生物技术前沿一周纵览(2019年1月25日)

2019-01-25 | 作者: 基因农业网 | 标签: 前沿

GDSL家族基因调控玉米雄性发育新机制
细胞核雄性不育(GMS)一般由参与花药和花粉发育的基因突变产生,其在植物雄性发育调控机理解析和杂交育种及杂交种生产等方面都具有重要价值。研究团队利用 ZmMs30 基因和 ms30-6028 突变体,建立了基于 ZmMs30 的玉米多控不育技术(Multi-control sterility, MCS)体系,发现其 T3 代 MCS 保持系转基因花粉传递率平均仅为万分之0.56,显著低于之前报道的 ZmMs45-SPT 和 ZmMs7-MCS 保持系的转基因花粉传递率。该团队获得一个玉米雄性不育突变体 ms30-6028,表现为花药角质层缺失,花粉外壁基足层(foot layer)断裂。通过图位克隆的方法得到该突变体的育性恢复基因ZmMs30,进一步利用转基因互补和基因编辑敲除的方法对目标候选基因进行了功能验证。ZmMs30 编码一个新的 GDSL 蛋白,影响玉米花药中多种脂类物质的合成,ms30 突变会引起玉米花药角质层和花粉外壁基足层正常发育所需脂类物质的不足,最终导致彻底的雄性不育。本研究首次发现了 GDSL 家族基因参与调控植物雄性发育。(Molecular Plant)
链接:www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30016-4


拟南芥生殖细胞DNA复制研究取得新进展

被子植物雄配子发生过程中,单倍体小孢子经历一次不对称有丝分裂(PMI)产生营养细胞和生殖细胞,之后生殖细胞再进行一次对称的有丝分裂(PMII)形成两个精细胞。研究发现,拟南芥 BICELLULAR POLLEN 1 (BICE1)基因突变使生殖细胞的 DNA 合成延缓,导致约40%的突变花粉粒停滞在二细胞阶段,但生殖细胞S期的延长不影响其细胞命运的分化。遗传学和生化证据表明BICE1与MCM4和 MCM7 之间存在相互作用,BICE1 与 MCM4 或者 MCM7 的双突变体中亦可见异常的两细胞花粉及非正常浓缩的染色体。该研究表明,BICE1 通过与 MCM4 和 MCM7 的相互作用在DNA复制调控中起作用。(New Phytologist)
链接:nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.15610


MRF1,一个重要的开花调控蛋白
在高等植物中,光合产物主要通过韧皮部 (phloem) 中进行长距离运输,叶片中韧皮部伴胞可以整合代谢信号和光周期信号参与调控植物的生长和发育。研究人员利用 INTACT (Isolation of Nuclei TAgged in specific Cell Types)和高通量测序研究了不同光周期条件下拟南芥韧皮部伴胞中转录组和表观基因组的动态变化。该研究发现,在韧皮部伴胞中 H3K4me3 水平与一些在伴胞中发挥重要功能的基因表达是正相关的,这些基因参与代谢调节,生物节律,发育和表观遗传修饰;而 H3K27me3 水平与这些基因的表达没有明显的相关性。这些组学数据表明,在韧皮部伴胞中存在整合了发育和生理过程的复杂基因调控网络。该研究进一步鉴定了韧皮部伴胞中的 MRF1(MORN-MOTIF REPEAT PROTEIN REGULATING FLOWERING 1),是一个重要的开花调控因子。韧皮部伴胞 MRF1 表达受光周期强烈诱导。 mrf1 突变后拟南芥开花延迟,而过表达 MRF1 则促进开花,进一步说明 MRF1 是一个开花促进因子。(The Plant Cell)
链接:www.plantcell.org/content/early/2019/01/22/tpc.17.00714


研究人员揭示植物衰老调控新机制

衰老是有机体(植物、动物和微生物)生长发育和世代交替的重要生物学过程。研究人员利用碳缺乏诱导植物衰老的研究体系,发现ABS3(ABNORMAL SHOOT3)亚家族MATE(multidrug and toxic compound extrusion)转运蛋白促进植物叶片衰老和蛋白质降解;ABS3 亚家族MATE 基因的四重和六重缺失突变体对碳缺乏诱导的植物衰老表现出极强的抗性。进一步研究发现,自噬缺陷时,衰老过程启动和进程依赖于ABS3亚家族MATE蛋白的功能。有趣的是,ABS3亚家族MATE蛋白在晚期内体上(late endosome )与自噬途径的关键蛋白ATG8(AUTOPHAGY-RELATED PROTEIN 8 )相互作用,ATG8-ABS3 互作是ABS3促进衰老和蛋白质降解的前提条件,但这一互作并不依赖于自噬途径或ATG8蛋白C端的切割和脂化,代表了ATG8的一个不依赖于自噬途径的新功能。基于以上发现,研究提出了ABS3介导的促进衰老的途径与抑制衰老的自噬途径共享ATG8,这两个途径的平衡协同调控植物衰老进程的模型。(Nature Plants)
链接:doi.org/10.1038/s41477-018-0348-x


揭示矮牵牛花青素合成调控的分子机制
花色是植物的重要性状,在植物传粉、保护生殖等方面起着重要作用。研究表明,多数植物的花色主要是由花青素(苷)的种类和含量决定。 研究人员通过比较两个矮牵牛品种基因组(Petunia inflata 和 P. axillaris)发现了三个新的与花青素调控相关的MYB类型转录因子-ASRs(ANTHOCYANIN SYNTHESIS REGULATOR)。三个基因只在矮牵牛Petunia inflata 中存在,并且 ASR1 和 ASR2 发生了突变,失去正常的编码功能,有意思的是,ASR1-3 基因在矮牵牛M1, V30 和W59中都具有正常的编码功能,而在W115、R27中均表现为缺失。研究表明,三个基因主要在花瓣发育的早期表达,并正向调控花青素相关结构基因表达,但在调控花青素结构基因能力大小、调控的基因类型等方面存在一定差异。总之,通过ASR三个基因的研究表明,植物中MYB类型基因的突变、重组、拷贝数增加或减小是花色差异形成的重要分子基础。(Plant Direct)
链接onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pld3.114


利用化学遗传学揭示植物免疫及ABA信号传导的新机制

了解植物如何同时应对多种胁迫对理解其进化过程及响应模式至关重要。作为植物体内重要的应激激素,脱落酸(ABA)在调节植物对非生物胁迫(如干旱)响应和植物防御信号传导(如ABA处理可以增加病原体易感性)中均起重要作用。研究人员通过正向遗传学检测了 DFPM 和 ABA 存在下 ABA 诱导型 pRAB18:: GFP 的活性并鉴定了 DFPM 抑制 ABA 信号转导所需的RDA(resistant to DFPM-inhibition of ABA signaling)。该研究发现,rda2 突变体植物中 DFPM 介导的对 ABA 反应的抑制(包括ABA诱导的气孔关闭和基因表达)、MAPK 活化和 PAMP 响应基因的诱导均显著降低。同时发现,rda2 在编码凝集素类受体蛋白激酶(lectin receptor kinase)基因过程中存在缺陷。该研究还发现,RDA2 在 DFPM 介导的 ABA 抑制报告基因表达中起重要作用,RDA2 可以感知 DFPM 信号并随后激活免疫信号传导和抑制 ABA 信号转导。RDA2 可以将信号转导至下游途径,在 MAPK 活化(MPK3,MPK6等)和转录调节中发挥作用。综上, RDA2对 DFPM 介导的免疫信号传导和抑制ABA信号传导至关重要。(Plant Journal )
链接:onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14232


核输入蛋白IMPORTIN β4调控胚珠发育的机制

胚珠是种子的前体,其正常发育对完成双受精过程至关重要。前期的研究结果表明多种转录因子参与胚珠发育过程。然而,这些转录因子的上游调控因子尚未被揭示。近日,山东农业大学研究发现,拟南芥核输入蛋白 IMPORTIN β4(IMB4)通过介导转录激活因子 GIFs 入核,从而调控胚珠发育的分子机制。在这项研究中,研究人员发现核输入蛋白 IMB4 功能缺失导致胚珠珠被发育异常,进而影响胚囊发育,最终导致部分雌配子体败育。进一步研究发现,IMB4 与转录激活因子 GIFs (GRF-INTERACTING FACTORS)互作,而生化实验及荧光蛋白定位实验都证明 IMB4 介导 GIFs 在细胞核内的富集。GIFs 作为转录激活辅因子,通过和多种转录因子互作,调控包括胚珠发育在内的多个发育过程。该项研究工作不仅揭示了调控胚珠发育的一条新的遗传途径,还为GIFs相关的转录调控途径提供了新的线索。(Plant Physiology)
链接:www.plantphysiol.org/content/early/2019/01/18/pp.18.01135


首个毒蛙基因组被成功解析
箭毒蛙是生活在中美洲及南美洲加勒比海沿岸的低地森林中的一种小型陆地蛙,所携带的毒性强烈,其强度是吗啡的200倍。虽然毒素是对付天敌的致命武器,但毒素对箭毒蛙本身却没有影响。研究人员成功“破译”草莓箭毒蛙(Oophaga pumilio)基因组,揭示了其基因组演化特征。研究发现在草莓箭毒蛙SCNA基因家族发生了核苷酸替换,已有研究表明基因SCNA参与了神经毒性生物碱毒素的毒性抵抗作用。其中氨基酸替换M777L在5个SCNA旁系同源基因中同时发生了替换,结果表明这些氨基酸替换在抵抗神经毒性生物碱的毒性中可能发挥着潜在的作用。研究还发现了第一个基因组测序毒蛙中的离子通道,并讨论了其与皮肤对隔离毒素的自耐受演化关系。(Oxford)
链接:academic.oup.com/mbe/article/35/12/2913/5106668

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