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    生物技術前沿一周縱覽(2020年6月06日)

    2020-06-07 16:38 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    PDK1蛋白激酶調控植物生長素運輸的機制
    PDK1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1)是真核生物中保守存在的一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,并且可以作為AGC激酶(對真核生物細胞的基礎功能至關重要)的激活因子發揮作用,但目前關于PDK1激酶調控生長素運輸的具體機制尚不清楚。近日,研究人員在擬南芥中揭示了PDK1通過PAX調控生長素運輸的機制。該研究發現,擬南芥中pdk1的突變不會導致PDK1激酶功能的完全喪失,但是pdk1pdk2雙突變體表現出包括子葉畸形、初生根短、植株矮小以及雄性不育在內的嚴重發育缺陷。以上表明PDK1和PDK2在植物生長發育中發揮重要作用并且部分功能亙余。進一步研究發現,PDK1不能通過直接磷酸化PIN調節植物的生長素外排。但是可以作為植物生長素感知的變阻器的一部分,磷酸化并激活AGC1激酶PAX,并進一步磷酸化PIN并微調維管分化、雄配子體發育和差異性生長反應期間的生長素運輸??傊?,該研究表明PDK1可以通過激活AGC1激酶活性調節極性生長素運輸,并在植物發育中發揮關鍵作用。(Nature Plants

    揭示油菜素內酯調控植物早期光形態建成的分子機制
    油菜素內酯 (BRs) 是一類對植物生長發育起重要作用的植物甾醇類激素,它在植物幼苗的暗形態建成過程當中起著非常關鍵的作用。近日,科學家在模式植物擬南芥中揭示了植物甾醇類激素油菜素內酯調控植物黃化幼苗見光后早期光形態建成的分子機制。該研究發現,BRs缺失突變體和BRs不敏感突變體在暗中生長4-8天,然后見光2天,幼苗的轉綠能力都顯著低于野生型。進一步檢測發現BRs突變體det2-1相較于野生型積累了過量的原葉綠素酸酯,且det2-1的轉綠表型和原葉綠素酸酯含量高度富集的表型都能夠被功能獲得型突變體bzr1-1D所抑制。遺傳分析表明,BZR1介導的植物幼苗轉綠需要PIFs。進一步研究發現,BZR1和PIFs協同誘導生長調節因子GRF7和GRF8的表達。BZR1、PIF4和GRF7彼此相互作用,協同調控編碼葉綠素生物合成關鍵酶基因的表達,進而促進植物黃化幼苗轉綠。綜上,該研究結果揭示了BRs在擬南芥幼苗去黃化過程中的重要作用,為解析植物黃化幼苗見光后早期光形態建成的分子機制提供了新的見解。(The Plant Cell

    揭示全球氣候變化下植物耐熱性的變化規律

    隨著全球氣候變化的逐步加劇,不同群體和生物群落之間溫度耐受性出現差異。近日,科學家通過對已發表的70項研究中的1732個植物耐熱性數據進行的一項薈萃分析,測試了植物的熱宏觀生理模式和過程。該研究發現許多動物中已經得到的模型也同樣適用于植物,此外,該研究還發現植物的耐熱性會隨緯度升高而降低,而耐寒性呈現出隨緯度升高而增強的趨勢,這種變化受到南/北半球和植物馴化狀態等因素的影響。該研究還進一步分析了生態、進化和生物地理因素在這些模型構建中的重要性,表明這三個過程均會影響植物的耐熱性和耐寒性,但是相對貢獻不同。該研究最后還強調,所有植物,尤其是處于中高緯度地區和未馴化的植物,都將越來越容易受到持續的氣候變化的影響??偟膩碇v,該研究通過薈萃分析的方法揭示了植物耐寒性和耐熱性如何以及為何在全球范圍內發生變化,這對全球變化背景下的植物適應性規律及相關研究具有十分重要的啟示。(PNAS

    揭示ABA調控種子萌發的新機制!
    ABA作為重要的植物激素,在種子萌發過程中起著至關重要的作用。近日,科學家研究發現了ABA受體PYR1/PYL/RCAR(PYLs)在種子萌發過程中的表達調控機制,并揭示了ABA信號下游轉錄因子ABI5反饋調節PYLs基因表達參與種子萌發調控的新機制。該研究發現種子萌發過程中,14個PYLs基因中的11個表達發生了顯著變化,并受外源ABA影響。其中,PYL11和PYL12在成熟種子中特異性表達,它們正向調控ABA介導的種子萌發。作為調控ABA信號響應基因表達的轉錄因子ABI5參與了PYL11和PYL12介導的種子萌發調控。在ABI5功能缺失突變體中,過表達PYL11和PYL12導致的ABA超敏感表型被全部或部分抑制。另一方面,ABI5可以通過與PYL11和PYL12的啟動子直接結合來調節其表達。此外,在abi5突變體的萌發過程中,其他8個PYLs基因的表達也受到影響。該研究結果明確了PYL11和PYL12在種子萌發中的作用,揭示了種子萌發中ABA信號存在著PYL-ABI5-PYL的反饋調節機制。(New Phytologist

    植物應對光和熱雙重脅迫的系統性響應機制

    極端的環境脅迫如高溫、干旱和鹽害等會對植物的生長發育和最終生產力產生不利影響,并改變整個生態系統的平衡。近日,研究人員通過對擬南芥相同或不同葉片上光和熱復合脅迫引起的局部和系統響應的研究,揭示了植物適應不同類型復合脅迫的機制。該研究表明,植物可以整合光和熱兩種不同脅迫所引起的系統性信號,并且處理葉片的反應組分與系統性葉片不同,同時這種響應受到脅迫發生方式的影響。進一步研究表明,經受不同脅迫的兩個葉片可以通過特定的信號傳導互相影響另一葉片的基因表達方式。該研究還在葉片氣孔開閉、ROS信號以及水楊酸等的響應中發現了同樣的結果??傊?,該研究表明植物可以整合來自不同脅迫的系統信號,但是對來自同一部位或不同部位的不同脅迫的適應效率及響應程度上存在差異。植物可以借此提高其在復雜多變環境下的存活率,但是未來還需要進一步開展植物非生物脅迫期間系統信號整合相關的工作。(PNAS

    揭示植物表皮蠟質合成調控新機制

    蠟質在抑制植物水分非氣孔性散失、保護植物免受病蟲害入侵、紫外線輻射等方面起著重要作用。近日,研究人員克隆到一個蠟質合成相關基因CER16,并揭示了其調控植物表皮蠟質合成的機制。該研究以擬南芥蠟質相關突變體cer16為研究材料,圖位克隆了其突變基因并進行了深入功能解析。研究發現CER16編碼一個未知蛋白AT5G44150,不含任何已知的結構域或motif,且進化分析發現該家族蛋白為陸生植物特有,以單拷貝形式存在。RNA-seq組學分析發現,CER16的突變引起了蠟質合成途徑中關鍵基因 CER3 表達顯著下調,但cer16中過表達CER3卻出現了轉錄后基因沉默現象(Post-Transcriptional Gene Silencing, PTGS),不能恢復其蠟質缺失表型。進一步研究發現cer16中靶向CER3的siRNAs表達水平急劇升高,并且利用CRISPR-Cas9敲除siRNAs合成關鍵基因RDR1或RDR6都能恢復cer16中CER3的表達水平和蠟質缺失表型。這些研究結果表明,CER16的功能缺失觸發了siRNAs介導的CER3基因PTGS過程,與之前報道的cer7突變體表型非常相似,暗示CER16可能參與了CER7依賴的exosome介導RNA質量控制途徑來調控CER3的表達。 (Plant Physiology

    揭示葉片衰老和花器脫落的調控新機制
    葉片衰老是一個高度復雜的發育過程,受到多層次嚴格調控,目前已知脫落酸(ABA)和活性氧(ROS)會導致葉片衰老加快。近日,科學家研究揭示了DOF轉錄因子家族成員CDF4調控ABA合成和活性氧積累加快葉片衰老進程和花器脫落的新機制。通過系統地篩選葉片衰老相關的轉錄因子發現DOF轉錄因子家族成員CDF4正調控葉片衰老進程。CDF4組成型和誘導型過表達都會加速葉片衰老,而抑制CDF4表達則延緩葉片衰老。進一步研究表明CDF4通過上調ABA生物合成基因9-cis-環氧類胡蘿卜素雙加氧酶2,3 (NCED2,3)的轉錄來增加內源性ABA,同時下調過氧化氫酶(CAT2) 基因的表達來抑制體內活性氧的清除。研究還發現,CDF4可以通過激活多聚半乳糖醛酸酶(PGAZAT)基因表達加快花器官脫落進程?;谝陨辖Y果,研究團隊提出了一個包含CDF4、ABA和ROS的三重正向反饋調控模型,這一調控模型揭示了在葉片衰老過程中CDF4基因在連接上游激素和年齡信號到下游ABA和H2O2響應的新分子機制。該研究豐富了人們對轉錄水平上調控葉片衰老進程的認識。(EMBO Reports

     

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