相关基因的转录调控。醇溶蛋白RNAi无法在vp1突变体中驱动胚乳与胚之间的蛋白质重分配。vp1突变体胚中也存在严重缺陷的盾片发育和营养同化。综上这些结果证明了VP1直接调控玉米胚盾片的发育,并参与控制胚同化胚乳重分配营养的过程。(Plant Cell

揭示苜蓿类胡萝卜素合成调控机制
苜蓿是世界著名优良饲草,苜蓿的产量和品质改良是我国当前草业、畜牧业,特别是奶业发展的重大迫切需求。类胡萝卜素是自然界广泛存在的一类天然脂溶性色素,具有抗氧化、抗肿瘤、增强免疫和保护视觉等多种生物学功能,为人类和动物健康提供重要保障。近日,科学家研究研究揭示了苜蓿类胡萝卜素生物合成的分子调控机制。该研究利用一个类胡萝卜素合成缺陷的蒺藜苜蓿突变体,成功克隆了控制蒺藜苜蓿类胡萝卜素合成关键调控基因WP1 (WHITE PETAL1),该基因编码一个R2R3型MYB转录因子。WP1通过直接激活类胡萝卜素合成途径基因表达,调控蒺藜苜蓿花中类胡萝卜素积累。进一步研究发现,WP1通过与bHLH家族蛋白MtTT8和WD40家族蛋白MtWD40-1形成转录激活复合体,协同调控蒺藜苜蓿类胡萝卜素生物合成。该工作系统揭示了植物类胡萝卜素生物合成的调控机制,为培育类胡萝卜素营养改良型作物和优质功能性饲草新品种提供重要理论基础。(Plant Cell

揭示磷酸酶PP6调控植物光形态建成机制

光是一种重要的环境因素,对植物的生长发育至关重要。植物光受体感受到光后,能迅速引发PIFs的磷酸化修饰和降解,启动植物的光形态建成。
近期,科学家研究揭示了新型磷酸酶PP6介导PIF转录因子的去磷酸化修饰,进而抑制拟南芥光形态建成的分子调控机制。该研究通过生化实验证实,PP6能与PIF3和PIF4蛋白直接相互作用,并调控PIF3和PIF4的去磷酸化修饰。另外,转录组分析显示PP6和PIFs共同调控大部分基因的表达;转录激活实验进一步证实PP6正调控PIF的转录活性。红光会诱导PIF蛋白迅速的降解,该研究发现PP6对PIF4蛋白的去磷酸化修饰能减缓PIF4蛋白在去黄化过程中的降解速率,并促进PIF4蛋白在持续红光下的本底积累。另外,超量表达PIF4能显著恢复f1 f3在持续红光下的短下胚轴表型。该研究所取得的成果还将为包括玉米在内其它农作物中/下胚轴发育机制的研究提供参考,为作物耐深播农艺性状的改良提供基因资源和理论指导。(PNAS

科学家开发出简单高效鉴定水稻免疫相关的小分泌蛋白质方法 
在动物体中,许多被称之为细胞因子的内源小肽,如白细胞介素、干扰素等作为信号分子在免疫过程中发挥重要作用。近日,科学家设计了一个将转录组学和蛋白组学结合的方法,利用水稻植株和悬浮细胞两个体系,筛选能被稻瘟病菌Magnaporthe. oryzae (M. oryzae) 侵染和几丁质处理而诱导的植物细胞因子的前体蛋白质和小分泌蛋白质(SSPs)。通过RNA-seq共鉴定得到2454个基因,并且利用质谱鉴定到3327个蛋白质被稻瘟病菌和几丁质所激活。最后,筛选鉴定得到236个小分泌蛋白质,包括两个已知的植物细胞因子家族,快速碱化因子(RALFs)和植物磺肽素(PSKs),以及许多免疫相关的蛋白质家族,比如蛋白酶抑制剂(PIs)和发病机理相关蛋白家族(PRs)。其中一个命名为免疫应答肽(IRP)的新基因,它可能编码一个植物细胞因子。细菌肽聚糖和几丁质处理能够诱导IRP的表达并且几丁质可以诱导IRP分泌到水稻细胞外。在过表达IRP的水稻悬浮细胞中,抗病相关基因PAL1表达被激活。另外,与野生型相比,分裂素激活蛋白激酶(MAPKs)的活性在过表达IRP的水稻悬浮细胞中增强,表明IRP在水稻免疫中起着积极的作用。该研究建立了一个简单且高效的方法,能够鉴定在水稻免疫过程中发挥重要功能的小分泌蛋白质。更为重要的是,这个方法将有助于发现在植物生命活动中发挥不同功能的小分泌蛋白质。(Plant Biotechnology Journal

阐述固氮微生物逆境胁迫适应和固氮酶氧保护机制
固氮施氏假单胞菌A1501是一株分离自水稻根际的联合固氮菌,其固氮活性受根际非生物胁迫因子、特别是氧化胁迫因子的影响较大。近期研究发现,A1501拥有一个参与最佳固氮活性和氧化胁迫抗性调控的新型非编码RNA NfiS,但其在氧化胁迫反应中相关靶标和作用机制尚不清楚。在后续的研究中,该团队首先发现A1501氧化胁迫应答体系中的过氧化氢酶编码基因katB和过氧化物感应基因oxyR在氧化胁迫抗性和最佳固氮酶活性中发挥重要作用,katB表达是OxyR依赖型。通过实验证实,NfiS能够与katB mRNA直接相互作用增强其稳定性,并鉴定了两个具体互作位点。该团队进一步提出了由非编码RNA NfiS介导的氧化胁迫应答和最佳固氮酶活性的协同调控模型:在转录后水平上,NfiS通过与过氧化氢酶基因katB的转录产物结合,增强过氧化氢酶表达与活性,一方面协同NfiS与固氮酶基因nifK转录产物的互作保护固氮酶不受氧的损伤;另一方面,低浓度的过氧化氢在过氧化氢酶的催化下被分解,产生的氧气能够支持菌株在氧气不足的条件下进行生物固氮。这是科学研究首次阐明新型非编码RNA NfiS参与氧化胁迫逆境适应的生物学功能。该研究为揭示固氮微生物的逆境胁迫适应机制和固氮酶氧保护机制奠定了重要的理论基础,同时也为增强非生物逆境条件下根际联合固氮效率,实现节肥增产增效提供了新思路。(Journal of Bacteriology

来源:基因农业网

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