生物技术前沿一周纵览(2015年9月11日)

2015-09-11 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

水稻花器官发育分子调控机理
 
水稻具有独特的花形和生殖器官,其形态建成和后续发育直接影响到物种的后代繁殖。根据花器官特征确立的花发育的ABCDE模型中,E类基因的功能较为复杂,它不仅是花器官特征基因,而且具有花分生组织决定性。OsMADS1是水稻中的一种SEPALLATA-like MADS-box基因,属于E类基因。研究揭示,OsMADS1具有决定水稻各轮花器官形成的功能,并在花分生组织决定中发挥重要功能。研究人员研究了OsMADS1与B、C和D类基因的遗传互作,以及蛋白间的物理互作。证实OsMADS1与OsMADS3之间的物理和遗传互作是花分生组织活性维持及花器官形成的必要条件;而OsMADS1在物理上和遗传上与OsMADS58互作调控了花分生组织决定,及抑制了小穗分生组织反转。这些研究结果揭示出,OsMADS1在决定水稻花器官形成和分子组织决定中发挥了多种调控功能,其有可能是通过与不同的花同源异型调控因子进行遗传和物理互作来实现。(Molecular Plant
 
 
叶绿素合成途径中重要酶结构解析
 
叶绿素是植物光合作用吸收和传递光能的最主要色素,叶绿素的生物合成途径涉及一系列酶促反应。其中镁螯合酶由ChlH、ChlI和ChlD三个亚基组成。中科院植物研究所研究人员解析了光合蓝细菌集胞藻ChlH的2.5 Å分辨率结构,发现它可以分为6个结构域,形似一个沙槌。蛋白N端的两个结构域构成槌柄,其余4个结构域构成一个大致球形的槌头。在第3和第5个结构域之间,包含了一个能够容纳原卟啉的空腔,该空腔的氨基酸非常保守,推测它就是镁螯合酶的活性中心。位于第3个与第5个结构域之间的一个丙氨酸的缬氨酸突变体对应于拟南芥的“基因组解偶联”表型5(genomes uncoupled 5, GUN5)的突变,因此ChlH也被称作GUN5。研究人员推测该突变造成第3个与第5个结构域之间的阻碍,导致酶的活性降低。集胞藻ChlH/GUN5的结构是第一个高分辨率的镁螯合酶催化亚基结构,为深入研究这样一个复杂的酶的催化机理打下了基础。(Nature Plants)。
 
 
重要植物肽激素的结构生物学研究
 
植物肽类激素,同植物经典激素一样,对植物体的生长发育等生理活动具有重要的调控作用。PSK是较早被发现和研究的一种含两个酪氨酸磺化修饰的五肽激素,在植物的生长发育、抗逆和先天免疫等方面有广泛调控作用。PSK发挥活性是通过与细胞膜上的受体激酶PSKR结合来发挥功能。但PSK被受体PSKR识别的分子机理以及后续的受体激活机制还需要阐明。研究人员通过解析PSKR胞外区结合PSK的复合物结构,阐明了PSKR胞外区通过其岛区来识别PSK的分子机理。深入的结构分析提示SERK家族成员可能作为共受体参与PSKR的受体激活,体外生化实验初步证实了这一假设,同时利用植物体内生化和遗传学的方法最终证明了这一假设。这也是通过结构生物学提示找到PSK信号转导通路上的新成份。通过解析和对比分析PSKR-PSK-SERK三元复合物结构和单独的PSKR结构,揭示了PSK通过诱导原本无序的受体PSKR岛区产生与共受体SERK结合的新界面从而别构激活受体PSKR的新机制。(Nature
 
 
揭示亚硝基化与生长素信号传导调控机制
 
生长素(auxin)是首个被鉴定的植物激素,也是最重要的植物激素之一,在植物的整个生命周期中起着至关重要的作用。一氧化氮(nitric oxide , NO)是一种广泛分布于生物体的气体活性分子,它具有多种生理功能。这些分子都与植物的信号传导与调控过程相关。研究人员在研究S-亚硝基化在拟南芥生长素生理过程中的作用时发现,拟南芥GSNOR1功能缺失突变体gsnor1-3的亚硝基化水平明显高于对照Co1-0。在gsnor1-3根部DR5-GUS/DR5-GFP积累水平明显降低;生长素诱导的AXR3NT-GUS的降解在gsnor1-3根中也明显延迟。结果表明,S-亚硝基化和GSNOR1介导的去亚硝基化有助于生长素参与的生理过程,gsnor1-3突变体表现出的一系列表型和向地性缺陷是由于生长素信号传导及生长素运输受损所致。(Molecular Plant)
 
 
植物免疫新机制
 
植物通过细胞表面免疫受体识别来自于病原微生物的分子,激活天然免疫;而病原微生物通过向植物细胞分泌效应蛋白,抑制天然免疫反应;植物通过进化,利用动植物中保守的、定位于胞质的NLR类型的免疫受体识别效应蛋白,重新激活免疫反应。研究人员发现,来自黄单胞杆菌的效应蛋白AvrAC能够对其靶标蛋白BIK1进行UMP修饰从而抑制了细胞表面受体介导的天然免疫信号转导。对PBL2的修饰对细菌致病毫无益处,而植物则把对PBL2的修饰作为细菌入侵的信号,激活胞内的免疫途径。因此PBL2执行了一个“诱饵”的功能,使得植物能够特异识别细菌,获得抗病性。该研究建立了植物识别效应蛋白AvrAC的一个完整的信号通路,并揭示了植物NLR蛋白依赖于支架蛋白间接识别效应蛋白的新机制。(Cell Host Microbe
 
 
5-醛基胞嘧啶测序新技术
 
5-甲基胞嘧啶修饰(5mC)是真核细胞基因组中最为重要的表观遗传修饰之一。5mC可以在TET家族酶的作用下,逐步氧化生成5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)、5-醛基胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC);后两者也可以被TDG糖基化酶所识别并切除。研究人员通过化学生物学的手段,利用一种小分子化合物对5fC的特异性化学标记,发展了不依赖于亚硫酸氢盐处理的5fC单碱基分辨率测序技术:fC-CET (Cyclization-Enabled C-to-T Transition of 5fC)。利用这一技术,该研究成功实现了小鼠胚胎干细胞中5fC的谱图鉴定,同时发现5fC富集的区域比5hmC富集的区域更为活跃。由于这一技术不对基因组DNA造成明显降解,fC-CET也将适用于小量、珍贵核酸样本的分析与测序。(Nature Methods)
 
 
CRISPR技术应用于基因克隆。
 
基因克隆是分子生物学研究的一个重要步骤。传统基于PCR的克隆方法往往受到序列长度和DNA模板GC含量的限制,大片段基因的克隆非常困难。向导RNAs可以引导CRISPR-Cas9核酸酶来切割靶DNA的特异序列。相比于传统的限制性酶有着限制为4~8 bp的固定识别位点,使用长的(~20 bp)、可编程的前间隔序列来作为识别位点,可为Cas9核酸酶系统提供高度的靶向特异性和通用性。基于此,研究人员开发出一种通用的基因组编辑工具,其能够一步靶向克隆几乎任意的、长达100kb的长细菌基因组序列。在体外借助于RNA引导的Cas9核酸酶在两个指定位点从细菌染色体中切下目标基因组片段,然后通过Gibson组装将其连接到克隆载体中。这一技术可成为目标克隆大基因簇一种有效的分子工具。(Nature Communications
 
 
新的单细胞测序全基因组扩增方法
 
单细胞研究是当前生命科学研究的重要方向之一。许多关键的生命活动,都和细胞间的个体差异密切相关。在单细胞的基因组学研究中,由于DNA的含量极少,先需要通过全基因组的扩增技术将DNA进行扩增。在扩增过程中,由于扩增的不均匀性和酶的拷贝错误,扩增后的DNA和原始的DNA会有很大的区别,从而导致对单细胞DNA拷贝数和关键碱基突变信息的错误判定。来自北京大学的研究人员了开发了一种用于单细胞测序的全基因组扩增新技术——乳液全基因组扩增,简称“eWGA”。该方法与已有的类似技术相比,大幅度提高了扩增的均匀性和准确性,可以同时检测出单细胞中的小片段拷贝数变异(CNV)和高精度的单核苷酸变异(SNV),该方法还具有基因组的高覆盖率并且能降低外源污染。eWGA成为目前综合指标最好的单细胞全基因组扩增技术。(PNAS)
    

来源:基因农业网

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