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    生物技術前沿一周縱覽(2019年12月29日)

    2019-12-29 21:54 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    揭示microRNA調控水稻花粉發育的新機制
    植物的花粉壁是由內壁和外壁構成。其中花粉外壁的發育調控機制相對較清楚,然而人們對花粉粒內壁(intine)的組成和發育調控仍所知甚少?;ǚ蹆缺诘陌l育是花粉粒成熟及花粉管萌發和植物雙受精作用所必須的,對于作物育種及產量都具有重要的意義。近日,科學家研究揭示了miR528通過靶向藍銅蛋白家族成員UCL23,影響黃酮類物質代謝,從而調控水稻花粉粒發育的機制。microRNA是一類小非編碼RNA,參與植物生長發育各方面的調控。該研究發現,miR528通過靶向藍銅蛋白家族成員UCL23從而調控水稻花粉粒發育。miR528在二孢花粉期的花粉粒中表達并抑制UCL23的表達,促進花粉內壁在該時期的發育。而UCL23與POT蛋白在PVC/MVBs中互作,通過影響黃酮類物質的運輸和積累參與花粉內壁發育調控。(PNAS

    科學家建立首個植物多分體負義鏈RNA病毒反向遺傳學體系
    番茄斑萎病毒(TSWV)是最重要的植物負鏈RNA病毒之一,能侵染1000多種植物,對全球經濟和園藝作物安全構成重大威脅。近日,科學家成功拯救出番茄斑萎病毒,首次建立植物多分體負鏈RNA病毒的反向遺傳學體系??茖W家首先明確了驅動病毒基因組RNA的合適的啟動子,接著實現對將近330kDa 病毒復制酶在植物中成功表達,在此基礎上建立了番茄斑萎病毒的微型基因組復制體系,同時建立了病毒微型基因組復制的移動體系。在拯救建立全長病毒基因組時,課題組又碰到過表達病毒復制酶干擾病毒拯救,基因組M RNA無法被拯救,表達病毒抑制子NSs干擾基因組S RNA的拯救等一系列問題,課題組再通過一系列的優化,最終成功實現番茄斑萎病毒全長侵染性cDNA克隆的拯救,拯救的病毒可以攜帶eGFP報告基因系統侵染植物。番茄斑萎病毒反向遺傳學系統的建立提供了對該病毒的侵染和致病機制進行深入系統的研究的關鍵體系,這也意味著植物多分體負鏈RNA病毒研究新時代的到來。(PNAS

    揭示核孔蛋白調控植物開花的新機制
    細胞內核質之間的物質運輸主要是通過細胞核膜上的核孔蛋白進行,前人大量工作專注于核孔蛋白作為物質運輸通道功能的研究。近日,科學家在核孔蛋白調控植物開花的研究中取得新進展,發現了核孔蛋白通過控制蛋白積累參與植物開花調控的詳細機制,為作物花期改良提供了理論基礎 上。該研究團隊在研究植物開花過程中,發現核孔蛋白Nup96的突變體具有早花表型。經過遺傳學分析證明該核孔蛋白位于重要開花基因CO的上游,同時實驗表明,該核孔蛋白會影響CO蛋白的積累。另一方面,通過分子生物學手段篩選到泛素化連接酶HOS1,并通過實驗證明了它與Nup96蛋白互作,其中一個基因的突變都會造成另一個蛋白的大量減少。研究最終得出結論,Nup96蛋白通過維持HOS1的穩定性,調控CO蛋白的泛素化降解,從而控制在長日條件下植物正常開花。該研究揭示了核孔蛋白參與植物開花調控的分子機制,為作物遺傳育種中開花期性狀的改良提供了理論依據。(The Plant Cell

    揭示高等植物葉綠體發育調控新機制
    近日,科學家在高等植物葉綠體發育及植物應對高光脅迫調控機制方面取得的最新進展。依賴于ATP的金屬蛋白酶FtsH復合體定位于葉綠體類囊體膜,依賴ATP,參與高等植物葉綠體的發育過程以及光損傷的光系統II的周轉修復。擬南芥類囊體膜FtsH2亞基突變體var2呈現“花斑”葉色表型。該研究鑒定了一個新的var2“花斑”葉色的增強突變體evr3-1。var2-5 evr3-1雙突變體“花斑”葉色表型增強;var2-4 evr3-1雙突變體白化致死,不能光合自養生長。DNA重測序及表型回復實驗表明,EVR3編碼一個定位于類囊體膜不依賴于ATP的金屬蛋白酶EGY1。與野生型相比,evr3-1/egy1突變體中光系統II復合體-捕光天線復合體、光系統I-捕光天線復合體積累異常,且光系統II復合體亞基在高光處理下降解速度加快。這些結果不僅表明金屬蛋白酶EGY1參與到光系統II和光系統I的穩態積累,并與依賴于ATP的金屬蛋白酶FtsH協同作用調控葉綠體的發育;還暗示著存在其他的蛋白酶參與到光損傷的光系統II的降解與修復。該研究為揭示高等植物葉綠體發育及應對高光脅迫機制提供了新的思路。(Journal of Biological Chemistry)

    揭示磷脂酰肌醇-4, 5-二磷酸調控水稻生長發育的分子機制
    磷脂酰肌醇作為一類重要的結構性和調節性膜脂,對于細胞的各種生理功能起著非常重要的作用。近日,科學家利用大穗高產的秈稻品種桂朝2號(GC)和源于美國的矮稈小穗粳稻品種CB,通過圖位克隆,定位了一個控制水稻每穗粒數和株高的QTL位點。近等基因系NIL-GH1CB和GH1基因功能缺失突變體都表現出株高變矮、每穗粒數減少的表型。結果表明,GH1是水稻生長發育所必需的關鍵基因。研究發現,GH1基因編碼一個含有suppressor of actin (SAC) 結構域,且兩次跨膜的磷酸酶。脂質結合實驗進一步表明,GH1GC蛋白可以特異性結合PI4P和PI(4,5)P2,而GH1CB蛋白失去了脂質結合能力。亞細胞定位結果發現,GH1定位于內質網上發揮功能。細胞學實驗進一步發現,GH1CB突變使得水稻莖稈和根尖細胞長度減小,根尖細胞內肌動蛋白微絲骨架紊亂,而且葉片細胞內高爾基體和葉綠體發育受阻。這些結果表明,由GH1缺失突變導致的過度累積的PI4P和PI(4,5)P2可能通過調控細胞微絲骨架參與植物細胞形態建成,影響細胞的大小。該項研究不僅揭示了SAC磷酸酶通過PI(4,5)P2調控植物生長發育的分子機制,更重要的是發現了PI(4,5)P2可能作用于保守的Arp2/3復合體,從而參與調控細胞微絲骨架重排,為磷脂酰肌醇調控植物細胞形態建成提供了新的分子證據,也為作物產量的遺傳改良提供了新的思路。(Plant Physiology

    揭示茉莉酸積累和植物發育的調控機制
    Hippo信號通路在調控動物細胞分裂、器官大小和腫瘤發生方面起重要作用,是當前動物和醫學領域的研究熱點,但是植物中相關研究還比較少。MOB1是該通路的核心成員,在酵母、動物和植物中高度保守。研究人員采用了遺傳學、生化、細胞生物學和組學等手段,發現MOB1A與MOB1B在體內相互作用,具有相似的表達模式和蛋白亞細胞定位。擬南芥mob1a/1b雙突變體植株表現出嚴重的發育缺陷,植物激素茉莉酸生物合成代謝和信號轉導相關的基因的表達水平都顯著變化。雙突變體的茉莉酸含量升高,對茉莉酸誘導的衰老反應超敏感。茉莉酸信號通路中的關鍵轉錄因子MYC2突變可以部分抑制mob1a/1b雙突變體的發育缺陷表型。同時,Hippo信號通路的另一個成員SIK1的突變體中茉莉酸水平降低,SIK1與MOB1在茉莉酸相關基因表達調控中存在拮抗作用。這些結果表明擬南芥MOB1基因調控茉莉酸水平及生長發育。綜合前期的結果,研究人員發現MOB1基因同時調控生長素和茉莉酸通路,在生長發育過程中發揮重要作用。由于生長素和茉莉酸都是調控植物生長發育的重要植物激素,這些發現為進一步研究植物中Hippo信號通路以及不同植物激素相互作用的分子機制提供了新思路。(Plant Physiology 

    KOR1蛋白分泌途徑和耐鹽功能的調控機制

    許多蛋白質在細胞壁生物合成過程中協調細胞壁成分的合成、傳遞和組裝,kor1等位基因突變會導致纖維素合成受阻以及生長遲緩。近日,科學家闡明了KOR1亞細胞定位的多個決定因素及其在植物生長和脅迫耐受中的相關生理意義。該研究首先確定了一個富含脯氨酸的C末端基序(稱為P基序),發現它是維持KOR1在TGN/PM循環中的必需基序。此外,該研究還發現變異體tdFT-KOR1Δall(所有N-糖基化位點都被破壞)在PM沒有產生清晰的信號,甚至在后期仍停留在ER中,但是在TP處檢測到老化的tdFT-KOR1Δall,表明KOR1Δall使用了一條從ER到TP的獨特路線,而不經過PM。以上結果表明,KOR1在細胞中的定位是由序列基序和蛋白質結構的層次性相互作用決定的。此外,研究還表明將KOR1限定到PM對植物的耐鹽能力是有害的,KOR1的亞細胞內化是建立耐鹽性的關鍵??傊?,該研究為植物適應鹽脅迫可能需要KOR1亞細胞定位和活性進行微調提供了新見解,該研究描述的tdFT系統可以用于監測蛋白質運輸中的細微變化,有助于進一步剖析其他KOR1修飾的作用。(Plant Cell

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