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    生物技术前沿一周纵览(2019年11月17日)

    2019-11-17 22:35 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

    发现低温通过乙烯与水杨酸信号的拮抗增强植物免疫
    植物通过自身多级免疫系统抵抗环境病害,包括pathogen-triggered immunity (PTI) 和effector-triggered immunity (ETI)。PTI通过模式识别受体(pattern recognition receptors, PRRs)识别病原体相关分子模式并激发基础抗性;ETI则通过R蛋白 (Resistance protein)诱导更强和持久的免疫应答。植物的免疫反应受到水杨酸SA、茉莉酸JA和乙烯ET等激素的调节。近日,科学家研究揭示了低温调控拟南芥对丁香假单胞菌抗性的机制。该研究发现,16°低温可以增强拟南芥对Pst侵染的抗性,而不影响病原菌的毒力和生长。与野生型相比,SA生物合成突变体sid2和SA信号传导突变体pad4对Pst侵染更加敏感,说明PAD4和SID2在增强低温诱导的植物免疫力方面起重要作用。但是CBF(C-repeat binding factor,可以调控冷适应)对植物免疫力没有影响。以上结果表明SA是介导低温下抗性增强的主要原因。另外,NLR的激活可以诱导SA的生物合成,同时SA可以诱导某些NLR基因的表达,从而NLR与SA形成一个正反馈调控环路以增强了低温下的抗性。除外,研究还发现低温可以通过ET对SA的拮抗作用实现对植物免疫反应的精细调控。(Plant Physiology

    拟南芥S-亚磺?;奘挝坏阃诰蚪沂狙趸乖舾形坏?/strong>
    半胱氨酸氧化可以可逆地诱导结构和功能蛋白的变化,这个过程可以被视为调节植物中细胞信号的氧化还原开关。半胱氨酸的初始氧化即为S-亚磺?;?。但是到目前为止,在植物中对S-亚磺?;牧私獯蠖嗑窒抻谛奘蔚鞍椎募?,而对氧化还原开关的机制还缺乏更多的了解。最新的研究运用新方法对拟南芥蛋白的S-亚磺?;坏憬屑觳?,通过对这些数据的挖掘,进一步揭示了拟南芥细胞中氧化还原的敏感位点。该研究表明S-亚磺?;坏愣嗍杏诓斡隦NA稳态和代谢的蛋白质中。此外,S-亚磺?;7⑸谖挥诿复呋坏愕陌腚装彼峄虿斡虢鹗艚岷系陌腚装彼嵘?,这进一步暗示了氧化还原调节的作用方式。除外,研究还表明,通过将重组蛋白AtMAPK4中的Cys181更换为氧化还原不敏感的丝氨酸残基,其激酶活性则显著下降。综上所述,由于半胱氨酸氧化能够敏感且快速的改变蛋白质的功能,而本次的研究为我们提供了拟南芥大量的Cys-SOH位点,这为植物氧化还原信号传递的研究提供了新的见解,也将为未来氧化还原的研究带来灵感。(PNAS

    揭示OsCYCP4基因在水稻响应低磷胁迫过程中的作用

    磷素是植物生长发育所必需的大量元素,缺磷会严重抑制作物生长并最终导致减产。近日, 科学家研究揭示了OsCYCP4基因在水稻响应低磷胁迫过程中的作用。该研究鉴定了水稻中受缺磷诱导表达的一类基因OsCYCP4。该类基因包括四个基因,其中OsCYCP4;1, OsCYCP4;2, OsCYCP4;4的表达水平受缺磷诱导,而OsCYCP4;3的表达不受磷水平的影响。表型研究发现,增强表达OsCYCP4;1, OsCYCP4;2, OsCYCP4;4会抑制水稻的生长,而增强表达OsCYCP4;3对水稻生长没有明显的影响。缺磷会抑制水稻地上部生长同时促进根系的生长,研究人员发现与野生型相比,OsCYCP4;1, OsCYCP4;2和OsCYCP4;4的突变体表现为地上部生长受抑制程度减弱,而根系生长受到进一步促进。进一步研究发现,OsCYCP4通过与OsCYCB1;1竞争结合细胞周期激酶负调控细胞周期,从而抑制细胞分裂。同时该研究还发现增强表达OsCYCP4;1, OsCYCP4;2, OsCYCP4;4会抑制缺磷响应基因的表达,而在突变体中缺磷响应基因的表达会上升。因此,该研究发现,OsCYCP4能够同时调控缺磷响应信号和细胞分裂进程,将来通过遗传操作可能会提高水稻耐受低磷的能力。(Journal of Integrative Plant Biology

    揭示WRKY转录因子调控甘蓝型油菜硼高效吸收的机制

    硼是植物必需的微量营养元素,甘蓝型油菜需硼多,对缺硼非常敏感,是我国油菜生长受限的主要原因之一。近日,新研究系统解析了转录因子BnaA9.WRKY47通过直接上调甘蓝型油菜硼高效吸收转运基因BnaA3.NIP5;1的表达,从而提供油菜对低硼胁迫的抗性,为油菜硼营养的调控提供了重要的理论依据。该研究发现WRKY转录因子家族基因受缺硼诱导表达,在此基础上构建了BnaA9.WRKY47的CRISPR/Cas9突变体材料和35S启动的超表达材料,研究发现BnaA9.WRKY47突变体材料对缺硼更加敏感,硼含量降低;而超表达材料对缺硼的适应性增强,硼含量升高。与表型和硼含量相一致的是,低硼条件下,硼高效基因BnaA3.NIP5;1在BnaA9.WRKY47突变体中表达量下降,而在BnaA9.WRKY47超表达材料中表达量升高。通过酵母单杂、EMSA、烟草瞬时表达以及原位杂交等实验分析,证明BnaA9.WRKY47通过结合BnaA3.NIP5;1启动子区域的特异序列直接激活了BnaA3.NIP5;1的表达。由此,该研究首次证实转录因子BnaA9.WRKY47通过上调硼高效基因BnaA3.NIP5;1的表达,来提高油菜抗低硼胁迫能力的调控机制。(Plant Biotechnology Journal

    光照促进拟南芥去黄化幼苗存活的新机制
    光照可以调节植物多个发育过程,如种子萌发、开花、昼夜节律、幼苗去黄化(de-etiolation)以及庇荫反应等,其中幼苗去黄化过程变化最为显著。 近日科学家发表了一篇研究论文,解析了光照对去黄化过程中miRNA"微处理器组件" 功能以及miRNAome表达谱的调节机制,该机制对经历长期暗形态后去黄化幼苗的生存及其对不断变化光照条件的适应性至关重要。该研究发现,黄化苗的pri-miRNA和miRNA加工的"核心微处理器组分"丰度较低,但是在光照处理后的去黄化过程中,DCL1、SE和HYL1的基因转录水平和蛋白丰度显著增加。研究人员还对光信号途径对"微处理器"蛋白水平的影响进行了研究,发现"微处理器"组分蛋白的积累受到红光和远红光以及蓝光的诱导,说明单色光可以通过其光受体单独触发"微处理器"组分蛋白的积累。进一步研究表明,miRNA降解酶SDN1(SMALL RNA DEGRADING NUCLEASE 1)在光形态发生过程中高表达,SDN1会缩短脱黄化苗中的miRNA的半衰期。总之,MIR基因表达(pri-miRNA转录水平)、"微处理器"活性以及miRNA衰减三者共同决定了光形态发生过程中的miRNA水平。(Molecular Plant

    揭示蓝藻CO2浓缩机制中HCO3-转运蛋白BicA的结构与机理

    近日,科学家研究解析了蓝藻CO2浓缩机制中SLC26家族HCO3-转运蛋白BicA的三维结构,揭示了其跨膜转运HCO3-的分子机制。研究人员利用晶体学手段解析了BicA蛋白跨膜结构域和膜内侧STAS结构域的三维结构,并且利用冷冻电镜方法获得了BicA全长蛋白低分辨率的三维结构。研究发现BicA是通过STAS结构域形成同源二聚体发挥功能,单独的跨膜结构域不具备跨膜转运活性或生理活性。鉴于所获得的BicA蛋白跨膜结构域的结构处于底物HCO3-和Na+结合且朝向细胞内的构象状态(inward-facing substrate binding conformation),这使得人们清楚地看到了HCO3-和Na+的结合位点?;诮峁沟姆治鼋沂玖司龆℉CO3-特异结合的关键氨基酸残基,并通过生理手段得到了验证。最后,通过与已知其他家族(SLC4)HCO3-转运蛋白的结构比较,研究人员提出了SLC26家族转运蛋白跨膜转运的“电梯模型”。值得一提的是,为提高C3植物的光合作用效率,科学家们近年来开始着手将蓝藻CCM机制引入到绿色植物中。BicA作为一种高通量的HCO3-转运蛋白成为首选的靶标,该研究结果为BicA的应用与改造奠定了分子基础。(Nature Plants

    逆转录元件发生反向剪接插入DNA过程的原理与结构基础
    逆转录元件是一种以RNA为媒介,通过“copyand paste”的方式在基因组中不断扩增的基因元件。在哺乳动物基因组中有超过45%的遗传成分都是逆转录元件,因此逆转录转座事件如果在不恰当的地方发生就会导致基因紊乱或者基因疾病等严重后果。近日,科学家在Cell上在线发表了一篇研究论文,作者通过解析蓝细菌II组内含子反向剪接过程中两种不同阶段的冷冻电镜结构(分辨率均为3.6Å),阐明了II组内含子反向剪接进DNA的结构机理以及剪接过程中位点发生交换的结构基础,同时也揭示了成熟酶在该过程中的功能贡献。总之,该工作通过对比反向剪接过程中两种不同状态的冷冻电镜结构,细致地解释了逆转录元件发生反向剪接插入DNA过程的原理与结构基础,也首次突出了成熟酶在过程中发挥的重要作用。此外,II组内含子VI结构域的动态变化更是与剪接小体中发生的动态变化相似,为剪接小体的来源奠定了强有力的理论基础。(Cell

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