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    生物技術前沿一周縱覽(2019年9月20日)

    2019-09-20 18:11 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    科學家發現植物赤霉素代謝新成員
    赤霉素(gibberellins,GAs)是一類非常重要的植物激素,參與植物生長發育等多個生物學過程。近日,科學家研究發現了一個參與植物赤霉素代謝的新成員CYP72A,該酶負責赤霉素13-羥化反應。進一步的研究發現,擬南芥中的CYP72A9在種子中特異性高表達,cyp72a9突變體種子中內源GA1幾乎檢測不到,對應的GA4含量升高1-2倍。生理實驗結果表明,CYP72A9通過調控低生理活性的GA1和高生理活性的GA4的比例,實現對種子初級休眠生理過程的調控:cyp72a9突變體種子比野生型表現出萌發更快,而且該生理功能再十字花科植物中保守。通過對各種轉基因材料的內源赤霉素分析表明,水稻和擬南芥形成GA1的代謝途徑不同:水稻中GA53通過多步氧化反應生成GA1,而在擬南芥中GA4在CYP72A9的作用下直接生成GA1。該工作是植物赤霉素代謝領域一個新的突破,同時也為基因工程改造(結合基因編輯技術)植物赤霉素代謝,進而調控植物(作物)的生長發育過程,提供了新的靶點。(Nature Plants

    揭示光抑制生長素誘導下胚軸伸長的調控新機制

    光照可以作為信號調節植物體的生長發育,在擬南芥中存在多種光受體,包括UVB8,CRYs,PHYs(phyA-E)以及PHOTs等。生長素在植物生長和發育過程中發揮重要作用,主要通過TIR1/AFB-Aux/IAA-ARF信號通路起作用。在擬南芥中有23個ARFs,其中ARF5/6/7/8/19為轉錄激活因子。最新的一項研究揭示了光抑制生長素誘導下胚軸伸長的調控新機制。研究發現,藍光受體CRY1和紅光受體phyB可分別在藍光和紅光條件下與Aux/IAAs發生互作,阻礙了TIR1/AFB與Aux/IAAs的互作,起穩定Aux/IAAs的作用,從而抑制了生長素信號。在最近的研究中,該研究組發現,CRY1和phyB也可以直接與ARF6/8互作,抑制生長素信號。遺傳學證據表明,ARF6 和 ARF8 在CRY1 和 PHYB的下游起作用,分別在藍光和紅光條件下促進下胚軸的伸長。進一步研究發現,CRY1和phyB抑制了ARF6 的DNA結合活性,從而抑制下游生長素響應基因的表達。研究結果表明,CRY1和phyB可與ARFs直接互作,抑制生長素響應基因的表達。(New Phytologist

    揭示玉米籽粒中儲藏蛋白從胚乳向胚重分配的分子調控機制
    禾谷類作物種子的胚乳和胚中儲藏有大量的碳水化合物、蛋白質和油脂,為人類日常生活提供最基本的熱量和蛋白質。近日,科學家研究揭示了玉米籽粒中儲藏蛋白從胚乳向胚重分配的分子調控機制。該研究發現胚乳和胚之間存在蛋白質組重平衡,對胚乳醇溶蛋白進行不同水平的RNAi轉基因敲低表達,發現胚中球蛋白Globulin會呈現成比例的上升積累,暗示胚能夠敏感、特異地感受和響應胚乳的營養狀態。蛋白質組重平衡可以作為一個全新的報告系統研究胚乳和胚之間的營養配置。利用該系統,科學家發現胚乳和胚之間的關鍵連接部分——盾片響應了二者之間的營養重分配。研究進一步發現,盾片特異表達的VIVIPAROUS-1 (VP1) 轉錄因子直接參與了Globulin和營養代謝通路相關基因的轉錄調控。醇溶蛋白RNAi無法在vp1突變體中驅動胚乳與胚之間的蛋白質重分配。vp1突變體胚中也存在嚴重缺陷的盾片發育和營養同化。綜上這些結果證明了VP1直接調控玉米胚盾片的發育,并參與控制胚同化胚乳重分配營養的過程。(Plant Cell

    揭示苜蓿類胡蘿卜素合成調控機制
    苜蓿是世界著名優良飼草,苜蓿的產量和品質改良是我國當前草業、畜牧業,特別是奶業發展的重大迫切需求。類胡蘿卜素是自然界廣泛存在的一類天然脂溶性色素,具有抗氧化、抗腫瘤、增強免疫和保護視覺等多種生物學功能,為人類和動物健康提供重要保障。近日,科學家研究研究揭示了苜蓿類胡蘿卜素生物合成的分子調控機制。該研究利用一個類胡蘿卜素合成缺陷的蒺藜苜蓿突變體,成功克隆了控制蒺藜苜蓿類胡蘿卜素合成關鍵調控基因WP1 (WHITE PETAL1),該基因編碼一個R2R3型MYB轉錄因子。WP1通過直接激活類胡蘿卜素合成途徑基因表達,調控蒺藜苜?;ㄖ蓄惡}卜素積累。進一步研究發現,WP1通過與bHLH家族蛋白MtTT8和WD40家族蛋白MtWD40-1形成轉錄激活復合體,協同調控蒺藜苜蓿類胡蘿卜素生物合成。該工作系統揭示了植物類胡蘿卜素生物合成的調控機制,為培育類胡蘿卜素營養改良型作物和優質功能性飼草新品種提供重要理論基礎。(Plant Cell

    揭示磷酸酶PP6調控植物光形態建成機制

    光是一種重要的環境因素,對植物的生長發育至關重要。植物光受體感受到光后,能迅速引發PIFs的磷酸化修飾和降解,啟動植物的光形態建成。
    近期,科學家研究揭示了新型磷酸酶PP6介導PIF轉錄因子的去磷酸化修飾,進而抑制擬南芥光形態建成的分子調控機制。該研究通過生化實驗證實,PP6能與PIF3和PIF4蛋白直接相互作用,并調控PIF3和PIF4的去磷酸化修飾。另外,轉錄組分析顯示PP6和PIFs共同調控大部分基因的表達;轉錄激活實驗進一步證實PP6正調控PIF的轉錄活性。紅光會誘導PIF蛋白迅速的降解,該研究發現PP6對PIF4蛋白的去磷酸化修飾能減緩PIF4蛋白在去黃化過程中的降解速率,并促進PIF4蛋白在持續紅光下的本底積累。另外,超量表達PIF4能顯著恢復f1 f3在持續紅光下的短下胚軸表型。該研究所取得的成果還將為包括玉米在內其它農作物中/下胚軸發育機制的研究提供參考,為作物耐深播農藝性狀的改良提供基因資源和理論指導。(PNAS

    科學家開發出簡單高效鑒定水稻免疫相關的小分泌蛋白質方法 
    在動物體中,許多被稱之為細胞因子的內源小肽,如白細胞介素、干擾素等作為信號分子在免疫過程中發揮重要作用。近日,科學家設計了一個將轉錄組學和蛋白組學結合的方法,利用水稻植株和懸浮細胞兩個體系,篩選能被稻瘟病菌Magnaporthe. oryzae (M. oryzae) 侵染和幾丁質處理而誘導的植物細胞因子的前體蛋白質和小分泌蛋白質(SSPs)。通過RNA-seq共鑒定得到2454個基因,并且利用質譜鑒定到3327個蛋白質被稻瘟病菌和幾丁質所激活。最后,篩選鑒定得到236個小分泌蛋白質,包括兩個已知的植物細胞因子家族,快速堿化因子(RALFs)和植物磺肽素(PSKs),以及許多免疫相關的蛋白質家族,比如蛋白酶抑制劑(PIs)和發病機理相關蛋白家族(PRs)。其中一個命名為免疫應答肽(IRP)的新基因,它可能編碼一個植物細胞因子。細菌肽聚糖和幾丁質處理能夠誘導IRP的表達并且幾丁質可以誘導IRP分泌到水稻細胞外。在過表達IRP的水稻懸浮細胞中,抗病相關基因PAL1表達被激活。另外,與野生型相比,分裂素激活蛋白激酶(MAPKs)的活性在過表達IRP的水稻懸浮細胞中增強,表明IRP在水稻免疫中起著積極的作用。該研究建立了一個簡單且高效的方法,能夠鑒定在水稻免疫過程中發揮重要功能的小分泌蛋白質。更為重要的是,這個方法將有助于發現在植物生命活動中發揮不同功能的小分泌蛋白質。(Plant Biotechnology Journal

    闡述固氮微生物逆境脅迫適應和固氮酶氧保護機制
    固氮施氏假單胞菌A1501是一株分離自水稻根際的聯合固氮菌,其固氮活性受根際非生物脅迫因子、特別是氧化脅迫因子的影響較大。近期研究發現,A1501擁有一個參與最佳固氮活性和氧化脅迫抗性調控的新型非編碼RNA NfiS,但其在氧化脅迫反應中相關靶標和作用機制尚不清楚。在后續的研究中,該團隊首先發現A1501氧化脅迫應答體系中的過氧化氫酶編碼基因katB和過氧化物感應基因oxyR在氧化脅迫抗性和最佳固氮酶活性中發揮重要作用,katB表達是OxyR依賴型。通過實驗證實,NfiS能夠與katB mRNA直接相互作用增強其穩定性,并鑒定了兩個具體互作位點。該團隊進一步提出了由非編碼RNA NfiS介導的氧化脅迫應答和最佳固氮酶活性的協同調控模型:在轉錄后水平上,NfiS通過與過氧化氫酶基因katB的轉錄產物結合,增強過氧化氫酶表達與活性,一方面協同NfiS與固氮酶基因nifK轉錄產物的互作保護固氮酶不受氧的損傷;另一方面,低濃度的過氧化氫在過氧化氫酶的催化下被分解,產生的氧氣能夠支持菌株在氧氣不足的條件下進行生物固氮。這是科學研究首次闡明新型非編碼RNA NfiS參與氧化脅迫逆境適應的生物學功能。該研究為揭示固氮微生物的逆境脅迫適應機制和固氮酶氧保護機制奠定了重要的理論基礎,同時也為增強非生物逆境條件下根際聯合固氮效率,實現節肥增產增效提供了新思路。(Journal of Bacteriology

    來源:基因農業網

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