生物技术前沿一周纵览(2018年8月31日)

2018-08-31 | 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(2018831日)

 

O-GlcNAc糖基化介导表观遗传修饰调控发育新机制

 

细胞内蛋白质翻译后O-N-乙酰氨基葡萄糖(O-GlcNAc)修饰,由O-GlcNAC糖基转移酶催化完成,在植物中,这种动态的蛋白糖基化与磷酸化修饰调节植物春化作用介导的开花过程。研究人员拟南芥O-GlcNAc转移酶SEC基因功能缺失突变体具有早花的表型,且突变体中开花时间的负调节因子FLC的转录受到抑制,同时FLC染色质区组蛋白H3K4me3修饰水平显著降低,表明植物体内糖基转移酶SEC参与表观遗传介导的开花时间调节过程。FLC位点组蛋白的H3K3me3修饰由组蛋白甲基转移酶ATX1催化完成,该研究发现SEC可以直接催化ATX1使其获得O-GlcNAc修饰。在体外及体内条件下,SEC均表现出通过O-GlcNAc修饰而激活ATX1的组蛋白甲基转移酶活性,而且,遗传分析表明ATX1的功能依赖于SEC。进一步的蛋白质谱分析及蛋白点突变功能验证结果表明,位于ATX1SET结构域中的Ser947SECATX1进行O-GlcNAc修饰并且激活其组蛋白甲基转移酶活性的关键位点。(The EMBO Journal

 

 

植物SUVH家族组蛋白甲基化酶的调控机理

 

植物DNA甲基化严格受到组蛋白修饰H3K9me2的调控。研究人员首先对SUVH家族成员SUVH6开展了结构生物学研究,测定了SUVH6与甲基化的DNA、辅因子SAM等不同组合的多个状态的复合物的晶体结构。通过结构分析,发现SUVH6的肽底物结合通道受到自身的自抑制调控。并且,SUVH家族的蛋白结合甲基化DNA更依赖于其thumb loop,而不同于哺乳动物的UHRF1更依赖于NKR finger。在此基础上,研究人员测定了SUVH4/5/6三个同源冗余基因和不同序列的甲基化DNA的结合常数,发现植物中负责H3K9甲基化的主效基因SUVH4更加偏好CAG/CTG甲基化,SUVH5更偏好CCG甲基化,SUVH6则没有偏好性,成功地解释了拟南芥中CAG/CTG甲基化明显高于CCG甲基化的原因。(PNAS

 

 

小麦根际微生物群落相互关系研究获进展

 

根际蕴含了丰富的微生物类群,根际微生物之间的竞争、合作关系共同促进了根际微环境的稳定及养分循环过程,对作物的生长和健康起着重要作用。研究人员利用共存关系网络分析 (co-occurrence network) 研究了大尺度下华北平原小麦根际古菌、细菌、真菌群落之间的相互关系,重点探索根际微生物网络的复杂性与稳定性,并挖掘根际核心微生物 (keystone species) 菌群。研究发现,与非根际土壤微生物相比较,根际微生物网络结构相对简单却更加稳定;土壤pH与微生物多样性对网络的大小和连接性都起到正反馈作用;网络中的核心菌群具有相对灵活的代谢特征,并且根际中核心菌群受环境因子的扰动作用较小。该研究阐明了根际微环境中相对简单但更加稳定的微生物群落,解析了影响微生物网络特性的生物与非生物因素,并从网络结构稳健性角度挖掘了核心微生物菌群及其扰动因素,为今后重建稳定的农田微生物群落提供了科学依据。(Soil Biology and Biochemistry

 

 

紫薯花青素糖基化转移酶的生物学功能

 

花青素糖基化修饰影响花青素在细胞中的稳定性。研究发现http://www.cas.cn/syky/201808/W020180828592971344429.gifIb3GGT以花青素-3-O-葡糖苷为受体及UDPG为供体催化合成花青素-3-O-槐糖苷,行使糖基转移酶的功能,该催化过程发生在细胞溶质而非内质网中。相比At3GGTIb3GGT的蛋白模型及点突变发现Thr-138位点对选择性的识别UDP-葡萄糖起重要作用。紫薯和拟南芥中花青素修饰方式的不同最终导致了两种植物花青素主要成分的巨大差别。该研究也发现该基因的表达受IbMYB1转录因子的调控。这为人们在进化上深入理解植物次生代谢中花青素糖基化奠定了基础,同时也为通过基因工程生产特定花青素组分提供了思路和技术。 Journal of Experimental Botany

 

 

金钩花单性花形成研究获进展

 

被子植物中花的性别分化是避免自交衰退、促进异交和保持遗传多样性的重要途径,对其形成机制的研究有助于理解被子植物进化的机制。研究人员通过对金钩花的雄花和功能性雌花的花药和花粉发育进行对比研究发现,两种类型的花药表皮、药室内隔、中层及花粉的发育过程均一致,但在绒毡层和开裂组织的发育过程表现出不同。雌花花药的绒毡层细胞为三核,细胞核延后至单核小孢子早期开始降解,细胞质却高度液泡化,花粉成熟时绒毡层细胞仍宿存;开裂组织细胞始终保持完整结构。金钩花发育过程中出现两性花阶段(具有和功能性雄蕊形态结构类似的不育雄蕊),在减数分裂之后,孢子体组织异常导致花药不能正常开裂,从而形成功能性雌花(假两性花)。性器官败育的时期及所涉及的组织是揭示单性花形成机理的重要方面。(Botany 

 

植物根的进化形成过程

 

现代植物的根部是逐步发展进化而来的,且至少经历过两次演化事件,逐步形成了它们的标志性特征。研究人员对莱尼埃燧石层一个具有4.07亿年历史的沉积层,其中包含了一些保存极为完好、已知为最古老的陆地生态系统遗迹。针对分生组织化石建立了三维模型,发现星木的分生组织缺少根毛和根冠,取而代之的是连续的表面组织层。这一结构使这些根在维管植物中显得独一无二。星木的根代表了现代维管植物根的一个过渡形态。鉴于无根冠过渡结构已经出现在石松纲植物中,这印证了一种观点,即在石松纲植物和真叶植物中,含根冠的根独立于它们共同的无根祖先而演化。(Nature

 

 

bZIP73JapbZIP71对南方籼稻品种低温耐受性的提高

 

低温严重影响水稻的地理分布、生长发育及产量。研究人员野生稻群体基因组序列分析发现,bZIP73可能早在水稻祖先中就受到了人工选择,并且耐冷型等位基因(bZIP73Jap)频率在粳稻中迅速提高,说明了耐冷型等位基因在粳稻驯化中受到青睐。结合野生稻分布区,研究发现中国南方野生稻资源中仅存在粳稻型bZIP73JapG),而在印度、孟加拉国和中南半岛以西地带野生稻中却同时存在粳稻型和籼稻型bZIP73。结合1960-199030年间平均地表温度数据分析发现,野生稻群体中含籼稻型bZIP73IndA)个体主要分布区明显与地表温度相关,说明粳稻型bZIP73Jap与粳稻的北移具有明显的相关性。同时,研究发现非耐冷型籼稻等位基因bZIP73IndA)在籼稻驯化过程中也受到了明显的人工选择,但其原因尚未清楚。(Nature communications

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