生物技术前沿一周纵览(2018年3月30日)

2018-03-30 | 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(2018330日)

 

植物免疫受体调控G蛋白激活机制

 

异源三聚体G蛋白广泛存在于真核细胞中,对细胞生命活动具有重要调控作用。拟南芥免疫受体FLS2能够通过识别细菌鞭毛蛋白来感知病原细菌的入侵,并通过免疫受体复合物的核心激酶BIK1来激活下游免疫反应。研究人员揭示了拟南芥免疫受体FLS2调控植物G蛋白激活的分子机理。在静息状态下,拟南芥唯一的RGS蛋白RGS1Gα蛋白以及免疫受体FLS2结合在一起,通过RGS1GAP活性使与Gα蛋白结合的GTP被水解为GDP,从而使G蛋白维持在静息状态。在FLS2感知鞭毛蛋白后,BIK1磷酸化RGS1蛋白Ser431Ser428,从而导致RGS1Gα亚基和FLS2的解离,解除RGS1Gα的抑制作用,Gα因而得以自动结合GTP而激活,促进免疫反应。其中,XLG2在叶肉细胞中调控免疫反应,而GPA1通过调控气孔关闭来阻止病原微生物的入侵。该研究揭示的不同于动物G蛋白新型激活方式即植物细胞G蛋白的激活是通过受体诱导RGS1的磷酸化,从而解除对Gα的抑制作用实现的。

Cell Research

 

 

TGW3调控水稻谷粒大小

 

水稻是我国三大主粮之一,其谷粒大小和形状(粒型)决定稻米的产量和外观品质。研究人员借助现代高通量SLAF测序技术,在水稻中鉴定到超过40个粒型和产量QTL位点。在此基础上,研究人员定位并克隆了一个控制谷粒长度和产量的基因TGW3,该基因编码一个类似于GSK3/SHAGGY的激酶TGW3。研究发现,TGW3是谷粒大小的负向调节因子,能够通过增加颖壳细胞大小、减少细胞数目,从而使颖壳变长,谷粒变大、变重;TGW3的大粒等位基因的第三内含子核苷酸碱基发生转变,改变其mRNA的剪切方式,导致其第三和第四外显子的丢失,其编码蛋白丧失形成二聚体的功能。通过水稻种质资源序列测定分析,研究人员找到了其他两个具有长粒表型的遗传材料,其编码序列与本次发现的大粒亲本相同,显示了该基因位点的稀缺性。(Molecular Plant

 

 

水稻核糖体RNA生物合成及其响应苗期低温胁迫的分子机制研究中取得新进展

 

核糖体生物合成是细胞中最复杂和最耗能的基本生命过程之一,发挥着至关重要的作用。研究人员系统鉴定了水稻rRNA前体加工成熟过程中的关键剪切位点,发现了水稻中存在两条可变的rRNA前体加工通路:以P-A3前体为代表的“5 ETS-first”通路和以32S27S-A2前体为代表的“ITS1-first”通路;详细绘制了首张水稻rRNA前体加工图谱,为后续水稻核糖体生物合成相关研究提供了详实的资料性储备。深入研究发现,低温胁迫会快速抑制水稻rRNA前体的转录后加工过程,表现为P-A327S-A2前体丰度的下调和初级转录本45S rRNA的积累。这表明水稻在面临短时间低温胁迫时,通过在转录后加工水平快速下调核糖体生物合成这一高耗能过程,帮助水稻更好地适应低温胁迫。但是长时间低温胁迫带来的翻译系统的下调,会抑制细胞的整体代谢能力,这可能是水稻苗期冷害致死的原因之一。(Plant Physiology

 

 

G蛋白调控稻米品质和产量

 

随着生活水平不断提高,消费者对稻米品质也提出了更高要求。研究人员在水稻优质和高产性状协同改良的研究中取得重要进展,从长粒型美国粳稻品种L204中成功分离并克隆了一个控制稻米产量和品质协同提升的重要基因LGY3,该基因编码一个MIKCMADS-box家族蛋白OsMADS1。研究发现,OsMADS1转录因子可以直接与G蛋白γ亚基DEP1GS3蛋白互作,共同调控下游靶基因的表达,揭示了G蛋白通过与MADS转录因子互作的全新分子调控机制,为深入研究G蛋白信号转导途径的分子基础提供了新的切入点。研究通过水稻种质资源测序分析发现,在尼瓦拉野生稻和热带粳稻中存在一种新的变异类型,编码一个C端截短的蛋白OsMADS1lgy3。该等位变异可以让稻米变得更加细长,有效减少垩白率和垩白面积,显著提升了稻米在外观、口感等方面的品质。然而,在我国大面积种植的高产水稻品种中却不含这种自然变异类型。研究表明,将等位基因OsMADS1lgy3引入我国现有高产杂交水稻后,在显著提升稻米品质的基础上还可使其产量增加7%以上;将该等位基因OsMADS1lgy3和高产基因dep1聚合并应用到常规稻育种中,不仅可显著提升稻米品质,还可提高水稻产量10%以上。DEP1-GS3-OsMADS1分子模块的发现和应用有望解决水稻高产与优质之间的矛盾,未来可用于“超级稻”新品种培育,使得稻米能够好吃又高产。(Nature

 

 

菟丝子与寄主间抗虫系统性信号交流

 

已有研究表明,当植物被昆虫取食胁迫,抗虫相关的系统性信号会从受伤害部位产生,并通过维管束进行传导,诱导整个植株产生系统性的抗虫响应。研究人员以南方菟丝子与大豆组成的寄生体系为研究对象,以蚜虫为昆虫胁迫因子,系统地分析了南方菟丝子受到蚜虫侵害后,寄生植物与寄主在植物激素和转录组水平上的响应。结果显示,蚜虫取食同时诱导了南方菟丝子和寄主大豆植物激素和基因表达的显著变化;后续的生物功能测试结果表明,蚜虫胁迫菟丝子后产生的系统性信号能够移动至寄主,并诱导使寄主大豆抵御昆虫(蚜虫和斜纹夜蛾)胁迫的抗性显著增强。该研究表明,在系统性响应昆虫胁迫方面,维管束融合后的寄生植物与寄主形成了一个完整的功能体系,昆虫取食寄生植物后,会诱导整个寄生体系产生系统性的抗虫响应。 (New Phytologist)

 

 

蘑菇科青褶伞属系统演化研究取得进展

 

青褶伞属(Chlorophyllum)真菌是担子菌门(Basidiomycota)蘑菇科(Agaricaceae)中的重要类群之一,营腐生生活,主要分布于森林、草地等生境。研究人员通过多年的野外考察积累及与国内外同行合作,获得了该属全球报道的近80%的物种样品,通过多基因片段测序,重建了该属真菌的系统发育关系,对该属的单系性、物种多样性和性状演化进行了研究。研究发现,青褶伞属真菌为单系类群,属下分为6个组;原初置于大环柄菇属、环柄菇属及粉菇包属下的Lepiota demangeiLepiota hortensisMacrolepiota globosaEndoptychum agaricoides等物种均为青褶伞属的成员;该属物种历史上可能在短时期内经历了快速的辐射式演化过程,但盖表结构,有无锁状联合、褶缘囊状体形状和大小、担孢子的形状和大小、有无芽孔等特性对该属的组和物种的鉴定具有重要价值。该研究提出了青褶伞属的属下系统分类,编制了属下分种检索表,报道了非洲青褶伞(C. africanum)和古热带青褶伞(C. palaeotropicum)两个新种和一个新组合(C. demangii),极大地扩展了对青褶伞属物种多样性和系统演化的认识,有助于该属物种(尤其是有毒类群)的准确识别和毒蘑菇的预防和控制。(Mycokeys

 

 

RNA m6A修饰和果蝇性别决定新因子

 

N6-methyladenosinem6A)是真核生物mRNA上含量最丰富的化学修饰之一,影响剪接、稳定性、折叠、出核、以及翻译等一系列mRNA代谢过程。科研人员通过质谱实验发现了一个与已知m6A因子都相互作用的蛋白CG7358,研究表明CG7358与已知m6A因子共定位在细胞核中,并在免疫共沉淀实验中相互作用。使用突变体、RNAiCRISPR/Cas9系统对该基因进行失活,出现了雌蝇转变为雄蝇的表型。由于该基因未被命名,研究人员根据这一表型将其命名为XiongXio,雄的中文拼音)。Xio通过调控Sxl的选择性剪接在体细胞和生殖细胞中控制Sxl蛋白的水平。此外,xio突变体的其它表型,如翅膀姿势和飞行能力,与METTL3突变体非常相似。进一步的质谱实验显示,mRNA上的m6A水平在xio突变体中显著下降。这些结果都说明Xiom6A甲基转移酶复合物的核心成员之一,由于其人类同源蛋白ZC3H13也与多个m6A因子相互作用,因此Xiom6A修饰途径中的功能是在进化中保守的。(PNAS

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