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    生物技術前沿一周縱覽(2020年6月28日)

    2020-06-30 16:37 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    科學家發現綠色植物的第三個門類——華藻門
    界-門-綱-目-科-屬-種,是目前公認的生物學分類系統。綠色植物現分為兩大分支:鏈型植物(包含輪藻門和所有的有胚植物)和綠藻門。近日,科學家研究發現了綠色植物一個全新的門類,并用“華”來命名,將綠色植物從2個門類增加為3個門類,并且證明了華藻門為最早分化的綠色植物分支。該研究首先獲得了一個無任何gap的染色體級別基因組,通過分析對比,確定了該物種屬于綠色植物最早分化出來的一個新門類——華藻門Prasinodermaphyta,與已知的鏈型植物分支和綠藻門分支為姐妹關系。此外,研究還發現其基因組可以編碼大量不同種類的補光蛋白(LHC),這些基因的擴張保證了它在深海中依然可以通過光合作用獲取足夠能量來維持正常生命代謝。不僅如此,Prasinoderma coloniale也擁有獨特的碳濃縮機制——同時擁有C3和C4兩種機制的使其能夠高效的進行碳濃縮以適應深海的低二氧化碳環境 。該研究通過比較基因組學揭示了其代謝的進化和環境適應機制,對認識整個綠色生命系統起源具有重要的理論和實踐意義。(Nature Ecology & Evolution

    病原真菌核盤菌提高對十字花科植物致病力的新機制

    核盤菌可以對包括十字花科植物在內的全球400多種植物引起白霉病,而十字花科植物體內具有氨基酸衍生的硫代葡萄糖苷(GLs),當細胞或組織受到損傷時,GLs被β-硫代葡萄糖苷葡糖水解酶激活,產生有毒的異硫氰酸鹽(ITC)和氰基衍生物。近日,科學家在擬南芥中研究了GLs在植物與核盤菌(Sclerotonia sclerotiorum)中的相互作用以及真菌在侵染過程中規避GLs的代謝機制。該研究表明ITC而非GLs在植物抵抗核盤菌侵染中發揮重要作用,核盤菌侵染初期誘導了GL-ITC的產生,但后期真菌對ITCs進行分解。進一步研究表明,核盤菌可以通過兩個ITC轉化途徑(硫醚氨酸共軛途徑和水解降解途徑)降低ITC,但主要依賴直接水解途徑。該研究還在擬南芥和十字花科植物中進行了驗證,發現ΔSsSaxA突變體對植物的侵染及致病能力顯著降低。結合以往的研究,科學家推測核盤菌中兩條途徑共存,共軛途徑用于快速的脫毒適應,而水解途徑則是更為長期的解毒策略。該研究為十字花科植物的真菌病害防控提供了新的研究思路。(Nature Communications

    共生固氮中的NCR肽在抗真菌中的作用機制
    紫花苜蓿是一種IRLC( inverted repeat-lacking clade )分支的模式豆科植物,可以與革蘭氏陰性菌Sinorhizobium meliloti形成固氮內共生關系,研究表明這主要依賴于體內的NCR肽。高濃度NCR247對共生根瘤菌有抗菌活性而低濃度條件下則具有誘導作用,最近的臨床醫學研究表明大部分陽離子NCR肽比如NCR044具有抗人體真菌白色念球菌的潛力。近日,科學家研究揭示了NCR044肽的結構及其抗真菌的作用機制。該研究首先在紫花苜?;蚪M中鑒定編碼NCR044的同源基因,NCR044和NCR473,并且發現它們在非定型根瘤發育過程中表達。該研究發現,NCR044可以與真菌細胞壁和細胞膜結合,并與質膜磷脂相互作用,從而侵入或內吞進入細胞質中,并最終在細胞核中積累。該研究最后還在收獲后的萵苣葉和玫瑰花瓣以及生長中的番茄和煙草中驗證了NCR044肽的作用,發現NCR044噴施可以提高這些植物對灰霉病的抗性,充分表明NCR044作為肽類殺菌劑的潛力??傊?,該研究揭示了NCR044的三維結構特征及其在抗真菌病原體中的作用機制,該研究為NCR肽類噴霧抗真菌產品的開發奠定了基礎。(PNAS

    科學家揭示大麥耐鹽調控新機制

    土壤鹽害是全球作物生產面臨的主要非生物脅迫,而Ca2+信號及其結合蛋白介導的鹽響應信號轉導途徑一直是植物耐鹽分子調控機理研究的熱點。近日,研究人員揭示了大麥鈣調蛋白HvCaM1負向調控耐鹽性的新機制,對作物耐鹽遺傳改良具有重要意義。研究團隊前期從西藏野生大麥(XZ16和XZ26等)根蛋白組中鑒定到一個響應鹽脅迫的新型鈣調蛋白HvCaM1。系統發育樹分析表明CaM1起源于綠藻,是植物中序列高度保守的Ca2+結合蛋白。作為典型的Ca2+結合蛋白,HvCaM1在大麥根的表達量高于地上部,且在根中柱和維管束組織中表達豐度較高。RNAi沉默HvCaM1基因顯著增強大麥的耐鹽性,同時降低Na+從根部往地上部的轉運。HvCaM1與一個轉錄激活因子HvCAMTA4互作,通過下調HvHKT1;5的表達減少木質部Na+向上運輸,并通過上調HvHKT1;1的表達增加Na+向根部回流,從而降低地上部Na+積累,增強大麥耐鹽性。HvCaM1和HvHKT1;5協同調控大麥耐鹽性的發現,不僅豐富了作物耐鹽理論,對大麥以及其它禾谷類作物的耐鹽遺傳改良具有重要指導價值。(Plant Physiology

    解析亞麻酸大量合成引起種子干癟的機理
    多年以來,通過基因工程手段在油料作物中過量生產不飽和脂肪酸或特殊脂肪酸會導致種子活力和含油量下降,從而制約了相關脂肪酸產量的進一步提高。近日,科學家研究解析了亞麻酸大量合成引起胚胎發育障礙的機理,為特殊脂肪酸生產提供借鑒。研究團隊通過在擬南芥中超表達來自Camlina的脂肪酸脫氫酶3 (FAD3) 基因,獲得了亞麻酸積累較高的轉基因種子(FAD3-OE)。研究表明,FAD3-OE突變體中脂肪酸合成、糖酵解及油菜素內酯合成等通路受到顯著抑制;而脂肪酸降解、內質網脅迫和氧化脅迫反應通路被激活。進一步研究發現,在FAD3-OE的遺傳背景下超表達LPAT2可顯著提高種子含油量的同時亞麻酸產量也提高了2倍以上。游離亞麻酸在超表達LPAT2株系種子中的含量大大降低,減少了對胚胎細胞的脅迫。超表達LPAT2提高了二?;视偷扔椭e累通路中的關鍵代謝物含量最終提高亞麻酸的特異積累。該研究成功突破了種子中超高亞麻酸積累引起胚胎發育障礙的技術瓶頸,也為特殊脂肪酸生產提供了借鑒。(The Plant Journal

    揭示光敏色素C調控玉米開花時間和株高的分子機制
    當植物感知鄰近植被的光競爭時就會誘發避蔭反應綜合癥(SAS),這對密植條件下的玉米產量具有負面影響。前期研究發現,紅光和遠紅光受體光敏色素負責感知擬南芥中的遮蔭信號并誘發避蔭反應綜合癥。近日,科學家研究揭示了光敏色素C參與玉米的開花時間和株高調控的分子機制。該研究分析了ZmPHYC1和ZmPHYC2的表達模式,發現ZmPHYC1(而非ZmPHYC2)在葉片中高度表達,并受到晝夜節律的調控。在光照條件下,ZmPHYC1和ZmPHYC2蛋白在細胞核和細胞質中均有存在,而且它們均可以與自身或與ZmPHYBs互作。在恒定的紅光條件下,異源表達ZmPHYCs可互補擬南芥phyC-2突變體,并減弱了遮蔭條件下擬南芥的避蔭反應綜合癥。利用CRISPR/Cas9技術創制的ZmPHYC1和ZmPHYC2雙敲除突變體在長日照條件下表現出適中的早花表型,而過表達ZmPHYC2植株的株高和穗位高則適度降低。該研究為ZmPHYC的功能提供了新的信息,為耐密植玉米新品種的培育提供了理論指導。(Plant Biotechnology Journal

    揭示菌根共生介導的植物氮素轉運途徑
    菌根真菌是土壤中一類古老的有益真菌,能夠與地球上90%以上的陸地植物的根系形成“菌根”互惠共生體,促進植物對土壤中水分和養分的吸收利用,并提高植物抵御生物和非生物脅迫的能力。近日,科學家研究揭示了菌根共生介導的植物氮素轉運途徑。該研究發現,與低磷有利于菌根共生相反,提供適度的硝態氮能夠促進旱作水稻菌根共生效率。通過15NO3-標記發現,水稻通過菌根真菌(菌根途徑)吸收的氮占到總氮的40%以上。采用轉錄組測序發現,NPF4.5及其同源基因在水稻、玉米和高粱菌根中被強烈特異誘導表達。通過在異源體系功能驗證和NPF4.5基因的敲除分析,明確了水稻OsNPF4.5是一個低親和硝酸鹽轉運蛋白,發現菌根途徑貢獻的氮大約有45%通過NPF4.5轉運。增強NPF4.5表達豐度可以顯著促進水稻生長和提高氮素吸收效率。該研究首次揭示了至少在禾本科作物中存在高度保守、高效的菌根硝酸鹽吸收途徑,為將來利用菌根共生系統提高植物氮素利用效率提供了理論依據和技術支撐。(PNAS

    揭示ABA與JA協同調控水稻種子萌發的新機制

    水稻種子的萌發與稻米品質和穗發芽抗性直接相關。近日,研究人員首次揭示了植物激素脫落酸(ABA)經由SAPK10-bZIP72-AOC通路介導茉莉酸(JA)合成,并協同抑制水稻種子萌發的分子機制。該研究發現,ABA信號傳導核心成員SnRK2類激酶SAPK10磷酸化修飾自身的Ser177位點,過表達SAPK10種子萌發延遲,對ABA超敏,而過表達SAPK10模擬去磷酸化形式(SAPK10Ser177Ala)的種子萌發對ABA敏感性下降。進一步研究發現,SAPK10可與bZIP轉錄因子家族成員bZIP72結合,并磷酸化修飾bZIP72的Ser71位點并增強后者的蛋白穩定性。磷酸化修飾增強了bZIP72結合JA合成途徑關鍵基因AOC啟動子的能力,并促進后者的轉錄,從而提高體內的JA水平并抑制種子萌發。另一方面,外施JA合成抑制劑可緩解ABA對種子萌的抑制,暗示著ABA對種子萌發的抑制效應部分依賴于JA的合成。該研究揭示了ABA通過促進JA的合成進而協同抑制水稻種子萌發的新途徑,為改良作物穗發芽抗性提供了重要理論依據。(New Phytologist



     

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