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    生物技術前沿一周縱覽(2018年10月26日)

    2018-10-29 13:11 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年10月26日)

     生物技術前沿一周縱覽(20181026日)

     

    研究揭示FERONIA 信號傳遞的膜-漿-核通路

     

    生物體需要主動適應其周圍的環境變化。研究人員發現 FERONIA 受體激酶通過響應 RALF1 信號,促進 EBP1 蛋白合成,并直接與 EBP1 相互作用,進而將其磷酸化,使其在細胞核中積累。在細胞核中,EBP1 蛋白可以直接綁定 CML38 等基因的啟動子,調節基因表達并最終抑制 FERONIA 信號。EBP1 在動植物細胞均保守存在,在動物細胞中, EBP1 EGF-EGFR(表皮生長因子小肽及其激酶受體,多種抗腫瘤藥物的重要靶點)復合體的下游調控蛋白。本研究豐富了對動植物如何利用小肽-受體激酶進行細胞信號的傳感并調節細胞適應性的機制認識。(PLOS Biology)

     

     

    植物氮代謝轉錄調控網絡

     

    氮是植物生長和基本代謝過程中必不可少的營養元素。研究人員使用酵母單雜交分析,篩選了調節氮代謝的轉錄因子,并得到一個包含431個基因,345個轉錄因子和98個啟動子的相互作用網絡,即“氮相關代謝的酵母單雜交網絡”(YNM,yeast one-hybrid network for nitrogen-associated metabolism)。對YNM網絡的進一步分析發現,包括已知的氮調節轉錄因子等在許多過程中與基因啟動子結合,并且YNM富含激素調節基因。該研究表明YNM中心的轉錄因子可能調節與氮代謝相關的多個過程。研究進一步對YNM中的轉錄因子進行了功能驗證。該研究發現鑒定的17個基因的突變等位基因相對于野生型顯示出至少一種RSAroot system architecture)性狀的顯著變化。該研究還發現13個基因的突變等位基因顯示出蓮座大小或抽苔和開花時間有關。突變體中枝條生長的變化與每個轉錄因子在YNM中具有的靶標數量和被推定調節的生物過程數量顯著相關。因此,該研究表明YNM網絡可以預測給定轉錄因子對枝條生長的影響。此外,該研究還發現,在限制和足量氮條件下轉錄因子突變體的發育變化可能通過潛在轉錄調節網絡的擾動來協調。研究對YNM中的代謝物反饋進行了測試。該研究發現,在氮轉運、感知和代謝擾動時,YNM中的基因顯著富集并差異表達。通過氮調節轉錄因子對氮代謝的遺傳擾動也極大影響了YNM中的基因。除了先前建立的氮調節因子(LBD38,LBD39,TGA1,NLP7ANR1)外,該研究還表征了幾種轉錄因子(RAV2,ERF107,ARF18BBX16)的轉錄調控反饋,進一步強調了這些轉錄因子作為中心氮調節劑的重要性。(Nature

     

     

    葉綠體能量流的認知更新

     

    光合作用是世界上所有生物能量的基本來源。研究人員觀測到當植物種子發芽時,葉綠體內的 ATP 濃度與細胞質內的濃度相若。但數天之后,葉綠體內的 ATP 濃度逐漸下降。而在包括根莖葉等成熟植物細胞內,葉綠體內的 ATP 濃度都遠少于細胞質。ATP 的轉運通過葉綠體包膜上的 NTT 轉運器實現,但成年葉細胞內 NTT 的下調阻止了 ATP 從細胞質進出葉綠體。原生質體的實驗顯示,如果在葉綠體膜上表達 NTT,允許細胞質的 ATP 進入葉綠體,不久細胞質的 ATP 便被葉綠體消耗。光照條件下葉綠體內的 ATP 濃度會因為光合作用而增加,但是關燈后短短半分鐘葉綠體的ATP濃度又會降低到原來的狀態。這證明了 ATP 在葉綠體的消耗量非常巨大。該發現論證了成年葉細胞降低 NTT 轉運器表達的必要性——避免葉綠體在夜晚將于日間所獲得的能量消耗殆盡。研究證明,這一現象并沒有發生在模式植物擬南芥(Arabidopsis)中:植物并不是通過輸入ATP,而是輸出過多的還原基以平衡 ATPNADPH 的供應(LEF)和需求(固碳)。葉綠體的 NADPH 會通過轉化成其他形式  (e.g. Malate/OAA shuttle) 被輸出并最終在線粒體的電子鏈 (ETC) 中被消耗。通過使用 pH 熒光感受蛋白的檢測,研究組發現光照能顯著提高線粒體電子鏈的活性,當線粒體的活性受到抑制時,葉綠體的 ATP 生產能力也明顯降低,這顯示了線粒體間接氧化葉綠體 NADPH 再循環 NADP+ 作為光系統電子受體的重要作用。 研究人員提出了一個理論:硅藻是單細胞生物,每個細胞僅負責自己的能量使用。但多細胞的植物的葉細胞則要從整個植株層面負責進行光合作用,把能量以糖分的形式運至植物的其他部分以促進生長,因此葉細胞需要有效減少其夜間能量消耗。在種子發芽過程中,當幼苗的葉綠體仍在發育尚未能進行光合作用時,植物需要線粒體把種子儲存的能量轉化為 ATP,再透過 NTT 轉運器運送入葉綠體。但當葉綠體發育完成能夠進行光合作用時,植物便會下調 NTT 轉運器以降低葉片內葉綠體夜間的能量損耗,這也是光合作用從單細胞進化到多細胞生物體的一個能量優化過程。(PNAS

     

     

    研究揭示大豆感病機制

     

    組蛋白乙?;揎検巧锷L發育過程中調控基因表達的一種重要方式。研究發現,GmTAP1 作為調控作物生長發育過程的重要基因,與疫霉菌致病因子 Avh52 結合后,從細胞質進入細胞核,發揮感病因子的作用,從而促進病原菌的侵染。這表明,病原菌致病因子首先能“精確制導”,快速識別出作物防御體系中的“薄弱環節”,然后利用類似“挾持人質”的方式攻擊植物免疫系統。在病原菌與植物的“攻、守”互作研究中,之前大多圍繞作物的抗病基因展開,從“守”的一方入手,找尋并鑒定出作物抗病基因,即防守“盾牌”。病原菌致病因子會不斷變異,所以也要鑒定病原菌致病因子、探尋作物感病機制、找到感病基因,從而“加固”或者“改造”感病基因,改良作物抗病性。該研究成果不但為認識植物的免疫機制提供了新的知識,也為改良植物的持久抗病性提供重要的新分子靶標。(eLife

     

     

    研究揭示調控iNKT細胞分化終末成熟的分子機制

     

    iNKT細胞是一類特殊的T細胞亞群,表達特定的T細胞受體(TCR)和NK細胞表面受體(NK1.1)。研究人員揭示,在小鼠T細胞中特異敲除轉錄中介體亞基Med23后,iNKT細胞的分化完全停滯在階段2,這為研究iNKT細胞終末分化成熟提供全新模型。對野生型階段2和階段3iNKT細胞轉錄組進行比較,發現階段2和階段3iNKT細胞具有不同的轉錄調控以及免疫功能相關基因的表達。進一步的功能分析表明,相較于階段2的細胞,階段3iNKT細胞不僅可以上調一系列NK細胞相關的表面受體;在受到抗原刺激后,還具有快速分泌細胞因子和趨化因子的能力。然而,Med23缺失的iNKT細胞功能受損,甚至不能達到野生型階段2iNKT細胞的功能水平,表現出抗原應答不敏感,喪失免疫細胞招募能力,最終導致iNKT細胞清除腫瘤的能力受損。他們的研究還進一步揭示,在Med23缺失的iNKT細胞中過表達AP-1家族轉錄因子c-Jun能夠部分拯救iNKT細胞的分化缺陷。該研究深入探討了iNKT細胞從階段2到階段3過程中免疫功能建立的機理,揭示了Med23調控iNKT細胞分化終末成熟的作用與機制。(Nature Communications

     

     

    研究發現PRC2復合體能夠緩沖ABA誘導的植物凋亡

     

    植物激素脫落酸(Abscisic Acid, ABA)對于提高植物對干旱等非生物脅迫的耐受性具有關鍵作用,最近的研究表明ABA能夠通過誘導葉片凋亡促進植物對于營養的再利用,從而提高植物的耐受性。通過用外源ABA處理核心PRC2組分突變體CLFSWN,研究人員發現雙突變體對ABA處理更加敏感(B)。對突變體轉錄組變化的分析發現大量ABA誘導表達的基因在雙突變體中上調表達(C),并主要參與凋亡過程(D)。而且,在雙突變體中,ABA對凋亡相關基因的誘導表達更加劇烈(E)。進一步表觀組數據比較揭示盡管ABA響應過程中相關轉錄因子能夠迅速結合并激活凋亡基因表達(F),但這些基因附近的H3K27me3修飾并沒有發生顯著變化(F),從而限制了凋亡基因的上調幅度。綜上,PRC2核心催化酶CLFSWN冗余介導的H3K27me3修飾與ABA相關轉錄因子共同調控ABA誘導衰老基因的表達,使植物對逆境脅迫做出迅速而適度的反應,以便更好地適應環境(G)。(The Plant Journal

     

     

    研究揭示超富集植物伴礦景天葉綠體對鎘解毒的分子機制

     

    鎘(Cd)是一種具有高毒性的重金屬,對動植物均有極強毒害作用。研究人員從伴礦景天中克隆到一個重金屬轉運蛋白基因SpHMA1。研究發現,SpHMA1蛋白定位于葉綠體膜上,對鎘元素具有轉運功能;該基因在伴礦景天葉片中呈現高豐度表達,相比于非超積累生態型的東南景天(S. alfredii)的同源基因SaHMA1n,其表達高200倍以上。研究人員利用研究組建立的伴礦景天穩定遺傳轉化系統,構建了基因干擾(SpHMA1-RNAi)和CRISPR/Cas9敲除突變植株,發現SpHMA1基因沉默和突變植株的葉綠體中鎘積累顯著增加,光系統II的活性受鎘脅迫抑制更顯著,表明SpHMA1參與葉綠體對鎘元素的外排解毒,從而防止葉綠體發生鎘積累而保護光合作用的正常進行。該研究進一步揭示伴礦景天對鎘高抗性的分子機制及其生理功能,對了解重金屬超富集植物高抗性的分子進化和環境適應性具有重要意義。(Plant

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