生物技术前沿一周纵览(2020年9月13日)

2020-09-15 16:26 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

发现地钱TCP家族转录因子活性与染色质三维构象变化相关
基因组学的研究不应止步于从基因组序列或表观遗传修饰中获得信息,深入挖掘三维染色质折叠对于了解基因组功能同样至关重要。之前,科学家们已经完成了地钱基因组拼接,并解析注释了地钱常染色体TADs的特点。近日,科学家阐述了地钱中TCP家族转录因子活性与染色质三维构象变化的相关性。该研究通过构建地钱的Hi-C图谱,共发现并注释了4013个TADs,这些TADs在地钱的每条染色体上都有分布,覆盖了约40%的基因组。研究发现TADs内部主要由转录不活跃的异染色质区域和/或基因间的非编码区域组成,还发现其含有两个TCP家族基因TCP1和TCP2。该研究表明TCP1与地钱染色质有广泛的相互作用,TCP1-rich TADs内的抑制表达环境与TCP1蛋白相关,TCP1的缺失并不会导致TADs边缘消失。综上所述,植物TADs除了作为染色质三维折叠的折叠单元,还可作为调节基因表达的 “核内微区室”,为处于其内部的基因提供稳定的微环境。(Nature Plants

小麦VS赤霉病:两个孤儿蛋白间的“战争”
小麦赤霉病严重威胁粮食生产和食品安全。近日,科学家研究发现了赤霉病菌孤儿分泌蛋白Osp24与小麦孤儿蛋白TaFROG竞争结合并调控小麦关键激酶SnRK1的稳定性,从而介导小麦感病/抗病的分子机制。该研究发现了一个对赤霉病菌在小麦穗上的致病力具有关键作用的孤儿蛋白Osp24,Osp24通过两个半胱氨酸形成分子内二硫键保证自身在面对植物的防御反应时不被降解。小麦在长期的斗争中形成了一个孤儿蛋白TaFROG,该蛋白在感知到赤霉病菌侵染产生的DON毒素之后激活表达。TaFROG蛋白产生后同样与SnRK1蛋白结合,且与Osp24的结合区域高度重合,因而两者之间形成直接的竞争关系。TaFROG蛋白与SnRK1的结合显著减弱了Osp24对泛素-26S蛋白酶体的招募,从而稳定了SnRK1,介导了小麦对赤霉病的抗性。该研究通过创制小麦转基因过表达材料,证明无论是过表达TaFROG还是过表达SnRK1均能够显著提高小麦的抗赤霉病能力。因此,该研究找到了小麦抗/感赤霉病的一个关键点,为今后抗赤霉病新品种培育打开了一扇门。(Nature Communications

揭示花药基因在环境高温下保护雄性育性的新功能

全球气候变暖是人类需要面对的一个极大挑战,也给植物及全球粮食生产带来巨大影响。近日,科学家研究揭示了植物中一类bHLH转录因子的新功能:响应环境高温,维持植物雄性育性。该研究发现,植物花药中的一类bHLH转录因子具有在常温和环境高温不同条件下维持花粉育性的双重功能。正常生长温度下,这一类转录因子和花药中其它重要转录因子相互作用形成复合物,不同的转录因子复合物就像一把把“钥匙”,特异地识别位于下游基因启动子区域的一个个与表达相关的“锁”,从而激活各自特异下游基因的表达,精确调控花粉发育进程;而在高温环境下,这一类转录因子表达量会增加,一方面维持上述花粉发育的基本调控网络,另一方面大量促进热响应基因的表达,启动花药热防御机制,从而保护花粉在高温下的正常发育、维持植物育性。该研究为植物育性改良和耐热品种的开发提供了新思路,同时也为植物雄性育性的基础研究提供了重要材料。(Journal of Genetics and Genomics

解析转录因子VlbZIP30促进葡萄木质素沉积及增强葡萄抗旱性的调控机理

葡萄是世界上重要的水果作物之一,然而干旱胁迫严重影响了葡萄果实的品质和产量。近日,研究人员发现了bZIP转录因子可以直接参与木质素的生物合成并因此增强植物的抗旱性。该研究首先将VlbZIP30 转录因子遗传转化到无核白葡萄中,并成功获得了12个VlbZIP30 过表达转基因葡萄株系。研究发现,过表达VlbZIP30 的转基因葡萄植株在茎秆的表皮和次生木质部表现出木质素的显著沉积(主要是G型和S型木质素)。研究结果表明,VlbZIP30 可以直接特异性结合木质素生物合成基因(VvPRX N1)和干旱响应基因(VvNAC17)的启动子中的G-box顺式作用元件,以激活其表达,最终赋予转基因葡萄的耐旱性。综上,VlbZIP30 通过激活木质素生物合成基因的表达并增加木质素沉积以及激活干旱胁迫基因的表达来共同促进抗旱性的增强。该研究结果可能对利用分子育种手段培育具有抗旱性的水果作物有一定的价值。(Horticulture Research

在植物miRNA合成代谢领域取得新进展
成熟miRNA是一类长度约21个碱基的非编码小RNA,通过抑制靶基因mRNA的转录后表达发挥重要生物学功能。近日,科学家该研究发现,MAC5同时具有促进pri-miRNA加工和提高pri-miRNA稳定性的双重功能。MOS4复合体影响pre-mRNA内含子的可变剪切,但最近的研究表明MOS4复合体多个亚基也参与调控miRNA基因的转录、加工等过程。该研究发现,MOS4复合体附属亚基MAC5含有一个RNA结合蛋白,能够直接结合pri-miRNA转录本的茎环区域。进一步研究发现,mac5突变体的表型能够被xrn2、xrn3突变部分恢复。核酸外切酶XRN2/3通过5’-3’的方式降解RNA,该研究表明MAC5可能通过直接结合pri-miRNA保护其免于核酸外切酶的降解。有意思的是,该研究发现XRN2/3介导的降解依赖于SERRATE (SE),并且MAC5与SE在蛋白水平上互作。已有的研究表明SE有助于提高DCL1蛋白的切割准确率,但其在调控RNA稳定性方面的功能并不清楚。该研究为理解pri-miRNA加工和降解的调控机制提供了新的认识。(PNAS

拟南芥氧气感受蛋白PCOs的结构及功能
水淹胁迫会导致植物缺氧并抑制ATP产生和植物发育。近日,科学家研究揭示了拟南芥中两个PCO的结构及影响其活性的关键氨基酸位点。拟南芥中共有5种PCO酶(AtPCOs1-5),其中AtPCO4和AtPCO5两个组成性表达的酶在体外具有最大的催化效率。研究发现AtPCO4和AtPCO5均以单体形式结晶,并且AtPCO4具有两种不同的结构,分别为AtPCO4_1和AtPCO4_2。AtPCO5以及AtPCO4_1和AtPCO4_2晶体结构分辨率分别达到1.91Å, 1.82Å和1.24Å 。该研究结果表明AtPCO的活性位点中Arg残基丢失,因此导致其结合底物为多肽而非小分子底物。此外,该研究还发现PCOs与小分子巯基双加氧酶之间围绕活性位点的氨基酸的差异。这些差异结果表明,AtPCOs专门进化为使其能够催化Nt-Cys起始蛋白的氧化。最后,通过酵母和植物互补分析,发现PCOs两个活性位点残基的替换会对PCOs的功能产生显著影响,进而影响植物生长。总之,该研究确定了拟南芥中PCOs的结构并揭示了其发挥催化功能的机理,该研究为通过操纵PCO结构和活性以提高农作物的耐涝能力奠定了基础。(PNAS

揭示PSL1在调节细胞结构和水分关系方面的作用机理
植物细胞壁由碳水化合物,蛋白质和芳香族化合物组成,细胞壁不仅为植物组织提供机械强度和保护的中心,而且在调节植物的生长和发育中也起着关键作用。近日,科学家研究发现PSL1(PHOTO SENSITIVE LEAF ROLLING 1 )具有多聚半乳糖醛酸酶作用,可调节水稻细胞壁生物合成、植物发育以及耐旱性。研究人员从光敏卷叶突变体中克隆并鉴定出一个半乳糖醛酸酶(一种果胶降解酶)编码基因PSL1,该基因突变后导致水稻根和叶片组织中的细胞壁增厚,泡状细胞比例增加,直接导致叶片在低湿度和高光环境下发生超敏卷曲,从而提高耐旱性。该研究揭示了PSL1在调节细胞结构和水分关系方面的作用机理,解释了水稻“午睡”现象。生化分析结果揭示了重组PSL1蛋白的半乳糖醛酸酶活性。与野生型植株相比,psl1突变体细胞壁组分中果胶含量显著增加,从而降低了植株水分渗透胁迫和干旱环境下的水分流失,进而增强了突变植株的耐旱性。该研究为抗旱育种工作提供了重要的理论依据。(New Phytologist

来源:

相关文章