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    生物技術前沿一周縱覽(2020年2月7日)

    2020-02-09 19:28 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    揭示乙烯信號轉導新機制
    乙烯在植物的生長發育過程中發揮重要作用,而水稻作為一種半水生作物,也演化出了不同的乙烯反應。近日,科學家研究揭示了水稻乙烯信號轉導新機制。研究人員對前期研究中篩選到的一個水稻乙烯反應突變體mhz1進行了突變基因的克隆和功能研究。研究表明,HK可介導磷酸的多步轉移,傳遞信號,在植物的生長發育,以及響應激素和外界刺激的過程中具有重要作用。進一步的生化實驗證明,乙烯受體OsERS2的GAF domain可以和MHZ1互作,抑制MHZ1的自磷酸化和磷酸傳遞功能。GO分析表明,MHZ1調節的ERGs主要富集在生長素信號以及刺激響應通路,說明MHZ1可能通過協調乙烯、生長素和不同刺激之間的互作,調節水稻根的乙烯反應。進一步研究發現,OsEIL1可直接結合到MHZ1的啟動子上,促進MHZ1的轉錄。綜上所述,該研究通過遺傳學篩選,鑒定到了一個乙烯信號轉導新組分MHZ1/OsHK1,并首次發現了一條平行于傳統OsEIN2-OsEIL1的乙烯信號傳遞新通路,加深了我們對乙烯信號轉導機制的認識。(Nature Communications

    揭示水稻油菜素內酯信號和株型調控新機制
    油菜素內酯BRs能夠調控植物的生長發育和生態適應性,在調控水稻株型方面發揮重要作用。 近日,科學家通過遺傳學、分子生物學及生物化學等手段闡明水稻中介體亞基OsMED25參與油菜素內酯BRs信號,進而調控水稻株型的分子機制。該研究發現在抽穗期OsMED25-RNAi和osmed25敲除突變體植株均呈現出葉夾角減小、株型緊湊的表型特征。BR敏感性實驗表明,OsMED25-RNAi和osmed25敲除突變體植株對BR的敏感性顯著降低。說明OsMED25能夠正調控水稻BR信號。進一步研究發現,OsMED25的缺失顯著降低了OsBZR1的轉錄抑制活性,且在全基因組水平上,OsMED25影響了近45% OsBZR1調控基因的表達,這意味著OsMED25可能主要作為OsBZR1的共抑制子來調控水稻BR信號??傊?,該研究發現了水稻中介體亞基OsMED25能夠正向調控BR信號,闡明了OsMED25通過OsBZR1相互作用來參與BR信號,進而調控水稻株型的分子機制,對水稻中介體功能研究及水稻BR信號轉導的分子機制具有重要的價值。(Journal of Integrative Plant Biology

    揭示種子油脂累積的調控機制

    提高油料植物的油脂累積量是研究植物脂類代謝機制的核心問題之一。近日,研究發現植物體內的質體膜蛋白FAX2和FAX4可以特異性的在種子細胞中將脂肪酸輸出到細胞質中,從而調控種子中油脂累積的作用機制。該研究發現,擬南芥體內FAX2和FAX4可在種子形成過程中特異性大量表達。FAX2和FAX4功能缺失突變體 (fax2, fax4, fax2fax4) 均會導致胚胎和子葉發育受阻。同位素14C標記實驗表明,兩種FAX蛋白在種子中油脂累積階段均參與了14C-質體脂肪酸的轉運。進一步通過外源添加13C-油酸,發現在野生型植株種子中13C-TAG含量顯著高于fax2fax4突變體種子。該研究表明,在種子胚發育過程中,FAX2和FAX4通過轉運質體中脂肪酸,促進了TAG的生物合成。這兩種轉運蛋白可廣泛用于提高油料作物的油脂產量,為將來選育具有高含油量的油料作物新品種提供了重要理論依據。(Plant Physiology

    揭示陸稻分蘗調控的分子機制
    植物株型對作物產量具有重要作用,陸稻是適應雨養陸生環境的一種特殊生態型稻作品種。研究人員通過群體遺傳學和比較基因組學鑒定了在陸稻具有強烈選擇信號的分蘗調控基因OsTb2,該基因是玉米重要馴化基因tb1直系同源基因OsTb1通過基因復制產出的新基因,該基因的新功能化促進了水稻分蘗的發生。研究發現,在陸生環境選擇下,由于對人類產量的追求和對陸生環境適應雙重選擇壓力下,最終進化出陸稻群體生態型分化的OsTb2單倍型(3bp+, C),進而減少了陸生環境下的分蘗,增加了單穗產量,從而被人類選擇固定下來。進一步功能分析發現,OsTb2和OsTb1的蛋白發生相互作用,部分抵消了OsTb1通過OsMADS57-D14通路抑制分蘗的作用而行使功能。研究提出了OsTb2新功能化是陸稻分枝適應性進化的作用模式,包括高粱、玉米、小麥、黍子等作物在馴化過程中存在共有和平行的分枝減少歷程,而該研究擴展了自然選擇和人工選擇下作物分枝進化的理論,為選育適應旱地種植的水稻提供了思路和材料。(Nature Communications

    揭示擬南芥側根在不均一的水分環境中的發育可塑性

    根系是植物吸收水分和營養、固定和支撐植株的最主要的器官,同時根系又直接響應土壤環境中的水分、養分以及機械阻力的變化。近日,科學家揭示了擬南芥側根在不均一的水分環境中的發育可塑性,研究了擬南芥維管的幾何形態影響側根原基位置對于不同濕度條件的響應。研究發現,側根原基起始位點不會受到濕度梯度的影響,但是側根形成的夾角中有80%的夾角小于90°并且朝向水勢較高的方向。隨后的研究也發現側根生長角度具有高度的可塑性,并且會控制根的發育偏向于外部含有可利用水分的方向。而在濕度條件均一的環境中,側根生長角度與木質部極軸的方向不會發生偏離。此外,研究還表明所有類型的中柱鞘細胞在不同發育階段對側根形態具有非常重要的作用。該研究報道了擬南芥根系發育早期階段側根形成的徑向位置受水分條件的影響,新的側根原基在起始階段具有較高的可塑性,具有趨向于可利用水分生長角度的發育特性。(Nature plants

    揭示水稻“抗病-發育”平衡調控新機制
    防御對于植物的生存是必不可少的,但通常情況下,增強防御是以其他的生理過程為代價。近日,科學家發現了一個水稻生長和防御間的主要調節因子——乙醛脫氫酶基因OsALDH2B1,并揭示了水稻在生長、發育、產量與抗病之間妥協平衡的一個基因基礎。研究發現,OsALDH2B1具有多重功能:一是OsALDH2B1作為線粒體乙醛脫氫酶調控水稻花粉育性;二是OsALDH2B1作為轉錄因子具有抑制和激活活性調節多種生物過程,包括油菜素內酯 (BR)、G蛋白、茉莉酸 (JA) 和水楊酸 (SA) 信號通路。OsALDH2B1功能的解析為從基因水平上解析植物生長-防御的關系提供了一個例子。這些信號通路之間內在關系的解析,不僅極大地加深了我們對生長和防御之間關系的理解,也啟示我們通過調節這些信號通路中的成分來實現高產和抗病之間的平衡,從而對作物品種實現遺傳改良。(PNAS )

    揭示氣體信號分子硫化氫抑制植物器官脫落的機制

    器官脫落是植物生長發育過程中普遍而重要的生理過程,同時也是一個重要的農藝性狀。近日,科學家研究發現氣體信號硫化氫(H2S)可以抑制番茄葉柄脫落過程,同時在玫瑰花器官脫落和百合花藥開裂過程中也有作用,暗示H2S在植物器官脫落過程中具有普適性。在分子機理方面,研究人員發現在硫化氫處理的樣品中細胞壁降解相關蛋白酶活下降,同時這些蛋白編碼基因的表達量也下降??茖W家進一步分析了H2S對乙烯和生長素信號途徑的影響,發現H2S可能是通過影響離區處活性生長素的含量來影響脫落過程的,而H2S在此過程中對乙烯通路相關基因表達的影響可能是間接通過其對生長素水平的調節來實現的。(Horticulture Research

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