生物技术前沿一周纵览(2019年3月29日)

2019-03-29 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示生物钟调控根发育的新机制
生物钟能够感知及预测光温等环境因子的昼夜节律性变化,通过协调细胞生理、代谢活动和多种发育过程,在时间维度上为植物生长与发育提供了适应性优势。科学家通过多种生理生化实验,并结合遗传证据,全面系统地解析了植物生物钟调节根形态发育的分子机制。研究人员发现,TOR基因的转录水平呈现较强的昼夜节律性动态,通过已发表的大数据进行生物信息学分析则表明PRRs蛋白与TOR参与调控的基因存在高度的重叠。进一步生理实验和生化实验显示,PRRs的突变体对糖激活的TOR信号敏感性降低,根中TOR的转录水平下降,根尖分生区细胞增殖活性减弱,根的生长也受到限制;由于PRRs蛋白主要作为转录抑制因子发挥作用,说明在prr579突变体中TOR mRNA水平降低可能不是PRRs蛋白的直接效应。该研究发现了植物生物钟核心振荡器关键因子PRR5、PRR7和PRR9通过整合转录以及转录后水平的机制对TZF1-TOR信号通路在时间维度精细调节,以调控植物根分生区细胞分裂的活跃程度,进而调控根部形态发育的分子机制,拓展了对植物生物钟调控植物生长发育过程的分子机制认识。(Nucleic Acids Research)
论文链接:academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkz191/5403494


研究揭示拟南芥组蛋白去甲基化酶JMJ13的结构功能
组蛋白修饰在植物生长发育过程中发挥着至关重要的作用,它与基因沉默、基因激活、染色体形态建成以及遗传物质修复等生物学问题密切相关。组蛋白去甲基化酶在组蛋白修饰的动态调控中起着重要作用。研究人员通过体内和体外实验分别证明了JMJ13是H3K27me3位点特异性的组蛋白去甲基化酶。JMJ13整体结构包括Jumonji,helical,zinc finger三个结构域,其中zinc finger结构域并非之前预测的C5HC2型锌指,而是新型的C4HCHC型锌指结构域。在JMJ13和H3多肽的复合物结构中,N402、E295和Y282通过氢键参与识别H3K27me3。D236和D296分别与组蛋白H3的R26和S28形成氢键。F179通过堆积作用识别P30,决定了JMJ13识别组蛋白修饰的序列特异性。突变参与多肽识别的关键氨基酸,能显著降低JMJ13的酶活。接下来,研究人员开展了JMJ13的功能研究。JMJ13突变体在长日照条件下呈早花表型。有趣的是,在短日照条件下,22℃培养JMJ13突变体无开花表型,而28℃培养突变体有早花表型。进一步遗传分析表明,JMJ13在FLM/SVP和CO/GI上游发挥功能。因此,H3K27me3去甲基化酶JMJ13通过温度和光周期途径抑制开花。(Nature Communications)
论文链接:www.nature.com/articles/s41467-019-09310-x


中国科大发现一类膜蛋白分子机器动力学新态

近日,科学家在生物分子机器领域取得新进展,发现一类膜蛋白分子机器(鞭毛马达)动力学过程中的一个全新状态: 该团队通过对大量单马达稳态下定子数目的长时间精确观测,统计出特定定子数的驻留时间分布,从而发现其分布形状是典型的双指数形式,而非双态模型预言的单指数形式。通过这些实验测量,结合对这个随机过程的理论分析,该团队发现了定子结合/脱离马达这个随机过程中的一个全新状态(称之为暗态),提出了三态模型来描述这个随机过程,并进一步运用分子生物学结合统计物理分析,确定了暗态的存在及其特征。暗态的发现将进一步加深对马达动力学的理解。暗态与结合态、脱离态相比,寿命短了2个数量级。这种巨大的时间尺度上的差异,使得以往传统的荧光或生物化学技术都很难发现该态。该团队此次提出的对生物动力学过程进行单分子/单马达/单过程的长时间精确观测,并结合驻留时间分布的统计物理分析,对其它生物马达、生物动力学过程的研究也有普遍意义。(Science Advances)
论文链接:advances.sciencemag.org/content/5/3/eaau6885


植物物种形成机制研究方面取得进展
物种形成研究作为进化生物学研究的主要焦点之一,近年来在多个方面取得进展。中国科学院成都生物研究所高信芬课题组副研究员高云东,采用我国西南高山灌丛植物绢毛蔷薇(Rosa sericea)和峨眉蔷薇(Rosa omeiensis)为研究对象,利用群体遗传学及生态位对比分析的方法,对这一物种界限不清楚的姊妹类群进行了深入的研究。其结果表明虽然分子证据不足以对其进行区分,生态位的差异化(对不同海拔的适应)是两个物种进行区别的关键因素。而由于冰期的影响导致高海拔物种峨眉蔷薇的下迁,从而使这两个物种在分布上有很大程度的重叠而产生了基因交流,导致在分子层面上不可分,是一种典型的临域性物种形成(Parapatric speciation)导致的结果。而在当前越来越依赖分子系统学作为分类学标准的背景下,以结合形态学、生态学及完善的群体遗传学研究建立的“整合物种学”概念为指导思想的物种划分更为客观,是今后物种理论研究的主要方向。(Frontiers in Plant Science)
论文链接:www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2019.00321/full


发现一个水稻株型调控新基因
水稻产量性状是由多基因控制的复杂数量性状。水稻产量主要由穗数、每穗粒数和粒重三个因素决定的。水稻每株的穗数由有效分蘖数直接,每穗粒数则是由一级枝梗数目和二级枝梗数目以及枝梗上的小穗数目共同决定的。近日,万建民院士团队鉴定了一个水稻株型调控新基因,并揭示了其调控水稻株型的机制。在这项研究中,研究人员鉴定了一个水稻突变体shi1,该突变体分蘖数显着减少,秆强度增加,穗分枝数也增加。图位克隆显示,OsSHI1编码SHORT INTERNODES(SHI)家族的植物特异性转录因子,具有一个该家族特异性IGGH结构域和一个保守的锌指DNA结合结构域。 OsSHI1主要在腋芽和幼穗中表达。进一步研究发现,OsSHI1与调控水稻株型的转录因子IPA1(IDEAL PLANT ARCHITECTURE1,IPA1)互作。OsSHI1可通过新型顺式元件(T/GCTCTAC motif)直接与OsTB1和OsDEP1的启动子区域结合,影响IPA1对OsTB1和OsDEP1的转录激活活性,导致分蘖数增加和穗减小。综上,OsSHI1作用于IPA1的上游,并通过影响其转录活性来调控水稻株型。(The Plant Cell)
论文链接:www.plantcell.org/content/early/2019/03/25/tpc.19.00023



揭示黄瓜果实发育的乙烯调控机制

植物器官的生长和发育取决于生长刺激和抑制之间的微妙平衡。果实大小和形状是影响产量和商品价值的重要农艺性状。研究人员以两个黄瓜短瓜材料(sf1突变体和acs2 突变体)为对象,研究了乙烯剂量精细调控黄瓜果实伸长的分子机制。sf1突变体表现为果实细胞分裂减弱并且产生过量乙烯;acs2 突变体表现为果实细胞分裂减弱但是产生的少量的乙烯。SF1 (Short Fruit 1) 编码一个E3泛素连接酶,该研究发现,SF1泛素化修饰并降解自身及其底物ACS2 (乙烯合成途径中的限速酶,1-Aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 2);SF1突变后, 导致ACS2积累,从而促进乙烯过量合成;研究进一步揭示了乙烯对黄瓜果实长度调控的剂量依赖性,过高或过低的乙烯剂量都会对黄瓜果实细胞分裂产生严重的抑制,而合适剂量的乙烯会促进细胞分裂,调控黄瓜果实伸长。以上研究为理解葫芦科果实形态建成的遗传和分子基础提供了重要的见解。由于不同的消费者群体对黄瓜果实大小的偏好不同,这项研究将有望为黄瓜果实大小的改良育种提供科学基础。(The Plant Cell)
论文链接:www.plantcell.org/content/early/2019/03/26/tpc.18.00957


揭示红桦和白桦杂交与渐渗规律

自然杂交与渐渗广泛存在于动植物间。研究表明,渐渗通常由丰富度相对较低的物种到丰富度相对较高的物种发生,由二倍体到四倍体发生。近日,研究人员揭示了红桦和白桦杂交与渐渗规律,并发现了红桦新的细胞型,即‘二倍体’红桦。该研究选取了红桦(2n = 4x = 56)和白桦(2n = 2x = 28),并根据二者相对丰富度,把种群分为三组。第一组(Gr1)仅发现红桦;第二组(Gr2)红桦和白桦同域分布,种间相对丰富度大概一致;第三组(Gr3)红桦相对丰富度较低,而白桦相对丰富度较高。研究表明红桦和白桦间仅发生了有限的杂交,且渐渗方向同倍性和相对丰富度无关。研究还表明‘二倍体’红桦同‘四倍体’红桦之间存在杂交及不完全的谱系分选;‘四倍体’红桦可能为异源四倍体,其亲本之一为‘二倍体’红桦。此外,还研究了区分四倍体基因型和不区分四倍体基因型对种群遗传结构和种间遗传分化的影响。最终结果表示,倍性和种间相对丰富度不影响红桦和白桦渐渗方向的可能原因是种群密度。种群密度越高,个体为了竞争光照而倾向于营养生长,因此每个个体平均产生的花粉量减少。(Annals of Botany)
论文链接:academic.oup.com/aob/advance-article/doi/10.1093/aob/mcz024/5420615

来源:基因农业网

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