生物技术前沿一周纵览(2017年8月25日)

2017-08-25 | 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(2017825日)

发现庇荫反应作用机制

 

庇荫反应(shade avoidance syndrome)是植物在光信号的刺激下基因调控模式的改变而形成的发育进程变化,其背后的分子机理一直是发育生物学研究领域的热点。研究人员发现,超表达PIFs蛋白会增强植物在遮荫下(高红光:远红光比率)的庇荫反应,而超表达MIR156会得到相反的结果。体内和体外的试验显示,PIFs蛋白会直接结合到MIR156基因启动子的G-box区域,抑制MIR156基因的表达,而MIR156会抑制SPLSQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE)家族基因来调控植物株高、叶片发育、开花期等各种与庇荫反应相关的发育过程。Nature Communications

 

 

植物CRISPR-Cas9研究综述

 

序列特异性核酸酶使得基因组编辑成为可能,快速推动了基础和应用生物学的发展。CRISPR-Cas9系统自出现以来,作为可转化植物的基因组编辑工具已得到广泛应用。目前,新开发出来的Cas9变体、新型RNA导向的核酸酶、碱基编辑系统和无DNACRISPR-Cas9递送方法都为植物基因组工程提供了前所未有的机遇。文章综述了植物基因组编辑的现状,重点关注由于植物基因组编辑的自身特点所带来的特殊挑战和机遇,并介绍了新近发展出的基因组编辑工具、方法及其在植物中潜在的应用。文章最后还展望了植物基因组编辑的前景和未来方向。(Nature Plants

 

 
植物热应激恢复重要机制

 

随着全球气候变暖,高温对植物的破坏显著增加,耐热性机制的揭示不仅是一项基础研究,而且可能是未来人们用来提高植物在高温下生存能力的重要手段。植物不仅需要生产新蛋白来抵御应激,还需要尽可能快地制造它们,我们发现新蛋白翻译被延迟6小时后,将会抑制最适生长和繁殖能力,虽然这些植物不会完全死亡,但蛋白质合成延迟它们就会受损。全套的新蛋白可为植物提供抵抗应激的能力。研究发现引起拟南芥表型变化的基因是一个“翻译因子”,该基因编码的蛋白质是一个已知的翻译起始因子eIF5B。通过比对拟南芥的温度敏感等位基因eIF5Bhot3-1),发现在热应激条件下,及时恢复翻译是植物从应激中恢复的关键。此外,在最适生长温度下一个更严重的等位基因(hot3-2)的翻译图谱(translational profiling)显示eIF5B1是植物正常生长发育的必须基因,进一步表明eIF5B1可差异化地影响特定mRNAs。(Plant Cell
 

 

科学家再次提出植物生物学新概念

 

植物生物学研究中,由于历史的原因,为了解释现象提出过很多似是而非的概念。在过去以解剖和生理为主的研究阶段,这些概念从技术上无法澄清,同时对研究工作的发展也不产生特别的困扰,因此一直代代相传。可是随着分子技术所带来的研究工具分辨力大幅度提高,这些似是而非的概念对研究的深入就带来各种无法回避的逻辑困境。基于过去的研究工作中,研究人员曾经先后提出过“植物发育单位”、有性生殖周期(SRC)、植物发育程序的双环模式等不同的新概念和“植物形态建成123”的新理论,希望对更好地理解植物形态建成的内在机制提供更为合理的概念框架。(Plant Physiol)

 

 

植物光信号转导及泛素连接酶激活新机制

 

光提供了植物生长所需要的能量,同时作为核心环境信号因子调控着植物各个阶段的生长发育。研究人员鉴定到促进PIF3降解的一组新的E3泛素连接酶SCFEBF1/2,与此前报道的CRL3LRBs不同,SCFEBF1/2正调控光形态建成。该研究发现,暗中生长的植物见光过程中,SCFEBF1/2可以通过泛素化PIF3促进其快速降解,该调控过程依赖于被光激活的光敏色素诱导的PIF3的磷酸化。一般情况下F-box蛋白与底物的识别和相互作用决定了SCF复合体对该底物的活性,有趣的是,PIF3EBF1/2的相互作用不依赖于光信号或者PIF3的磷酸化,但PIF3-EBF1/2SCF核心组分的结合依赖于光信号或者PIF3的磷酸化,由此该研究发现了一种新的SCF复合体的激活机制。进一步研究表明,此前鉴定的CRL3LRBs E3泛素连接酶主要在强光条件下促进光敏色素phyBPIF3的降解,而SCFEBF1/2在弱光与强光下均可以促进PIF3降解但不影响phyB的含量。SCFEBF1/2最早是作为乙烯途径核心转录因子EIN3E3泛素连接酶被鉴定出来的,在植物见光过程中,此前研究表明SCFEBF1/2可以通过促进EIN3降解来抑制乙烯信号进而促进光形态建成,本研究发现SCFEBF1/2可以促进代表性的光形态建成抑制因子PIF3的泛素化与降解,充分证明了SCFEBF1/2是植物中促进光形态建成的核心E3泛素连接酶,它可通过多方面整合光与乙烯信号来调控植物的发育。(Current Biology

 

 

甘薯的起源

 

我国以占世界总种植面积50%的土地生产了全球80%以上的甘薯,产量近亿吨。甘薯基因组共有约4.4亿个碱基对,单组大小在700M800M之间。虽然近年来高通量测序技术日新月异,但解析多倍体基因组仍然面临着巨大的障碍。该研究不仅将绝大部分基因组序列定位到对应染色体上,还通过全新生物信息学方法,将六倍体的六组染色体分开,从而揭示:在甘薯的90条染色体中,有30条染色体来源于其二倍体祖先种,另外60条染色体来源于其四倍体祖先种;约50万年前,二倍体祖先种和四倍体祖先种之间的一次种间杂交孕育了今天的重要作物。这一发现解决了甘薯起源的谜题,为合理利用甘薯近源野生种提供了崭新的思路。Nature

 

 

首次在酿酒酵母中揭示了介导组蛋白H4K82-羟基异丁酰基化水平调控的关键环境因子和去修饰酶类

 

蛋白质的翻译后修饰是细胞调节蛋白质功能和生命过程的重要手段。通过系统性地筛选能够使得细胞内的H4K8hib水平发生显著变化的环境胁迫因素,研究者发现在碳源饥饿的条件下,H4K8hib的水平显著下降。在培养基中补充葡萄糖或者果糖可以快速恢复其修饰水平,且这一过程依赖于糖酵解通路的完整性(但是其维持并不需要糖酵解通路)。通过进一步的研究,研究者发现这一下降过程是由两个组蛋白去乙酰化酶(Rpd3pHos3p)介导的,且其去乙酰化活性位点对于去2-羟基异丁酰活性是必需的。与此同时,该工作发现H4K8突变成H4K8A后,酵母的时序寿命(Chronological life span)显著缩短,说明H4K8位点的酰化修饰在酵母衰老过程中存在着重要的功能。进一步的RNA-seq分析表明H4K8位点的酰化修饰可能是一个重要的表观遗传水平上的葡萄糖代谢感受器,其可以通过对基因转录的调控调节细胞的代谢状态以使得细胞能够响应环境中不同的糖浓度的变化,进而影响细胞的寿命。利用质谱技术和遗传生化手段,该工作在酿酒酵母中对新发现的蛋白质2-羟基异丁酰修饰(Khib)进行了系统的蛋白组学研究,鉴定了包括组蛋白在内的390个蛋白上的1458个修饰位点。通过生物信息学分析,我们发现其修饰了超过一半的核糖体蛋白质,说明了这一修饰可能在调控蛋白质翻译方面具有重要的功能。电子传递链中的五个复合物都包含可以被2-羟基异丁酰修饰的亚基,修饰位点突变会导致生长缺陷。另外,在糖酵解以及糖原合成通路中,几乎每个环节都有对应的酶类可以被2-羟基异丁酰化;通过SILAC实验发现随着糖浓度的不同,2-羟基异丁酰蛋白组也发生了相应的变化,进一步显示了这一修饰与糖代谢之间的紧密联系。(PNAS

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