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    生物技術前沿一周縱覽(2019年10月17日)

    2019-10-19 18:58 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    生物鐘核心組分GI調控擬南芥GA信號的機制
    赤霉素 (GA) 是植物生長發育的關鍵激素。近日,科學家揭示了擬南芥生物鐘的核心組分GI (GIGANTEA)通過穩定DELLA蛋白來調控赤霉素信號的機制。該研究通過酵母雙雜交篩選GI的互作蛋白,發現GA信號負調控因子DELLA蛋白RGA(REPRESSOR OF GA1-3)、GAI(GIBBERELLIC ACID INSENSITIVE)、和RGL3(RGA-LIKE PROTEIN 3)都能與GI互作,并通過CoIP和pull-down實驗分別在體內和體外驗證了GI蛋白和DELLA蛋白的互作關系。研究發現,GI不影響RGA的轉錄水平,但GI影響RGA蛋白穩定性。進一步研究發現,在GI過表達時,夜間RGA蛋白水平仍然很高;而在沒有GI的情況下,全天RGA蛋白水平都很低,證明GI是RGA蛋白節律性積累所必需的。綜上所述,本研究揭示了生物鐘核心組分GI和激素信號之間的聯系。GI通過與DELLA蛋白相互作用穩定DELLA蛋白,從而直接影響DELLA蛋白的節律性積累和對GA敏感性響應時間,從而調節GA引起的生理響應。本研究揭示了生物鐘和內源性激素信號通路的重要整合機制,為生物鐘有效地將時間信息傳遞給生理通路提供了一種方式。(PNAS


    農桿菌成功侵染后如何關閉致病基因的表達?

    農桿菌是一種重要的植物病原菌,通過侵染植物傷口將細菌DNA整合到植物基因組,從而誘導宿主產生冠癭瘤或發狀根,影響農作物產量。近日,科學家研究揭示了侵染成功后,農桿菌關閉致病基因表達的機制。該研究發現,農桿菌成功侵染植物傷口后,可利用植物傷口修復時所產生的高濃度蔗糖誘導農桿菌表達產生一種特異性水解酶SghA,該酶的表達促使植物釋放出體內原來處于絡合狀態的水楊酸。作為植物激素,水楊酸同時也是一種重要的響應逆境的信號分子,誘導宿主產生免疫反應。農桿菌則巧妙地利用其作為外源信號,及時關閉其致病基因的表達,從而降低病原菌細胞的能源消耗,以保證其在侵染成功后的生存繁殖。該研究揭示了一種全新的病原菌-宿主相互作用的分子機理, 同時也為控制植物冠癭病和提高植物轉基因效率提供了新的思路和理論基礎。(PNAS


    植物根向水性生長研究領域取得突破性進展
    根的向水性生長(hydrotropism )是指植物通過根尖感知土壤中水分梯度,向著水勢較高區域生長的生物學特性,對植物從土壤中有效獲取水分極為重要,也是實現節水灌溉,提高干旱地區農業產量的有效途徑??茖W家近日的研究揭示了根的向水性生長的基礎和原理。該研究發現模式植物擬南芥根尖向水性生長是由于根尖兩側細胞分裂速率的差異性引起的,根尖水勢較低一側的分生區細胞分裂活動加劇,導致根尖發生向水性彎曲生長。黎家課題組進一步深入探究了擬南芥根尖向水性反應過程中誘導根尖分生區兩側不對稱細胞分裂的信號分子,研究發現向水性反應過程中,根尖分生區兩側細胞分裂素分布不均,具體表現為細胞分裂素在水勢較高一側降解,而在水勢較低一側積累,從而促進水勢較低一側分生區細胞分裂,誘導根尖發生向水性生長。根尖兩側分布不均的細胞分裂素通過其信號傳導途徑最終誘導其信號下游A類響應因子ARR16及ARR17在根尖分生區兩側的不對稱表達而實現對分生區兩側細胞分裂差異的調節。已有研究顯示植物向性生長主要受生長素的調控,該研究表明植物根向水性生長主要受細胞分裂素的調控,該研究為更好地理解植物向性生長的調控機制提供了新的見解,對于培育抗旱保產的作物育種工作具有重要的指導作用。(Cell Research


    揭示植物維持體內糖水平的分子開關

    植物中的糖類來源于光合作用,它不僅是植物的能源物質,其在植物的其他方面也都發揮著重要作用。糖饑餓/供給調控可逆基因的表達是維持糖水平的主要機制之一。近日,科學家研究揭示了一種維持植物體內糖穩態的獨特調控機制,即在糖饑餓/供給條件下,MYBS1 和MYBS2可逆地調控αAmy3基因 (一種α-淀粉酶基因) 的表達,從而調控水稻植株體內的糖水平,并進一步影響植株生長、脅迫耐受性和粒重。該研究首先發現,MYBS2 能夠負調控水稻種子的萌發與生長,并且能夠抑制αAmy3和αAmy8 基因表達。綜上所述,該研究不僅證明了可逆的糖穩態在植物生長發育中起重要作用,而且還揭示了維持糖水平開關的開啟和關閉的分子機制。當有糖供給時,Ser75磷酸化的MYBS2被運送至細胞核,以抑制αAmy的表達;而在糖饑餓條件下,Ser53磷酸化的MYBS2從細胞核中輸出,并與細胞質中的14-3-3蛋白(比如GF14)相互作用,解除對αAmy的抑制。植物的這種調節系統賦予了植物適應環境的可塑性,確保植物在不斷變化的環境中繁衍生息。(PNAS


    揭示葉片黃化在小麥廣譜抗條銹過程中的調控機制和作用
    條銹被稱為“小麥癌癥”,在全世界范圍內嚴重威脅小麥的生產。持久抗病基因在小麥抗條銹育種中具有較高的價值,其作用機制是一個值得深入研究的方向,有望為小麥抗病育種提供理論參考。近日,科學家研究對這些有了新的研究進展。研究發現,PsbO的降解可以作為廣譜抗病過程中過氧化氫的源頭,進一步研究獲得了PsbO的點突變體(psbo1),該突變位點位于PsbO結合光系統II的核心區域附近,靠近磷酸化位點,導致內源PsbO蛋白積累顯著降低。研究者進一步利用RNAi干擾了正常PsbO,轉基因植物也表現出光合效率降低與抗條銹能力顯著提高的現象。這些結果表明,點突變、轉錄抑制和翻譯后修飾等手段都可以干擾PsbO正常功能,而PsbO功能的干擾是提高小麥抗條銹的一個充分條件。綜上,該研究發現光系統II的外周蛋白PsbO可以接受抗病關鍵基因的磷酸化調控,作為一個分子樞紐,降低感病區域的能量積累達到“釜底抽薪”的效果,初步抑制病菌生長;隨后失去PsbO保護的光系統II作為源頭產生活性氧,起始局部壞死“畫地為牢”,抑制條銹菌的繁殖,表現出植物的抗病性。(Molecular Plant


    揭示葉綠體HJ解離酶特異剪切DNA底物的分子機制
    Holliday junction(HJ)是英國分子生物學家Robin Holliday于1964年首次發現,是在DNA同源重組損傷修復過程中形成的一種十字叉狀的DNA連接體,在噬菌體、細菌、真菌、植物乃至動物細胞中均存在。近日,科學家研究揭示了MOC1特異識別和切割DNA底物的分子機制。該研究證明了葉綠體是起源于光合細菌的內共生學說。研究進一步揭示了MOC1對DNA序列5’-C2C1↓C0-3’的特異識別是通過一個保守的堿基識別基序(Base Recognition Motif,BRM)而實現的。此外,該研究還發現MOC1的活性中心能同時結合兩個金屬離子,在催化上依賴于雙金屬離子催化機制(Two-metal ion catalysis)??傊?,該研究結合了結構生物學、計算生物學和大量的生化數據不僅在原子水平上揭示了HJ解離酶——MOC1的催化機制,而且對RuvC家族懸而未決的底物特異性識別機制也提供了重要的啟示。更為重要的是,該研究針對關于核酸酶如何將DNA序列上的微小差異轉化成為其催化活性上的巨大不同這一科學問題,創新性地提出了一種雙金屬離子輔助的DNA序列特異選擇性機制。(Nature Chemical Biology


    揭示生長素信號調控根尖干細胞穩態的新機制
    生長素在植物生長發育及環境響應中發揮重要調節作用。近期研究揭示了IAA33介導生長素信號調控根尖干細胞穩態的分子機制。該研究發現,IAA33能夠負調控生長素的響應,并且參與根尖干細胞穩態的維持。前期已有的研究表明,ARF10和ARF16在維持根尖干細胞穩態中具有重要作用【3】。該研究進一步發現,IAA33能夠競爭經典的IAA5與ARF10/16的互作,進而釋放ARF10/16的轉錄活性(因為IAA33缺失抑制domain I),從而參與生長素信號的傳遞及根尖干細胞的調控。另外,該研究還發現,與經典AUX/IAA(比如IAA5)相反,生長素能夠誘導IAA33蛋白的積累,而且該過程還受MPK14激酶的調控。生長素能夠激活MPK14的激酶活性,通過磷酸化IAA33進而穩定IAA33蛋白。綜上,生長素通過MPK14磷酸化調控IAA33蛋白的穩定性。同時,IAA33通過與IAA5競爭互作ARF10/16進而釋放ARF10/16的轉錄活性,從而參與調控根尖干細胞的維持。本研究揭示了非經典AUX/IAA介導生長素信號調控根尖干細胞穩態的分子機制,為進一步完善生長素調控根尖干細胞調控網絡提供了重要理論依據。(The EMBO Journal

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