生物技术前沿一周纵览(2017年9月29日)

2017-09-29 | 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(2017929日)

R-loop影响叶绿体基因组稳定的调控机制

 

R-loop是一种特殊的三链核酸结构,其组成包括一条DNA:RNA杂合链(由RNA与其同源DNA序列互补杂交形成)和一条单链DNA。研究人员通过分析获得RNase H1蛋白(AtRNH1C),发现其可以调节叶绿体中R-loop水平的变化,从而维持基因组的稳定性和发育;后续分析揭示AtRNH1C可以与DNA解旋酶协作来解除叶绿体基因组rDNA区转录与复制时发生迎面(Head-on)对撞,从而减少DNA的损伤。当AtRNH1CDNA解旋酶的活性减弱或缺失时,R-loop就会在rDNA区大量积累,同时DNA复制受阻,导致转录与DNA复制叉发生迎面(Head-on)对撞并破坏叶绿体基因组的稳定性。(The Plant Cell

 

 

生长素调控叶片展开

 

叶片是植物进行光合作用的主要器官。为最大限度提高光合能力,高等植物的叶片进化出了具有极性(即不对称性)的扁平形状。研究人员发现叶片原基中存在生长素浓度差异,近轴面(叶片靠近茎尖一侧,即背面)生长素浓度低,远轴面(腹面)生长素浓度高(2014, PNAS 111:18769-18774)。通过对生长素、生长素信号转导通路下游的响应因子进行精细成像,该研究组进一步发现生长素与下游响应因子MP仅存在部分重叠,从而在近-远轴面之间的中间区界定了高生长素信号。进而,MP可以直接激活WOX1PRS在中间区特异的表达。WOX1PRS是中间区形成的决定因子,是叶片向两侧展开的关键。此外,叶片远轴面特异表达的生长素通路下游响应因子ARF2ARF3ARF4直接抑制WOX1PRS在远轴面区域的表达。MPARF2/3/4的共同作用使WOX1PRS在叶片中间区域特异表达,从而使叶片能够展开。(Current Biology

 

 

榕树枝条-叶片异速生长模式

 

陆生植物叶片大小的变异程度超过六个数量级,叶片多样的变异特征、功能和进化意义,一直是植物学家关注的热点问题。研究人员对版纳植物园的28种榕属植物冠层的末端枝条与叶片的异速生长关系,及其与枝条水力结构、机械支撑功能之间的关系进行研究。结果表明:(1)榕属植物小枝与叶片的大小(面积和重量)呈等速生长关系,而叶柄与叶片的大小呈异速生长关系;(2)小枝出叶强度(单位重量的小枝支撑的叶片数量)与叶片大小呈负的等速生长关系;(3)榕属植物小枝的水分传导效率与机械支撑能力之间存在权衡关系,即木质部导管越大、导管密度越高,其水分传导效率越高,但机械支撑能力越弱;(4)榕属植物小枝木质部的双重功能即水分传导和机械支撑能力之间的权衡关系,决定小枝-叶片大小异速生长的模式。(Frontiers in Plant Science

 

 

桢楠抗旱机制研究获进展

 

桢楠(Phoebe zhennan)为樟科常绿大乔木,又称金丝楠,是我国特有的珍贵用材树种。研究人员研究了干旱对桢楠生长和代谢的影响,以及磷添加对减轻干旱胁迫的调控机制。研究发现,干旱影响了桢楠的生长和代谢过程,但桢楠叶面积、气孔导度、蒸腾速率的降低,水分利用效率的增加、抗氧化酶活性的升高和抗氧化物质含量的积累,均表明桢楠对干旱具有较强的适应力。磷添加增加了桢楠根系生物量,增强了根系从土壤中的吸水能力;同时,磷添加增加了干旱胁迫下桢楠叶片相对含水量、净光合速率和PSⅡ的最大量子效率,这是由于增加了根系生物量、叶绿体色素、渗透调节物质和含氮化合物含量,降低了MDA含量。磷添加对正常水分条件下的桢楠生长和代谢无影响或有轻微抑制作用。研究显示,桢楠抗旱性强,施磷肥可提高其耐旱能力,其作用机制主要是通过调节桢楠叶片的生理生化过程而不是水分的有效性。在未来应对干旱频发的气候条件下,合理施用磷肥能够增强桢楠幼苗的抗旱性,促进其生长发育。这对濒临灭绝的桢楠林的保护和资源培育具有现实意义。(Frontiers in Plant Science


 

组蛋白密码的“阅读者”调控植物耐逆的分子机制

 

研究人员从大豆中鉴定出一个特殊的PHD锌指蛋白——GmPHD6。它属于PHD中的Alfin亚类,Alfin亚类遍具有转录抑制能力,而GmPHD6例外。该研究发现GmPHD6必须与LHP1(类异染色质蛋白)相互作用,并依赖LHP1的转录激活能力,调控下游耐盐基因的表达。

PHD锌指蛋白又被称为组蛋白密码的“阅读者”, 因为PHD结构域识别不同修饰的组蛋白H3GmPHD6识别H3K4me0/1/2,但并不通过PHD结构域,而是通过其N端,这又是其与众不同之处。此外GmPHD6N端还能识别下游基因的启动子。而PHD结构域负责与LHP1的相互作用。基于以上发现总结出GmPHD6的分子调控模型:H3K4me0/1/2可能与植物逆境调控关联,它们招募GmPHD6,而GmPHD6招募LHP1形成转录调控复合体。复合体通过GmPHD6靶定下游基因,通过LHP1激活下游基因表达,从而提高植物的耐逆能力。该研究是PHD锌指蛋白调控机制的重要补充,为改善作物耐逆性提供了重要的理论依据。(Plant Physiology

 

 

青蒿分泌型腺毛发育机制重要发现

 

青蒿是我国传统中草药,因其能合成用于治疗疟疾的特效成分青蒿素而闻名全球。研究人员以分泌型腺毛转录组作为切入点,基于共表达及进化分析,获得了一个R2R3MYB subgroup9 亚家族转录因子蛋白AaMIXTA1。进一步分析AaMIXTA1的表达部位,发现其主要在分泌型腺毛的两个基细胞中优势表达。通过表型观察和HPLC检测,在AaMIXTA1过表达植株中,青蒿叶片表面分泌型腺毛密度显著提高,同时青蒿素含量也显著提高;在AaMIXTA1嵌合抑制植株中分泌型腺毛密度显著降低,且青蒿素含量也显著降低,这表明AaMIXTA1参与青蒿分泌型型腺毛发育的调控,并且可以通过调节腺毛密度来影响青蒿素的含量。与此同时,研究人员通过AaMIXTA1 RNAi干扰植株转录组数据和生理生化实验分析发现,在AaMIXTA1-RNAi干扰植株中,青蒿叶片表面的角质层合成酶基因的表达显著下降,如AaCYP86A1AaCYP77A1AaCER1AaKCS5AaABCG12等。此外,其角质层的主要组成成分含量也显著低于野生型青蒿。相反,在AaMIXTA1过量表达植株中,其角质层的主要组成成分含量显著提高。综上所述,说明AaMIXTA1是参与调控青蒿分泌型腺毛发育的一个重要因子,并且还影响青蒿叶片表面角质层的合成。(New Phytologist

 

 

作物表观调控与能量代谢的关系

 

组蛋白去乙酰化是一种重要的染色质表观修饰形式。一般情况下,该修饰可以增强DNA与组蛋白八聚体的结合,使核小体结构变得紧密,阻止各种转录因子和辅助转录因子与DNA结合位点特异性结合,抑制基因表达。水稻OsSRT1是一个依赖NAD+的去乙酰化酶。研究人员通过遗传学、分子生物学和生物化学等方法证明OsSRT1与水稻糖酵解中的关键限速酶3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)相互作用,同是也发现3-磷酸甘油醛脱氢酶具有直接调控一系列糖酵解酶基因的转录激活功能。研究还发现,OsSRT1通过调节GAPDH的赖氨酸乙酰化水平对其转录活性、核质中的比例进行动态调控,进而影响水稻的能量代谢。(Nucleic Acids Research)

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