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    生物技術前沿一周縱覽(2018年8月10日)

    2018-08-21 14:30 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年8月10日)

     生物技術前沿一周縱覽(2018810日)

     

    H3K27me3解密機制抑制基因表達調控植物生長發育

     

    組蛋白賴氨酸的甲基化修飾在真核生物基因表達調控中的作用廣泛,是一種重要的調控方式。研究人員通過蛋白互作分析找到了擬南芥EMF1蛋白的互做蛋白SHLEBS。這兩個同源蛋白含BAHPHD兩個結構域。生化實驗表明,BAH結構域不僅介導與EMF1的互作,還能識別H3K27me3;進一步的分子遺傳分析發現,SHLEBSEMF1形成H3K27me3的“reader-effector”復合體(SHLEBSreader,染色質凝縮蛋白EMF1effector)。這一復合體解密基因組上的H3K27me3沉默標記、抑制靶基因表達。在shl ebs lhp1缺失三突變體中,擬南芥基因組上的H3K27me3不能被維持,幼苗的體細胞分化被逆轉,形成愈傷組織;這一表型與H3K27三甲基化酶缺失突變體高度一致。同時在單子葉植物水稻中,SHL-EBS家族蛋白能識別H3K27me3并與EMF1的同源蛋白互作,形成類似的BAH-EMF1reader-effector”復合體。(Nature Genetics

     

     

    EBS調控開花開關

     

    研究人員發現EBS蛋白為二價組蛋白標記閱讀器:BAHPHD結構域分別識別H3K27me3H3K4me3標記。體外實驗發現EBS結合H3K27me3的親和力要高于結合H3K4me3的親和力,進一步的結構生物學研究發現EBSBAH結構域通過識別肽段H3K27me3的甲基化賴氨酸和第30位的脯氨酸來實現序列選擇的特異性。EBS可以通過C端一段含有脯氨酸的無規則結構,以自抑制的方式抑制PHD結構域結合H3K4me3。植物體內的實驗表明EBS在染色質上能結合H3K4me3H3K27me3,其在擬南芥基因組上的分布與H3K27甲基化酶CLF的分布相似。EBS抑制成花素基因表達,從而抑制開花,進一步分析發現EBS作為一個分子開關,能分別識別H3K4me3H3K27me3標記以及精確轉變其結合偏好性來確保適時開花。(Nature Genetics

     

     

    尼克酸可逆甲酯化參與NAD在植物組織間的長距離運輸

     

    NAD (尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸) 作為電子傳遞載體(輔酶)參與眾多的氧化還原反應。近期,研究人員發現一種新的尼克酸修飾——甲酯化(MeNA),可高效互補NAD從頭合成途徑突變體(ao-1qs-1),說明MeNA可以在植物不同組織間長距離運輸并參與NAD生物合成。研究組進一步克隆了負責NA甲基化和MeNA去甲基化的基因,利用相關轉基因材料,結合穩定同位素標記和化學分析表明,NAD通過NA可逆的甲酯化修飾完成在受脅迫組織和非脅迫組織間的重新分配,進而提高植物對不同脅迫環境的適應性。(Molecular Plant

     

     

    棉鈴蟲種群動態響應“倒春寒”天氣過程研究中獲進展

     

    新疆是我國重要的棉花生產基地,棉鈴蟲是本地區棉花產業持續發展的主要障礙之一,也是全球糧棉蔬菜生產的重點防控害蟲。研究人員以新疆南疆典型的棉花生產種植區為調查樣點,對各地連續13年的春季日氣溫變化數據進行分析,分析了“倒春寒”天氣的發生程度和春季平均最低氣溫的變化趨勢,發現13年間各地“倒春寒”天氣持續天數呈下降趨勢,春季平均最低氣溫呈上升趨勢,越冬代棉鈴蟲數量出現增加的趨勢。對棉鈴蟲各代種群數量分別與“倒春寒”天氣持續天數和發生程度的關系分析發現,各代棉鈴蟲種群數量與“倒春寒”天氣的持續天數呈顯著負相關,并且第一代棉鈴蟲種群數量受到影響后變異程度極為顯著。同時利用DYMEX模型基于多年的田間溫度、“倒春寒”發生特征和害蟲資料進行模擬發現,“倒春寒”的發生時期對棉鈴蟲種群數量變化比較復雜,并且發現“倒春寒”天氣在棉鈴蟲越冬代的蛹期或羽化期發生時,對后代種群數量具有截然相反的作用。(Journal of Pest Science 

     

     

    植物感知春化信號的表觀修飾位點和記憶調控網絡

     

    冬性植物、二年生植物和多年生植物的開花需要長時間環境低溫誘導,此過程稱為春化作用。研究人員以已知春化關鍵基因VRN1為正對照,通過ChIP-Seq手段全面分析春化中兩個重要組蛋白修飾H3K4me3H3K27me3的動態調節,發現在以往表觀研究中被忽略的VRN3基因的H3K4me3H3K27me3呈現明顯變化,且二者相輔相成,共同調控基因表達。進一步研究表明,VRN3在開花調控網絡中是整合春化和光周期兩種環境信號的節點,在表觀水平也是重要調控點。這一結果表明多種不同調控信號匯集于此基因。(New Phytologist

     

     

    科學家建立基因組編輯高效調控內源基因蛋白質翻譯新方法

     

    基因組編輯是在基因組水平對基因進行精確、定向修飾的一種高效生物技術方法。研究組利用CRISPR/Cas9uORF進行編輯,發現能夠顯著提高目標基因的翻譯效率。通過CRISPR/Cas9編輯擬南芥和生菜中的4個基因的uORF翻譯起始區及周邊序列,獲得了多個相應基因的uorf突變體。這些uorf突變體目標基因的pORFmRNA翻譯水平都有不同程度的提高。其中,通過突變維生素C合成途徑中關鍵基因GGPGDP-L-galactose phosphorylase)上游的uORF,可使生菜葉片中維生素C含量提高約150%。利用CRISPR/Cas9編輯uORF翻譯起始區會出現兩種結果:(1)完全破壞uORF的翻譯起始能力導致uORF功能缺失;(2)改變uORF的翻譯起始密碼子(例如ATG突變為翻譯起始能力較弱的GTG)及其周邊序列,使uORFpORF的抑制效率發生微調。該研究展示了通過基因組編輯uORF操縱mRNA翻譯,調控蛋白質水平在植物分子生物學研究及遺傳育種中的應用前景。(Nature Biotechnology

     

     

    科學家揭示組蛋白乙酰轉移酶活性調節的新機制

     

    核小體是真核生物染色質的基本結構單元,由約146bpDNA纏繞在核心組蛋白八聚體而形成的。Rtt109Asf1體外復合體的組裝存在一定困難,如何排除Vps75的干擾需要很多嘗試。研究人員經過十余年努力,巧妙地通過采用缺少Vps75結合部位的煙曲霉的Rtt109,與酵母Asf1和底物組蛋白H3-H4組裝了很好的復合體,并解析該四元復合物與乙?;wCoA復合物的晶體結構。從結構中可以看到,H3K56所在的N端α-螺旋被打開,形成一段柔性的loop區,該loop區結合在Rtt109的活性口袋周圍,從而使H3K56的側鏈伸入活性口袋。盡管組蛋白伴侶Asf1對于H3K56修飾必不可少,但Asf1Rtt109之間并沒有直接的相互作用。Asf1通過其C端的一個β-strand與組蛋白H4C端之間形成β-折疊片,穩定了H4末端的一個關鍵片段,使底物處于更利于催化的構象進而促進Rtt109的活性。這個結構特性被進一步的生化和遺傳學實驗確證是Rtt109發揮功能的必要條件;另外,Rtt109與組蛋白H3的核心螺旋結構的相互作用也是其活性所必需的。這項工作首次揭示了組蛋白修飾酶的多亞基、多底物識別位點的復雜調控機制,為理解該類乙?;傅牡孜镒R別和活性調控機制提供了重要基礎,也為以Rtt109為靶點的抗真菌藥物研究提供了線索和依據。(Cell

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