生物技术前沿一周纵览(2016年12月9日)

2016-12-09 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

生物技术前沿一周纵览(2016129日)

植物生长信号“接收器”

 

植物细胞被一层“坚固”的细胞壁包裹,细胞伸长需要利用氢离子使细胞壁酸化并松软才能进行,反之细胞壁碱化细胞生长就会停止。植物通过多种受体接收外来的信号,进而激发细胞内下游的信号通路,引起相应的生理生化响应,调整细胞壁的状况,从而调节植物的生长。受体激酶FERONIA能整合植物内、外多种环境信号,并能对从植物生长到逆境响应的多个过程进行调节。研究人员发现FERONIA受体激酶通过响应RALF信号,进一步招募RIPK受体激酶形成一个植物生长调节信号的“接收器”,并启动FERONIA/RIPK之间的相互磷酸化,实现信号的放大和向下传导,从而抑制氢泵活性,导致细胞壁碱化并最终抑制细胞伸长,为FERONIA成为植物分子育种的一个重要的设计靶标提供理论依据。PNAS

 

 

植物表观遗传学新成果

 

在植物中,组蛋白去乙酰化酶(HDACs)属于一个大的蛋白质家族,但是很少有人知道每个HDAC的靶标特异性是如何实现的。研究人员指出,一对含有SANT (SWI3/DAD2/N-CoR/TFIII-B)结构域的蛋白质,POWERDRESS,可特异性地与HDA9合作,使得一组基因组靶标上的组蛋白H3赖氨酸残基发生脱乙酰化作用,以调节各种各样的生物学过程。研究阐明了植物中含有SANT结构域的蛋白质和HDACs之间的功能相关性。生组蛋白乙酰化是一个重要的表观遗传调控机制,与基因表达的促进具有紧密的联系。组蛋白乙酰化水平是通过组蛋白乙酰转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)的对抗活性而得以平衡的。拟南芥HDAC基因(AtHDACs)组成了一个大的基因家族,并且AtHDACs突变体之间的不同表型反映了个体AtHDACs的功能特异性。PNAS

 

 

植物通过给病原体“断粮”防病

 

研究小组最近发现,植物被病原体感染时其细胞会增强糖的吸收活性,以此来回收细胞外的糖,阻止病原体摄取糖分。碳是构成生命体的重要元素之一,植物通过光合作用把空气中的二氧化碳合成为糖加以利用。但众多生物获得碳的途径,是通过植物及其他生物来摄取有机化合物。病菌等病原微生物感染增殖时,特别是感染植物的病原体,会吸收植物光合产物——高浓度蓄积的糖作为主要的碳来源。研究人员使用植物模型拟南芥,对植物的糖吸收与病原菌抵抗性关联进行了试验。拟南芥的糖吸收主要由STP1STP13两个糖转运蛋白进行。实验发现,与野生植物相比,STP1STP13蛋白基因被破坏的植株抵抗细菌能力下降,显示糖吸收与细菌抵抗性相关。 植物细胞识别细菌的鞭毛蛋白及菌类的细胞壁片段等带有病原微生物特征的分子后,会发动防御反应。研究小组发现,在激活拟南芥防御反应时,其糖吸收活动显著上升。植物通过发动防御反应后减少细胞外糖含量,抑制病原菌的病原性因子分泌,限制其代谢能量,从而抑制病原细菌的增殖。从此次新发现的植物防御机理可以看出,除病原细菌外,多数植物病原体都是以摄取植物的糖来作为碳源,因此,该防御机理对大多数细菌及菌类有效。以此为基础,利用提高植物糖吸收的化合物,可开发出对多种细菌有效的新型农药。(Science)

 

 

小麦面粉颜色遗传调控分子机制成功解析

 

随着生活水平的提高,消费者对面粉及面制品的品质提出更高要求,面粉颜色性状已成为小麦品质评价及遗传改良的重要内容。类胡萝卜素是其小麦籽粒中黄色素的主要组分,也是影响面粉颜色的主要因素。研究人员利用RNA干扰(RNAi)、转录组测序(RNA-Seq)及定向诱导基因组局部突变(TILLING)相结合的试验策略,对Psy1调控面粉颜色的分子机制进行探索。RNAi转基因植株籽粒Psy1表达降低54%76%,黄色素含量下降26%35%,证明Psy1对小麦籽粒黄色素合成具有重要影响。次级代谢途径和核心代谢途径上的45个候选基因构成复杂的调控网络,协同响应Psy1表达下调。天冬氨酸富集区(DXXXD)是PSY1重要功能结构域,其附近保守核苷酸通过调控基因表达、酶活性及选择性剪接等方式影响黄色素合成。花后14天是小麦籽粒Psy1表达调控的关键时期。该研究成果对小麦品质改良具有重要意义。BMC Plant Biology

  

 

光凭借新机制调节盐诱导的转录记忆

 

光是一个普遍的环境因素,在植物发育和应激反应的各个过程中发挥重要的作用。然而,光是否也可以调节应激诱导的转录记忆,仍然是不明确的。研究表明,盐诱导的脯氨酸积累是难忘,并且HY5依赖性光信号是这样一种记忆反应所必需的。主盐胁迫诱导的Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶1P5CS1)的表达,编码一个脯氨酸合成酶,并且脯氨酸的积累在恢复期被降低到基础水平。在恢复期,重复出现的盐胁迫诱导的更强的P5CS1表达和脯氨酸积累,依赖于光照。进一步的研究表明,在恢复期阶段,盐诱导的P5CS1转录记忆,与P5CS1H3K4me3的水平保持升高有关。HY5可直接结合P5CS1启动子中的光响应元件C/A-box。在恢复期,去除C / A-boxhy5 hyh突变可导致P5CS1H3K4me3水平的迅速降低,从而导致胁迫记忆反应障碍。这些结果揭示了一种先前未知的机制,光凭借这种机制,通过HY5保持记忆基因上的H3K4me3水平的功能,调节着盐诱导的转录记忆。PNAS

 

 

研究人员解析种子表观遗传调控

 

种子休眠与萌发是植物由生殖生长过渡到营养生长的重要发育转变进程,涉及大量基因的激活或者沉默。一些研究发现这个过程中,组蛋白修饰介导的表观遗传基因转录调控可能发挥了重要作用,但是具体分子机制尚不完全清楚。研究组成员进一步发现SNL1/SNL2功能缺失导致生长素相关基因特别是AUX1的表达升高,增强了生长素在胚根的水平和分布,进而激活下游CYCDs介导的细胞分裂,提高了突变体种子萌发速率。Nature Communications

 

 

植物苯丙氨酸合成调控新机制

 

植物中至少有25%的光合产物储存在由苯丙氨酸(Phe)衍化而来的苯丙烷类化合物(例如木质素、黄酮)之中。研究团队以苯丙烷类化合物—花青素的合成为研究对象,通过遗传学分析发现模式植物拟南芥中的六个ADT酶对花青素合成的贡献各不相同,ADT2的作用最大、其次是ADT1ADT3、最后是ADT4-ADT6,且成员之间具有冗余性。在植物培养过程中,适当添加Phe不但能促进野生型合成更多的花青素,而且还能恢复adt突变体花青素含量低的表型,说明Phe含量对花青素合成起着重要作用,也为代谢流调控苯丙烷类化合物合成提供了新的佐证。进一步的生化实验数据证明:在高浓度的Phe条件下,ADT4仍然具有较高的催化活性,而ADT2的活性则很低。进化树分析结果显示ADT4ADT5出现较晚,是经一次基因复制而来。Molecular Plant

 

 

科学家揭示新的蛋白翻译调控机制

 

核糖体上的蛋白翻译是一个非常复杂的过程,包括翻译起始、延伸和终止等多步严密调控的步骤。在细菌中,当蛋白翻译进行到信使RNAmRNA)上的终止密码子(stop codon)时,翻译终止因子RF1RF2可以直接识别终止密码子,结合到核糖体上的活性中心,催化释放共价偶联在肽酰tRNA 3’末端上的新生肽链,这个过程受RF1/RF2上保守的催化活性基序Gly-Gly-GlnGGQ)序列的调控。研究人员在体外组装了ArfA/RF2non-stop mRNAtRNA70S核糖体的复合物,并获得了该复合物的高分辨冷冻电镜结构(3埃分辨率,核心区域接近2.6埃)。结构表明ArfA C端的loop结合于核糖体30S小亚基上的mRNA进入通道,并占据了终止密码子的部分结合位点,而N端则直接与30S解码中心及RF2相互作用。进一步的分析表明ArfA扮演了两个重要的角色:其N端作为mRNA长度的感受器(Sensor),如果核糖体尚未行进到mRNA3’末端,mRNA进入通道内的核苷酸会阻碍ArfA的结合;其C端则通过和RF2直接结合,从功能上补偿了终止密码子对RF2的激活效应。研究展示了自然界的一种奇妙的功能模拟机制:具有极大结构柔性的小蛋白可以通过结构模拟来取代mRNA上的三碱基终止密码子的功能。Nature

 

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