生物技术前沿一周纵览(2018年3月16日)

2018-03-16 | 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(2018316日)

 

水稻小分子RNA功能研究获进展

 

植物应对逆境胁迫过程中,蛋白二硫键异构酶催化的二硫键形成对蛋白的稳定、正确折叠以及蛋白功能的正常发挥有重要作用,并最终影响植物的抗逆性及作物产量与品质形成。水稻二硫键异构酶基因OsPDIL1;1是一个关键的二硫键异构酶基因。小分子RNA是生物体内普遍存在的一类长度在18-24 nt之间的非编码RNA,是真核生物内最重要的调控因子之一。研究人员发现一个水稻特异的小分子RNA 5144-3posa-miR5144-3p)调控OsPDI1;1 mRNA的表达,并在水稻种子发育及生物逆境胁迫过程中起着重要调控作用。超表达OsPDIL1;1和降低表达osa-miR5144-3p使水稻对盐、高温、低温的抗性增强、种子中汞含量下降、同时使水稻种子淀粉粒更加饱满、紧促;而降低OsPDIL1;1的表达和提高osa-miR5144-3p的表达则降低了水稻对这些非生物逆境胁迫的抗性并导致水稻种子中的淀粉粒变小、松散。(Plant and Cell Physiology)

 

 

科学家解析玉米籽粒发育新机制

 

玉米籽粒性状是影响玉米产量的重要因素之一研究人员通过筛选田间育种材料中的自然突变体,发现一份在穗部明显发生籽粒大小分离的材料;将突变体作为供体亲本,与自交系B73构建了BC1分离群体;通过图位克隆,初步证实玉米 Urb2 基因( ZmUrb2 )为控制籽粒发育性状的目标基因;通过构建CRISPR/Cas9基因敲除载体对候选基因进行等位验证,进一步验证了候选基因的准确性。然后通过蔗糖密度梯度超速离心、Northern BlotCircular RT-PCR等方法进一步解析 ZmUrb2 的作用机制,证实了在玉米中同时存在类似于小鼠和人类等多细胞动物与类似于酵母的pre-rRNA加工路径,Urb2 主要通过影响核糖体的生物合成和pre-rRNA的加工来影响籽粒发育和整个营养生长过程;此外,单倍型分析表明 ZmUrb2 基因可能在玉米从热带到温带的驯化过程中被人工选择。New Phytologist

 

 

植物三萜代谢物多样性形成的催化机制

 

植物合成结构各异的20多万种代谢产物,其中萜类代谢物多达2万种以上。研究人员在前期工作中鉴定出粳稻帕克醇合酶(OsPS),该酶能够合成椅式-船式-椅式构象的四环三萜帕克醇。研究组最近发现,该酶在籼稻的直系同源基因编码一个新的、多产物OSC——籼稻醇合酶(OsOS)。OsOS能够合成一种新的椅式-半椅式-椅式构象的五环三萜籼稻醇的主产物及12种不同的三萜类化合物。通过分析比较来自水稻的两个亚种及其野生近缘种的同源基因及其功能,研究人员发现绝大部分籼稻和野生稻具有OsOS的催化功能,而OsPS是粳稻驯化过程中由其近缘野生稻新产生的单功能三萜环化酶。研究人员利用分子进化分析、蛋白结构模拟、定点突变和催化功能分析,从46个多态性位点中鉴别出3个对产物的构象和结构变化具有重要影响的关键氨基酸位点。这些位点的氨基酸残基通过影响第4个氨基酸残基(Tyr 257)的空间方向,决定了产物及其构象。(New Phytologist

 

 

PIP在病原菌抵抗植物免疫过程中应对植物环境变化

 

野油菜黄单胞菌(Xcc)可引起拟南芥、甘蓝等多种十字花科植物的黑腐病,是研究植物与病原细菌相互作用分子机理的重要模式菌。研究人员发现,pip基因(编码的脯氨酸亚氨基肽酶)缺失导致Xcc致病力下降,且pip的表达在植物中受到诱导,发现XccR通过感应植物信号,并与pip启动子上游的luxXc box结合调控pip的表达,这是国际上最早研究的受植物信号分子跨界调控的LuxR solo系统。最新研究发现:群体感应LuxR solo蛋白被首次发现可直接调控III型分泌系统效应因子PIP的表达;PIP在调节细菌基因表达和植物宿主免疫过程中具有双重作用,即通过协调自身细胞内外环境,以“内外兼顾”的策略以利于侵染植物的复杂机制:一方面,PIP作为细菌运动性的负调控因子,促进细菌胞内第二信使c-di-GMP积累,并抑制细菌鞭毛相关基因的表达;另一方面,当Xcc与植物宿主细胞接触时,PIP蛋白又作为效应因子通过III型分泌系统注射到植物细胞内,干扰植物水杨酸抗病信号途径。Molecular Plant Pathology

 

 

特异性根系分泌物组分驱动的土壤C-N循环过程及作用机制

 

森林根系分泌物输入在森林土壤生物地球化学循环过程中的重要作用已获得广泛认可和极大关注。研究人员选取了两种不同能量特性的根系分泌物组分(葡萄糖和草酸,前者能量远高于后者),研究两种模拟根系分泌物组分输入对西南亚高山森林土壤C-N养分转化过程的影响效应与作用机理差异。研究表明,草酸添加后打破了金属/矿物-有机复合体界面稳定性(降低了铁铝金属有机复合体(MOCs)和铁铝短程有序态(SROs)的含量),将被金属/矿物保护的有机质释放出来供土壤微生物和胞外酶分解利用,从而间接促进土壤微生物对SOM分解,增加土壤N素的有效性。相反地,葡萄糖添加却显著增加了土壤中铁铝金属/矿物-有机质复合体的形成,使得保护态的SOM很难被土壤微生物和胞外N转化酶直接分解利用,从而诱导了相对较小的N转化速率。Soil Biology and Biochemistry

 

 

新型蛋白质和胞外多糖共同介导活性污泥菌胶团的形成

 

微生物菌胶团的形成是活性污泥法成功的关键。菌胶团形成菌所产生的胶质状胞外多聚物(简称EPS)是活性污泥菌胶团形成所必需的“黏合剂”。研究组鉴定出一个依赖于RpoN sigma因子的双组分系统(Two-component systemPrsK(感受器组氨酸激酶)和PrsR(响应转录调控因子),共同调控一类称为PEP-CTERM的特殊胞外蛋白质的表达。PEP为靠近羧基端、高度保守的脯氨酸-谷氨酸-脯氨酸基序,可能是蛋白质分选信号。该蛋白富含天冬酰胺残基(N),与胞外多糖可能通过N-联锁的蛋白质糖基化形成网状的EPS:胞外多糖长链相当于网线,而PEP-CTERM蛋白质象使网线交织的网节,包裹微生物细胞来介导活性污泥微生物菌胶团的形成。利用质粒过量表达PEP-CTERM蛋白APepA)可以绕开PrsK-PrsR二组分系统在菌胶团形成中的必要性。研究发现,所鉴定的与菌胶团形成相关的PEP-CTERMprsK-prsR和胞外多糖合成基因和基因簇在索氏菌(Thuaera)、聚磷菌(CAP)、亚硝化细菌和最近发现的硝化螺旋菌属(Nitrospira)的全程氨氧化菌(comammox)等多种重要的活性污泥细菌基因组或宏基因组中存在,说明这些活性污泥细菌可以形成菌胶团,从而在活性污泥工艺中得以富集,发挥有机污染物降解和除磷脱氮功能。Environmental Microbiology

 

 

稻田土壤有机碳矿化及其激发效应对多种养分添加的响应研究获进展

 

施肥(养分元素添加)是农业生产过程的重要环节,如何科学合理施肥促进稻田土壤有机质周转,从而实现稻田土壤可持续发展,是当今农业生态关注的重点研究之一。研究人员NH4ClKH2PO4Ca2SO4·2H2O作为外源养分,研究了高、低浓度养分添加条件下稻田土壤有机碳矿化及其激发效应的特征。研究表明,多种养分元素的低浓度添加可促进稻田土壤CO2排放量(12%-17%),表现为明显的正激发效应;而高浓度养分添加可减少其CO2排放量(3%-21%),表现为明显的负激发效应。其机制可能为,多种养分元素的高浓度添加降低了土壤微生物生物量、代谢熵值(qCO2)和净氮矿化值,从而增加了其微生物的周转,导致土壤有机碳矿化的降低。Applied Soil Ecology

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