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    生物技術前沿一周縱覽(2017年12月15日)

    2017-12-15 14:38 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿

     生物技術前沿一周縱覽(20171215日)

    “根從頭再生”研究綜述

     

    植物體受損后實現根器官從頭發生的過程叫根從頭再生(de novo root regenerationde novo root organogenesis)。在扦插和組織培養過程中,根從頭再生機制可以使剪切下的植物體產生不定根,以延續植物的生存。研究以擬南芥離體葉片再生不定根為主要模型,并結合目前多種不定根發生的研究體系,歸納總結出根從頭再生過程中的三個主要階段和參與其中的兩類細胞。第一階段是早期信號轉導(early signaling):傷口信號、環境信號和葉片自身發育狀態等作為早期信號,被“轉換器細胞”(converter cell,主要指葉邊緣、葉肉和部分維管細胞)感應。第二階段是生長素累積(auxin accumulation):轉換器細胞將輸入的早期信號轉換為生長素信號輸出至“再生潛能細胞”(regeneration-competent cell,主要指維管中的原形成層和部分薄壁細胞)。第三階段是細胞命運轉變(cell fate transition):再生潛能細胞在生長素指導下發生命運轉變,最終形成不定根。(Current Opinion in Plant Biology)

     

     

    番茄光抑制和光保護作用的光信號依賴性調控

     

    玉米、大米和西紅柿等經濟物種無法長期存活在低于12°C的溫度下。除了冷害敏感性的種間差異之外,特定物種對低生長溫度的耐受性在不同器官和不同發育階段會產生差異。研究結果顯示在番茄植株的陰影葉中低紅/遠紅(L- R / FR)比例的光照條件可以顯著緩解PSIIPSI光抑制。這種保護行為伴隨著一種光敏色素AphyA)依賴性LONG HYPOCOTYL 5HY5)的誘導。HY5ABA INSENSITIVE 5ABI5)的啟動子結合,觸發質外體中呼吸爆發氧化酶同源基因1 (RBOH1)依賴性H2O2產生。 HY5,ABI5RBOH1轉錄物水平的降低增加了冷誘導的光抑制,并且消除了L-R / FR誘導的光抑制的緩解。L-R / FR光照引起葉綠素a熒光的非光化學猝滅(NPQ),并增加PSI周圍Foyer-Halliwell-Asada循環酶活性和循環電子通量(CEF)。與此相反,HY5,ABI5RBOH1轉錄水平的下降則消除了L-R / FR對光保護的積極作用。質子梯度調控蛋白(PGR5)依賴性CEF的缺失導致光抑制增加并且減弱L-R / FR-依賴性NPQ。數據表明,HY5是光和冷響應途徑之間相互交叉的重要樞紐,其整合了ABA和活性氧物質信號,從而通過增強誘導陰影葉片中的光保護來減弱光抑制。(Plant Physiology)

     

     

    水稻氧糖基黃酮自然變異的生化基礎

     

    植物的次生代謝產物對植物適應復雜多變的外界環境至關重要。類黃酮是一類廣泛分布在植物界的次生代謝產物,在植物的發育,花色的形成,植物微生物互作以及應對各種生物、非生物脅迫反應發揮重要作用。研究人員首先通過對14種代表性植物中類黃酮的定性及定量分析揭示:單子葉(尤其是鴨跖草類)植物中存在大量的氧糖基黃酮,而擬南芥等大量積累氧糖基黃酮醇。 研究人員對該課題組在水稻自然群體中所檢測的黃酮代謝組數據(Nat Genet, 2014;Nat Commun, 2016)進行全基因組關聯分析(GWAS),確定了4個控制氧糖基黃酮自然變異的位點。結合體外生化實驗及對轉基因植株的代謝譜分析,鑒定了包括兩個主效基因:黃酮-5-氧糖基轉移酶(F5GlcT)和黃酮-7-氧糖基轉移酶(F7GlcT)基因在內的12個氧糖基轉移酶基因,且上述兩個主效基因分別通過改變轉錄及酶活力水平的等位變異控制不同水稻品種中5-氧糖基黃酮及7-氧糖基黃酮的含量。另外,F5GlcTF7GlcT強弱功能等位變異組合的分布與水稻品種在不同紫外強度下的地理分布顯著相關,且其超量表達均能顯著提高植株紫外耐受,證明F5GlcTF7GlcT在水稻紫外耐受的自然變異中發揮重要作用。進一步的生化及進化分析表明,F7GlcT廣泛存在植物界中,而F5GlcT在鴨跖草科植物中存在較為特異的進化。研究揭示了水稻氧糖基黃酮自然變異的生化基礎及其在紫外耐受方面的作用,為作物遺傳改良實踐提供了新資源。(Nature Communications)

     

     

    磷脂合成關鍵蛋白甘油3-磷酸脂酰轉移酶作用機制

     

    磷脂合成的第一步是由一個脂酰轉移酶將脂?;D移到甘油3-磷酸上,形成溶血磷脂酸。在細菌中,PlsY催化該步驟。PlsY蛋白是一個多次跨膜蛋白,不存在真核同源蛋白,與已知的脂酰轉移酶不同,PlsY不使用acyl-CoAacyl載脂蛋白作為脂?;w,而是采用脂酰磷酸作為供體。這項研究應用脂立方相結晶技術,解析了PlsY的高分辨率結構至1.48埃。同時,該研究解析了PlsY與兩個底物(甘油3-磷酸、脂酰磷酸)以及與兩個產物(溶血磷脂、無機磷酸)的復合物結構。通過結構分析,研究人員提出“底物協助催化”機制,即脂酰磷酸激活甘油3-磷酸的羥基而引發親核攻擊,生成產物。與已知的脂酰轉移機制不同的是,PlsY介導的催化不需要組氨酸作為Schiff堿,糾正了文獻中的錯誤認識。此外,該研究建立了一個基于脂立方相雙層膜的酶學分析方法,通過一個“無機磷酸檢測器”蛋白的熒光變化,測定PlsY在該膜性介質中的活性,并設計多種生化實驗和突變體對所提出的新催化機制進行驗證。(Nature Communications)

     

     

    自噬體閉合的“門控開關”

     

    細胞自噬是真核生物在饑餓或其他不利條件下降解自身不重要的蛋白質或細胞器等,以幫助細胞渡過逆境的一種機制,與生長、發育、繁殖、抗病等有密切的關系。饑餓誘導的細胞自噬基本過程包括啟動,雙層自噬前體膜形成、延伸、閉合成成熟自噬體,之后與液泡融合后利用液泡水解酶降解自噬體及其內含物,釋放到液泡外進行循環利用的過程。但到目前為止,自噬體閉合的調控因子及機制不清楚。研究人員對這些缺失菌株中堆積在液泡膜外的自噬體進一步分析發現,這些自噬體為沒有閉合的自噬體,自噬體膜上的許多參與細胞自噬的Atg蛋白和PI3P均沒有被釋放。他們利用遺傳學上位分析發現Rab5模塊蛋白調控的自噬體封口步驟確實作用于磷酸酶Ymr1調控的自噬體成熟(自噬體已閉合但Atg蛋白和PI3P均沒有被釋放)和Ypt7/Rab7調控的成熟自噬體(已閉合且Atg蛋白和PI3P均被釋放)與液泡融合的步驟之前。(PLoS Genetics)

     

     

    水稻條紋病毒通過干擾植物蛋白棕櫚?;焖俳⑶秩拘聶C制

     

    水稻條紋病毒(RSV)引起的水稻條紋葉枯病是目前我國以及東亞地區粳稻生產上最嚴重的病毒病害之一,近幾十年在我國多次爆發流行。研究選取了RSV的兩種自然寄主,單子葉寄主水稻和雙子葉寄主本氏煙,分別鑒定了兩種寄主植物對應的Remorin蛋白,并發現RSV采用類似的手段干擾Remorin的棕櫚?;揎棽⑼ㄟ^自噬途徑降解該蛋白,減弱其對病毒細胞間移動的抑制。揭示了RSV在和寄主博弈中進化的一種抑制寄主防御的新策略。(Molecular Plant)

     

     

    亞洲玉米螟和歐洲玉米螟同域下的基因滲透現象

     

    生物學物種內保持高的基因流以保持種群。亞洲玉米螟(Ostriniafurnacalis)和歐洲玉米螟(O.nubilalis)是玉米上最重要的兩種害蟲。研究團隊在新疆玉米上采集了11個地理種群的玉米螟越冬幼蟲,采用高通量SNPSSR測試及線粒體測序方法。根據SNP基因型數據結果這兩種玉米螟存在較高的遺傳多樣性;預測了伊犁地區基因滲透史。在混生區內的亞洲玉米螟種群內沒有發現基因滲透的基因型。根據雜交個體和基因滲透史,可以確定伊犁地區為這兩種玉米螟的雜交地區;可以預測伴隨著基因在這兩個物種間滲透,適應性特點也在這兩個物種間橫向傳播。本研究結果表明亞洲玉米螟和歐洲玉米螟這兩個生殖隔離的物種間存在著中間體,經典的以信息素為基礎的區分這兩個物種的方法應當予以重新考慮。(Molecular Ecology

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