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    生物技術前沿一周縱覽(2014年10月24日)

    2014-10-24 13:06 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

     植物適應氮環境變化的巧妙機制

     
    植物通過根部從土壤中吸收硝酸離子等物質,由于土壤中硝酸離子的分布并不均勻,植物需要根據每條根所處的環境調整吸收量,從而使整個植株吸收的硝酸離子量保持最佳水平。通過分析植物擬南芥基因,研究人員發現在擬南芥根部存在肽類激素分子CEP,而在葉片中則存在著CEP的受體。如果擬南芥根部感覺到氮特別少,CEP的表達就會隨之急劇上升,并通過植物導管傳遞給地上部分的葉片,葉片中的CEP受體接收CEP信號后,會向整個植株發出“缺氮”的信號,這種信號傳遞到根部,促使周圍環境中尚存留著氮的根更好發揮作用,加緊吸收硝酸離子中的氮而彌補因一部分根的“氮饑餓”導致的養分不足。所有植物都應該具備這種適應氮環境變化的巧妙機制。如果能夠加強植物體內這種信號傳遞的功能,就能夠更好地吸收氮,從而培育出以最小限度的氮肥就能實現正常生長的農作物。(Science
     
     
    乙烯和茉莉酸途徑介導環境信號的整合
     
    一項研究通過生物信息學分析發現同時受到乙烯和茉莉酸途徑調控的ERFs轉錄因子有可能是NRT1.8的直接上游因子。并且證實NRT1.8受到逆境誘導的乙烯和茉莉酸通路的協同調控進而上調表達,而NRT1.5也受到同樣的調控從而下調表達。EIN3/EIL1在此過程中位于ERFs的上游起著整合乙烯和茉莉酸信號的作用,而且還作為NRT1.5的直接上游調控乙烯介導的NRT1.5表達。NRT1.5受茉莉酸的下調則受未知因子調控。進一步研究表明,SINAR在植物的逆境耐受和生長發育之間起著一個平衡器的作用,而且該調節作用依賴于硝酸還原酶。乙烯和茉莉酸途徑及其調控的硝酸鹽轉運蛋白共同組成一個功能模塊,從而調控逆境下硝酸鹽在體內的再分配過程,回答了硝酸根再分配與不同環境信號整合的問題,并加深了人們對于植物如何在逆境耐受性和生長發育間平衡的機理的認識。(Plant Cell
     
     
    發現水稻中乙烯通過ABA途徑調控根生長
     
    研究人員根據水稻黃化苗乙烯反應建立了一個快速高效的突變體篩選體系,并利用該體系分離鑒定了一系列水稻乙烯反應突變體mhz。其中mhz4呈現根頓感而胚芽鞘過敏感的乙烯反應表型。圖位克隆發現MHZ4 編碼OsABA4蛋白,可能參與調控脫落酸(ABA)合成途徑中紫黃質向新黃質的轉化。MHZ4 突變造成ABA缺失因而導致其乙烯反應異常;MHZ4 過表達水稻幼苗呈現與突變體完全相反的乙烯反應表型。在水稻根中,MHZ4 介導的ABA途徑作用于乙烯信號通路下游,乙烯信號上調MHZ4 表達并特異地促進根中ABA的積累從而抑制根的伸長生長。在胚芽鞘中,MHZ4 介導的ABA途徑作用于乙烯信號通路上游,至少通過抑制OsEIN2 的轉錄來負調控胚芽鞘乙烯反應。此外,mhz4 突變也影響了水稻的多個農藝性狀,包括高位分蘗和節上不定根的發生等。這項研究首次揭示了水稻中乙烯通過ABA途徑來調控根系生長,為探究乙烯信號對水稻等作物重要生長發育過程的調控機制提供了新線索。(PLoS Genetics
     
     
    系統發育對植物元素含量的影響
     
    華南喀斯特地區是一個全球生物多樣性熱點地區,喀斯特植物是我國植物多樣性和特有性的重要組成部分。通過對華南苦苣苔科植物葉片及其對應土壤元素含量特征分析,在系統發育的框架下,研究了系統發育、土壤和氣候條件對植物元素含量的影響及元素之間的互作關系。研究結果發現,系統發育、土壤和氣候條件對植物元素含量均有影響,但其程度決于系統發育尺度:在苦苣苔科的水平上,葉片元素含量具有強烈的系統發育信號(或系統發育生態位保守性),即系統發育對植物元素含量具有顯著的影響;而在報春苣苔屬的水平上,葉片元素含量沒有明顯的系統發育信號,即系統發育對植物元素含量的影響不顯著。此外,該研究還揭示華南苦苣苔科植物在科的水平上具有強烈的土壤和氣候系統發育生態位保守性,而在報春苣苔屬水平上大部分土壤因子沒有系統發育生態位保守性,但氣候因子具有系統發育生態位保守性。(Functional Ecology
     
     
    食源性欺騙傳粉和環境因子對瀕危植物藥山蝦脊蘭結實率的影響研究
     
    科研人員對分布在云南東北部藥山的極度瀕危植物藥山蝦脊蘭(Calanthe yaoshanensis)種群開展了為期三年的傳粉生態學和繁殖生態學研究,并整合氣候變化、人為因素和植食昆蟲的啃食行為等環境因子,討論生物和非生物因素對其結實率的影響。繁育系統實驗顯示藥山蝦脊蘭自交親和,人工自交和異交授粉都能100%結實,但存在自交衰退。自然狀態下結實率較低(小于22%)。蜂蠅和密林熊蜂是藥山蝦脊蘭的主要傳粉昆蟲,并首次發現食蚜蠅是蝦脊蘭屬植物的傳粉昆蟲,藥山蝦脊蘭不為傳粉昆蟲提供任何形式的報酬,為泛化的食源性欺騙,主要通過鮮艷的花展示和濃郁的花氣味吸引昆蟲的訪問。然而,兩種傳粉昆蟲的傳粉效率都很低,花粉塊移出率為27%~45%,授粉率僅有15%~22%。損失的花粉塊的比例達到43%~51%,即將近有一半的花粉塊在傳粉過程中丟失。研究表明,欺騙性傳粉和多種環境因子是該植物的極小種群結實率低的原因,低效率的傳粉系統可能是對局域環境適應的結果,欺騙性蘭科植物的進化可能不是協同進化的過程,而是非對稱的環境依賴的進化途徑。(Botanical Journal of the linnean Society
     
     
    細胞形態由誰定?
     
    發育中的細胞具有各種各樣的形態,如何生成如此精確模式化和有組織的生物體的,物理互作和基本幾何學原理或許起關鍵作用。研究人員利用數學工具描述了肥皂泡相互作用來指導他們的研究,這是因為與肥皂泡類似,在發育的早期,當組織細胞稀少時,細胞伸展呈扁平的烙餅樣形狀。當組織變得越來越擁擠時,細胞擠壓在一起,變成了立方體形,最終呈柱狀。利用成像和追蹤軟件,能夠在發育胚胎中監測單個的細胞。發現細胞的形狀控制了細胞分裂的方向。研究人員的計算模擬顯示,其他的參數如表面積和組織中的細胞數并不會影響細胞形狀或分裂方式,這表明在進化過程中這些反饋機制有可能也促進了適應性,如果一個物種進化生長出更大或更小的卵子,這一細胞形狀閾值機制仍然會調控發育組織維持它們正常的形態和功能。(Cell
     
     
    金銀花煎劑可對抗甲流病毒

    一項研究揭示了一種植物微小核糖核酸(MIR2911)直接靶向甲型流感病毒,包括H1N1、H5N1和H7N9等。研究人員發現MIR2911能在金銀花煎劑中選擇性地富集,且小鼠飲用金銀花煎劑后,MIR2911能被遞送進入血漿和肺部組織中。他們同時證實MIR2911可通過靶向流感病毒復制必需的兩種基因——PB2 和 NS1,抑制多種流感病毒;而且人工合成的MIR2911與金銀花煎劑中的內源性MIR2911都能有效保護動物免受H1N1感染,且這種保護作用依賴于MIR2911在PB2或NS1基因上的結合位點。MIR2911還能有效抑制流感病毒 H5N1 和 H7N9的復制,預示其具廣譜抗甲流效果。(Cell Research
     
     
    天然PPAPs類化學成分研究
     
    天然多環多異戊烯基取代間苯三酚類化合物(Polycyclic Polyprenylated AcylPhloroglucinols,簡稱PPAPs)是一類具有聚酮和異戊烯基復合生源途徑的特殊結構天然產物;也是藤黃科植物獨有的特征性化學成分。研究人員先后在金絲桃屬植物芒種花(西南金絲桃, Hypericum henryi)和匙萼金絲桃(Hypericum uralum)的研究中再獲PPAPs重要進展。其中由芒種花中發現一系列新骨架 PPAPs 類合物,生源上這些化合物均應源自以貫葉金絲桃素為代表的橋環 PPAPs 類化合物;在研究中結合計算化學與 X-ray 單晶衍射的方法確定了其絕對構型,并對不同骨架化合物的生源途徑做出了合理的推測。在對匙萼金絲桃的研究過程中發現了兩個結構新穎的 PPAPs 類化合物。這兩個化合物均具有十分剛性的籠狀核心骨架,在生源上均應源自單環異戊烯基取代間苯三酚類化合物的環合。(Organic Letters
     
     

    來源:基因農業網

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