生物技术前沿一周纵览(2014年10月24日)

2014-10-24 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

 植物适应氮环境变化的巧妙机制

 
植物通过根部从土壤中吸收硝酸离子等物质,由于土壤中硝酸离子的分布并不均匀,植物需要根据每条根所处的环境调整吸收量,从而使整个植株吸收的硝酸离子量保持最佳水平。通过分析植物拟南芥基因,研究人员发现在拟南芥根部存在肽类激素分子CEP,而在叶片中则存在着CEP的受体。如果拟南芥根部感觉到氮特别少,CEP的表达就会随之急剧上升,并通过植物导管传递给地上部分的叶片,叶片中的CEP受体接收CEP信号后,会向整个植株发出“缺氮”的信号,这种信号传递到根部,促使周围环境中尚存留着氮的根更好发挥作用,加紧吸收硝酸离子中的氮而弥补因一部分根的“氮饥饿”导致的养分不足。所有植物都应该具备这种适应氮环境变化的巧妙机制。如果能够加强植物体内这种信号传递的功能,就能够更好地吸收氮,从而培育出以最小限度的氮肥就能实现正常生长的农作物。(Science
 
 
乙烯和茉莉酸途径介导环境信号的整合
 
一项研究通过生物信息学分析发现同时受到乙烯和茉莉酸途径调控的ERFs转录因子有可能是NRT1.8的直接上游因子。并且证实NRT1.8受到逆境诱导的乙烯和茉莉酸通路的协同调控进而上调表达,而NRT1.5也受到同样的调控从而下调表达。EIN3/EIL1在此过程中位于ERFs的上游起着整合乙烯和茉莉酸信号的作用,而且还作为NRT1.5的直接上游调控乙烯介导的NRT1.5表达。NRT1.5受茉莉酸的下调则受未知因子调控。进一步研究表明,SINAR在植物的逆境耐受和生长发育之间起着一个平衡器的作用,而且该调节作用依赖于硝酸还原酶。乙烯和茉莉酸途径及其调控的硝酸盐转运蛋白共同组成一个功能模块,从而调控逆境下硝酸盐在体内的再分配过程,回答了硝酸根再分配与不同环境信号整合的问题,并加深了人们对于植物如何在逆境耐受性和生长发育间平衡的机理的认识。(Plant Cell
 
 
发现水稻中乙烯通过ABA途径调控根生长
 
研究人员根据水稻黄化苗乙烯反应建立了一个快速高效的突变体筛选体系,并利用该体系分离鉴定了一系列水稻乙烯反应突变体mhz。其中mhz4呈现根顿感而胚芽鞘过敏感的乙烯反应表型。图位克隆发现MHZ4 编码OsABA4蛋白,可能参与调控脱落酸(ABA)合成途径中紫黄质向新黄质的转化。MHZ4 突变造成ABA缺失因而导致其乙烯反应异常;MHZ4 过表达水稻幼苗呈现与突变体完全相反的乙烯反应表型。在水稻根中,MHZ4 介导的ABA途径作用于乙烯信号通路下游,乙烯信号上调MHZ4 表达并特异地促进根中ABA的积累从而抑制根的伸长生长。在胚芽鞘中,MHZ4 介导的ABA途径作用于乙烯信号通路上游,至少通过抑制OsEIN2 的转录来负调控胚芽鞘乙烯反应。此外,mhz4 突变也影响了水稻的多个农艺性状,包括高位分蘖和节上不定根的发生等。这项研究首次揭示了水稻中乙烯通过ABA途径来调控根系生长,为探究乙烯信号对水稻等作物重要生长发育过程的调控机制提供了新线索。(PLoS Genetics
 
 
系统发育对植物元素含量的影响
 
华南喀斯特地区是一个全球生物多样性热点地区,喀斯特植物是我国植物多样性和特有性的重要组成部分。通过对华南苦苣苔科植物叶片及其对应土壤元素含量特征分析,在系统发育的框架下,研究了系统发育、土壤和气候条件对植物元素含量的影响及元素之间的互作关系。研究结果发现,系统发育、土壤和气候条件对植物元素含量均有影响,但其程度决于系统发育尺度:在苦苣苔科的水平上,叶片元素含量具有强烈的系统发育信号(或系统发育生态位保守性),即系统发育对植物元素含量具有显著的影响;而在报春苣苔属的水平上,叶片元素含量没有明显的系统发育信号,即系统发育对植物元素含量的影响不显著。此外,该研究还揭示华南苦苣苔科植物在科的水平上具有强烈的土壤和气候系统发育生态位保守性,而在报春苣苔属水平上大部分土壤因子没有系统发育生态位保守性,但气候因子具有系统发育生态位保守性。(Functional Ecology
 
 
食源性欺骗传粉和环境因子对濒危植物药山虾脊兰结实率的影响研究
 
科研人员对分布在云南东北部药山的极度濒危植物药山虾脊兰(Calanthe yaoshanensis)种群开展了为期三年的传粉生态学和繁殖生态学研究,并整合气候变化、人为因素和植食昆虫的啃食行为等环境因子,讨论生物和非生物因素对其结实率的影响。繁育系统实验显示药山虾脊兰自交亲和,人工自交和异交授粉都能100%结实,但存在自交衰退。自然状态下结实率较低(小于22%)。蜂蝇和密林熊蜂是药山虾脊兰的主要传粉昆虫,并首次发现食蚜蝇是虾脊兰属植物的传粉昆虫,药山虾脊兰不为传粉昆虫提供任何形式的报酬,为泛化的食源性欺骗,主要通过鲜艳的花展示和浓郁的花气味吸引昆虫的访问。然而,两种传粉昆虫的传粉效率都很低,花粉块移出率为27%~45%,授粉率仅有15%~22%。损失的花粉块的比例达到43%~51%,即将近有一半的花粉块在传粉过程中丢失。研究表明,欺骗性传粉和多种环境因子是该植物的极小种群结实率低的原因,低效率的传粉系统可能是对局域环境适应的结果,欺骗性兰科植物的进化可能不是协同进化的过程,而是非对称的环境依赖的进化途径。(Botanical Journal of the linnean Society
 
 
细胞形态由谁定?
 
发育中的细胞具有各种各样的形态,如何生成如此精确模式化和有组织的生物体的,物理互作和基本几何学原理或许起关键作用。研究人员利用数学工具描述了肥皂泡相互作用来指导他们的研究,这是因为与肥皂泡类似,在发育的早期,当组织细胞稀少时,细胞伸展呈扁平的烙饼样形状。当组织变得越来越拥挤时,细胞挤压在一起,变成了立方体形,最终呈柱状。利用成像和追踪软件,能够在发育胚胎中监测单个的细胞。发现细胞的形状控制了细胞分裂的方向。研究人员的计算模拟显示,其他的参数如表面积和组织中的细胞数并不会影响细胞形状或分裂方式,这表明在进化过程中这些反馈机制有可能也促进了适应性,如果一个物种进化生长出更大或更小的卵子,这一细胞形状阈值机制仍然会调控发育组织维持它们正常的形态和功能。(Cell
 
 
金银花煎剂可对抗甲流病毒

一项研究揭示了一种植物微小核糖核酸(MIR2911)直接靶向甲型流感病毒,包括H1N1、H5N1和H7N9等。研究人员发现MIR2911能在金银花煎剂中选择性地富集,且小鼠饮用金银花煎剂后,MIR2911能被递送进入血浆和肺部组织中。他们同时证实MIR2911可通过靶向流感病毒复制必需的两种基因——PB2 和 NS1,抑制多种流感病毒;而且人工合成的MIR2911与金银花煎剂中的内源性MIR2911都能有效保护动物免受H1N1感染,且这种保护作用依赖于MIR2911在PB2或NS1基因上的结合位点。MIR2911还能有效抑制流感病毒 H5N1 和 H7N9的复制,预示其具广谱抗甲流效果。(Cell Research
 
 
天然PPAPs类化学成分研究
 
天然多环多异戊烯基取代间苯三酚类化合物(Polycyclic Polyprenylated AcylPhloroglucinols,简称PPAPs)是一类具有聚酮和异戊烯基复合生源途径的特殊结构天然产物;也是藤黄科植物独有的特征性化学成分。研究人员先后在金丝桃属植物芒种花(西南金丝桃, Hypericum henryi)和匙萼金丝桃(Hypericum uralum)的研究中再获PPAPs重要进展。其中由芒种花中发现一系列新骨架 PPAPs 类合物,生源上这些化合物均应源自以贯叶金丝桃素为代表的桥环 PPAPs 类化合物;在研究中结合计算化学与 X-ray 单晶衍射的方法确定了其绝对构型,并对不同骨架化合物的生源途径做出了合理的推测。在对匙萼金丝桃的研究过程中发现了两个结构新颖的 PPAPs 类化合物。这两个化合物均具有十分刚性的笼状核心骨架,在生源上均应源自单环异戊烯基取代间苯三酚类化合物的环合。(Organic Letters
 
 

来源:基因农业网

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