生物技术前沿一周纵览(2017年5月19日)

2017-05-19 | 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(2017519日)


水稻油菜素甾醇信号调控的新机制

 

油菜素甾醇(BR)是一类重要的植物激素,和作物的株型、产量、抗性等重要农艺性状密切相关。研究人员通过对水稻突变群体中叶倾角异常材料的筛选,鉴定了一个叶倾角增大、分蘖增多、株高降低的材料,遗传分析发现其表型是由于一个水稻特异的类受体蛋白ELT1的表达增多并增强了BR信号所致。ELT1虽然具有蛋白激酶区域,但其缺乏激酶活性,是一个非典型的类受体蛋白。进一步的分析表明ELT1直接与BRI1相互作用,通过互作抑制了BRI1的泛素化及其介导的内吞,导致BRI1的积累及增强的BR信号。结果鉴定了一个新的类受体蛋白并阐明了其调控水稻生长发育的机制,不仅有助于阐释单子叶植物中油菜素甾醇的信号调控机制,也为作物改良提供了重要线索,同时也揭示了非典型类受体蛋白参与调控膜蛋白内吞并介导相关信号的新机制。(Cell Research

 

 

隐花色素磷酸化分子机制

 

隐花色素CRY2是植物蓝光受体之一,在植物生长发育与开花调控等方面发挥着重要作用;其信号转导机制已在植物中被广泛报道。最新研究在此基础上,发现了隐花色素CRY2的蛋白激酶PPKs,并证明了PPKsCRY2的磷酸化特异性地依赖于蓝光。通过质谱分析,鉴定出PPKs磷酸化CRY2的磷酸化位点,而这些位点与植物体内CRY2的磷酸化位点基本一致,揭示了PPKsCRY2的主要蛋白激酶。此外,植物体中PPKs蛋白的缺失会显著影响CRY2蛋白的磷酸化程度和稳定性,最终影响CRY2蛋白的生理功能导致拟南芥植株开花时间变晚。(Nature

 

 

成功克隆与解析小麦太谷核不育基因

 

太谷核不育小麦是由单显性核基因控制的自然突变体,特点是雄性败育稳定彻底,不受环境条件影响,异交结实率高,是进行小麦轮回选择的理想材料。研究人员用正常株高的太谷核不育材料与多样性高的人工合成小麦Am3杂交,配制分离群体,解决了重组问题与多样性低的问题。并绘制了小麦D基因组的框架图(Nature, 2013),使得小麦太谷核不育基因克隆的速度得以大幅度提升,最终成功地克隆了Ms2基因。通过杂交构建了矮秆基因和太谷核不育基因紧密连锁的矮败小麦,大大提高了小麦育种效率。(Nature Communications

 

 

揭示茉莉酸信号通路中转录因子调控新机制

 

茉莉酸是重要的植物激素,在帮助植物抵抗外源环境压力以及调控植物自身的生长发育方面起着至关重要的作用。该信号通路中的核心转录因子是一类属于bHLH家族的蛋白,包括MYC2MYC3等,一直以来都认为该信号通路中转录因子的调控能力主要和其自身在植物中的表达量相关,其结构细节及聚集状态从未被研究过。研究人员通过结构生物学手段,解析了MYC2蛋白的bHLH结构域和DNA的复合体晶体结构,一方面揭示了MYC2以四聚化方式结合G-box DNA,另一方面,结合各种生化及生物物理方法,发现MYC2MYC3的蛋白序列虽然非常相似,但是MYC2形成四聚体而MYC3却以二聚体形式存在,进而发现四聚化能够极大的增加MYC2DNA的结合能力以及激活基因表达的能力,还进一步证明了四聚化的MYC2可以介导DNA looping的形成。(Cell Reports


 

水稻中胚轴和胚芽鞘调控机制

 

水稻是重要的粮食作物,其幼苗主要由根、中胚轴、胚芽鞘以及真叶组成。研究人员通过对一个高腰儿突变体gaoyao1 (gy1)的遗传分析,鉴定了调控中胚轴和胚芽鞘伸长的基因。进一步在自然群体中鉴定了该基因的优异等位变异GY1376T。研究表明,GY1是一个定位于叶绿体的磷脂酶A1蛋白,作用于茉莉酸生物合成的第一步。它通过促进茉莉酸的合成从而抑制中胚轴和胚芽鞘的伸长。功能研究和遗传分析表明,OsEIN2OsEIL2介导的乙烯信号通路通过抑制GY1及其它茉莉酸合成途径基因的表达来下调茉莉酸的含量,促进了细胞的伸长,进而调控了水稻中胚轴和胚芽鞘的长度。深入分析了GY1基因在3000份水稻基因组中的变异情况,发现了不同于gy1突变位点的优异等位变异GY1376TGY1376T的存在与长中胚轴密切相关(如图)。生化分析表明,GY1376T具有低于对照GY1但高于突变体gy1蛋白的磷脂酶A活性。将对照品种日本晴的GY1376G转化到具有长中胚轴和长胚芽鞘的Kasalath品种(含有等位变异GY1376T)中,可促进茉莉酸合成,抑制中胚轴和胚芽鞘伸长。这项研究揭示了水稻种子萌发出土过程中,乙烯通过抑制茉莉酸合成从而促进中胚轴和胚芽鞘伸长的新颖机制。 (Plant Cell)

 

 

植物-环境互作信号分子MYB29研究取得进展

 

植物通过不同的相互作用的信号转导途径感知和整合来自环境的各种激素和信号分子。细胞核编码的线粒体交替氧化酶(Alterative oxidase1aaox1a)作为一个模式系统已经被用于研究线粒体和细胞核之间的逆行或压力信号(Retrograde signaling)。研究人员鉴定了具MYB结构域蛋白AtMYB29,作为交替氧化酶基因的负调节因子(Regulator of alterative oxidase1a 7, [rao7] mutant)。在抗霉素AAntimycin A)诱导下,rao7/myb29突变体与野生型比较具有更高的AOX1a表达与蛋白水平;多种与线粒体压力有关的基因表现为增强的转录丰度,表明RAO7/MYB29具有负向调控线粒体压力响应的作用。激素应答标记基因的Meta-分析和下游转录因子网络的鉴定揭示了MYB29具有复杂的相互调控网络,包括乙烯、茉莉酸、水杨酸、活性氧信号等各种乙烯响应因子和WRKY转录因子。尽管rao7/myb29增强线粒体压力响应基因的诱导,但是,在中度光与干旱作用下,它的突变体表现比较敏感,这些结果揭示了线粒体逆行信号和葡萄糖苷合成调节之间的相互作用。这种共同的调节者可以解释为什么线粒体功能扰动导致转录响应与生物胁迫响应的重叠。(Plant Physiology

 

 

温度调控植物生长发育与免疫反应间动态平衡机制

 

植物的生长发育与免疫反应都是耗能的过程,二者间存在动态的平衡。研究发现,拟南芥ZED1HopZ-ETI-Decient 1)显性负突变(zed1-D)能够造成植物高温下免疫反应自激活和生长发育受阻。部分ZRKsZED1-related Kinases)家族成员与ZED1受高温诱导表达,在功能上存在冗余性。进一步研究发现,zed1-D的生长发育缺陷及抗病激活表型依赖于其互作蛋白ZAR1HOPZ-Activated Resistance 1),而抗性蛋白SNC1Suppressor of NPR1-1 Constitutive 1)则位于ZED1/ZAR1信号下游,其基因表达受ZRKs抑制。zed1-D是目前报道的首个高温敏感的免疫自激活突变体。(New Phytologist

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