生物技术前沿一周纵览(2017年12月15日)

2017-12-15 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿

 生物技术前沿一周纵览(20171215日)

“根从头再生”研究综述

 

植物体受损后实现根器官从头发生的过程叫根从头再生(de novo root regenerationde novo root organogenesis)。在扦插和组织培养过程中,根从头再生机制可以使剪切下的植物体产生不定根,以延续植物的生存。研究以拟南芥离体叶片再生不定根为主要模型,并结合目前多种不定根发生的研究体系,归纳总结出根从头再生过程中的三个主要阶段和参与其中的两类细胞。第一阶段是早期信号转导(early signaling):伤口信号、环境信号和叶片自身发育状态等作为早期信号,被“转换器细胞”(converter cell,主要指叶边缘、叶肉和部分维管细胞)感应。第二阶段是生长素累积(auxin accumulation):转换器细胞将输入的早期信号转换为生长素信号输出至“再生潜能细胞”(regeneration-competent cell,主要指维管中的原形成层和部分薄壁细胞)。第三阶段是细胞命运转变(cell fate transition):再生潜能细胞在生长素指导下发生命运转变,最终形成不定根。(Current Opinion in Plant Biology)

 

 

番茄光抑制和光保护作用的光信号依赖性调控

 

玉米、大米和西红柿等经济物种无法长期存活在低于12°C的温度下。除了冷害敏感性的种间差异之外,特定物种对低生长温度的耐受性在不同器官和不同发育阶段会产生差异。研究结果显示在番茄植株的阴影叶中低红/远红(L- R / FR)比例的光照条件可以显著缓解PSIIPSI光抑制。这种保护行为伴随着一种光敏色素AphyA)依赖性LONG HYPOCOTYL 5HY5)的诱导。HY5ABA INSENSITIVE 5ABI5)的启动子结合,触发质外体中呼吸爆发氧化酶同源基因1 (RBOH1)依赖性H2O2产生。 HY5ABI5RBOH1转录物水平的降低增加了冷诱导的光抑制,并且消除了L-R / FR诱导的光抑制的缓解。L-R / FR光照引起叶绿素a荧光的非光化学猝灭(NPQ),并增加PSI周围Foyer-Halliwell-Asada循环酶活性和循环电子通量(CEF)。与此相反,HY5ABI5RBOH1转录水平的下降则消除了L-R / FR对光保护的积极作用。质子梯度调控蛋白(PGR5)依赖性CEF的缺失导致光抑制增加并且减弱L-R / FR-依赖性NPQ。数据表明,HY5是光和冷响应途径之间相互交叉的重要枢纽,其整合了ABA和活性氧物质信号,从而通过增强诱导阴影叶片中的光保护来减弱光抑制。(Plant Physiology)

 

 

水稻氧糖基黄酮自然变异的生化基础

 

植物的次生代谢产物对植物适应复杂多变的外界环境至关重要。类黄酮是一类广泛分布在植物界的次生代谢产物,在植物的发育,花色的形成,植物微生物互作以及应对各种生物、非生物胁迫反应发挥重要作用。研究人员首先通过对14种代表性植物中类黄酮的定性及定量分析揭示:单子叶(尤其是鸭跖草类)植物中存在大量的氧糖基黄酮,而拟南芥等大量积累氧糖基黄酮醇。 研究人员对该课题组在水稻自然群体中所检测的黄酮代谢组数据(Nat Genet, 2014Nat Commun, 2016)进行全基因组关联分析(GWAS),确定了4个控制氧糖基黄酮自然变异的位点。结合体外生化实验及对转基因植株的代谢谱分析,鉴定了包括两个主效基因:黄酮-5-氧糖基转移酶(F5GlcT)和黄酮-7-氧糖基转移酶(F7GlcT)基因在内的12个氧糖基转移酶基因,且上述两个主效基因分别通过改变转录及酶活力水平的等位变异控制不同水稻品种中5-氧糖基黄酮及7-氧糖基黄酮的含量。另外,F5GlcTF7GlcT强弱功能等位变异组合的分布与水稻品种在不同紫外强度下的地理分布显著相关,且其超量表达均能显著提高植株紫外耐受,证明F5GlcTF7GlcT在水稻紫外耐受的自然变异中发挥重要作用。进一步的生化及进化分析表明,F7GlcT广泛存在植物界中,而F5GlcT在鸭跖草科植物中存在较为特异的进化。研究揭示了水稻氧糖基黄酮自然变异的生化基础及其在紫外耐受方面的作用,为作物遗传改良实践提供了新资源。(Nature Communications)

 

 

磷脂合成关键蛋白甘油3-磷酸脂酰转移酶作用机制

 

磷脂合成的第一步是由一个脂酰转移酶将脂酰基转移到甘油3-磷酸上,形成溶血磷脂酸。在细菌中,PlsY催化该步骤。PlsY蛋白是一个多次跨膜蛋白,不存在真核同源蛋白,与已知的脂酰转移酶不同,PlsY不使用acyl-CoAacyl载脂蛋白作为脂酰基供体,而是采用脂酰磷酸作为供体。这项研究应用脂立方相结晶技术,解析了PlsY的高分辨率结构至1.48埃。同时,该研究解析了PlsY与两个底物(甘油3-磷酸、脂酰磷酸)以及与两个产物(溶血磷脂、无机磷酸)的复合物结构。通过结构分析,研究人员提出“底物协助催化”机制,即脂酰磷酸激活甘油3-磷酸的羟基而引发亲核攻击,生成产物。与已知的脂酰转移机制不同的是,PlsY介导的催化不需要组氨酸作为Schiff碱,纠正了文献中的错误认识。此外,该研究建立了一个基于脂立方相双层膜的酶学分析方法,通过一个“无机磷酸检测器”蛋白的荧光变化,测定PlsY在该膜性介质中的活性,并设计多种生化实验和突变体对所提出的新催化机制进行验证。(Nature Communications)

 

 

自噬体闭合的“门控开关”

 

细胞自噬是真核生物在饥饿或其他不利条件下降解自身不重要的蛋白质或细胞器等,以帮助细胞渡过逆境的一种机制,与生长、发育、繁殖、抗病等有密切的关系。饥饿诱导的细胞自噬基本过程包括启动,双层自噬前体膜形成、延伸、闭合成成熟自噬体,之后与液泡融合后利用液泡水解酶降解自噬体及其内含物,释放到液泡外进行循环利用的过程。但到目前为止,自噬体闭合的调控因子及机制不清楚。研究人员对这些缺失菌株中堆积在液泡膜外的自噬体进一步分析发现,这些自噬体为没有闭合的自噬体,自噬体膜上的许多参与细胞自噬的Atg蛋白和PI3P均没有被释放。他们利用遗传学上位分析发现Rab5模块蛋白调控的自噬体封口步骤确实作用于磷酸酶Ymr1调控的自噬体成熟(自噬体已闭合但Atg蛋白和PI3P均没有被释放)和Ypt7/Rab7调控的成熟自噬体(已闭合且Atg蛋白和PI3P均被释放)与液泡融合的步骤之前。(PLoS Genetics)

 

 

水稻条纹病毒通过干扰植物蛋白棕榈酰化快速建立侵染新机制

 

水稻条纹病毒(RSV)引起的水稻条纹叶枯病是目前我国以及东亚地区粳稻生产上最严重的病毒病害之一,近几十年在我国多次爆发流行。研究选取了RSV的两种自然寄主,单子叶寄主水稻和双子叶寄主本氏烟,分别鉴定了两种寄主植物对应的Remorin蛋白,并发现RSV采用类似的手段干扰Remorin的棕榈酰化修饰并通过自噬途径降解该蛋白,减弱其对病毒细胞间移动的抑制。揭示了RSV在和寄主博弈中进化的一种抑制寄主防御的新策略。(Molecular Plant)

 

 

亚洲玉米螟和欧洲玉米螟同域下的基因渗透现象

 

生物学物种内保持高的基因流以保持种群。亚洲玉米螟(Ostriniafurnacalis)和欧洲玉米螟(O.nubilalis)是玉米上最重要的两种害虫。研究团队在新疆玉米上采集了11个地理种群的玉米螟越冬幼虫,采用高通量SNPSSR测试及线粒体测序方法。根据SNP基因型数据结果这两种玉米螟存在较高的遗传多样性;预测了伊犁地区基因渗透史。在混生区内的亚洲玉米螟种群内没有发现基因渗透的基因型。根据杂交个体和基因渗透史,可以确定伊犁地区为这两种玉米螟的杂交地区;可以预测伴随着基因在这两个物种间渗透,适应性特点也在这两个物种间横向传播。本研究结果表明亚洲玉米螟和欧洲玉米螟这两个生殖隔离的物种间存在着中间体,经典的以信息素为基础的区分这两个物种的方法应当予以重新考虑。(Molecular Ecology

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