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    生物技術前沿一周縱覽(2020年6月21日)

    2020-06-22 16:59 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    揭示葉綠體鎂參與光合固碳調控的新機制
    鎂元素(Mg)是植物生長的必需元素,對光合作用至關重要。近日,科學家研究發現了葉綠體鎂的晝夜震蕩規律,通過功能分析負責水稻葉綠體鎂節律性輸入的轉運蛋白OsMGT3,進一步解析了葉綠體鎂參與光合固碳的調控過程及機制。該研究首先發現了葉綠體中自由態的鎂水平具有晝夜節律性,這與固碳酶Rubisco的晝夜節律性高度一致。該研究發現,定位于葉綠體膜上的OsMGT3轉運蛋白基因具有明顯的晝夜節律性。OsMGT3 的功能缺失突變體中葉綠體鎂的節律性震蕩顯著降低,導致Rubisco酶活以及凈光合速率的下降,最終抑制水稻生長。此外,特異性地在葉肉細胞中過量表達OsMGT3 ,可以增強葉綠體鎂的輸入以及光合固碳的能力,體現出該基因在提高光合作用上的潛能。綜上,水稻中葉綠體鎂濃度和Rubisco活性具有一致的晝夜節律性,并且節律性震蕩部分受到葉綠體膜上鎂離子轉運蛋白OsMGT3的調控。增強葉綠體鎂的輸入可顯著地提高水稻的光合效率,該研究結果為作物光合作用改良提供了一種新的思路。(Nature Plants

    在擬南芥花粉初生外壁發育調控機理研究中取得新進展

    高等開花植物花粉的表面具有物種特異性的花粉外壁紋飾,這些紋飾是由外壁組分孢粉素在花粉表面按照特定方式沉積和聚合形成的。近日,科研人員在擬南芥花粉初生外壁發育調控機理研究中取得新進展。 在該研究中,研究人員揭示了NERD1在初生外壁形成中的重要作用。他們發現nerd1突變體小孢子在四分體時期不能形成初生外壁、包裹在四分體外的胼胝質層變薄,相應地小孢子的細胞膜不能形成波浪狀彎曲。初生外壁的缺失使得孢粉素前體不能在小孢子表面正常沉積和聚合,而是堆積在花藥腔中。缺少外壁結構的小孢子后期發生降解,導致花粉敗育。減數分裂期間NERD1在花藥壁最內層的絨氈層細胞中高表達,四分體形成后NERD1移動到花藥腔和小孢子表面,研究人員推測NERD1可能參與了初生外壁組分的轉運過程。該研究為了解植物花粉外壁紋飾模板的形成機制提供了新的認識。(aBIOTECH

    發現兩個泛素連接酶,可調節NLR受體蛋白的降解

    NLR受體蛋白通常有三個結構域組成,根據N端結構域的不同,NLR可以進一步分為三種:CNL受體蛋白包含coiled-coil 結構域;TNL受體蛋白包含Toll-like Interleukin-1結構域和包含RESISTANCE TO POWDERY MILDEW 8結構域的RNL蛋白。近日,科學家研究鑒定到了兩個可以調節NLR受體蛋白的降解的泛素連接酶。該研究通過反向遺傳學鑒定到了兩個泛素連接酶(SNIPER1 和SNIPER2)。研究發現,SNIPER1 和SNIPER2可以廣泛的抑制TNL和CNL誘導的自免疫突變體的表型。進一步研究發現,SNIPER1的表達量和TNL以及CNL受體蛋白的積累呈現負相關。SNIPER1可以通過NB結構域廣泛的識別TNL 以及CNL受體蛋白,但SNIPER1對于RNL并沒有影響。體外泛素化實驗證明,SNIPER1可以廣泛的泛素化TNL以及CNL并介導它們進一步降解。因此,該研究在擬南芥中鑒定到了兩個可以廣泛介導TNL以及CNL受體蛋白降解的主效泛素連接酶,揭示了一種新的NLR降解調控機制。該機制可以抑制過多的NLR受體蛋白積累而導致的過度免疫,并可能存在于所有的雙子葉植物中,研究結果為作物抗病育種提供了新的基因資源。(The EMBO Journal

    揭示乙烯信號途徑參與調節大豆低磷脅迫響應的機制
    大豆是喜磷作物,我國大面積土壤缺磷,尤其是土壤磷素利用率低嚴重限制了大豆的生產發展。近日,科學家研究發現乙烯信號途徑是參與大豆響應低磷脅迫的重要調節機制,證明了GmETO1基因能夠通過調節乙烯合成,進而調控大豆的根系構型,并最終影響大豆對低磷脅迫的耐受性。該研究發現低磷脅迫誘導大量乙烯信號通路中相關基因的表達,進一步研究發現,過表達GmETO1可抑制根系乙烯的合成,從而促進毛狀根的增多和增長,增加磷的吸收和利用效率,進而提高大豆對低磷脅迫的耐受性。該研究揭示了乙烯信號途徑在大豆響應耐低磷脅迫過程中發揮重要作用。GmETO1通過調節乙烯合成影響大豆的根系發育,并且影響下游相關基因的表達來促進植株對磷的吸收和轉運,進而調控大豆對低磷脅迫的適應性。該研究拓寬了人們對植物響應低磷脅迫復雜調控機制的認識。(Plant Cell and Environment

    低藍光增強擬南芥向光性生長的作用機制

    自然環境下的光照是高度動態且異質的,為感知周圍光照的變化,植物已進化出復雜的光感應系統。近日,科學家在擬南芥中揭示了低藍光通過隱花色素調控植物向光性反應的機制。該研究表明低藍光是冠層陰影增強植物向光性生長的重要條件, cry1是在該過程中發揮主要作用的藍光受體。在正常光條件下,cry1會抑制植物的向光性而低藍光會降低cry1的活性從而去除對向光性反應的抑制作用。進一步研究表明phot1是cry1介導的向光性的增強所必需的。此外,低藍光導致下胚軸中的生長素信號增強,并且促進了下胚軸上的生長素信號梯度分布,這可能是造成向光性反應的原因并與生長素的合成、轉運和信號轉導有關??傊?,該研究表明降低的藍光強度會導致cry1活性降低并提高PIF表達水平,從而使植物在感知到藍光梯度時改變下胚軸中的生長素分布并促進向光性反應。該研究結果加深了我們對cry1-PIF4分子模塊在向光性調控中的理解。(Plant Physiology

    揭示植物新生RNA的剪切動力學

    內含子剪切是真核生物mRNA成熟的關鍵步驟。這一過程通常被認為主要是伴隨著轉錄發生的。近日,科學家基于Nanopore技術開發了一套針對染色質結合的新生RNA進行全基因組水平全長測序的方法,發現模式植物擬南芥中超過一半的內含子在Pol-II轉錄到其下游1 kb后尚未被剪切,這比酵母的剪切速度要慢很多。該研究開發了一種染色質結合的新生RNA全長測序方法,能捕獲包括Pol-II延伸過程中的轉錄本、已轉錄過polyA位點的 read through轉錄本、以及已完成或正在進行加A的轉錄本在內的多種RNA轉錄、剪切和加工中間體,并同時對每個RNA分子上的內含子剪切狀態、Pol-II轉錄位置、polyA位置以及polyA長度等信息進行檢測。這為研究人員追蹤并研究mRNA轉錄、剪切和加工的動態過程提供了重要的新工具。(Nature Plants) 

    在植物中建立了病原細菌基因調控網絡

    細菌致病因子的表達和植物免疫成分的變化形成了植物與微生物相互作用過程中的復雜關系。近日,研究人員利用植物體內原位細菌轉錄組及蛋白質組學技術,建立了病原細菌基因調控網絡,報道了被寄主免疫系統攻擊的病原細菌主要調控途徑,并發現了植物免疫系統能夠靶標病原菌的三型分泌系統元件,進而抑制病原細菌生長。研究表明這些早期基因表達模式的變化對侵染植物過程至關重要,此外研究還表明,受水楊酸 (SA) 調控的植物免疫參與了對細菌致病相關mRNA和蛋白質的抑制過程。研究發現SA介導的植物免疫對細菌基因和蛋白質表達的抑制具有高度的一致性。該研究進一步驗證了這些轉錄因子確實參與了相關基因的表達調控和與病原菌的致病性。該研究對分析植物與病原細菌互作的過程中,細菌遺傳信息如何轉化為功能蛋白提供了證據,為深入了解植物免疫抑制病原菌侵染的分子機制奠定了基礎。(Nature Plants

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