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    生物技術前沿一周縱覽(2016年1月15日)

    2016-01-15 13:43 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    揭示植物幼苗出土的分子機制
     
    萌發的幼苗從土壤中生長出來是陸生種子植物整個生命周期中非常脆弱的階段,決定著植物能否順利存活,也對提高農業生產效率十分關鍵。研究人員通過土壤覆蓋實驗和分子遺傳篩選,發現了一個進化上高度保守的E3泛素連接酶COP1在幼苗出土過程中起著核心作用。COP1單基因突變將導致幼苗不能出土存活,且在遺傳上位于轉錄因子EIN3的上游,保護和維持著EIN3的功能。土壤機械壓力能誘導幼苗生成植物激素乙烯,并通過穩定EIN3蛋白協調幼苗子葉與下胚軸的生長發育,促進幼苗出土變綠存活,研究進一步確定COP1與乙烯是相互獨立的兩條信號通路,共同調控著EIN3蛋白水平。該研究揭示了植物幼苗出土過程中感知土壤環境變化的核心功能基因與分子調控機理。研究成果大大加深了我們對幼苗出土這一有趣自然現象的認識,也為農業生產中怎樣提高農作物幼苗出土存活效率提供了理論基礎。(Current Biology
     
     
    解析植物角質層發育的基因轉錄調控網絡
     
    角質層的出現是陸生植物適應陸地生活的重要方式之一,因為角質層幫助植物細胞在陸生環境中保持水分不輕易丟失。研究人員通過遺傳學和分子生物學方法,找到了兩個與角質層發育相關基因AtCFL1相互作用的新的bHLH轉錄因子CFLAP1和CFLAP2,植物細胞中CFLAP1和CFLAP2過多均會導致角質層發育產生缺陷(如器官發生融合、角質層完整性受損等),而抑制CFLAP1和CFLAP2的活性則會產生相反的表型。CFLAP1要行使正常的生物學功能必需要有AtCFL1蛋白存在。研究證明,AtCFL1蛋白是一個重要的調控角質層發育的蛋白,它通過其自身C端的鋅指結構域,競爭性地與不同的轉錄因子相互作用,協同角質層發育的調控過程。(PLoS Genetics
     
     
    木質素影響甘薯儲藏根發育
     
    甘薯是全球重要薯類作物,其儲藏根發育的調控一直是備受關注的科學問題,深入了解儲藏根發育機制對提高薯類產量具有重要意義。研究人員發現在紫薯中表達玉米轉錄因子Lc不僅提高了全株花青素的含量,而且影響儲藏根的發育,形成類似“牛蒡根”的儲藏根,薯型細長,產量及淀粉含量下降?;虮磉_分析表明轉基因植株儲藏根中木質素合成基因4CL、C4H、CAD的表達也顯著提升,木質素在儲藏根中沉積;轉基因植株全株β-amylase的酶活明顯提高,淀粉降解加速,葉片淀粉合成增強,說明通過加速葉片和儲藏根中的淀粉降解可以補充根膨大所需的碳源。該研究為揭示木質素合成與儲藏根發育的內在關系提供了新認識和思路。 (Scientific Reports)
     
     
    發現植物中控制RNA剪切以及基因表達的重要基因
     
    細胞內有一大類蛋白質可以結合RNA,因此稱為RNA結合蛋白,其生物學功能是什么一直困擾著植物學家們。研究人員針對兩個植物特有的RNA結合蛋白RZ-1B和RZ-1C進行了生物學功能鑒定。他們發現,RZ-1B和RZ-1C在植物的生長發育的各個階段,如種子萌發、根的伸長、頂端分生組織的發育、開花時間的控制、植株大小的調控等方面,都有重要的功能。無論是在動物細胞中還是在植物細胞中,SR蛋白都是一類控制RNA剪切的重要因子。通過遺傳學方法擾亂這兩個蛋白與SR蛋白之間的相互作用,會導致植物產生與rz-1b rz-1c雙突變體相似的表型。隨后通過轉錄組高通量測序分析,揭示出RZ-1B和RZ-1C影響了數以百計的基因的pre-mRNA的剪切以及幾千個基因的表達水平。這項工作從分子水平闡明了RZ-1B/1C這兩個植物特有的RNA結合蛋白的工作機理,為人們深入理解植物中RNA結合蛋白調控生長發育的分子機制提供了全新的角度。(Molecular Phylogenetics and Evolution
     
     
    植物多樣性的一種簡化情形
     
    在生物可以采用的各種不同形式當中,只有少數幾種形式會被證明在演化上是成功的。研究人員分析了反映對維管植物的生長、存活和繁殖至關重要的六種性狀之全球差異的一個綜合性數據庫,得出了關于植物功能多樣性的一個詳細的、量化的全球畫面。盡管可能存在巨大差異,但作者發現,不同性狀之間的協調意味著所有植物都可以被定位在僅僅兩個差異軸心上:一個相應于植物總體形式;另一個是以前被表征的“葉片經濟學譜系”。(Nature
     
     
    CRISPR制備基因敲入豬
     
    轉基因豬在農業和生物醫藥方面都有著廣泛的應用。然而,生殖系有活性的豬多能干細胞(PSCs)目前尚未制備出來,這阻礙了豬模型的遺傳修飾?;贠ct4啟動子的熒光報告系統可被用于監控多能性,是制備真正的豬多能干細胞的重要工具。研究人員構建了一個豬Oct4的報告系統,其中內源性Oct4啟動子可直接控制紅色熒光蛋白(RFP)。利用CRISPR/Cas9系統,研究人員獲得了在內源性Oct4基因啟動子下游具有tdTomato基因敲入的豬胎兒成纖維細胞(PFF)系。轉基因的PFFs可被用作體細胞核移植(SCNT)的供體細胞。研究人員在SCNT胎兒的囊胚和生殖嵴中,檢測到了強大的RFP表達。通過SCNT,研究人員也制備了兩只有生活力的轉基因豬。通過另一輪SCNT對來自胎兒和仔豬的成纖維細胞進行重編程,可導致重構囊胚中的tdTomato再激活。結果表明,監測細胞多能性狀態的一個KI豬報告系統,已被成功構建。(PLoS ONE
     
     
    農業生態系統對氣候變暖的影響
     
    CO2、CH4和N2O是造成氣候變暖的主要溫室氣體。目前在森林、草地、凍土、海洋等生態系統領域已有一些模擬氣候變化的研究,但是在與人類活動密切相關的農業生態系統中,相關研究卻非常缺乏,更鮮有長期全年的農田實地觀測。研究人員進行了冬小麥和大豆輪作農田連續5年的晝夜連續增溫田間模擬試驗,發現在CO2與CH4排放方面,增溫和施氮都降低了小麥季CH4的累積吸收量,但未影響夏季CH4吸收總量;施氮條件下,CH4排放在年度尺度上與土壤溫度負相關;在不施氮條件下,CH4排放與NH4濃度正相關;增溫和施氮均未影響季節和年土壤呼吸總量。在N2O排放方面,在施氮條件下,增溫顯著降低春、秋、冬季平均N2O排放通量和小麥季及全年的累積N2O排放通量;在不施氮條件下,增溫不影響土壤含水量和N2O排放。該研究說明了增溫和施氮處理通過影響土壤水分的幅度而影響N2O排放。上述研究結果填補了氣候變暖對農田土壤溫室氣體排放研究方面的空缺,對農田溫室氣體排放對未來氣候變暖的響應機制以及模擬具有一定的指導作用。(Agricultural and Forest Meteorolog //Agriculture, Ecosystems & Environment
     
     
    DNA脫氧核酶的結構確認
     
    DNA 和 RNA 分子都是可折疊的,都能采用具有催化活性的構形。雖然各種不同RNA (或核酶)的結構已被確定,但DNA酶卻被證明更加困難?,F在,研究人員以2.8 Å的分辨率確定了合成單鏈DNA脫氧核酶9DB1的晶體結構。9DB1是一種RNA連接酶,催化兩個RNA鏈的 3′-hydroxyl 端與 5′-triphosphate端之間的磷酸二酯鍵的形成。該結構顯示了可與RNA所采用的結構相比的三維復雜性,但也存在反映脫氧核糖特性的差別。(Nature
     
     
    一種新型生物殺菌劑獲得登記
     
    黃瓜和番茄灰霉病每年給我國農業造成數十億元經濟損失,此類病害首選化學農藥速克靈(procymidone)、農利靈(vinclozolin )等進行防治,但這些農藥會對雄性動物的生殖能力和生殖器官的發育造成影響,因此英、美、日等發達國家已將它們列入環境激素類化學品名錄限制使用,尤其在某些食品作物上禁止使用。一種新型生物殺菌劑“甲基營養型芽孢桿菌9912母藥和制劑”在我國首獲登記。其母藥含量為40億芽孢/克,毒性微毒;制劑含量為30億芽孢/克,劑型為可濕性粉劑,毒性微毒,噴霧用于防治黃瓜灰霉病,制劑用藥量937.5~1500克/公頃。從技術前景分析,新型生物殺菌劑極有希望替代進口的化學農藥。(沈陽應用生態研究所
     
     
    Molecular Plant出版“植物激素”專輯
     
    植物激素是極其重要的植物生長調節物質。研究較為清楚的植物激素如生長素(Auxin)、赤霉素(GA)、細胞分裂素(CTK)、脫落酸(ABA)、乙烯、油菜素甾醇(BR)和獨角金內酯(SL)均為小分子有機化合物,能以極低的濃度在多個植物生長發育過程和逆境脅迫反應中起作用。過去20-30年里科學家對經典植物激素的受體和信號轉導途徑已有較為清楚的了解,近年來植物激素作用的分子機理的研究日漸增多。特別是我國科學家自2007年在國家自然科學基金委重大研究計劃“植物激素作用的分子機理”項目資助下在這一領域取得了長足進展。盡管一些植物激素類似物已在農業生產中應用,科學家希望能在全面且深入地理解植物激素作用機理的基礎上更好、更廣泛地應用植物激素來增加糧食、經濟作物和蔬菜等的產量和品質。
    緊跟植物科學研究的國內外動態和國際前沿,Molecular Plant《分子植物》于2016年1月5日出版了由李家洋、李傳友等12位國內外知名科學家組織的“植物激素”專輯。該專輯收錄了7篇綜述文章。其中,法國Jean-Michel Daviere和 Patrick Achard教授綜述了DELLA蛋白在調控多種植物激素信號途徑中的關鍵作用;我國謝旗研究組對泛素-蛋白降解體系在ABA信號途徑中的作用進行了全面綜述,黎家研究組討論了BR調控植物根生長發育及與其他微生物共生方面的進展,何祖華和謝旗研究組合作綜述了植物激素在種子休眠和萌發過程中的調控作用,上海逆境植物生物學中心的Chizuko Yamamuro博士與朱建康和楊貞標研究員合作分析了表觀遺傳修飾與植物激素作用之間的互作和調控;韓國Jae-Yean Kim研究組詳細介紹了胞間連絲在植物激素和小分子物質信號轉導中的作用;捷克Jan Hejatko研究組分析和討論了高等植物多步磷酸轉移(MSP)信號通路中主要蛋白的結構特征,特別是與細胞分裂素和乙烯信號相關蛋白的結構。
    該專輯發表了來自國內外的6篇原創論文和3篇Letter,涉及多種植物激素信號通路和調控的分子機理研究。我國潘建偉研究組發現網格蛋白介導的生長素信號調控下胚軸頂鉤形成和藍光誘導的頂鉤打開,香港中文大學Jun-Xian He研究組報道BR信號途徑重要轉錄因子BZR1與光調控轉錄因子HY5互作調控擬南芥子葉展開,黃榮峰研究組報道ABA通過ABI4負調控乙烯生成基因ACS4和ACS6來抑制暗下乙烯的產生,湯文強研究組發現PP2A B亞基通過去磷酸化BR受體BRI1調控BR反應,香港科技大學Ning Li研究組通過磷酸化蛋白質組學分析發現乙烯可以增強水通道蛋白PIP2;1的磷酸化來促進水的轉運。西班牙Pedro L. Rodriguez和美國Doris Wagner研究組合作發現染色質重塑因子BRM作為ABA信號途徑核心組分SnRK蛋白激酶和PP2C蛋白去磷酸化酶的底物來調控ABA反應,韓國Tae-Wuk Kim研究組報道擬南芥BSU1家族成員的寡聚化可促進BR信號輸出,德國Klaus Harter研究組報道擬南芥細胞分裂素感應蛋白組氨酸激酶AHK2和AHK3可以催化Ser/Thr/Tyr的磷酸化來調控多個磷酸化信號轉導通路。此外,中科院化學所陳義研究組報道了一種從微量植物組織中測定和定量痕量赤霉素的新方法。
    Molecular Plant“植物激素”專輯的出版為廣大讀者了解植物激素作用的分子機理提供了最新的資料,對推動植物激素和相關領域研究的深入開展及國內外學術交流和合作具有積極意義。(Molecular Plant
     

    來源:基因農業網

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