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    生物技術前沿一周縱覽(2020年7月19日)

    2020-07-20 22:28 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽

    鑒定到植物中首個調控支鏈氨基酸合成的轉錄因子
    支鏈氨基酸(BCAA)是人體必需氨基酸,在植物生長發育中發揮重要作用。近日,科學家研究鑒定了植物中首個調控支鏈氨基酸合成的轉錄因子,揭示了水稻中支鏈氨基酸生物合成調控的機制。該研究分析了520份水稻核心種質材料葉片BCAA的含量,通過全基因組關聯分析(GWAS)鑒定了一個調控BCAA的轉錄因子OsbZIP18。進化樹結果顯示,OsbZIP18是擬南芥光信號調控因子AtHY5的一個同源基因。研究發現,水稻葉片BCAA水平與OsbZIP18轉錄的表達量正相關,且OsbZIP18可通過直接結合到BCAAs合成基因OsBCAT1(OsBCAT1)和OsBCAT2的啟動子上,正調控支鏈氨基酸的合成。進一步研究發現,氮素缺乏誘導BCAAs的含量是依賴于OsbZIP18的。(New Phytologist

    揭示環核苷酸門控離子通道蛋白在介導水稻溫敏中的作用

    水稻屬于溫敏植物,對高溫和低溫脅迫極其敏感,溫度脅迫給水稻的正常生產造成嚴重威脅??寺∷緶孛粽{控基因,研究基因的調控機制,對于水稻培育耐高溫和低溫的品種具有重要意義。近日,研究人員建立了一條從溫度脅迫信號識別到鈣離子通道激活的植物溫敏信號傳導途徑。通過CRISPR/Cas9基因編輯技術我們產生了編碼環核苷酸門控離子通道蛋白基因OsCNGC14和OsCNGC16的突變體。溫度脅迫處理發現OsCNGC14和OsCNGC16對水稻的耐熱性和耐冷性均具有正調控作用。OsCNGC14和OsCNGC16在溫度脅迫誘導的細胞質鈣離子內流調控方面發揮重要作用,OsCNGC14和OsCNGC16基因突變會顯著降低或消除溫度脅迫誘導的細胞質鈣離子內流。該研究建立了一條從溫度脅迫信號識別到鈣離子通道激活的植物溫敏信號傳導途徑,揭示了環核苷酸門控離子通道蛋白OsCNGC14和OsCNGC16在介導細胞質鈣離子升高和水稻溫敏中的作用,為水稻耐高溫和低溫育種提供了基因資源和理論基礎。(Plant Physiology

    利用CRE/LOX系統分析植物根發育和根再生的細胞譜系
    種子植物的根系包括胚胎來源的主根、起始于根的側根以及起始于非根器官的不定根。近日,研究人員利用CRE/LOX系統對不同類型根的發育和再生過程進行了細胞譜系的追蹤。CRE/LOX系統在動物發育研究中被廣泛應用,近年來也引入到植物發育的研究中。該研究利用根原基和根尖干細胞龕特征基因WOX5 的啟動子驅動CRE/LOX系統,并通過兩個構建實現細胞譜系的追蹤。第一個構建中,WOX5 啟動子驅動CRE-GR融合基因的表達,CRE-GR蛋白在誘導劑DEX的作用下進入細胞核內。第二個構建由35S 啟動子驅動LOX-GFP-ter-LOX-GUS-ter。入核的CRE-GR蛋白可以使LOX 序列發生重組,重組后細胞中的GUS基因即可持續表達,標記出曾經表達過WOX5 的細胞及其子代細胞。利用該系統,發現擬南芥離體葉片再生出的不定根和主根上起始的側根都來源自表達過WOX5 的根原基細胞,而在主根的胚后發育過程中,WOX5 表達的干細胞龕補充了部分維管細胞和根冠細胞。CRE/LOX系統為解析植物根器官起始和再生中的細胞譜系問題提供了解決方法。(aBIOTECH

    揭示植物根伸長的細胞學機制
    FERONIA(FER)屬于長春花類受體激酶家族,是目前研究的熱點受體激酶之一,其配體是多種RALFs短肽。近日,研究人員首次揭示了植物分泌肽RALF1通過其受體FER蛋白調控植物根伸長的細胞學機制。該研究首先運用熒光蛋白標記技術,對FER以及多種內涵體標記蛋白雙色活體標記、單分子成像和單顆粒追蹤,并結合蔗糖密度梯度離心法,對細胞膜上FER-GFP的時空動態、聚合狀態以及分布進行了分析。研究發現,RALF1處理能促進FER-GFP在細胞膜筏內的積聚,并降低FER-GFP在細胞膜上的擴散范圍和擴散系數,但不影響FER的同源寡聚化狀態。研究人員發現RALF1處理顯著提高FER與CLC的相關系數,并促進FER-GFP的胞吞。重要的是,RALF1-FER互作還能促進細胞膜蛋白PIN2和BRI1的胞吞。當Clathrin介導的胞吞途徑受到抑制時,RALF1引起的根伸長抑制現象減弱,但并不影響RALF1引起的FER-GFP在細胞膜上的運動狀態改變以及早期信號傳遞。由此,該研究揭示了RALF1-FER互作促進多種細胞膜蛋白的胞吞是RALF1抑制根伸長的重要細胞學機制。(Development

    揭示表觀遺傳狀態轉換的分子機制
    春天萬物復蘇,百花盛開,這得益于花草樹木在嚴寒冬季的春化作用。春化作用之所以能夠發揮著如此重要的作用,這又得益于在低溫條件下,植物基因的表觀修飾在默默地發生著變化,從而調控相關基因的表達。目前關于表觀調控與春化作用,研究比較深入的是對擬南芥明星基因FLC 的調控。近日,科學家研究報道了一個具有去甲基化活性的PRC2 的輔助蛋白,ICU11,并進一步揭示了組蛋白修飾活性的物理耦合,在促進相反染色質狀態之間的表觀遺傳轉換方面具有重要作用。該研究表明,在FLC中,冷誘導的從激活的H3K36me3狀態到沉默的H3K27me3狀態之間的表觀遺傳轉換需要ICU11 的參與。研究通過對突變體icu11-3 的分析,發現ICU11 是一個去甲基化酶,并且主要參與影響活性組蛋白標記H3K36me3。ICU11是冷誘導條件下,FLC 相互排斥的兩種染色質狀態(激活的H3K36me3狀態和沉默的H3K27me3狀態)之間的表觀遺傳轉換所必需的。這些結果進一步說明了,組蛋白修飾的物理耦合在促進相反染色質狀態之間的表觀遺傳轉換具有重要的意義。(PNAS

    發現調控水稻小穗發育的新基因
    綠色革命期間,株高和分蘗的遺傳改良使糧食產量顯著提高,而改變花序或小穗形態是進一步提高產量的重要目標。近日,科學家研究克隆了一個新的調控水稻小穗基因MOF1 (MORE FLORET1), 解析了水稻小穗內小花數目的調控機制,為“多花小穗”分子設計育種奠定了基礎。研究人員通過EMS誘變分離得到了一個新水稻小穗突變體more floret 1 (mof1)。mof1突變體小穗趨向于形成兩朵小花,揭示了MOF1參與小穗分生組織確定性的調控,其突變導致小穗內小花數目增加,獲得形成多花/籽粒小穗的潛力。此外,mof1小穗的護穎有不同程度的伸長,發生向外稃同源轉變。深入研究表明,MOF1基因編碼MYB結構域蛋白與TPR蛋白互作抑制DL和OsMADS6的表達進而影響了小穗確定性及護穎發育。該研究提出了一條新的增加“每穗粒數”的方法和觀點,為培育“多花小穗”水稻品種提高每穗粒數,進而提高產量奠定基礎。這些發現為水稻高產分子設計育種提供了新思路和新的基因資源。(Plant Physiology

    揭示大豆根瘤中磷穩態調節機制
    氮磷是植物生長必需的兩大營養元素,生物固氮是農業系統中重要的氮素來源之一,根瘤是豆科植物生物固氮的主要場所,維持根瘤中的磷穩態是根瘤正常發育和固氮的關鍵。近日,研究人員發現了大豆通過組織特異性表達的PHR-PHT1模塊維持根瘤中磷穩態的調節機制。該研究鑒定了一個大豆磷轉運載體(GmPHT1;11)和四個磷脅迫響應因子(GmPHR1~GmPHR4),它們在根瘤的不同組織中顯示出特定的表達模式,先前報道的GmPHT1;1和GmPHT1;4 在根瘤中也有類似的組織特異性表達。通過研究證實在根瘤中磷脅迫響應因子與磷轉運載體之間存在復雜的網絡調控關系。該研究建立了大豆根瘤中磷轉運載體和磷脅迫響應因子(GmPHR-GmPHT1)的調節模型,二者通過相互交叉的調控方式,在根瘤固氮區和非固氮區形成了多樣的調控網絡。這些相對獨立又相互影響的GmPHR-GmPHT1調節模塊共同維持根瘤中磷的動態平衡,從而調節根瘤的發生和發育。該研究結果拓寬了我們對大豆磷穩態調節機理的理解,為大豆的氮磷高效分子育種提供新的理論基礎。(Plant Physiology

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