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    生物技術前沿一周縱覽(2020年01月12日)

    2020-01-12 22:51 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    科學家發現共生固氮新型調節機制
    豆科植物和固氮根瘤菌之間的根瘤共生是陸地生態系統中氮的重要來源,成功的共生固氮可以替代農田中的氮肥,有助于作物的生長,同時減少氮肥的施用。近日,科學家研究揭示了根瘤菌特異性APN1調控根瘤菌功能的分子機制。該研究首先基于大規模的TONO突變體篩選,鑒定到一個決定apn1 突變體中Fix− 表型的候選基因DCA1 (Determinant of nitrogen fixation Compatibility of APN1),該基因編碼類似于細菌外膜自轉運蛋白的蛋白質(V型蛋白分泌系統的一部分)。該研究還發現,轉運到胞外的DCA1 passenger域會被重組APN1蛋白在體外裂解。此外,MAFF303099和TONO中都存在直系同源自轉運蛋白基因,各個自轉運蛋白基因表達水平的差異決定了apn1的固氮表型??傊?,該研究表明,根瘤菌自轉運蛋白是apn1突變體固氮活性的決定因素,APN1抑制了根瘤菌自轉運蛋白的負作用,以維持根結節中有效的共生氮固定。該工作為豆科植物優化特定根瘤菌菌株共生固氮活性的策略研究提供了新思路。(PNAS

    科學家研究揭示生物鐘周期調控新機制
    生物鐘是植物細胞中感知并預測光照和溫度等環境因子晝夜周期性變化的精細時間機制,它通過協調代謝與能量狀態以適應環境因子的晝夜動態變化,從而為植物的生長發育提供適應性優勢。最新的科學研究報道了巖藻糖基轉移酶SPY通過對生物鐘核心組分PRR5的O-巖藻糖基化修飾,影響PRR5蛋白的穩定性,從而在翻譯后水平精確調控生物鐘周期的新機制。該研究通過植物活體發光實驗結合生物鐘表型的計算分析發現,與動物中作為O-β-N-乙酰葡糖胺修飾轉移酶(O-GlcNAc)的SEC參與調控生物鐘周期不同,在植物中則主要是作為O-巖藻糖基化(O-Fucrose)修飾轉移酶的SPY特異調控生物鐘周期。通過構建細胞核和質特異定位的SPY蛋白表達載體,結合植物活體發光的實驗證據,發現SPY蛋白主要是在細胞核中參與調控生物鐘周期。該研究成果表明盡管O-糖基化調節生物鐘周期在演化上具有保守性,其在哺乳動物中主要是通過O-GlcNAc糖基化修飾,而在高等植物中則是通過O-巖藻糖基化修飾,為翻譯后修飾精細調控植物生物鐘周期提供了新見解。(Molecular Plant

    科學家破解優質蛋白玉米育成之謎
    玉米和大豆是世界上最重要的兩種糧食和飼料作物。大豆蛋白含量高,但是產量較低;玉米產量高,但是蛋白含量不足。最新的科學研究通過PacBio三代基因組測序,BSA-seq遺傳定位和RNA-seq轉錄組分析相結合的手段,深入解析了優質蛋白玉米(Quality Protein Maize, QPM)選育的基因組結構變異基礎,全面挖掘了潛在的硬質胚乳修飾因子??茖W家長期致力于通過計算生物學及與分子生物學相結合的手段,研究玉米復雜農藝性狀。最新研究發現了一些與多個胚乳修飾因子遺傳位點緊密相連的候選基因,這些基因具有結構變異和表達水平的改變等遺傳特征。據此并結合近期其他研究成果,科學家提出了解釋優質蛋白玉米硬質胚乳形成的分子機制模型。他們構建的高質量優質蛋白玉米基因組以及鑒定出的具有結構變異和表達差異的候選基因將會促進優質蛋白玉米胚乳修飾因子分子標記開發及分子育種。(Nature Communications

    科學家發表綜述“植物非生物脅迫的表觀遺傳調控機制”
    非生物脅迫是植物在生長發育過程中面臨的環境逆境之一,例如:極端溫度脅迫、干旱、高鹽、ABA依賴的脅迫、營養缺乏以及紫外輻射等等。近年來的研究表明,植物在遭受非生物脅迫的過程中,脅迫響應基因的誘導通常伴隨著表觀修飾水平的變化,尤其是組蛋白修飾和DNA甲基化水平的變化。近日,科學家在線發表了一篇綜述論文,該綜述概述了近年來在植物應對非生物逆境脅迫響應過程中表觀遺傳機制參與調控的研究進展,同時也指出了關于這兩個學科交叉領域研究的一些待解決的問題。動態變化的表觀修飾標記使脅迫響應基因的染色質區域處于活躍易表達狀態或者抑制表達狀態,進而在轉錄或轉錄后水平影響這些基因的表達。但是,逆境條件如何激活表觀機制對脅迫響應基因表達水平的重塑?表觀“信號”如何參與到植物的“逆境記憶”過程中并遺傳給后代?除了借助于模式植物擬南芥,水稻等對相關機制的研究,其它糧食作物和經濟作物也可以作為研究對象,從而使人們對于這兩個學科進行更加全面的探索。(Journal of Integrative Plant Biology

    ABA引起水稻葉片衰老過程中的一個關鍵NAC轉錄因子

    葉片衰老是葉片發育的最后階段,在大多數植物中,ABA可以引起葉片早衰,但是葉片衰老過程中的ABA信號傳導機制仍未被完全理解。近日,科學家在水稻中鑒定了調控葉片衰老的ONAC054轉錄因子并揭示了其調節機制。該研究首先基于自然衰老和人工誘導的葉片衰老期間的基因表達變化鑒定了水稻中的一個senNAC基因—ONAC054,ONAC054的表達水平在衰老葉片中顯著上調。該研究發現,onac054敲除突變體的葉片在衰老期間保持綠色,而ONAC054的過表達株系在黑暗和ABA誘導的衰老過程中會提前衰老,這進一步表明ONAC054在水稻衰老過程中的關鍵作用。該研究進一步分析了葉片衰老過程中的衰老相關基因的表達,發現onac054突變體中包括ABA INSENSITIVE5(OsABI5)在內的ABA信號相關基因和包括STAY-GREEN和NON-YELLOW COLORING1(NYC1)在內的衰老相關基因均顯著下調。進一步研究發現,ONAC054可直接激活OsABI5和NYC1??傊?,該研究表明,ONAC054的活性對水稻ABA誘導的葉片衰老非常重要,轉錄、轉錄后和翻譯后水平的多層調節過程的精確控制共同決定了ONAC054的活性。(Plant Cell

    揭示一種大白菜持綠突變的分子機制
    大白菜是我國南北各地廣泛栽培的蔬菜作物,其外葉容易衰老變黃,造成產量損失和產品質量下降。近日,科學家研究揭示了一種大白菜持綠突變的分子機制。這是首次在大白菜EMS誘變群體中鑒定到1份持綠突變體nym1,其持綠性狀明顯、遺傳穩定、綜合性狀優良。遺傳分析證明了nym1的持綠性呈單基因隱性遺傳,遂命名為Brnym1。MutMap和KASP分析表明,編碼脫鎂螯合酶Mg-dechelatase (SGR蛋白) 的BraA03g050600.3C基因為持綠突變基因Brnym1。序列分析表明,Brnym1的第三外顯子上一個非同義的SNP (G到A),導致脫鎂螯合酶的保守區域內發生L到F的氨基酸替換。異源過表達實驗表明,野生型大白菜BrNYM1基因可以成功恢復擬南芥SGR缺陷持綠突變體nye1-1的持綠表型。與野生型相比,nym1突變體的鎂脫羧酶活性顯著降低。Brnym1蛋白定位于葉綠體。上述研究結果揭示了大白菜的一種持綠性變異機制。這一珍貴的持綠性大白菜遺傳資源,也為白菜類蔬菜持綠性品種的選育奠定了材料基礎。(Horticulture Research

    解析植物-病原菌互作新機制

    為了應對生物脅迫,植物會產生一系列高度修飾的脂肪酸,這些脂肪酸具有不同尋常的化學功能。近日,科學家采用非靶向代謝組學和RNA測序相結合的方法,在番茄中發現了一組基因簇參與番茄中法卡林二醇的生物合成,并影響番茄對病原菌的抗性。該研究發現,法卡林二醇的生物合成可在番茄中誘導合成,且真菌和細菌菌株都可以誘導法卡林二醇的產生。通過分析基因表達差異及代謝物含量,發現Solyc12g100240和Solyc12g100260 (ACET1a和ACET1b, ACETYLENASE1a) 可能是法卡林二醇生物合成途徑中的關鍵酶基因??茖W家利用CRISPR/Cas9構建上述基因簇的相關突變體,發現突變體中不能合成或大幅降低法卡林二醇,說明該基因簇在此生物合成途徑中具有重要作用。進一步研究發現,該基因簇的突變可使番茄中與法卡林二醇產生相關的修飾脂肪酸生物合成中斷,并導致番茄對一些病原菌的抗性增強,而不會影響基礎免疫反應。缺乏效應因子AvrPto和AvrPtoB的突變體對Pst DC3000的抗性更強,表明這些病原菌的效應因子直接或間接干擾了Pst DC3000感染過程中植物修飾脂肪酸的生物合成。這些遺傳證據證明該基因簇參與法卡林二醇介導的番茄免疫反應。(Cell

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