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    生物技術前沿一周縱覽(2019年6月17日)

    2019-06-17 13:34 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2019年6月17日)

     生物技術前沿一周縱覽(2019617日)

     

    玉米ZmHSFA2ZmHSBP2調控棉子糖生物合成和植物熱脅迫耐受性的機制

     

    一直以來,棉子糖家族低聚糖(Raffinose family oligosaccharides, RFOs)被認為在植物非生物脅迫耐受性中發揮重要作用。研究人員首先對玉米中ZmHSFA2HEAT SHOCK FACTOR A2)和ZmHSBP2HEAT SHOCK BINDING PROTEIN 2)進行了鑒定和功能研究。研究發現,ZmHSFA2在成熟葉中積累較多,而ZmHSBP2在雄穗和胚中含量最高。此外,玉米幼苗中的ZmHSFA2ZmHSBP2均受到熱脅迫的誘導,并且ZmHSFA2ZmHSBP2更早被誘導。該研究通過酵母雙雜和BiFCbimolecular fluorescence complementation)發現,ZmHSFA2ZmHSBP2彼此相互作用并拮抗調節玉米和擬南芥植物中的ZmGOLS2表達和棉子糖生物合成。擬南芥中ZmHSFA2的過量表達顯著增加了擬南芥AtGOLS1,AtGOLS2 AtRS5 的表達和葉片中的棉子糖含量,同時增強了植物的熱脅迫耐受性。與之相反的是,擬南芥中ZmHSBP2的過表達降低了AtGOLS1,AtGOLS2 AtRS5 的表達水平和葉片中的棉子糖含量,并導致植物熱脅迫耐受性的降低。此外。該研究還發現ZmHSFA2不僅與ZmHSBP2相互作用,而且還可以調節ZmHSBP2基因的轉錄??傊?,該研究表明ZmHSFA2ZmHSBP2之間存在拮抗關系,可以差異調節棉子糖生物合成以響應熱脅迫,并影響植物脅迫耐受性。Plant Journal

     

     

    研究人員揭示水稻鎘積累調控新機制

     

    水稻是我國主要的糧食作物,水稻容易吸收和富集重金屬元素鎘,使得鎘通過食物鏈進入人體,并在人體內長期積累,嚴重威脅人類健康。研究人員發現,OsCd1為鎘的次級主動轉運蛋白,主要在水稻根的質膜上表達,其缺失可顯著降低水稻對鎘的吸收效率和籽粒鎘積累量,說明該基因參與了水稻根部鎘吸收和籽粒鎘積累過程。進一步研究表明,在秈稻和粳稻中,OsCd1基因型出現顯著分化,其中OsCd1V449主要在粳稻中存在,其鎘轉運能力顯著低于秈稻基因型OsCd1D449;田間試驗表明,將粳稻基因型OsCd1V449導入秈稻品種后,含有OsCd1V449的水稻近等基因系籽粒鎘含量可顯著降低,表明OsCd1V449基因型在低鎘秈稻育種方面具有很大的應用潛力。綜上,該研究發現了參與水稻鎘吸收和籽粒鎘積累的OsCd1基因及其低鎘積累的自然變異OsCd1V449,對水稻鎘積累分子機制的闡釋和低鎘水稻品種的培育具有重要參考。ature Communications

     

     

    核內復制調控細胞及器官大小

     

    細胞分裂和分化協同調控了植物器官的生長。研究人員在篩選da1-1增強子中發現了eod9-1突變體 (enhancer of da1-1)?;蚩寺“l現,EOD9編碼中介復合體亞基MED16蛋白。eod9-1med16-2 (MED16 T-DNA插入突變體具有大葉、大花和大花序的表型。med16-2 葉片與花瓣細胞顯著增大大,葉片與花瓣細胞的細胞核內DNA倍性顯著增加,表明MED16為核內復制、細胞大小和器官大小的負調控因子。MED16也負調控于細胞分裂。MED16與轉錄抑制因子DEL1 (DP-E2F-like1/E2Fe) 直接互作,DEL1可以介導CCS52A2 (細胞周期后期促進復合體APC/C的激活子的表達,從而影響細胞核內復制。進一步實驗證明MED16依賴DEL1結合于CCS52A2啟動子并抑制其表達。遺傳分析表明MED16很大程度上依賴于CCS52A1/A2調控核內復制與細胞大小。因此,該研究揭示了核內復制調控細胞及器官大小的新機制。The Plant Cell

     

     

    研究揭示擬南芥側生器官終止生長的表觀調控機制

     

    高等植物的側生器官建成跟周圍的環境條件以及植物本身的發育階段密切相關,同時,側生器官又具有終結生長的特性,最終的形狀和大小是固定的。由α、β和γ組成的異三元G-蛋白被譽為真核生物中保守的分子開關,其介導的信號轉導途徑參與眾多器官的生長與發育過程。研究人員構建了以agb1為背景的EMS突變體庫,并篩選獲得了一株能部分回復agb1表型的突變體?;蚩寺∨c遺傳互補等結果表明agb1的表型恢復是由PPD2突變所引起的。擬南芥存在兩個PPD同源基因(PPD1PPD2),通過分析時空表達模式、突變體以及過表達植株表型發現:PPD1PPD2在轉錄水平上呈現部分重疊而又特異的表達特性,但在功能上是冗余的;值得一提的是ppd雙突變體表現為葉片變大、表面凹凸不平、呈圓頂狀,葉片的終止生長似乎消失。對PPD的作用機制解析表明PPD屬于轉錄協同抑制因子,并通過其Jas (Jasmonate-associated) 結構域直接與PcG 蛋白復合體PRC1 (Polycomb repressive complex1)的H3K27me3識別蛋白LHP1亞基結合;高通量轉綠組及ChIP-qPCR數據分析揭示了PPD2LHP1的共同作用靶標,包括編碼一系列細胞周期蛋白CYCD3;2、CYCD3;3、CYCA2;1、CKDA;1、CDKB2;1、HMGA等基因,這些基因在ppd2、lhp1以及他們的雙突變體中的表達水平顯著升高,LHP1PPD2也在上述基因的啟動子或者靠近翻譯起始的區域共富集;進一步研究表明ppd突變體中的H3K27me3水平顯著低于野生型??傮w來說,該研究結果發現PPD蛋白通過LHP1參與PcG蛋白介導的H3K27me3過程,到達抑制細胞周期相關的基因表達,從而終止細胞的繁殖和擴展過程,使器官的形狀和大小維持穩定。JIPB

     

     

    BRs對低溫脅迫條件下的抗氧化以及PGR5依賴性的光保護能力的正調控

     

    植物可以捕獲光能進行光合作用,但是過量的光能吸收會引發光抑制以及活性氧積累,并導致光系統III功能的破壞。BrassinosteroidsBRs,油菜素甾醇)是存在于植物體內的一種類固醇植物激素,在植物生長發育以及應激反應中發揮著重要作用。研究發現,低溫可以誘導番茄BR的生物合成和BZR1BRASSINAZOLE-RESISTANT 1,BR信號傳導的正調節因子)積累。番茄BR生物合成突變體dwf 對低溫脅迫的光抑制更加敏感(CEF、非光化學猝滅、PsbSPSII subunit S)的積累、VDEviolaxanthin de-epoxidase)活性以及D1蛋白豐度顯著降低),而DWFOE(過表達DWARF)株系中PsbSVDE蛋白的積累更高,表明BR可以提高番茄的光保護能力。該研究進一步研究了BZR1BR緩解的光抑制中的作用,發現bzr1突變體中低溫誘導的光抑制顯著增加;免疫印跡分析顯示,BZR1功能的喪失導致D1,PsbSVDE蛋白的積累減少。此外,該研究還發現低溫脅迫和EBR24-epibrassinolide)處理可以顯著誘導RBOH1RESPIRATORY BURST OXIDASE HOMOLOG1)的表達,從而導致質外體和葉片中H2O2的積累;但是這種變化在bzr1突變體中并未出現。該研究通過進一步的Y1Hyeast one-hybrid)、ChIP-qPCR以及dual-luciferase測定,發現BZR1可以在體外和體內直接結合RBOH1的啟動子,并且充當RBOH1的轉錄激活因子,表明BZR1通過在轉錄水平直接調節RBOH1誘導質外體H2O2的積累。該研究表明質外體H2O2對誘導PGR5PROTON GRADIENT REGULATION5)依賴性的CEF是必不可少的,PGR5參與低溫及BR誘導的一系列抗性反應的調控。而BZR1PGR5的突變或RBOH1的轉錄抑制顯著降低了植物的光保護能力。Plant Physiology

     

     

    研究人員發表水稻雜種不育分子遺傳研究綜述論文

     

    物種是具有一定形態特征和生理特征的生物類群,是生物分類的基本單元。雜種不育是比較受關注和研究得較多的生殖隔離機制。綜述提出,植物雜種不育基因的起源可能有兩類:即已存在的功能基因中分化出雜種不育的派生功能,以及從頭起源的雜種不育“專職”基因。例如,秈粳雜種雄性不育基因Sc編碼一個DUF1618蛋白,是花粉發育的必需因子;其秈粳等位分化產生雜種雄性不育為派生的功能。另一方面,Sa, S5, S1, qHMS7等座位的基因不是配子體發育必需的(敲除其基因不影響配子體發育),它們是雜種不育“專職”基因還是有其它生物學功能,需要進一步研究。該文章總結了在水稻遠源雜交育種中克服雜種育性障礙的方法策略:1)將發現的多個雜種親和等位基因回交導入到親本材料中,培育廣親和系;2)將鑒定的多個秈型雜種不育等位基因回交導入到粳稻親本材料中,培育粳型親秈系;3)研究發現,水稻雜種不育座位的殺配子等位基因的功能喪失后,雜種不育現象消失,因此可以CRISPR/Cas基因編輯技術創制雜種親和等位基因,快速培育廣親和系。最后,該綜述展望了今后水稻雜種不育研究的前景,指出還需要鑒定和克隆更多的雜種不育基因,以加深對物種分化中生殖隔離形成分子機制的認識,并能高效地克服雜種育性障礙,把作物雜交育種產量水平提升到一個新臺階。SCIENCE CHINA Life Sciences

     

     

    研究人員繪制玉米高分辨三維基因組圖譜

     

    玉米基因組中超過80%序列都位于基因間區,其中包含許多已經鑒定的影響重要農藝形狀的遺傳變異,比如已經驗證的部分調控元件,有促進玉米植株花青素合成基因b1, 影響玉米分蘗的tb1和控制開花期的vgt1ZmCCT9等。在此基礎上,該研究創新實驗方法,利用RNA聚合酶II(RNAPII)H3K4me3抗體進行Long-read ChIA-PET實驗,成功構建了玉米精確到基因水平的三維基因組結構圖譜。系列成果表明,玉米高分辨率三維基因組的研究對于玉米功能基因組的研究,以及對于玉米復雜農藝性狀的研究都有重要的意義。Nature Communications

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