生物技术前沿一周纵览(2019年8月23日)

2019-08-23 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示气孔关闭调控新机制

植物的气孔是植物感受外界环境刺激的重要通道,保卫细胞响应来自植物体内外的信号,相应地改变液泡膨压, 调节气孔的开度。近日,研究揭示了拟南芥衔接蛋白AP3M通过结合并切割微丝在液泡形态和气孔闭合中起着重要的作用。该研究发现,拟南芥缺失AP3M导致下胚轴表皮细胞中微丝状态改变、单根微丝被切割的频率降低和微丝寿命延长、保卫细胞中微丝随气孔关闭动态变化滞后、气孔关闭迟缓、叶表面温度降低以及离体叶片失水加速。研究表明,AP3M的F-actin结合域的突变在体外破坏了其F-actin结合活性,导致保卫细胞中液泡形态异常,并降低了液泡膜上SUC4的水平。AP3M的F-actin结合活性对于依赖于AP3的货物蛋白在液泡膜上精确定位和气孔闭合过程中保卫细胞液泡形态调节是必需的。综上所述, 该研究揭示了拟南芥的衔接蛋白AP3M能够结合并切割微丝,且AP3M与微丝的作用影响了其蛋白转运功能,导致液泡形态和动态的改变,参与调控气孔关闭。(PNAS


揭示miR528参与水稻抗病毒反应的机制

水稻作为全球范围内重要的粮食作物受到多种由昆虫传播病毒病害的侵害,在实际生产中缺乏有效的控制方法。北京大学生命科学学院李毅课题组先前的研究发现水稻条纹病毒(RSV)特异诱导的AGO18蛋白能够通过竞争性结合植物内源的miR528来释放靶基因,抗坏血酸氧化酶(AO),AO通过氧化抗坏血酸调节植物体内的氧化还原稳态,从而增强水稻的抗病毒防御反应。近期,该团队有了新的科研进展,研究揭示了OsSPL9通过转录调控miR528基因参与到水稻抗病毒反应的机制。这项最新的研究发现了水稻miR528基因在转录水平响应病毒侵染的的具体分子机制。病毒侵染导致转录因子OsSPL9在蛋白水平显著下调,受到SPL9转录激活调控的miR528积累减少,进而提高靶基因AO的表达,最终抑制病毒RSV的侵染。该研究揭示了SPL9-miR528-AO通路在水稻与病毒相互作用过程中的抗病机制,为控制水稻病毒病害提供了新思路。(Molecular Plant


WRKY1介导光和氮信号通路的转录调控

植物生长所处的外界环境因素复杂多样。光照与营养是植物生长最直接的两个影响因素。目前的很多研究都是取其中的一个影响因素进行后续的分析研究,通过全基因组水平上系统解析多个因素的研究尚不多见。近日,研究发现WRKY1是拟南芥叶片分别和同时响应光(Light, L)与氮(Nitrogen, N)信号的转录因子,是负责全基因组水平上转录重编程的关键蛋白。研究通过对野生型和三个不同wrky1突变体地上部分进行表达谱分析,对发掘出的 “core set”基因功能进行注释,发现WRKY1可诱导参与次生代谢、逆境响应和防卫反应的117个基因,同时抑制涉及到初生代谢、碳水化合物刺激、含N化合物代谢及光刺激等生物学过程的256个基因。通过对这些基因的顺式元件进行分析,发现WRKY1可直接或者通过与其它家族的转录因子形成复合物调控其表达。此外,通过与已有的数据比较分析还发现在wrky1突变体上升表达的基因也受N处理的诱导,但与光(L)处理抑制基因的表达具有高度的重叠,推测,WRKY1可能参与了调控光和氮的信号路径的整合调控。综上,WRKY1是拟南芥响应光和氮双重因素的关键转录因子,负责下游多种生物学过程的转录调控,通过影响细胞内碳源的回收再利用、氨基酸的代谢等过程尽可能地节省植物潜在的能量消耗,保障植物的正常生长。(Plant Physiology


揭示气孔保卫细胞分裂精细调控机制

气孔是分布在所有陆地植物叶片表面的特化表皮细胞结构,气孔保卫细胞通过调节气孔大小,影响光合作用碳同化和水分利用效率。模式植物拟南芥FOUR LIPS  (FLP) 是最早被发现的气孔发育关键基因之一。FLP基因突变可导致保卫细胞母细胞的冗余分裂,如flp-1突变体中可形成四个保卫细胞相邻的异常气孔簇。多个实验室已经发现,MYB转录因子FLP可通过调控编码CYCA2细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖激酶(CDKB1,CDKA)基因转录水平参与气孔发育后期细胞分裂。近日,科学家研究揭示气孔保卫细胞分裂的精细调控网络,同时还验证了RPA2a亚基磷酸化状态对于RPA参与DNA修复中的功能起到调控作用。该研究从flp-1突变体的EMS诱变群中筛选到一个能明显抑制flp-1气孔表型的突变体。该突变基因编码复制蛋白A (Replication protein A, RPA) 复合体的亚基RPA2a亚基。RPA是真核生物中高度保守的单链DNA结合蛋白,参与DNA代谢的多个过程(如DNA复制、同源重组,DNA修复等)。该研究发现,RPA2a的细胞核定位和功能受到CDKB1;1磷酸化调控,其第11和21丝氨酸是进化保守磷酸化位点,但又可在细胞周期中受到CDKB1和CDKA特异调控。(PNAS


在植物与传粉者相互关系的百年历史变化研究中取得新进展

传粉者在生物多样性的维持、陆地生态系统的服务功能和农业生产等方面都发挥着重要的作用。传粉者降低究竟如何影响野生植物的种子产量,有一个较为合理的假设是:具有专化传粉系统的蝶形花亚科植物的种子数量可能表现出降低的趋势,而具有较为泛化传粉系统的含羞草亚科和云实亚科植物的种子数量可能表现出降低、不变或者增加的趋势。 为检验这一假设,中国科学家查阅了2万余份豆科植物标本,记录了每份含果实标本上一个果荚内的种子数量,在经过去除重复、去除自交物种、去除因样本量小而无统计意义的数据后,共获得了109种豆科植物4637个关于种子数量的数据,这些标本最早采于1900年,最新采于2013年,时间跨度超过30年的物种为101个。统计结果表明,只有13个物种的种子数量在近些年表现出了显著的变化趋势,其中9个物种的种子数量显著增加;三个亚科植物的种子数量并没有表现出一致的变化趋势,而在蝶形花亚科中,种子数量增加的物种数要高于降低的物种数。显然,研究结果表明豆科植物与传粉者的相互关系在近些年来并没有被严重干扰,至少在中国是这样的情况。本研究一方面表明植物与传粉者的相互关系比研究团队想象的要更加复杂,而另一方面则为如何利用标本数据开展研究提供了一个新的思路。(New Phytologist


单子叶植物ROS代谢平衡中的关键调控因子——miR528

microRNA(miRNA)是植物学研究中最受关注的一类小分子RNA(small RNA),短小精湛而功能全面。过去的研究发现miR528有这些功能:1)靶向AAO,参与病毒抗性;2)靶向LAC,影响植株倒伏;3)靶向RFI,调节开花时间。最近的研究发现miR528在香蕉中靶向多酚氧化酶(PPO)基因,在香蕉低温胁迫过程中扮演非常重要的角色。低温条件下,香蕉中miR528表达下降,导致PPO基因表达成百倍增加,从而引起活性氧(ROS)水平的上升,最终导致香蕉果皮褐变性状的出现。该研究首先比较了香蕉在高低温处理下,其果皮中sRNA组与室温处理之间的区别,发现差异表达的miRNA明显偏好地靶向编码氧化还原相关蛋白的基因。通过实验验证与进一步数据分析,发现miR528对低温有明显响应,其靶向多酚氧化酶PPO基因。同时,该研究通过大范围比较基因组分析,发现miR528在不同的单子叶植物中具有不一样的靶向偏好性,但是大部分靶基因都编码含铜相关蛋白,通过参与多样化的氧化还原反应广泛调控植物体内活性氧的代谢平衡。如此独特的miR528是如何在单子叶植物的进化过程中演化出来的,以及它的功能偏好性,都是后续研究工作中值得探索的问题。(New Phytologist


发现鞘脂是稻瘟病菌附着体发育和致病的关键信号元件

稻瘟病严重威胁全球水稻产量和粮食安全。稻瘟病菌具有典型的侵染循环,即通过产生分生孢子来传播病害。附着胞形成与否决定病菌是否成功入侵,该研究机理是国际研究热点。最新研究采用非靶向代谢组学来分析稻瘟病菌附着胞内的代谢物质,建立了稻瘟病菌代谢组学的研究平台,鉴定出53个存在于分生孢子和24h成熟附着胞之间的差异代谢物,明确指出甘油不仅仅是附着胞膨压产生的唯一来源。研究成功发现了包括早期鞘脂合成在内的六个关键代谢途径的显著变化。通过小分子抑制剂、遗传分析和化学互补分析等,确定了鞘脂是稻瘟病菌附着体发育和致病的关键信号元件。该研究结果为分析与侵染相关的信号网络中的化学成分提供新视角,为开发针对水稻和其他谷类病害的新型药物提供了潜在的靶标。(mBio

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来源:基因农业网

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