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    生物技術前沿一周縱覽(2017年8月25日)

    2017-08-25 15:10 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    生物技術前沿一周縱覽(2017825日)

    發現庇蔭反應作用機制

     

    庇蔭反應(shade avoidance syndrome)是植物在光信號的刺激下基因調控模式的改變而形成的發育進程變化,其背后的分子機理一直是發育生物學研究領域的熱點。研究人員發現,超表達PIFs蛋白會增強植物在遮蔭下(高紅光:遠紅光比率)的庇蔭反應,而超表達MIR156會得到相反的結果。體內和體外的試驗顯示,PIFs蛋白會直接結合到MIR156基因啟動子的G-box區域,抑制MIR156基因的表達,而MIR156會抑制SPLSQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE)家族基因來調控植物株高、葉片發育、開花期等各種與庇蔭反應相關的發育過程。Nature Communications

     

     

    植物CRISPR-Cas9研究綜述

     

    序列特異性核酸酶使得基因組編輯成為可能,快速推動了基礎和應用生物學的發展。CRISPR-Cas9系統自出現以來,作為可轉化植物的基因組編輯工具已得到廣泛應用。目前,新開發出來的Cas9變體、新型RNA導向的核酸酶、堿基編輯系統和無DNACRISPR-Cas9遞送方法都為植物基因組工程提供了前所未有的機遇。文章綜述了植物基因組編輯的現狀,重點關注由于植物基因組編輯的自身特點所帶來的特殊挑戰和機遇,并介紹了新近發展出的基因組編輯工具、方法及其在植物中潛在的應用。文章最后還展望了植物基因組編輯的前景和未來方向。(Nature Plants

     

     
    植物熱應激恢復重要機制

     

    隨著全球氣候變暖,高溫對植物的破壞顯著增加,耐熱性機制的揭示不僅是一項基礎研究,而且可能是未來人們用來提高植物在高溫下生存能力的重要手段。植物不僅需要生產新蛋白來抵御應激,還需要盡可能快地制造它們,我們發現新蛋白翻譯被延遲6小時后,將會抑制最適生長和繁殖能力,雖然這些植物不會完全死亡,但蛋白質合成延遲它們就會受損。全套的新蛋白可為植物提供抵抗應激的能力。研究發現引起擬南芥表型變化的基因是一個“翻譯因子”,該基因編碼的蛋白質是一個已知的翻譯起始因子eIF5B。通過比對擬南芥的溫度敏感等位基因eIF5Bhot3-1),發現在熱應激條件下,及時恢復翻譯是植物從應激中恢復的關鍵。此外,在最適生長溫度下一個更嚴重的等位基因(hot3-2)的翻譯圖譜(translational profiling)顯示eIF5B1是植物正常生長發育的必須基因,進一步表明eIF5B1可差異化地影響特定mRNAs。(Plant Cell
     

     

    科學家再次提出植物生物學新概念

     

    植物生物學研究中,由于歷史的原因,為了解釋現象提出過很多似是而非的概念。在過去以解剖和生理為主的研究階段,這些概念從技術上無法澄清,同時對研究工作的發展也不產生特別的困擾,因此一直代代相傳??墒请S著分子技術所帶來的研究工具分辨力大幅度提高,這些似是而非的概念對研究的深入就帶來各種無法回避的邏輯困境?;谶^去的研究工作中,研究人員曾經先后提出過“植物發育單位”、有性生殖周期(SRC)、植物發育程序的雙環模式等不同的新概念和“植物形態建成123”的新理論,希望對更好地理解植物形態建成的內在機制提供更為合理的概念框架。(Plant Physiol)

     

     

    植物光信號轉導及泛素連接酶激活新機制

     

    光提供了植物生長所需要的能量,同時作為核心環境信號因子調控著植物各個階段的生長發育。研究人員鑒定到促進PIF3降解的一組新的E3泛素連接酶SCFEBF1/2,與此前報道的CRL3LRBs不同,SCFEBF1/2正調控光形態建成。該研究發現,暗中生長的植物見光過程中,SCFEBF1/2可以通過泛素化PIF3促進其快速降解,該調控過程依賴于被光激活的光敏色素誘導的PIF3的磷酸化。一般情況下F-box蛋白與底物的識別和相互作用決定了SCF復合體對該底物的活性,有趣的是,PIF3EBF1/2的相互作用不依賴于光信號或者PIF3的磷酸化,但PIF3-EBF1/2SCF核心組分的結合依賴于光信號或者PIF3的磷酸化,由此該研究發現了一種新的SCF復合體的激活機制。進一步研究表明,此前鑒定的CRL3LRBs E3泛素連接酶主要在強光條件下促進光敏色素phyBPIF3的降解,而SCFEBF1/2在弱光與強光下均可以促進PIF3降解但不影響phyB的含量。SCFEBF1/2最早是作為乙烯途徑核心轉錄因子EIN3E3泛素連接酶被鑒定出來的,在植物見光過程中,此前研究表明SCFEBF1/2可以通過促進EIN3降解來抑制乙烯信號進而促進光形態建成,本研究發現SCFEBF1/2可以促進代表性的光形態建成抑制因子PIF3的泛素化與降解,充分證明了SCFEBF1/2是植物中促進光形態建成的核心E3泛素連接酶,它可通過多方面整合光與乙烯信號來調控植物的發育。(Current Biology

     

     

    甘薯的起源

     

    我國以占世界總種植面積50%的土地生產了全球80%以上的甘薯,產量近億噸。甘薯基因組共有約4.4億個堿基對,單組大小在700M800M之間。雖然近年來高通量測序技術日新月異,但解析多倍體基因組仍然面臨著巨大的障礙。該研究不僅將絕大部分基因組序列定位到對應染色體上,還通過全新生物信息學方法,將六倍體的六組染色體分開,從而揭示:在甘薯的90條染色體中,有30條染色體來源于其二倍體祖先種,另外60條染色體來源于其四倍體祖先種;約50萬年前,二倍體祖先種和四倍體祖先種之間的一次種間雜交孕育了今天的重要作物。這一發現解決了甘薯起源的謎題,為合理利用甘薯近源野生種提供了嶄新的思路。Nature

     

     

    首次在釀酒酵母中揭示了介導組蛋白H4K82-羥基異丁?;秸{控的關鍵環境因子和去修飾酶類

     

    蛋白質的翻譯后修飾是細胞調節蛋白質功能和生命過程的重要手段。通過系統性地篩選能夠使得細胞內的H4K8hib水平發生顯著變化的環境脅迫因素,研究者發現在碳源饑餓的條件下,H4K8hib的水平顯著下降。在培養基中補充葡萄糖或者果糖可以快速恢復其修飾水平,且這一過程依賴于糖酵解通路的完整性(但是其維持并不需要糖酵解通路)。通過進一步的研究,研究者發現這一下降過程是由兩個組蛋白去乙?;福?span lang="EN-US">Rpd3pHos3p)介導的,且其去乙?;钚晕稽c對于去2-羥基異丁?;钚允潜匦璧?。與此同時,該工作發現H4K8突變成H4K8A后,酵母的時序壽命(Chronological life span)顯著縮短,說明H4K8位點的?;揎椩诮湍杆ダ线^程中存在著重要的功能。進一步的RNA-seq分析表明H4K8位點的?;揎椏赡苁且粋€重要的表觀遺傳水平上的葡萄糖代謝感受器,其可以通過對基因轉錄的調控調節細胞的代謝狀態以使得細胞能夠響應環境中不同的糖濃度的變化,進而影響細胞的壽命。利用質譜技術和遺傳生化手段,該工作在釀酒酵母中對新發現的蛋白質2-羥基異丁酰修飾(Khib)進行了系統的蛋白組學研究,鑒定了包括組蛋白在內的390個蛋白上的1458個修飾位點。通過生物信息學分析,我們發現其修飾了超過一半的核糖體蛋白質,說明了這一修飾可能在調控蛋白質翻譯方面具有重要的功能。電子傳遞鏈中的五個復合物都包含可以被2-羥基異丁酰修飾的亞基,修飾位點突變會導致生長缺陷。另外,在糖酵解以及糖原合成通路中,幾乎每個環節都有對應的酶類可以被2-羥基異丁?;?;通過SILAC實驗發現隨著糖濃度的不同,2-羥基異丁酰蛋白組也發生了相應的變化,進一步顯示了這一修飾與糖代謝之間的緊密聯系。(PNAS

    來源:生物技術前沿一周縱覽(2017年8月25日)

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