生物技术前沿一周纵览(2019年4月29日)

2019-04-29 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2019年4月29日)

拟南芥根表皮细胞分化模式起始的分子机制

 

在多细胞的组织或生命体中,细胞间以及细胞与环境之间的信号交流非常重要,其中细胞间的接触和细胞的位置会影响细胞的分化,最终影响器官和组织的发育过程和结果。研究人员通过分析QKY的具体跨膜区,并证明了两者主要在胞外区域互作。进一步生物学实验发现,在qky-16  scm-2双突变体中,SCM-GFP融合蛋白比单突scm-2中分子量大一些,不同蛋白酶抑制剂处理发现SCM蛋白在双突变体中更容易被半胱氨酸蛋白酶所依赖的方式特异降解。同时发现,SCM蛋白在突变体qky-16中膜上蛋白明显减少,蛋白内化增加。这些间接证据都表明,QKY能够阻止SCM的胞吞和在液泡内的降解。生化数据也证实了SCM至少三个位点被泛素化修饰,说明QKY能够使得SCM稳定是由于前者可以影响后者被泛素化的结果,不过QKY是直接去泛素化还是抑制泛素化抑或间接帮助阻碍泛素化还不够明确。综上,在根表皮细胞中,QKY主要在H型细胞中表达并积累,通过与SCM胞外区互作并抑制SCM的泛素化,使得SCMH型细胞中稳定积累,积累的蛋白能够增加CPC蛋白向H型细胞的移动,从而决定细胞的分化,最终影响表皮细胞模式。Nature Communications

 

 

研究人员利用CRISPR/Cas技术在植物基因组中诱导序列倒位

 

植物进化的历程中,为了适应外部复杂环境的变化,基因组上的序列经常发生倒位(inversion)研究人员使用Staphylococcus aureus Cas9SaCas9),在组成型表达Ubi启动子驱动下,首先发现野生型体细胞发生倒位的频率在0.5-2%,大部分倒置序列的结合处没有引入新的突变,但少数发生了短片段的插入或者缺失,暗示着非同源末端链接(NHEJ)发挥了作用。进一步在经典的NHEJ关键基因KU70突变后,序列倒位的频率不但没有降低,反而提高了约两倍。通过深度测序发现,在ku70突变体背景下,大部分倒置序列的结合处产生了11-50 bp片段缺失或则插入突变,并且DSB位点附近可以发现微同源序列,表明在ku70突变体背景下,DSB主要通过微同源序列介导的末端链接来修复的。虽然ku70突变体背景提高了倒位发生频率,但由于引入了新的突变,所以并不具备实际应用价值。继而研究人员用卵细胞特异的启动子EC1.2en-EC1.1启动SaCas9的表达,显著提高了序列倒位的发生频率,最高达到10%,这些倒置的序列可以稳定的遗传,最长的倒位序列长度将近20kb,并且倒位的发生很少引入新的突变。The Plant Journal

 

 

CRY2介导植物开花机制

 

植物最终能否成功地进行有性繁殖取决于精确的开花时间,因此,开花时间的调节对植物完成世代交替至关重要。研究人员发现BRs信号途径中重要的因子BES1只在长日照表现出明显的开花表型,并且BES1可以调控开花素基因FT的表达。BES1并不能直接结合FT启动子,但可以直接结合BRs响应基因BEE1的启动子并促进BEE1的表达。BEE1和介导CRY2调控光周期诱导开花的关键蛋白CIB1 是同家族的bHLH转录因子。BEE1以蓝光依赖的形式直接结合CRY2,并且可以直接结合FT的启动子并促进FT的转录。在短日照和CRY2突变体中,BEE1FT的转录促进作用显著降低,因为BEE1结合FT启动子的能力依赖于蓝光下CRY2BEE1的相互作用。因此,BEE1介导了BRs与蓝光信号通过光周期途径协同调控植物开花。New Phytologist

 

 

COOLAIR调控组蛋白修饰和开花时间

 

开花时间对植物的生长和繁衍具有重要意义。植物开花时间也是关键的农艺形状之一,对农业生产极为重要,影响作物的高产、稳产和品质等。植物开花是一个复杂的生物学过程,涉及到遗传调控和环境因子调控。FLCFlowering Locus C)和FTFlowering Locus T)是调控开花时间的两个重要基因,也是开花调控研究的热点。研究发现,RNA结合蛋白FCACOOLAIR直接结合,FCAPRC2复合体的CLFCURLY LEAF)相互作用,协助FLC位点H3K27me3修饰。此外,该研究还发现,反向调控因子SSU72直接与FCARNA结合结构域互作,抑制FCACOOLAIR的结合,降低H3K27me3修饰的形成,抑制开花,作为开花时间的反向调控机制。Science Advances

 

 

DLC1水稻减数分裂早期关键基因

 

减数分裂是真核生物有性繁殖所必需的,对植物发育及产量有重要影响。研究利用图位克隆方法,并结合RNAi干扰和基于CRISPR/Cas9的基因敲除技术,成功分离了一个水稻减数分裂早期关键基因Defective Leptotene Chromosome 1 (DLC1)。在dlc1突变体中,雌、雄配子体发育异常,显微观察发现该突变体在减数分裂早期—细线期出现染色体浓缩停滞,并在随后的时期出现一系列异常,同时该突变体花药绒毡层的细胞程序性死亡(PCD)过程也被异常阻止。DLC1编码一个典型的B型反应调节因子(RR),主要在花粉母细胞(PMCs)和绒毡层中有较强的表达,具有核定位特征和转录活性,推测可能作为一个转录因子起作用。进一步的研究表明,DLC1在酵母和植物细胞中能与5个推测的水稻组氨酸磷酸转移蛋白(HPs)相互作用。由于RRsHPs是双组分信号系统(TCS)的重要组分,该结果提示TCS确实可能直接参与了水稻早期减数分裂的调控过程。The Plant Journal 

 

 

野生番茄毛状体中蔗糖酶的代谢多样性

 

茄科毛状体中发现的酰基糖是结构多样化的组织特异性代谢物,这些化合物在直接或间接保护茄科免受食草动物和微生物侵害等方面起作用,而在作物保护中引入酰基糖的植物育种策略也为对抗植食性动物提供了可能。研究人员经qRT-PCR分析表明,S. pennellii LA0716毛状体中ASFF1转录水平更高,随后发现S. pennellii染色体3基因座上含有一个β-果糖呋喃糖苷酶SpASFF1,是P型酰基蔗糖产生酰基葡萄糖所必需的。研究人员利用CRISPR-Cas9编辑SpASFF1基因,导致突变体丧失酰基葡萄糖积累能力。在S.lycopersicum BIL6180 (BIL6180由于411号染色体的基因渗入而仅产生P型酰基蔗糖)中转入SpASFF1导致转基因毛状体中酰基葡萄糖积累。用重组SpASFF1进行的体外试验证明纯化的PS3194R4,5R2,10R3)转化为同源酰基葡萄糖G3194,5,10)。相反,该酶对FS3225R4,5R3', 12R3)无活性。结果表明,栽培番茄酰基蔗糖生物合成途径的后修饰导致呋喃环酰化,从而丧失了一般性代谢酶催化产生一类新的保护性化合物(即酰基葡萄糖)的能力,这也间接反映野生番茄毛状体产生多样化产物以及强大的生存能力。Science Advances

 

 

研究人员克隆控制稻米蛋白质含量的关键基因

 

水稻是重要的粮食作物之一。研究人员400多份水稻种质资源的总蛋白以及贮藏蛋白含量分别进行测定,确定了胚乳中谷蛋白含量的变异是水稻总蛋白变异的决定因子;在不同环境中同时鉴定出了两个能够稳定遗传的控制水稻蛋白质含量的关键QTLs,并通过图位克隆与功能研究明确了qGPC-10 (OsGluA2) 能够显著影响稻米蛋白质含量并最终影响稻米的营养品质。另外,通过群体遗传学和进化生物学方法发现,OsGluA2的基因组序列变异很可能与水稻籼粳亚种的分化有关,为解释籼粳亚种间稻米蛋白质含量变异提供了理论研究基础。Nature Communications

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