生物技术前沿一周纵览(2017年6月9日)

2017-06-09 | 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(201769日)


SMEK1通过稳定HYL1蛋白促进miRNA的产生

 

MicroRNA (miRNA) 是一类由内源基因编码的长度约为21-24个核苷酸的非编码RNA分子, miRNA的产生在动植物中非常保守。研究人员通过遗传学、生物化学和细胞生物学的手段鉴定了磷酸酶复合物PP4/SMEK1通过拮抗MAPK的激酶活性介导了HYL1的去磷酸化,最终保证植物体内正常的miRNA产生。首先发现smek1突变体中全基因组范围内的miRNA含量显著下降,进一步研究证明SMEK1通过稳定HYL1蛋白促进miRNA的产生。在体内,SMEK1作为调节亚基与催化亚基PPX1/PPX2一起组装成有活性的磷酸酶PP4复合物,并证明HYL1就是PP4/SMEK1的底物。同时,SMEK1本身作为MAPK通路的抑制因子,以双重机制确保HYL1的去磷酸化。不同于磷酸酶CPL1/2可能在特定的发育阶段调节HYL1的去磷酸化,PP4/SMEK1通过整合环境因子协调miRNA产生,因为SMEK1蛋白本身受到干旱条件下产生的脱落酸ABA的显著诱导。这项研究首次在激酶MAPK和磷酸酶PP4/SMEK1之间建立了联系,为深入研究植物miRNA产生和环境因子变化的关系提供了重要线索。((Developmental Cell

 

 

研究人员提出植物芽从头再生的分子框架图

 

植物芽从头再生涉及两个过程:愈伤组织细胞到干细胞的转变;干细胞再分化建立起茎尖分生组织。WUS是茎尖分生组织发育过程中的关键基因,其特异地表达在茎尖分生组织区域,表征组织中心区域。通过RNA原位杂交技术和活细胞成像技术,研究人员发现愈伤组织在成芽培养基(富含细胞分裂素)培养早期检测到WUS表达在特定愈伤细胞中,随后WUS细胞增殖参与茎尖分生组织建立,最终形成再生芽。进一步研究发现,WUS的表达直接受到细胞分裂素信号途径关键因子——BARR转录因子的调控。BARR结合到WUS启动子区域,并激活WUS的表达。与BARR愈伤组织中的遍在表达不同,HD-ZIP III仅在愈伤组织的部分细胞中表达。HD-ZIP III能够特异性地与BARR结合,形成转录复合体激活WUS,从而部分决定了WUS表达的空间特异性。这一系列研究成果回答了细胞分裂素如何调控芽从头再生的长期科学问题,并提出了芽从头再生发育的分子框架图。(The Plant Cell)

 

 

染色质重塑因子PKLRNA介导的DNA甲基化中的功能

 

在植物中,RNA介导的DNA甲基化(RdDM)是一种重要的建立全新DNA甲基化式样和转录基因沉默的机制,通过小干扰RNAsiRNA)与支架RNAscaffold RNA)的碱基配对引导DNA甲基转移酶到特定的位点进行全新DNA甲基化。研究人员通过正向遗传学筛选到了两个新的参与转基因沉默的突变体。图位克隆发现这两个突变体是由于一个重要的发育调控基因PICKLEPKL)功能缺失造成的。全基因组甲基化分析发现PKL影响大约一半RdDM位点的正常DNA甲基化,其中上升和下降的位点大致相当。在RNA介导的DNA甲基化过程中,DNA甲基化的位点特异性主要由两类非编码RNA界定:小干扰RNAsiRNA)和支架RNAscaffold RNA),分别由植物特有的RNA聚合酶Pol IVPol V参与生成。通过分析mRNA转录组与全基因组DNA甲基化的相关性,研究人员发现在pkl突变体中,虽然一定数量的转座子和基因的转录产物上升伴随着DNA甲基化的下降,大部分位点的DNA甲基化变化不足以释放转录沉默,揭示了CHD家族蛋白PKLRNA介导的DNA甲基化过程中的作用并暗示RNA聚合酶Pol IV/V可以使用与Pol II相同的染色体重塑因子进行转录调控。(Genome Biology

 

跨膜受体蛋白介导棉花对黄萎病的抗性分子机制

 

棉花黄萎病是由大丽轮枝菌引起的头号生产病害,研究人员克隆到两个强烈应答大丽轮枝菌侵染的跨膜受体蛋白基因GbaVd1GbaVd2,两个基因均编码富含亮氨酸重复(LRR)序列的胞外区、跨膜结构域、胞内短肽等跨膜受体蛋白典型的结构域;利用病毒诱导基因沉默技术鉴定发现GbaVd1GbaVd2基因沉默后抗病海岛棉对大丽轮枝菌抗性转变为高感,在拟南芥中过表达这两个基因则显著提高了转基因株系维管束的木质化程度、增强了对大丽轮枝菌的抗性,表明GbaVd1GbaVd2基因具有抗黄萎病功能。GbaVd1GbaVd2的调控功能及路径存在分化,影响了胞吞作用过程并激活了WRKYAP2等转录因子表达,从而调控大量植物细胞壁合成相关基因参与维管束木质化过程,增强寄主植物对黄萎病的组织入侵抗性。(Frontiers in Plant Science

 

 

植物-微生物相互作用被再次证实

 

菌根共生是植物与菌根真菌建立的互惠互利的同盟,也是自然界最为广泛的共生形式。植物可通过与菌根真菌共生高效率的从土壤中获得磷和氮等营养;同时植物把20%左右的光合作用产物传递给菌根真菌供其生长。每年大约有50亿吨的光合作用产物通过菌根真菌被固定在土壤中,对整个生态系统的碳氮平衡具有重要的作用。研究人员通过稳定同位素标定实验,首次否定了糖是植物传递给菌根真菌主要碳源形式。同时采用遗传学,分子生物学及代谢生物学的手段研究发现,植物宿主的脂肪酸合成对于丛枝菌根真菌共生是必须的,并且植物合成的脂肪酸能够直接传递给菌根真菌。进一步的研究发现植物基因合成的一类特殊脂肪酸分子,被植物的转运蛋白转运给菌根真菌。(Science

 

 

激素调控植物干细胞分子机理被揭示

 

植物干细胞主要存在于茎端、根端和形成层,茎端干细胞通过不断分裂与分化形成植物的地上部分;根端干细胞形成植物的地下部分。外源施加细胞分裂素和生长素能够在体外培养条件下诱导植株再生。研究人员采用细胞生物学、遗传学和生物化学等方面的研究手段,在离体培养过程研究中发现,细胞分裂素信号转导通路中的B类响应因子一方面直接启动WUSCHEL基因的转录,另一方面通过抑制生长素合成基因的表达,间接促进和维持了WUSCHEL基因的表达,从而使愈伤组织细胞发生命运转变,形成茎端干细胞,进而形成完整植株,揭示了激素调控植物干细胞活动的分子机理。(The Plant Cell

 

 

水稻高产新品种利于稻田甲烷减排

 

我国是世界上最大的水稻生产和消费国,稻田甲烷排放问题一直受到国际广泛关注。在水稻复种指数持续下降、稻田面积难以增加、收获指数已近高限等多重压力下,通过品种改良和农艺创新,实现水稻单产的持续稳定增长,是确保我国“口粮绝对安全”的根本途径。

研究表明,高产新品种对稻田甲烷排放的影响取决于稻田土壤有机质水平。当稻田土壤贫瘠(有机质含量低于1.4%)时,高产品种会提高甲烷排放;在中高产稻田(有机质含量高于2.1%),高产新品种显著降低稻田甲烷排放。由于中高产稻田的甲烷排放总量远高于贫瘠稻田,因此,高产新品种的甲烷净减排量远高于其在贫瘠稻田的增排效果。根据第二次土壤普查数据,我国80%以上的稻田有机质含量高于2.1%,且近年来呈现递增趋势。由此可见,我国水稻高产新品种的大面积推广,不仅保障了国家的口粮安全,而且起到了甲烷显著减排效果。(Global Change Biology

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