生物技术前沿一周纵览(2020年9月25日)

2020-09-25 17:30 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示稻瘟病菌致病性调控新机制
稻瘟病每年都给我国乃至世界水稻安全带来巨大威胁。 近期,科学家研究揭示了septin介导的真菌侵染结构形成的新机制,并为防治植物和动物的各种真菌病害提供了新思路和新方案。科学家发现稻瘟病菌超长链脂肪酸通过影响附着胞发育阶段Septin环的组装以调控侵染钉形成,实现对致病性的调控作用,进一步发现靶向超长链脂肪酸合成的化学试剂能抑制septin环组装,可有效抑制稻瘟病菌等病原真菌对水稻等农作物的危害。该研究明确了VLCFAs合成限速酶Elo1对超长链脂肪酸的合成及其致病性起重要作用。进一步研究发现,靶向VLCFAs合成的抑制剂能有效抑制稻瘟病菌septin 环的形成,从而降低稻瘟病菌致病性,且不会对水稻宿主造成伤害,而且还发现VLCFA合成抑制剂也能有效降低玉米小斑病菌、小麦白粉病菌和蝗虫绿僵菌的致病性。该研究推测VLCFA合成抑制剂能有效抑制植物、动物以及人类的各种真菌病害,可作为一类新型广谱杀菌剂用于对植物、动物乃至人类各种真菌病害的有效防控,具有潜在的重大应用价值。(Nature Microbiology

揭示植物“冬季低温记忆”代际传递的母系遗传机制
有些植物可以记住过去的环境经历,以适应特定的生境。近日,科学家研究揭示了长期低温(寒冬)诱导的“春化”状态(或“冬季低温记忆”)通过卵细胞传递给合子和早期胚胎的母系遗传机制。该研究发现在拟南芥配子形成过程中卵细胞携带“冬季低温记忆”(即长期低温诱导形成的FLC染色质沉默状态),研究表明亲本的“春化”状态通过卵细胞遗传给早期胚胎,即母系遗传。该发现改写了“春化”状态传递的经典概念:“春化”状态可通过减数分裂传递给配子(雌配子),并揭示了染色质介导的植物环境记忆通过雌配子遗传给下一代(早期胚胎)的代际传递机制。此外,这项研究发现父本FLC染色质的沉默标记虽然已丢失,但其表达在胚胎发育早期仍被抑制,在胚胎发育的后期父本FLC才被完全激活。目前,越冬拟南芥胚胎发育早期母本和父本FLC沉默的生物学意义尚待厘清,但“环境经历记忆”母系遗传机制的解析对认识植物如何适应环境具有重要的科学意义。(Nature Plants

miR858调控类黄酮生物合成和植物发育的新机制
microRNA 是真核生物中广泛分布的一类小分子核糖核酸,长度一般为21到23个核苷酸,主要功能表现为调控其他基因的表达。近日,科学家研究揭示了miR858初级产物编码肽priPEP858a调控类黄酮生物合成及生长素信号途径进而影响植物发育的重要功能。该研究发现,miPEP858a蛋白可能影响植物发育,miPEP858a通过调控其自身启动子提高miR858a基因的转录水平。该研究进一步探究了miPEP858a过表达及突变后对植物的影响,研究结果证实了miPEP858a提高miR858a的表达降低靶标基因的表达进而调控相应表型的发生。过表达和突变材料的功能分析均证实了miPEP858a的重要生理功能,值得注意的是,外施合成的miPEP858a可以弥补突变体植株的缺陷,反映了该蛋白潜在的应用价值。该研究还表明了miPEP858a可能通过调控类黄酮的水平影响生长素转运进而调控植物生长和发育。综上所述,该研究揭示了小RNA编码肽priPEP858a的重要功能。priPEP858a通过调控自身表达水平,并调控类黄酮合成进而影响生长素水平,从而影响植物生长发育。研究结果拓宽了我们对小RNA功能的认识。(Nature Plants

阐明富磷条件下水稻磷吸收的调控机制

作物的高产优质离不开磷肥的施用,磷转运体基因是植物维持磷稳态的重要因子,也是植物磷信号网络中的关键节点。近日,科学家研究报道了一个在富磷条件下表达的磷转运体基因OsPHT1;1为切入点,深入研究了其调控机制。该研究以OsPHT1;1启动子片段为诱饵,通过酵母单杂交鉴定到与OsPHT1;1启动子结合的type-III WRKY转录因子OsWRKY21,继而通过酵母双杂交克隆到与OsWRKY21互作的转录因子OsWRKY108。研究发现,OsWRKY21和OsWRKY108均在根部受磷酸盐诱导表达,二者编码的蛋白在细胞核中发生物理互作且均可与OsPHT1;1启动子区域的W-box顺式调控元件结合。过量表达OsWRKY21或OsWRKY108显著增强OsPHT1;1的表达并造成水稻磷的过量积累。在不同程度的富磷条件下,oswrky21oswrky108双突变体及表达OsWRKY21-SRDX融合抑制子(chimeric dominant repressor)的植株均表现出OsPHT1;1表达量的降低和磷积累的减少。该项研究为全面解析作物磷信号网络,以及针对当今部分农田土壤磷富集现状的磷高效作物育种工作提供了新基因资源。(New Phytologist

阐明低磷胁迫条件下植物氮磷协同吸收的分子调控机制
氮和磷是植物生长发育所必需的大量元素, 对于植物的生长和农作物增产具有重要作用。近日,科学家研究揭示了转录因子 NIGT1.2 在低磷胁迫条件下协同调节无机磷和硝态氮吸收的分子机制。该研究结果证明,在低磷胁迫条件下,转录因子NIGT1.2和NIGT1.1在协同调控氮磷吸收生理过程中发挥重要作用。拟南芥和玉米中存在相似的氮磷吸收调控机制,暗示该调控机制在双子叶植物和单子叶植物中保守。NIGT1.2 在低磷胁迫条件下协同调节无机磷和硝态氮吸收的分子机制的解析为人们通过遗传改良方法提高作物氮磷营养效率提供了线索和基因储备,也扩展了人们对农业生产“平衡施肥”的理解。(The Plant Cell

揭示拟南芥种子数目和角果大小的遗传调控新机制
“龙生九子,各有不同”,在种类繁多的豆类植物中,这种现象更为明显。近日,科学家研究揭示了ER家族受体激酶及EPEL分泌肽协同调节拟南芥种子数目和角果大小的遗传机制。该研究首先结合自然变异分析和QTL分析,发现ER基因座最可能是影响种子密度(种子间距)的候选基因。进一步的功能分析表明,ER 是控制种子密度所必需的,并且在不同的遗传背景下具有相似作用。ER的两个同源基因ERL1和ERL2在调节植物株型方面具有重叠但截然不同的功能。改研究表明,ERL1/ERL2与ER共同调控果实生长,但是两者在种子密度的调节中起拮抗作用。研究还表明,EPFL9作为与ER家族受体结合的配体,也可以影响果实发育和种子密度。该研究还表明EPFL9原则上可以拮抗EPFL2的功能,该研究还通过体外试验证明了EPFL2对ERL1和ERL2的结合偏好性。总之,EPFL2是将规则的胚珠间距与果实生长联系起来的决定因素,而EPFL9主要影响果实生长。该研究还表明植物通过EPFL2/ERL1/ERL2和EPFL9/ER信号传导途径共同协调胚珠的排列模式和果实生长。(Current Biology

揭示第一个来源于植物的钾离子通道结构

离子通道是细胞膜上的具有亲水孔道的一类疏水膜蛋白,能选择性通透不同离子(如:K+,Na+,Ca2+,Cl-等)。KAT1是一种电压门控的内向整流钾离子通道,介导K+内流,引起气孔膨胀和开放,在调节植物叶片表面气孔孔隙变化中起关键作用。近期,科学家研究报道了来源于拟南芥的超极化内向整流钾离子通道KAT1的冷冻电镜结构,整体分辨率为3.2 Å。KAT1的结构是目前报道的第一个来源于植物的钾离子通道结构。KAT1冷冻电镜结构表明KAT1具有典型的“非结构域交换(non-domain-swapped)”的拓扑结构,这与来源于动物的Eag (Kv10.1),hErg(Kv11.1),HCN1等通道具有较高的结构相似性,而与Kv1.2, Nav, Cav等通道的拓扑结构存在较大差别。通过与Kv1.2, Eag, hErg以及HCN1等离子通道进行结构比较发现,作为电压感受器的S4跨膜螺旋自身并不决定KAT1的超极化激活。该工作揭示了KAT1与经典钾离子通道之间的结构相似性以及差异,为阐明离子通道的门控机制,特别是超极化激活的内向整流K+通道的物理化学机制提供了新的线索。(Cell Research

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