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    生物技術前沿一周縱覽(2018年9月21日)

    2018-09-21 16:21 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年9月21日)

     生物技術前沿一周縱覽(2018921日)

     

    小麥抗禾谷孢囊線性的抗性分子機制研究獲進展

     

    小麥禾谷孢囊線蟲(Heterodera avenae Woll., cereal cyst nematode, CCN)在世界分布廣泛,是對小麥、大麥等禾本科作物和牧草有嚴重危害的重要病原性線蟲。研究人員以Ae.variabilis No.1為材料,對前期CCN侵染誘導下的RNA-Seq分析篩選得到的候選基因AeVTDCs 進行功能分析。TDC催化色氨酸轉化為色氨,而色胺是合成IAA 及吲哚生物堿等的前體物質,它是連接植物初生代謝和次級代謝的一個關鍵酶。通過VIGS沉默Ae.variabilis No.1 植株根部AeVTDC1基因檢測植株抗CCN的水平和AeVTDC1轉基因煙草抗RKN能力,結果顯示AeVTDC1CCNRKN抗性反應中起正調控作用。進一步分析發現,沉默植株和過表達植株中IAA生物合成基因、信號基因及IAA含量無顯著變化,TDC下游相關代謝物的含量及其合成基因表達水平變化顯著。推測AeVTDC1基因對CCN的抗性調節可能與TDC下游相關代謝物相關,而與IAA無關。這些結果為揭示抗CCN分子機理奠定了基礎,也為AeVTDC1基因在禾谷類作物的分子育種中利用提供了依據。(Frontiers in Plant Science

     

     

    研究發現植物草酸代謝途徑關鍵酶影響玉米營養品質

     

    草酸是最簡單的二元酸,在植物體內的含量非常高。研究人員克隆了玉米草酰輔酶A脫羧酶(Oxalyl-CoA Decarboxylase1,OCD1)基因,該基因突變以后籽粒胚乳呈現出粉質的表型,同時籽粒的儲存物質合成和粒重也發生下降。由于沒有商業化的草酰輔酶A脫羧酶底物草酰輔酶A,研究人員嘗試了多種方法,合成了較高純度的草酰輔酶A。體外和體內的酶活實驗證實草酰輔酶A脫羧酶可以降解草酰輔酶A產生甲酰輔酶A和二氧化碳。同時,研究人員還發現早先克隆的玉米經典高賴氨酸突變體基因opaque7o7)編碼草酰輔酶A合成酶,并證明O7可以催化草酸形成草酰輔酶A。另外,靶向和非靶向代謝組學分析發現,玉米草酰輔酶A基因突變后籽粒胚乳的能量代謝、糖類、氨基酸以及激素含量均受到顯著影響。該項研究闡明了玉米草酸代謝的前兩步反應,并揭示了草酸降解途徑與籽粒胚乳發育、代謝和營養品質的關系,為將來遺傳改良草酸含量較高的蔬菜(如菠菜)等提供了候選基因和分子機制。(The Plant Cell

     

     

    科學家發現影響水稻谷蛋白在內質網聚集的保守基序

     

    谷蛋白是水稻種子中的主要貯藏蛋白,其含量、分布及貯藏形式直接影響稻米的營養、食味和加工品質。研究人員從水稻突變體庫中篩選獲得了一個谷蛋白前體異常累積的突變體。研究人員通過細胞學實驗發現,該突變體中谷蛋白滯留在內質網,與醇溶蛋白混在一起,破壞了PBI的結構。序列分析結果發現,該突變體表型是由于谷蛋白GluA2基因發生了一個點突變,導致剪切位點前移,其編碼的蛋白缺失9個氨基酸造成的。由于LVYIIQGRG基序在所有的谷蛋白中高度保守,任何一個氨基酸缺失均導致谷蛋白前體滯留在內質網中,其溶解特性發生顯著改變。進一步研究表明,該保守基序決定谷蛋白前體在內質網的折疊和三聚體的正確形成,繼而調控其由內質網運出。研究人員還發現,分子內二硫鍵雖然影響谷蛋白前體在內質網中的折疊,但不影響其三聚體的形成。(Journal of Experimental Botany

     

     

    TOR激酶在植物代謝途徑中的作用新機制

     

    TOR (Target of Rapamycin) 激酶屬于磷脂酸肌醇激酶,通過磷酸化下游底物蛋白的ser/thr位點,改變底物蛋白的活性、定位及穩定性,從而影響植物、動物及微生物生長發育,是調控生物生長發育的重要因子 。研究人員分析了 TOR 抑制后所有氨基酸含量的代謝情況,發現這些氨基酸的迅速積累主要是由于新的氨基酸合成過程迅速且大量增加導致,而不是此前研究人員認為的蛋白降解過程產生的。作者利用同位素標記實驗發現,氨基酸積累與氮同化增長有關,并且被 TOR 抑制所誘導。在 TOR 被抑制的情況下,缺氮的生長環境會使衣藻中的氨基酸積累下調。有趣的是,這種氮增長與谷氨酰胺合成酶及谷氨酰胺-氧戊二酸氨基轉移酶活性增強有關,而這兩種酶都是氮同化過程中的重要酶,可使氨基酸水平的提高,進一步證明氨基酸積累與氮同化之間的關系。(The Plant Cell 

     

     

    研究揭示調控植物系統獲得性抗性的新機制

     

    植物與病原菌斗爭進化過程中,具有PTIETI兩個層次的免疫反應,感受病原菌侵染后,會在未侵染部位產生系統獲得性抗性 (systemic acquired resistance, SAR)。SAR被廣泛認為是移動小分子化合物介導的植物系統抗病反應,目前科學界對于小分子化合物的具體成分還存在一定爭論。水楊酸甲酯 (methyl salicylate), dehydroabietinal, glycerol-3-phosphate, azelaic acid, 2-哌啶酸 (pipecolic acid, Pip) 等小分子被認為在形成 SAR 中起作用。研究發現,wrky33 突變體背景下,MPK 持續激活介導的 Pip 累積及 SAR 均受到影響,表明 WRKY33 對于 MPK-SAR 信號傳導起重要連接作用。通過 Chip-qPCR 實驗發現,WRKY33 通過直接與 ALD1 啟動子中 W-box 結合調控ALD1表達從而調控 SAR。在 wrky33, ald1, fmo1 突變體背景下,MPK 持續激活引發的 SAR 會減弱。進一步研究發現,體外處理 Pip 會引起植物 MPK 磷酸化,增強植物抗病反應,并且影響植物生長發育,并且這個表型依賴于 BAK1 BKK1 這兩個 PRR 蛋白的 co-receptor。(The Plant Cell 

     

     

    植物多囊泡體起源和膜蛋白液泡傳輸機理研究中取得重要突破

     

    膜蛋白是細胞質膜的重要組成部分,包括感應外界信號的受體蛋白(如BRI1,FLS2),物質轉運的載體蛋白(如PINs,BOR1)和離子通道蛋白(如IRT1)等。研究人員利用抑制因子遺傳篩選、細胞和生物化學等多種研究方法,首次發現了一個植物特異的ESCRT負調控因子BRAFBRo1-domain protein As FREE1 suppressor)蛋白。BRAF蛋白通過競爭性結合ESCRT-I組分Vps23,動態調節FREE1蛋白在MVB/PVC膜上的聚集,從而調控多囊泡體生成和膜蛋白液泡傳輸。當植物受到外界信號,如膜蛋白需要加速降解,BRAF蛋白能調節更多的FREE1MVB/PVC。因此,該蛋白在MVB/PVC的形成、以及植物膜蛋白降解分選過程中起到負向調控的作用,有助維持膜蛋白穩態??偟膩碚f,這是一項新穎的研究,發現了一種新的蛋白,并揭示了其在ESCRT調節方面的作用機制。(Nature Communications

     

     

    科學家發現DNA固有曲率調控局部突變率

     

    突變是遺傳多樣性的根本來源,在進化過程中起著至關重要的作用。研究人員構建了酵母基因URA3高密度的突變景觀特征并分析了DNA特征與突變率的關系,鑒定出一種新的順式因子DNA固有曲率——由于相鄰堿基對的相互作用導致的DNA軸向發生偏離的程度——能夠調控局部突變率。DNA固有曲率降低10%時,突變率可以上升70%。針對酵母突變積累株系的實驗數據、人類孟德爾遺傳疾病相關基因的突變數據以及癌癥和腫瘤基因圖譜(The Cancer Genome Atlas)數據的分析顯示,突變傾向發生在DNA固有曲率較小的區域。進一步研究發現,DNA固有曲率并不影響周圍序列的錯配修復效率,而與誘變劑的敏感性顯著相關。因此,DNA固有曲率可能通過促進DNA序列與蛋白質結合,使得DNA更少地暴露于環境誘變中,從而降低了突變率(圖)。該研究結果不僅為理解順式因子調控局部突變率建立了新的理論框架,而且為基因組進化和腫瘤的生成提供了新的見解。(Genome Biology

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