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    生物技術前沿一周縱覽(2020年6月14日)

    2020-06-14 23:41 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    發現植物組蛋白變體H2A.Z從染色質中移除的分子途徑
    H2A.Z是真核生物細胞中極其保守的組蛋白變體,具有多方面的功能,包括調控基因表達、DNA復制、DNA損傷修復和DNA重組等。近日,研究人員首次揭示了植物中組蛋白變體H2A.Z從染色質中移除的分子途徑,發現擬南芥組蛋白伴侶蛋白NRP1和NRP2(NRPs)可以減少全基因組中H2A.Z的含量。在這項最新的研究中,研究人員發現組蛋白伴侶蛋白NRPs與SWR1復合體核心成分在體內存在遺傳上的相互作用并且其功能與組蛋白變體H2A.Z相關聯。進一步的研究發現,相對于野生型對照,nrp1-1,nrp2-2雙突變體中H2A.Z的分布模式發生改變且分布水平顯示出過量積累。并且這個分子表型與NRPs在染色質上的定位是一致的。綜上所述,該研究表明組蛋白伴侶蛋白NRPs能夠抵消SWR1復合體的活性,在H2A.Z動態調控過程中起著重要的作用。該研究首次揭示了植物細胞中H2A.Z移除的分子途徑,對深入了解H2A.Z和染色質動態調控機制有著重要的意義。(Nature Communications

    科學家揭示菊花耐旱性調控新機制
    干旱是一種最常見的環境脅迫因子,其影響植物的生長、發育和地理分布,并引起作物產量損失。近日,科學家研究發現鋅指蛋白BBX19和ABA信號途徑主要組分ABF3互作調控菊花的耐旱性,并揭示了其中的分子機制。CmBBX19是一個BBX家族亞組IV成員基因。該項研究發現干旱和ABA處理都能降低CmBBX19的表達。通過構建菊花CmBBX19過表達(CmBBX19‐OX)株系和CmBBX19抑制表達(CmBBX19‐RNAi)株系,研究人員發現與野生型(WT)相比,CmBBX19‐RNAi株系的耐旱性增強,而CmBBX19-OX株系耐旱性降低,說明CmBBX19負調控菊花的耐旱性。進一步對CmBBX19下游基因分析發現,CmBBX19主要通過影響ABA信號途徑基因的表達來調節耐旱性,這些基因包括保護性蛋白質基因,氧化還原平衡基因和細胞壁生成基因,例如responsive to ABA 18 (RAB18), peroxidase 12 (PRX12)和cellulose synthase‐like protein G2 (CSLG2)。重要的是,研究人員發現CmBBX19可與ABA信號途徑的主要組分CmABF3相互作用,以抑制這些下游基因的表達。因此,基于以上研究結果,研究人員提出了BBX19-ABF3模塊通過ABA依賴性途徑調控菊花耐旱性的分子機制。(The Plant Journal

    多組學聯合分析闡明有機氮在農業生產中的關鍵地位
    土壤日曬(soil solarization, SS)是一種環保型的耕作措施,可以通過太陽能消滅土傳病原菌并可以在不使用農藥的前提下清除雜草。近日,科學家結合代謝組學、離子組學、微生物組學及表型組學等方法,揭示了農業生態系統對不同耕作措施的響應特征并確定了土壤日曬促進作物產量形成的關鍵因素,闡明了有機氮在農業生產中的關鍵地位。該研究首先在小松菜上進行了栽培試驗,分析發現,不同處理間的土壤無機氮濃度沒有顯著差異,但是土壤日曬處理會引起而土壤有機氮含量在播種期的短暫消耗以及在收獲期的富集,這一發現顛覆了先前對無機氮在農業生產中核心地位的普遍認知。此外,該研究還表明土壤日曬會在門水平上影響根際細菌特定群落的組裝,比如phyla Firmicutes等植物生長促生菌在土壤日曬后會發生富集。該研究還表明,特定的有機氮如丙氨酸和膽堿可以作為氮源或生物活性物質促進植物生物量的形成。該研究結果在農業生態系統水平上為未來的可持續性農業發展提供了潛在解決方案。(PNAS

    在花器官身份基因與靶基因間的調控進化研究中取得新進展
    植物花器官的類型(如萼片、花瓣、雄蕊和心皮等)有限,但在大小、形狀、結構和顏色等方面表現出豐富的多樣性。鑒定和比較不同物種中花器官身份基因的靶基因,是理解花器官共性和特性形成分子機制的關鍵。近日,研究人員以毛茛科藍花耬斗菜(Aquilegia coerulea)為材料,利用ChIP-seq技術和生物信息學方法,鑒定了花瓣身份基因AqAP3-3的靶基因。該研究發現,AqAP3-3在基因組上結合的保守序列(基序)為CArG box類型,多數位于靶基因啟動子區;AqAP3-3與擬南芥AP3共享的靶基因是進化上高度保守的靶基因,主要決定花瓣身份相關的性狀;進化上不保守的靶基因大多參與特有性狀的形成,如藍花耬斗菜的距、蜜腺、表皮毛和花瓣顏色等。這些結果說明花瓣身份基因在不同物種中對已有調控網絡的招募或新調控關系的建立,是花瓣形態結構多樣化的主要原因。該研究結果不僅是理解花瓣共性和特性的基礎,而且為研究花器官身份基因與靶基因間的調控進化提供了新思路。 (New Phytologist

    揭示PIFs參與植物庇蔭反應的新機制
    近日,科學家解析了庇蔭下PIFs通過抑制生長素抑制因子AUXIN RESPONSE FACTOR 18(ARF18)增強生長素信號促進下胚軸伸長,此外,PIFs通過抑制QQS的表達限制庇蔭下蔗糖向蛋白質轉化進而抑制葉片面積。該研究發現,生長素響應抑制因子AUXIN RESPONSE FACTOR 18(ARF18)受庇蔭誘導,在pifq突變體中誘導更強。通過CRISPR-Cas9技術獲得的ARF18突變體在庇蔭下有較長的下胚軸,并且arf18/pifq五突變體能部分恢復pifq突變體短的下胚軸表型,相反,在庇蔭下ARF18過表達有更短下胚軸。通過轉錄組測序分析發現QQS為PIFs和ARF18共同調控的下游靶基因,庇蔭反應抑制QQS基因的表達依賴PIFs和ARF18,進一步發現在庇蔭下QQS RNAi有更小的葉片面積,并且能夠部分恢復pifq突變體中葉片面積對庇蔭處理的不敏感性,對淀粉和蛋白質含量測定也證明PIFs和ARF18抑制QQS表達來影響庇蔭條件下蔗糖向蛋白質的轉化,然而改變的QQS表達水平沒有影響庇蔭對下胚軸伸長的影響。綜上所述,該研究揭示了在庇蔭條件下 PIFs通過調控ARF18和QQS分別參與對下胚軸和葉片面積的調控機制。(New Phytologist

    揭示茉莉酸在月季灰霉病抗性中的作用機制
    灰霉病能夠引起多種植物幼苗、果實及儲藏器官的腐爛,也是月季生產中的常見病害。近日,科學家研究揭示了茉莉酸在月季灰霉病抗性中的作用機制,為月季栽培生產中灰霉病的防治以及抗病分子育種提供了新思路。該研究發現,外源噴施JA可以提高月季對灰霉病的抗性,通過轉錄組測序篩選到月季在JA噴施和灰葡萄孢菌接種后協同上調基因367個和下調基因706個,代謝路徑分析顯示月季主要是通過平衡主生代謝和次生代謝來啟動自身的免疫反應,而且,MYB家族轉錄因子在其中具有主導的協調功能。遺傳學證據進一步表明,月季RcMYB84和 RcMYB123基因是JA路徑和灰霉病抗性之間的連接點。JA信號途徑的受體復合體的主要成員JAZ1蛋白和RcMYB84、RcMYB123蛋白之間可以兩兩互作,從而能抑制了自由形式的RcMYB84和RcMYB123蛋白量及其功能的正常發揮。同時,JAZ1- RcMYB84以蛋白復合體的形式綁定RcMYB123的啟動子而抑制其轉錄,JA誘導的JAZ1蛋白降解可以釋放RcMYB84、RcMYB123,順序激活下游相關抗病基因表達,啟動月季的灰霉病抗性。(The Plant Journal

    利用植物激發子肽提高馬鈴薯對根結線蟲的抗性
    根結線蟲是一種遍布全球范圍的農業害蟲,每年可造成數十億美元的農業經濟損失。近日,研究人員綜合考慮植物防御激發子和細菌分泌線蟲特異性肽兩種理論,研究了細菌分泌Peps對馬鈴薯抗根結線蟲能力的影響及其作用機制。該研究表明,StPep1預處理可以減少根結線蟲對馬鈴薯造成的傷害。進一步研究表明,分泌StPep1的枯草芽孢桿菌預處理可以有效提高馬鈴薯植株對奇特伍德根結線蟲的抗性,但不影響馬鈴薯根系和地上部生物量。這為馬鈴薯根結線蟲的商業化防控提供了新思路。此外,研究還對StPep1在馬鈴薯抗根結線蟲過程中的作用方式進行了研究,結果發現StPep1激發的信號傳導需要茉莉酸受體的介導但與水楊酸信號無關??傊?,該研究表明StPep1處理馬鈴薯根系可以引起基因表達的局部和系統性響應,從而提高其對根結線蟲感染的抗性。該研究還通過改良枯草芽孢桿菌使其分泌StPep1,從而可提高對根結線蟲的抗性,這對馬鈴薯根結線蟲的防治具有重要啟示。(Nature Plants

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