生物技术前沿一周纵览(2019年2月22日)

2019-02-22 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示蛋白质SUMO化修饰精细调控植物次生细胞壁增厚新机制
细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的主要特征之一。SUMO化修饰是一种蛋白翻译后的修饰方式。SUMO化修饰在蛋白质之间相互作用、蛋白质在细胞内的定位、转录因子活性等方面发挥多种调节功能。研究发现转录因子LBD30通过SIZ1介导的SUMO化修饰作用于拟南芥纤维细胞次生细胞壁加厚过程。研究证明了LBD30的SUMO化修饰直接对纤维细胞壁加厚的转录程序进行调控。SUMO化的LBD30促进细胞壁加厚的转录程序启动,如果LBD30不被SUMO化,则该细胞壁加厚程序不能正常启动(如图所示)。该研究首次发现了蛋白质SUMO化修饰在调控次生细胞壁形成中的重要功能,揭示了次生细胞壁形成多层次调控网络的一个新途径,为实现对细胞壁生物质的精确和定向改造提供了一条新的可操作技术路径。 (PLoS

揭示番茄果实花青素合成及品质形成的调控机制
花青素是一种在自然界广泛分布、抗氧化能力很强的天然植物色素,然而,作为一种世界范围内广泛消费的重要经济作物,番茄果实却几乎不含花青素。最新的一项研究综合运用了遗传学、分子生物学和生理生化等技术从分子和代谢层面对SlMYB75的功能进行了系统的分析,除了感观上花青素大量积累外,SlMYB75超表达果实成熟过程中的部分品质属性也显著提高,包括黄酮类物质、酚类物质和芳香挥发物,特别是部分萜烯类挥发物(萜烯类挥发物在WT番茄果实中本底含量很低)的含量能够提高10倍以上。与此相对应,转录组分析发现SlMYB75-OE果实中相关的多条代谢途径,如苯丙烷和芳香挥发物等途径均发生了变化。酵母单杂交和双荧光素酶实验表明,SlMYB75转录因子能够与MYBPLANT和MYBPZM元件相互作用,并且可能通过直接靶向调控下游芳香合成基因的表达来促进芳香挥发物的积累。该研究结果为明确SlMYB75在植物中的功能奠定了基础,同时也为今后通过分子标记育种或基因工程技术改良番茄品质提供了参考。(Nature)

发布水稻中总硒含量的分析方法

硒是人体必需的微量营养元素,具有抗氧化、提高免疫力、预防癌症、延缓衰老、维持甲状腺功能和男性生育功能等作用。在正常情况下,人体主要从植物性食物尤其谷物中摄取硒。研究植物富硒机制,为人们生产食用安全的富硒植物产品显得非常重要,而硒含量分析是开展植物富硒等相关研究的前提。借助硒含量分析技术,研究人员发现水稻突变体 ltn (吸收无机磷能力强)具有较高的吸收亚硒酸盐能力。在磷饥饿条件下,水稻根系吸收亚硒酸盐能力显著提高。由于水稻磷转运蛋白OsPT2在缺磷和正常培养时表达量最高,因此构建了水稻磷转运蛋白基因OsPT2 过表达和干涉材料。研究发现,在水稻中过量表达OsPT2 能显著提高根系吸收亚硒酸盐速率、根茎叶和籽粒硒含量,相反,在水稻中敲除OsPT2 能显著降低根系吸收亚硒酸盐速率、根茎叶和籽粒硒含量。因此,磷转运蛋白OsPT2具有吸收亚硒酸盐和提高水稻籽粒硒含量的功能。(Bio-protocol

揭示UV-B光调控植物发育的新机制
光是自然界中影响动植物生命活动的重要环境因子,植物对紫外光UV-B波段(280-315nm)十分敏感,适度的UV-B光照能够促进幼苗进行光形态建成,帮助植物获得抵御胁迫的能力。最新的研究揭示了拟南芥中两类泛素连接酶形成“抑制”与“去抑制”机器,拮抗调控UV-B光形态建成的分子机制。该研究首次在蛋白稳定性调控层面上解析了UV-B光信号转导机制,鉴定了在UV-B光信号转导过程中起“刹车“作用的泛素连接酶CUL4-DDB1-RUP1/RUP2,揭示了RUP1/RUP2影响UVR8构象之外的新功能,同时解析了COP1“以攻为守”,通过降解新底物RUP1/RUP2从而稳定HY5,实现功能反转的分子机制。CUL4-DDB1-RUP1/RUP2-HY5和COP1-RUP1/RUP2这两套“泛素连接酶-底物”模块通过复杂又精细的调控作用,保证了植物对UV-B光信号的适度应答。该成果为UV-B光调控植物发育的机制研究阐明了新途径,为紫外光能源的科学利用提供了新思路。(PNAS

蒺藜苜蓿中鉴定到花发育新基因
植物器官叶片与花的发育息息相关,茎端分生组分化发育出花还是叶片由一系列MADS转录因子所调控,也就是基于拟南芥和金鱼草而建立的花器官确立的ABC模型。其中,A类基因调控萼片的形成,A和B类调控花瓣,B和C类调控雄蕊,而C类调控心皮。蒺藜苜蓿是豆科模式植物,花器官发育与拟南芥有所差异,已鉴定ABC基因的功能也不尽相同。研究人员从蒺藜苜蓿Tnt1逆转录转座子突变体库中,筛选得到雄蕊和心皮器官转换为重叠花瓣和萼片的突变体,鉴定得到新基因AGAMOUS-LIKE FLOWER(AGLF)。AGLF的功能丧失导致雄蕊和心皮转化为花瓣和萼片。在A类基因MtAP1或B类基因MtPI的突变体中敲除AGLF会引起C功能丧失的表型。此外,该研究还证明,AGLF在转录水平激活蒺藜苜蓿C类基因AGAMOUS(MtAG),从而发挥作用。该研究是继C类基因AGAMOUS之后首次鉴定到负责雄蕊和心皮发育的单拷贝强表型新基因。本文对蒺藜苜蓿花器官发育进行了系统深入地研究,为近缘豆科作物育种改良提供了新思路。(PANS)

揭示植物微调防御反应的新机制
面对自然界中各种各样的病原菌,植物进化出了一套独特的免疫系统。一方面植物的免疫系统能够有效地抵御病原菌的侵染,另一方面过度激发植物的免疫反应又会对植物生长造成负面影响。最新的研究报道了一种植物免疫双向调控新途径:一方面 EDS1 可以与水杨酸的受体蛋白NPR3/NPR4发生相互作用,导致 EDS1 蛋白通过 26S 蛋白酶体途径被降解,从而降低了植物抗性对植物生长产生的负面影响;另一方面 PBS3 可以与 EDS1 形成蛋白复合体,二者的相互作用抑制了 26S 蛋白酶体介导的 EDS1 蛋白降解,进而保护植物免疫反应正常进行。研究发现,PBS3-EDS1 蛋白复合体存在于细胞质与细胞核中,并且两个基因的表达可以快速被病原菌侵染所诱导。意外的是,PBS3不能与两个已知的EDS1互作蛋白,PAD4(phytoalexin deficient4)与 SAG101(senescence-associated gene101)发生相互作用。该研究揭示了 EDS1 蛋白的降解机制,并发现 EDS1 和 PBS3 在病原菌相关的保守分子诱导的抗性中是必需的。PBS3-EDS1蛋白复合体对植物防御反应微调机制的解析为阐明作物免疫信号转导机制,制定作物病害新的防控策略提供了理论基础。(Molecular Plant

科学家拓展Cas12a基因编辑工具盒并优化其编辑效率

近年来CRISPR基因编辑工具的出现,依靠其简单、快速、高效等优势,极大的优化了基因工程的操作方法和手段,并且为基因治疗等领域带来了变革。目前,科学家们已经鉴定出6种类型、20余亚类的CRISPR系统。最新的研究成果显示,中国科学院动物研究所团队对25种尚未挖掘的V-A型Cas12a蛋白进行研究,最终成功地获得了6种新的Cas12a系统,能够有效地实现哺乳动物细胞基因组的编辑。与之前报道的Cas12a系统相比,该研究工作取得了以下进步:(1)发现6种新的Cas12a基因编辑系统,拓宽了Cas12a基因组编辑工具的选择范围;(2)新发现的部分Cas12a蛋白可以识别5’-TTN的PAM序列,从而提高基因组的识别范围。甚至,HkCas12a可以识别更为简单的PAM序列(5’-YTN和5’-TYYN),进一步提高基因组的识别范围;(3)通过优化crRNA骨架序列,有效地提高了Cas12a的编辑效率。针对这些新的Cas12a编辑系统,该研究团队已于两年前提交了专利申请。相关成果于2019年2月5号在国际学术期刊Genome Biology发表。(Genome Biology

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