生物技术前沿一周纵览(2018年11月23日)

2018-11-23 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2018年11月23日)

 高温高光下水稻维持基因组稳定性和ROS 动态平衡的机制

 

高温和高光是农业生产中常见的非生物胁迫,现已成为水稻高产、稳产和优质的重要限制因素。研究人员以高温高光为条件对日本晴突变体库进行筛选,得到一个对高温高光敏感的突变体 ls1 local lesions 1)。在高温高光胁迫下,该突变体具有叶片局部细胞凋亡和叶片萎缩的表型。进一步研究发现,高温高光条件下, ls1 突变体叶绿素含量和相对含水量显著低于野生型;突变体中叶肉细胞,气孔和叶绿体结构发生明显的变化。图位克隆结果表明,ls1 突变基因编码水稻核糖核酸酶 H2 大亚基 A (RNaseH2A)RNaseH2 在基因组中特异地降解RNA/DNA 杂合双链中的 RNA 链,参与 DNA 损伤修复。TUNEL 实验和彗星实验表明,该基因的突变造成突变体中严重的 DNA 损伤,突变体体内积累过量的 ROS,引起叶片局部损伤的表型。该研究还发现,外施还原剂可以显著缓解ls1 突变体的表型。上述研究结果表明, LS1 在维持水稻基因组稳定及 ROS 动态平衡中起重要作用。(New Phytologist 

 

 

科学家揭示植物免疫信号通路中从受体蛋白到免疫开关分子的转导机制

 

随着全球人口快速增长,许多国家尤其是发展中国家正面临着严重的粮食危机。研究人员发现了一种水稻鸟苷酸交换因子(GEF)蛋白OsSPK1,是抗性蛋白Pit直接调控的下游靶分子。同时OsSPK1 具有的促进小G蛋白GDP/GTP 交换能力可直接激活小G蛋白OsRac1,从而进一步激活水稻免疫反应,实现对稻瘟病菌的抵抗。用稻瘟病菌处理OsSPK1 knockdown 植株,水稻表现出明显的感病症状,表明OsSPK1 正调控Pit介导的水稻免疫反应。此外,该研究还发现OsSPK1 正调控另一个水稻R蛋白RGA4介导的免疫反应。研究推断“R蛋白-OsSPK1-OsRac1”组成的分子模块可能在植物抗性蛋白所介导的免疫反应中以相似的机制发挥免疫功能。该研究首次解释了R蛋白如何通过其直接下游靶分子触发ROS产生和局部细胞死亡等免疫反应。本研究为更加完善地了解植物免疫的分子机制提供了新的证据。(PNAS 

 

 

紫茶中花青素积累的分子机制

 

花青素是植物体内的一种次生代谢产物,与植物体内的应激反应和衰老延迟等有关。研究人员结合代谢分析和转录组学分析,发现茶中的紫色表型与转录因子 CsMYB75 phiF)类谷胱甘肽转移酶 CsGSTF1 的协同作用相关,CsMYB75 通过激活茶叶中黄酮类通路的总体通量诱导紫色表型。此外,该研究还发现,CsMYB75 导致 ZJ 茶中花青素的选择性上调,但是儿茶素含量没有上调,这种选择性调节是通过 CsGSTF1 实现的。研究还还阐明了花青素在植物应激反应中的潜在重要性。花青素可以参与氧化还原稳态相关的几种基因的转录调控,抑制导致氧化损伤和细胞死亡的途径,并且花青素还与磷酸盐代谢以及光合作用相关基因的上调有关。(Plant Journal 

 

 

细胞分裂素调控染色质开放性的新机制

 

植物协调生长发育与感应外界环境刺激需要细胞间传递信号来实现。为了研究 CK 如何影响染色质,作者首先通过 FANS-ATAC-seq RNA-seq CK 处理的拟南芥根组织进行测序,通过分析染色质开放变化区域(differentially accessible regions, DARs)及差异表达基因(DEGs),发现 DARs 位于 CK 调控基因附近。研究人员同时进行了 CHIP-seq 的分析,发现B ARR  cis-regulatory elements (CREs) 与所得的 DARs 数据有很大程度的重叠,暗示B ARR 主要参与 CK 诱导的染色质开放性调控。作者在B ARR 突变体中进行 ATAC-seq 分析,发现多数 CK 诱导的 DAR 在突变体中不能被检测,进一步证明B ARR CK 诱导的染色质开放性改变过程中是必需的。(Nature Plants 

 

 

油菜根系响应缺氮的机制

 

油菜是世界上重要的油料作物。研究人员发现,在缺氮条件下,油菜的主根和侧根均显著变长、根系变软、根尖数增加并且根尖伸长区细胞增大。此外,该研究还发现,缺氮导致油菜根分生组织区的细胞数增加,并且伸长区细胞显著增大,这表明缺氮条件下的根系生长可能是由细胞分裂和扩增的刺激引起的。该研究进一步从短期和长期缺氮的植物根中分别鉴定出171755个差异表达的蛋白质 DEPdifferentially expressed proteins),其中参与细胞壁生物发生的蛋白质丰度大大增强,如XTHxyloglucan endotransglucosylase/hydrolase)和EXPexpansins)蛋白。该研究还在转基因拟南芥中验证了 BnaXTH31 的功能,发现该基因在缺氮胁迫下可以促进根系生长。该研究还发现,缺氮根系中过氧化物酶含量及活性均显著下调,该研究推测这可能会减少质外体 H2O2 含量,促进根系生长,并产生氧自由基以切割细胞壁聚合物,从而促进细胞壁松动和根生长。过氧化物酶的下调还通过在低N条件下抑制木质素生物合成来降低根的坚固性,导致根系柔软性增加。研究揭示了油菜根系适应缺氮的潜在分子机制,该研究对提高氮利用效率和油菜籽产量提供了新的见解。(Plant Physiology 

 

 

植物调控生长素信号应答高盐胁迫的新机制

 

全球范围内土壤盐渍化日趋严重,威胁作物生长、发育、产量及其品质。研究人员发现,盐胁迫下,PLDα1 PLDδ 同时被激活,水解底物PC/PE(磷脂酰胆碱/磷脂酰乙醇氨)并产生 PAPA 结合并激活蛋白激酶 PIDPINOIDAGCVIII蛋白家族),增强其磷酸化 PIN2(生长素输出转运蛋白)活性,提高了 PIN2 外运生长素能力,从而促进了生长素在根尖的再分布,维持植物生长以抵御盐胁迫。(The Plant Cell 

 

 

菰米具备抗氧化功能

 

研究人员以中国菰米和北美菰米为研究对象,利用基于UHPLC-QqQ-MS代谢组学技术,从两种菰米中鉴定出672种代谢物以及357种差异代谢物。研究发现,两种菰米差异代谢物主要在“苯丙烷生物合成”路径上富集。利用大孔树脂柱层析从中国菰米提取物中纯化富集到抗氧化有效成分,从中鉴定出14种酚酸及其衍生物和20种黄酮类化合物,并对中国菰米典型分布区域的荆州菰米和淮安菰米中的酚酸和黄酮类化合物进行了定量分析。结果表明,与酚酸类化合物相比,中国菰米黄酮类化合物对其抗氧化活性的贡献更大。(Food Chemistry

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