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    生物技術前沿一周縱覽(2020年5月08日)

    2020-05-10 20:48 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    鑒定生長素和細胞分裂素信號交互作用的新組分
    多種激素組成的信號級聯網絡在植物的適應性反應過程中發揮重要功能,生長素和細胞分裂素形成的激素調控網絡是目前研究最為透徹的內源調節系統之一,目前尚不清楚植物如何整合這兩種信號級聯并介導植物器官發育。近日,研究人員在擬南芥中鑒定了生長素和細胞分裂素信號交互作用的新組分,并揭示了其介導植物發育的潛在機制。該研究通過對激素(生長素、細胞分裂素及兩種激素)處理后的擬南芥根系進行全基因組轉錄組分析,篩選出響應兩種激素的最佳候選基因SYAC1(SYNERGISTIC ON AUXIN AND CYTOKININ 1)。研究表明SYAC1是在根中起作用的生長素和細胞分裂素途徑的共同靶標。進一步研究表明,SYAC1對細胞壁組分沉積的干擾會影響對土壤病原菌(如Plasmodiophora brasicae)的敏感性??傊?,該研究在擬南芥中鑒定到了生長素—細胞分裂素信號互作的分子組分SYAC1。SYAC1通過參與細胞壁組分的調節微調植物器官的伸長生長以及對土壤病原菌的抗性。(Nature Communications

    發現植物氣孔開放調控新機制
    質膜H+-ATPase在植物氣孔的開閉過程中具有重要功能,但目前尚不清楚光照如何通過保衛細胞膜離子轉運和淀粉代謝精準控制氣孔開放。近日,科學家研究揭示了光照通過膜離子運輸和淀粉代謝調控保衛細胞開閉的分子機制。該研究表明,淀粉降解產物不會直接影響保衛細胞運輸離子的能力,葡萄糖是保衛細胞中主要的淀粉代謝產物并且在光誘導的氣孔開放過程中作為主要能量來源。進一步該研究發現,換到光下時的氣孔開放速率與淀粉的量及其迅速分解的能力有關,進一步表明了氣孔開放速率與保衛細胞糖穩態的關系。此外,該研究發現在高光強以及紅光條件下,氣孔開放與淀粉降解無關,進一步的研究表明紅光下的氣孔變化是由葉肉細胞光合作用產生的蔗糖及其通過AHA1轉移到保衛細胞的過程進行驅動的。因此,光照誘導的氣孔開放與保衛細胞的膜離子運輸和代謝重排密切相關。研究結果為利用保衛細胞淀粉代謝調控氣孔開閉提供了潛在工具。(The Plant Cell

    揭示獨腳金內酯和Karrikin信號轉導新機制
    獨腳金內酯(SL)是一種新型植物激素,對其信號途徑的研究具有重要的科學意義和應用價值。Karrikin(KAR)是一類存在于植物燃燒形成的煙霧中的信號分子,對于大火后植物種子的快速萌發和生長至關重要。近日,科學家研究揭示了獨腳金內酯和Karrikin信號轉導新機制。研究表明,SL和KAR均能抑制紅光下擬南芥下胚軸的伸長,暗示SL和KAR信號轉導可能存在新機制。進一步研究發現,SMXL2與SMXL家族其他成員不同,能同時參與SL和KAR兩條信號途徑,SL增強其受體D14與SMXL2的相互作用,而KAR誘導其受體KAI2與SMXL2發生相互作用,兩種信號分別誘導SMXL2以依賴于D14和KAI2的方式發生多聚泛素化修飾和降解,進而調控D14-LIKE2(DLK2)和KAR-UP F-BOX1(KUF1)的表達。SMXL2在SL和KAR共同調控下胚軸發育中發揮關鍵作用。上述研究揭示了一種新的SL和KAR信號轉導機制,它們均能誘導SMXL2的泛素化和降解,為SL信號途徑起源于古老的KAR信號途徑的進化假說提供了新證據。 (The Plant Cell

    揭示根際微生物調控大豆-根瘤菌互作效率及適應性機制
    豆科植物-根瘤菌共生是植物-微生物共生的一種重要類型,這種共生關系的建立非常復雜,受多種因素的影響。近日,科學家研究揭示了不同土壤條件下大豆根際微生物的變化及其調控快、慢生根瘤菌與大豆互作及在根瘤中定殖特異性的機制,為大豆根瘤菌環境適應性和逆境下提高結瘤效率提供了重要的理論依據。該研究發現,來自三個大豆主栽區的三種類型土壤(武漢酸性、吉林中性和河北堿性)中根際微生物的組成存在顯著差異,而且根瘤菌與其他根際細菌存在明顯互作關系。進一步研究發現,芽孢桿菌和假單胞菌等大豆根際微生物與根瘤中快生和慢生根瘤菌的定殖有關。研究還發現,蠟樣類芽孢桿菌組不僅能特異性地促進快生根瘤菌,抑制慢生根瘤菌的生長,還能緩解鹽堿脅迫對快生根瘤菌結瘤的負面影響,增加其在根瘤中的定殖。研究結果證明,根際細菌微生物群在大豆根瘤菌-宿主互作和共生關系形成中發揮著關鍵作用。這些發現為使用合成細菌群落提高大豆-根瘤菌共生固氮效率提供了科學依據。(The ISME Journal

    揭示光合作用卡爾文循環的催化和調控機制
    光合作用分為光反應和卡爾文循環(暗反應)兩個階段,其中卡爾文循環包括多步酶促反應,利用光反應過程中產生的ATP和NADPH固定二氧化碳,生成碳水化合物。近日,科學家研究揭示了光合作用卡爾文循環(暗反應)中PRK的催化反應機制,并為卡爾文循環受光照/黑暗調控的機理提供了結構基礎。該項工作中,研究人員解析了PRK及其復合物的晶體結構,包括來源于藍藻的PRK結合輔因子二磷酸腺苷(ADP)和葡萄糖-6-磷酸(G6P)的晶體結構,分別處于氧化態和還原態的擬南芥PRK的晶體結構,以及擬南芥PRK與GAPDH、CP12形成的GAPDH/CP12/PRK復合物的晶體結構?;诮Y構信息,結合突變體測活與親和力實驗結果,確定了PRK的活性位點以及參與催化的關鍵結構域和氨基酸,解釋了PRK受氧化還原調控的分子機理,展示了GAPDH/CP12/PRK復合物中各蛋白之間相互作用的具體細節,并揭示了CP12響應氧化還原信號調控PRK及GAPDH活性的作用機制。這些研究結果為深入理解PRK的催化機理以及卡爾文循環的精細調控提供了重要結構信息。(The Plant Cell

    揭示通過調控棉子糖合成酶提高植物抗旱能力的新途徑

    棉子糖代謝在植物抗逆中發揮重要作用,玉米肌醇半乳糖苷合成酶(GOLS)和棉子糖合成酶(RAFS)是棉子糖合成的關鍵酶。近日,科學家研究報道了該團隊在在植物抗旱機理研究方面取得的新進展。該研究通過構建玉米ZmRAFS基因突變體,以及在擬南芥中過量表達該基因,發現過量表達ZmRAFS基因增加了種子中棉子糖含量但卻降低了葉片中棉子糖含量。其原因是植物葉片中合成的蔗糖優先供給庫器官。蔗糖是ZmRAFS合成酶的底物,蔗糖在葉片中供應不足導致該酶不能合成棉子糖,而對其另一底物肌醇半乳糖苷進行水解產生肌醇。在干旱脅迫條件下,過量表達ZmRAFS產生的肌醇提高了植物的抗旱性。因此,該研究揭示了通過調控棉子糖合成酶提高植物抗旱能力的新途徑。(Journal of Biological Chemistry

    科學家在微藻蝦青素生物合成研究方面取得重要進展
    微藻是古老的微生物,絕大多數能夠進行光合作用,固定CO2并釋放氧氣??蒲腥藛T以佐夫色綠藻為研究對象,前期工作探究了TAG合成機制和油脂代謝途徑中重要基因的功能,闡釋了氮缺乏脅迫下蝦青素合成機制和鹽脅迫下蝦青素和TAG合成機制,開發了‘異養發酵-光誘導’獲得富含蝦青素的高密度細胞的方法。近日,科研人員在佐夫色綠藻蝦青素生物合成方面取得了新進展。該研究通過抑制劑分析和體外酶活實驗揭示了:1)佐夫色綠藻β-類胡蘿卜素羥化酶(CHYb)不能催化角黃素的羥基化來生成蝦青素,導致角黃素作為終產物之一積累;2)β-類胡蘿卜素酮化酶(BKT)能夠催化玉米黃質(Zeaxanthin)的酮基化來生成蝦青素??偟膩碚f,該研究解闡明了佐夫色綠藻中蝦青素生物合成的具體途徑和調控機制,探討了不同微藻來源的BKT和CHYb在功能演化上的差異,完善了我們對微藻蝦青素生物合成的現有認知,并提出了一種提高微藻蝦青素含量和純度的策略。(Plant Physiology

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