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    生物技術前沿一周縱覽(2019年2月22日)

    2019-02-22 16:06 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    揭示蛋白質SUMO化修飾精細調控植物次生細胞壁增厚新機制
    細胞壁是植物細胞區別于動物細胞的主要特征之一。SUMO化修飾是一種蛋白翻譯后的修飾方式。SUMO化修飾在蛋白質之間相互作用、蛋白質在細胞內的定位、轉錄因子活性等方面發揮多種調節功能。研究發現轉錄因子LBD30通過SIZ1介導的SUMO化修飾作用于擬南芥纖維細胞次生細胞壁加厚過程。研究證明了LBD30的SUMO化修飾直接對纖維細胞壁加厚的轉錄程序進行調控。SUMO化的LBD30促進細胞壁加厚的轉錄程序啟動,如果LBD30不被SUMO化,則該細胞壁加厚程序不能正常啟動(如圖所示)。該研究首次發現了蛋白質SUMO化修飾在調控次生細胞壁形成中的重要功能,揭示了次生細胞壁形成多層次調控網絡的一個新途徑,為實現對細胞壁生物質的精確和定向改造提供了一條新的可操作技術路徑。 (PLoS

    揭示番茄果實花青素合成及品質形成的調控機制
    花青素是一種在自然界廣泛分布、抗氧化能力很強的天然植物色素,然而,作為一種世界范圍內廣泛消費的重要經濟作物,番茄果實卻幾乎不含花青素。最新的一項研究綜合運用了遺傳學、分子生物學和生理生化等技術從分子和代謝層面對SlMYB75的功能進行了系統的分析,除了感觀上花青素大量積累外,SlMYB75超表達果實成熟過程中的部分品質屬性也顯著提高,包括黃酮類物質、酚類物質和芳香揮發物,特別是部分萜烯類揮發物(萜烯類揮發物在WT番茄果實中本底含量很低)的含量能夠提高10倍以上。與此相對應,轉錄組分析發現SlMYB75-OE果實中相關的多條代謝途徑,如苯丙烷和芳香揮發物等途徑均發生了變化。酵母單雜交和雙熒光素酶實驗表明,SlMYB75轉錄因子能夠與MYBPLANT和MYBPZM元件相互作用,并且可能通過直接靶向調控下游芳香合成基因的表達來促進芳香揮發物的積累。該研究結果為明確SlMYB75在植物中的功能奠定了基礎,同時也為今后通過分子標記育種或基因工程技術改良番茄品質提供了參考。(Nature)

    發布水稻中總硒含量的分析方法

    硒是人體必需的微量營養元素,具有抗氧化、提高免疫力、預防癌癥、延緩衰老、維持甲狀腺功能和男性生育功能等作用。在正常情況下,人體主要從植物性食物尤其谷物中攝取硒。研究植物富硒機制,為人們生產食用安全的富硒植物產品顯得非常重要,而硒含量分析是開展植物富硒等相關研究的前提。借助硒含量分析技術,研究人員發現水稻突變體 ltn (吸收無機磷能力強)具有較高的吸收亞硒酸鹽能力。在磷饑餓條件下,水稻根系吸收亞硒酸鹽能力顯著提高。由于水稻磷轉運蛋白OsPT2在缺磷和正常培養時表達量最高,因此構建了水稻磷轉運蛋白基因OsPT2 過表達和干涉材料。研究發現,在水稻中過量表達OsPT2 能顯著提高根系吸收亞硒酸鹽速率、根莖葉和籽粒硒含量,相反,在水稻中敲除OsPT2 能顯著降低根系吸收亞硒酸鹽速率、根莖葉和籽粒硒含量。因此,磷轉運蛋白OsPT2具有吸收亞硒酸鹽和提高水稻籽粒硒含量的功能。(Bio-protocol

    揭示UV-B光調控植物發育的新機制
    光是自然界中影響動植物生命活動的重要環境因子,植物對紫外光UV-B波段(280-315nm)十分敏感,適度的UV-B光照能夠促進幼苗進行光形態建成,幫助植物獲得抵御脅迫的能力。最新的研究揭示了擬南芥中兩類泛素連接酶形成“抑制”與“去抑制”機器,拮抗調控UV-B光形態建成的分子機制。該研究首次在蛋白穩定性調控層面上解析了UV-B光信號轉導機制,鑒定了在UV-B光信號轉導過程中起“剎車“作用的泛素連接酶CUL4-DDB1-RUP1/RUP2,揭示了RUP1/RUP2影響UVR8構象之外的新功能,同時解析了COP1“以攻為守”,通過降解新底物RUP1/RUP2從而穩定HY5,實現功能反轉的分子機制。CUL4-DDB1-RUP1/RUP2-HY5和COP1-RUP1/RUP2這兩套“泛素連接酶-底物”模塊通過復雜又精細的調控作用,保證了植物對UV-B光信號的適度應答。該成果為UV-B光調控植物發育的機制研究闡明了新途徑,為紫外光能源的科學利用提供了新思路。(PNAS

    蒺藜苜蓿中鑒定到花發育新基因
    植物器官葉片與花的發育息息相關,莖端分生組分化發育出花還是葉片由一系列MADS轉錄因子所調控,也就是基于擬南芥和金魚草而建立的花器官確立的ABC模型。其中,A類基因調控萼片的形成,A和B類調控花瓣,B和C類調控雄蕊,而C類調控心皮。蒺藜苜蓿是豆科模式植物,花器官發育與擬南芥有所差異,已鑒定ABC基因的功能也不盡相同。研究人員從蒺藜苜蓿Tnt1逆轉錄轉座子突變體庫中,篩選得到雄蕊和心皮器官轉換為重疊花瓣和萼片的突變體,鑒定得到新基因AGAMOUS-LIKE FLOWER(AGLF)。AGLF的功能喪失導致雄蕊和心皮轉化為花瓣和萼片。在A類基因MtAP1或B類基因MtPI的突變體中敲除AGLF會引起C功能喪失的表型。此外,該研究還證明,AGLF在轉錄水平激活蒺藜苜蓿C類基因AGAMOUS(MtAG),從而發揮作用。該研究是繼C類基因AGAMOUS之后首次鑒定到負責雄蕊和心皮發育的單拷貝強表型新基因。本文對蒺藜苜?;ㄆ鞴侔l育進行了系統深入地研究,為近緣豆科作物育種改良提供了新思路。(PANS)

    揭示植物微調防御反應的新機制
    面對自然界中各種各樣的病原菌,植物進化出了一套獨特的免疫系統。一方面植物的免疫系統能夠有效地抵御病原菌的侵染,另一方面過度激發植物的免疫反應又會對植物生長造成負面影響。最新的研究報道了一種植物免疫雙向調控新途徑:一方面 EDS1 可以與水楊酸的受體蛋白NPR3/NPR4發生相互作用,導致 EDS1 蛋白通過 26S 蛋白酶體途徑被降解,從而降低了植物抗性對植物生長產生的負面影響;另一方面 PBS3 可以與 EDS1 形成蛋白復合體,二者的相互作用抑制了 26S 蛋白酶體介導的 EDS1 蛋白降解,進而保護植物免疫反應正常進行。研究發現,PBS3-EDS1 蛋白復合體存在于細胞質與細胞核中,并且兩個基因的表達可以快速被病原菌侵染所誘導。意外的是,PBS3不能與兩個已知的EDS1互作蛋白,PAD4(phytoalexin deficient4)與 SAG101(senescence-associated gene101)發生相互作用。該研究揭示了 EDS1 蛋白的降解機制,并發現 EDS1 和 PBS3 在病原菌相關的保守分子誘導的抗性中是必需的。PBS3-EDS1蛋白復合體對植物防御反應微調機制的解析為闡明作物免疫信號轉導機制,制定作物病害新的防控策略提供了理論基礎。(Molecular Plant

    科學家拓展Cas12a基因編輯工具盒并優化其編輯效率

    近年來CRISPR基因編輯工具的出現,依靠其簡單、快速、高效等優勢,極大的優化了基因工程的操作方法和手段,并且為基因治療等領域帶來了變革。目前,科學家們已經鑒定出6種類型、20余亞類的CRISPR系統。最新的研究成果顯示,中國科學院動物研究所團隊對25種尚未挖掘的V-A型Cas12a蛋白進行研究,最終成功地獲得了6種新的Cas12a系統,能夠有效地實現哺乳動物細胞基因組的編輯。與之前報道的Cas12a系統相比,該研究工作取得了以下進步:(1)發現6種新的Cas12a基因編輯系統,拓寬了Cas12a基因組編輯工具的選擇范圍;(2)新發現的部分Cas12a蛋白可以識別5’-TTN的PAM序列,從而提高基因組的識別范圍。甚至,HkCas12a可以識別更為簡單的PAM序列(5’-YTN和5’-TYYN),進一步提高基因組的識別范圍;(3)通過優化crRNA骨架序列,有效地提高了Cas12a的編輯效率。針對這些新的Cas12a編輯系統,該研究團隊已于兩年前提交了專利申請。相關成果于2019年2月5號在國際學術期刊Genome Biology發表。(Genome Biology

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