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    生物技術前沿一周縱覽(2017年9月15日)

    2017-09-15 14:57 | 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(2017915日)

    科學家揭示植物干細胞調控新機制

     

    干細胞維持與分化的調控對于動物抑或是對于植物的生長發育而言具有重要意義,一旦干細胞功能發生異常,植物和動物的生長和發育均會出現嚴重缺陷。研究表明,超氧根和過氧化氫作為新的信號調控植物干細胞的維持與分化。在植物莖頂端分生組織(SAM)中,超氧根主要在干細胞CZ富集,而過氧化氫主要在分化細胞PZ富集,這種分布模式依賴于一系列活性氧代謝基因在SAM中特異表達模式,研究發現絕大多數的超氧化物歧化酶特異在分化細胞PZ表達而過氧化物酶在干細胞CZ特異表達。CZ區超氧根通過正調控植物干細胞重要調控基因WUS的表達從而維持干細胞的穩定;而PZ區過氧化氫可以促進細胞分裂調控分化過程。此外,研究還發現超氧根和過氧化氫之間形成balance、相互拮抗,并通過調控WUS而決定干細胞的命運。該研究揭示這種新的干細胞調控的信號可能在植物和動物中是保守的,并為研究ROS-介導的干細胞命運的調控機制提供了理論基礎。EMBO Journal

                                              

     
    水稻BR信號和株型調控取得進展

     

    BR是一種重要的甾醇類植物激素,參與調控植物生長發育的各個方面,包括調控植物的株型、細胞的分裂、細胞的伸長、維管束的分化、光形態的建成以及響應各種生物和非生物脅迫??蒲腥藛T首次發現水稻轉錄因子OsWRKY53能夠正向調控BR信號,OsWRKY53基因過表達轉基因水稻(OsWRKY53-OE)呈現出葉傾角增大、種子增大、其葉傾角對外源的BR處理超敏感等一系列BR信號增強的表型;而敲除突變體(oswrky53)表現出葉傾角變小、種子變小、株高變矮、其葉傾角對外源的BR處理敏感性下降等一系列BR信號缺陷的表型。研究揭示了水稻轉錄因子OsWRKY53能夠正向調控BR信號和水稻株型,這不僅豐富了BR信號轉導通路,而且挖掘了OsWRKY53未被報道的生物功能,對不同激素之間信號識別、信號交流和信號轉導提供新的研究思路和研究視角,具有重要的理論和應用價值。Plant Physiology

     

     

    開發了用于研究RNA及多個結合蛋白相互作用的生物信息學方法

     

    RNA結合蛋白(RBP)對于細胞維持如RNA剪接,RNA聚腺苷酸化,RNA轉運,翻譯和轉錄本降解等一系列基本的細胞學功能至關重要?;谝豁椦芯抗ぷ鞯墓烙?,人類存在超過1500種不同的RBP,這些RBP通過結合不同的RNA靶標序列(調控元件),進而行使其相應的生物學功能。許多RNA結合蛋白在結合其RNA靶標時存在相互作用或競爭的關系,因此,研究RNA結合蛋白的組合方式和鑒定相應的RNA調控原件,對研究各種后轉錄調控機制至關重要。研究通過整合RNA及其結合蛋白(RBP)相互作用的高通量測序數據(CLIP-seq),開發了一個基于非負矩陣分解(NMF)的生物信息學方法 -- RBPgroup。該方法不但能鑒定出具有高可信度的RNA調控元件,與此同時,也能夠預測多個RNA結合蛋白(RBP)之間的潛在相互作用關系。該成果為研究多個蛋白在RNA上的協同調控提供了有力的新方法。Genome Biology

     

     
    二代,三代測序技術揭示蘭花基因關鍵機制

     

    蘭科植物起源于1.25億年前,是被子植物中的第二大科,除了兩極和極干旱的沙漠,可生存于世界各地。研究人員用PacBio,Illumina,以及10X Genomics的最新技術,全新解析了一種蘭花的基因組序列。利用新的轉錄組序列,進行比較基因組學和系統發育分析,進一步了解蘭花品種之間的親緣關系,以及進化蘭花特征。其中研究人員識別出了21,841種預測到的的蛋白編碼基因,超過92%的這些基因出現在轉錄組序列中。由此他們分析了深圳擬蘭與十多種其它植物物種的關聯序列,基于上百個單拷貝基因家族的系統發育分析。而且研究人員也搜尋了在蘭花進化過程中似乎出現激增或急降的基因家族,以及過去基因組重復或突變的其它線索。比如,研究發現指出,深圳擬蘭譜系至少經歷了兩個全基因組重復:一個發生在蘭花祖先與菠蘿,蘆筍等其它單子葉植物分支處;另一個發生在近期,蘭科植物開始多樣化后不久的蘭花特異性全基因組重復。(Nature

     

     

    植物新轉錄因子家族PLATZ參與玉米胚乳發育與灌漿

     

    floury3是一個經典玉米胚乳半顯性突變體,千粒重比野生型下降近60%,但營養和生殖生長沒有明顯影響。研究團隊克隆了Floury3基因,發現該基因編碼一個PLATZ家族蛋白。fl3蛋白的PLATZ結構域的Asn/His氨基酸替換導致了顯性突變。Fl3特異在胚乳組織中表達,并且約90%以上的轉錄本來自于母本,偏離在胚乳中正常的母本父本之比2:1。同時父本基因組中的Fl3基因啟動子也被發現具有更高的甲基化水平。這些結果證明Fl3是一個新發現的玉米印跡基因,主要由母本表達,所以導致fl3的顯性突變表現為半顯性遺傳效應。利用酵母雙雜交篩選,該研究組發現FL3可以與RNA聚合酶III轉錄復合體中的RPC53TFC1互作。RNA聚合酶III下游的5S rRNAtRNA的轉錄本在突變體中也顯著降低,說明突變fl3蛋白直接參與并負面影響了RNA聚合酶III的轉錄。對fl3胚乳進行轉錄組分析發現營養物質儲藏相關基因的表達在突變體受到嚴重影響。(The Plant Cell

     

     

    科研人員揭示Cbln家族蛋白功能異同的分子機制

     

    Cbln家族包含4個成員,它們具有很高的序列同源性和相似的結構組成,均在C端包含一個C1q結構域。研究人員解析了Cbln1Cbln4C1q結構域(Cbln1C1q Cbln4C1q)三聚體的晶體結構,分辨率分別為2.2Å2.3Å。Cbln1C1qCbln4C1q總體結構非常相似,但在對應于Cbln1C1qd-谷氨酸受體2GluD2)的ATD結構域相互作用界面的區域上有顯著不同。利用負染和冷凍電鏡單顆粒技術,研究人員獲得了分辨率為13Å的全長Cbln1六聚體的三維結構。該結構顯示,Cbln1六聚體整體像兩個連著的櫻桃,Cbln1C1q三聚體占據密度圖中的“櫻桃”部分,而Cbln1N端區域形成較平的相互作用界面,介導六聚體的形成。此外,為了解決此前文獻中數據有相悖之處的問題,研究人員研發了基于細胞表面結合技術的半定量方法,以測定Cbln1Cbln4對全長Nrxn1β的親和力。研究人員發現,Cbln4與全長Nrxn1β的相互作用并不弱,并進一步獲得了Cbln4Nrxn1β的LNS結構域形成的復合物、以及分辨率為19Å的該復合物的三維冷凍電鏡結構。結構分析提示,Nrxn1β可能通過其S4片段的β10Cbln4N端相結合。這些研究結果揭示了Cbln1Cbln4之間功能異同的分子機制,為進一步研究Cbln1Cbln4在神經細胞突觸形成中的功能奠定了較好的結構基礎。Cell Reports

     

     

    科學家揭示轉錄中介體MED23亞基在色素合成和DNA修復的調控機制

     

    毛發、皮膚、眼睛等的顏色大部分是由黑色素細胞中的黑色素來決定,黑色素的合成過程非常復雜,受多種信號通路的調控??蒲腥藛T發現在小鼠黑色素瘤細胞B16F10敲低轉錄中介體復合物Med23亞基后,細胞變白,黑色素含量顯著減少,合成黑色素的黑色素小體減少。此外,在斑馬魚中敲低Med23后,斑馬魚的黑色素含量降低,色素合成重要基因表達下調。這些結果體內體外實驗說明MED23調控色素合成過程。同時Med23缺失后,UV引起的DNA損傷減少,而NER因子的表達量以及它們結合到染色質的含量都大大增加,說明MED23調控了DNA損傷修復過程。進一步研究發現,MED23通過正調控轉錄因子Mitf (Microphthalmia transcription factor)的表達量來偶聯色素合成和DNA損傷修復兩個過程。通過ChIP-seq、CRISPR-Cas9和報告基因系統等方法發現,MED23通過調節Mitf遠端增強子的活性來調節Mitf的基因表達。該項研究闡明了轉錄中介體物在色素合成和DNA損傷修復過程中的分子調控機制,為皮膚相關疾病干預提供了新思路。Cell Reports

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