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    生物技術前沿一周縱覽(2018年3月30日)

    2018-03-30 16:09 | 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(2018330日)

     

    植物免疫受體調控G蛋白激活機制

     

    異源三聚體G蛋白廣泛存在于真核細胞中,對細胞生命活動具有重要調控作用。擬南芥免疫受體FLS2能夠通過識別細菌鞭毛蛋白來感知病原細菌的入侵,并通過免疫受體復合物的核心激酶BIK1來激活下游免疫反應。研究人員揭示了擬南芥免疫受體FLS2調控植物G蛋白激活的分子機理。在靜息狀態下,擬南芥唯一的RGS蛋白RGS1Gα蛋白以及免疫受體FLS2結合在一起,通過RGS1GAP活性使與Gα蛋白結合的GTP被水解為GDP,從而使G蛋白維持在靜息狀態。在FLS2感知鞭毛蛋白后,BIK1磷酸化RGS1蛋白Ser431Ser428,從而導致RGS1Gα亞基和FLS2的解離,解除RGS1Gα的抑制作用,Gα因而得以自動結合GTP而激活,促進免疫反應。其中,XLG2在葉肉細胞中調控免疫反應,而GPA1通過調控氣孔關閉來阻止病原微生物的入侵。該研究揭示的不同于動物G蛋白新型激活方式即植物細胞G蛋白的激活是通過受體誘導RGS1的磷酸化,從而解除對Gα的抑制作用實現的。

    Cell Research

     

     

    TGW3調控水稻谷粒大小

     

    水稻是我國三大主糧之一,其谷粒大小和形狀(粒型)決定稻米的產量和外觀品質。研究人員借助現代高通量SLAF測序技術,在水稻中鑒定到超過40個粒型和產量QTL位點。在此基礎上,研究人員定位并克隆了一個控制谷粒長度和產量的基因TGW3,該基因編碼一個類似于GSK3/SHAGGY的激酶TGW3。研究發現,TGW3是谷粒大小的負向調節因子,能夠通過增加穎殼細胞大小、減少細胞數目,從而使穎殼變長,谷粒變大、變重;TGW3的大粒等位基因的第三內含子核苷酸堿基發生轉變,改變其mRNA的剪切方式,導致其第三和第四外顯子的丟失,其編碼蛋白喪失形成二聚體的功能。通過水稻種質資源序列測定分析,研究人員找到了其他兩個具有長粒表型的遺傳材料,其編碼序列與本次發現的大粒親本相同,顯示了該基因位點的稀缺性。(Molecular Plant

     

     

    水稻核糖體RNA生物合成及其響應苗期低溫脅迫的分子機制研究中取得新進展

     

    核糖體生物合成是細胞中最復雜和最耗能的基本生命過程之一,發揮著至關重要的作用。研究人員系統鑒定了水稻rRNA前體加工成熟過程中的關鍵剪切位點,發現了水稻中存在兩條可變的rRNA前體加工通路:以P-A3前體為代表的“5 ETS-first”通路和以32S27S-A2前體為代表的“ITS1-first”通路;詳細繪制了首張水稻rRNA前體加工圖譜,為后續水稻核糖體生物合成相關研究提供了詳實的資料性儲備。深入研究發現,低溫脅迫會快速抑制水稻rRNA前體的轉錄后加工過程,表現為P-A327S-A2前體豐度的下調和初級轉錄本45S rRNA的積累。這表明水稻在面臨短時間低溫脅迫時,通過在轉錄后加工水平快速下調核糖體生物合成這一高耗能過程,幫助水稻更好地適應低溫脅迫。但是長時間低溫脅迫帶來的翻譯系統的下調,會抑制細胞的整體代謝能力,這可能是水稻苗期冷害致死的原因之一。(Plant Physiology

     

     

    G蛋白調控稻米品質和產量

     

    隨著生活水平不斷提高,消費者對稻米品質也提出了更高要求。研究人員在水稻優質和高產性狀協同改良的研究中取得重要進展,從長粒型美國粳稻品種L204中成功分離并克隆了一個控制稻米產量和品質協同提升的重要基因LGY3,該基因編碼一個MIKCMADS-box家族蛋白OsMADS1。研究發現,OsMADS1轉錄因子可以直接與G蛋白γ亞基DEP1GS3蛋白互作,共同調控下游靶基因的表達,揭示了G蛋白通過與MADS轉錄因子互作的全新分子調控機制,為深入研究G蛋白信號轉導途徑的分子基礎提供了新的切入點。研究通過水稻種質資源測序分析發現,在尼瓦拉野生稻和熱帶粳稻中存在一種新的變異類型,編碼一個C端截短的蛋白OsMADS1lgy3。該等位變異可以讓稻米變得更加細長,有效減少堊白率和堊白面積,顯著提升了稻米在外觀、口感等方面的品質。然而,在我國大面積種植的高產水稻品種中卻不含這種自然變異類型。研究表明,將等位基因OsMADS1lgy3引入我國現有高產雜交水稻后,在顯著提升稻米品質的基礎上還可使其產量增加7%以上;將該等位基因OsMADS1lgy3和高產基因dep1聚合并應用到常規稻育種中,不僅可顯著提升稻米品質,還可提高水稻產量10%以上。DEP1-GS3-OsMADS1分子模塊的發現和應用有望解決水稻高產與優質之間的矛盾,未來可用于“超級稻”新品種培育,使得稻米能夠好吃又高產。(Nature

     

     

    菟絲子與寄主間抗蟲系統性信號交流

     

    已有研究表明,當植物被昆蟲取食脅迫,抗蟲相關的系統性信號會從受傷害部位產生,并通過維管束進行傳導,誘導整個植株產生系統性的抗蟲響應。研究人員以南方菟絲子與大豆組成的寄生體系為研究對象,以蚜蟲為昆蟲脅迫因子,系統地分析了南方菟絲子受到蚜蟲侵害后,寄生植物與寄主在植物激素和轉錄組水平上的響應。結果顯示,蚜蟲取食同時誘導了南方菟絲子和寄主大豆植物激素和基因表達的顯著變化;后續的生物功能測試結果表明,蚜蟲脅迫菟絲子后產生的系統性信號能夠移動至寄主,并誘導使寄主大豆抵御昆蟲(蚜蟲和斜紋夜蛾)脅迫的抗性顯著增強。該研究表明,在系統性響應昆蟲脅迫方面,維管束融合后的寄生植物與寄主形成了一個完整的功能體系,昆蟲取食寄生植物后,會誘導整個寄生體系產生系統性的抗蟲響應。 (New Phytologist)

     

     

    蘑菇科青褶傘屬系統演化研究取得進展

     

    青褶傘屬(Chlorophyllum)真菌是擔子菌門(Basidiomycota)蘑菇科(Agaricaceae)中的重要類群之一,營腐生生活,主要分布于森林、草地等生境。研究人員通過多年的野外考察積累及與國內外同行合作,獲得了該屬全球報道的近80%的物種樣品,通過多基因片段測序,重建了該屬真菌的系統發育關系,對該屬的單系性、物種多樣性和性狀演化進行了研究。研究發現,青褶傘屬真菌為單系類群,屬下分為6個組;原初置于大環柄菇屬、環柄菇屬及粉菇包屬下的Lepiota demangei、Lepiota hortensis、Macrolepiota globosa、Endoptychum agaricoides等物種均為青褶傘屬的成員;該屬物種歷史上可能在短時期內經歷了快速的輻射式演化過程,但蓋表結構,有無鎖狀聯合、褶緣囊狀體形狀和大小、擔孢子的形狀和大小、有無芽孔等特性對該屬的組和物種的鑒定具有重要價值。該研究提出了青褶傘屬的屬下系統分類,編制了屬下分種檢索表,報道了非洲青褶傘(C. africanum)和古熱帶青褶傘(C. palaeotropicum)兩個新種和一個新組合(C. demangii),極大地擴展了對青褶傘屬物種多樣性和系統演化的認識,有助于該屬物種(尤其是有毒類群)的準確識別和毒蘑菇的預防和控制。(Mycokeys

     

     

    RNA m6A修飾和果蠅性別決定新因子

     

    N6-methyladenosinem6A)是真核生物mRNA上含量最豐富的化學修飾之一,影響剪接、穩定性、折疊、出核、以及翻譯等一系列mRNA代謝過程??蒲腥藛T通過質譜實驗發現了一個與已知m6A因子都相互作用的蛋白CG7358,研究表明CG7358與已知m6A因子共定位在細胞核中,并在免疫共沉淀實驗中相互作用。使用突變體、RNAiCRISPR/Cas9系統對該基因進行失活,出現了雌蠅轉變為雄蠅的表型。由于該基因未被命名,研究人員根據這一表型將其命名為XiongXio,雄的中文拼音)。Xio通過調控Sxl的選擇性剪接在體細胞和生殖細胞中控制Sxl蛋白的水平。此外,xio突變體的其它表型,如翅膀姿勢和飛行能力,與METTL3突變體非常相似。進一步的質譜實驗顯示,mRNA上的m6A水平在xio突變體中顯著下降。這些結果都說明Xiom6A甲基轉移酶復合物的核心成員之一,由于其人類同源蛋白ZC3H13也與多個m6A因子相互作用,因此Xiom6A修飾途徑中的功能是在進化中保守的。(PNAS

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