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    生物技术前沿一周纵览(2020年5月31日)

    2020-05-31 22:48 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

    揭示植物细胞死亡调控新机制
    促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路广泛存在于真核生物体内,在个体生长发育及应对环境胁迫中发挥重要功能。近日,研究人员揭示了拟南芥促分裂原活化蛋白激酶的激酶MEKK2和胞质类受体激酶 CRCK3协同调控植物细胞死亡的分子机制。该研究通过基于RNAi的遗传筛选寻找mekk1细胞死亡的抑制子,在此过程中鉴定到mekk2、summ2-8 和crck3 突变体能抑制VIGS-MEKK1 引起的细胞死亡。研究发现,MEKK2不依赖其激酶活性,而CRCK3依赖其激酶活性调控植物细胞死亡。此外,过表达CRCK3导致的细胞死亡依赖SUMM2和MEKK2。生化遗传等试验证明了MEKK2与CRCK3互作并正向调控CRCK3的稳定性。该研究丰富了对MEKK2和CRCK3基因功能和作用机理的认识,为深入理解植物细胞死亡调控的机理提供了新的见解。(Plant Physiology

    揭示光合固碳关键酶RuBisCO组装的精细调控机理
    RuBisCO是将CO2同化到生物圈的关键酶,它广泛存在于植物叶绿体基质和蓝藻中。近日,科学家研究阐明了蓝藻分子伴侣Raf1协助RuBisCO组装的分子机理,发现了RuBisCO成熟过程的多层次精细动态调控网络,为人工改造RuBisCO以提高光合作用效率奠定了基础。该研究解析了蓝藻分子伴侣Raf1以及Raf1和RuBisCO大亚基RbcL复合体的晶体结构。研究发现,单独的Raf1以交错的二体形式存在;当结合RbcL时,Raf1的两个结构域Raf1α和Raf1β发生75°的相对旋转,从而形成类似镊子的结构夹住一个RbcL二体,同时Raf1α结构域的外侧介导RbcL二体之间相互作用,进一步介导RbcL八聚体核心的形成。Raf1α在RbcL上的结合位点与小亚基RbcS高度重叠,RbcS通过替换Raf1α而形成全酶。在本研究中,研究人员提出了Raf1调控蓝藻RuBisCO组装、成熟以及堆积形成羧酶体内核的分子机制。该研究为深入理解RuBisCO的组装和功能以及为RuBisCO的应用和改造奠定了分子基础。(Nature Plants

    在西瓜果实韧皮部糖分卸载的分子机制与驯化研究中取得新进展

    西瓜以其清爽香甜的品质成为夏季消暑的佳品,西瓜“甜蜜”基因的发掘一直是分子遗传学研究的核心问题。最新的研究通过图位克隆西瓜含糖量另一个主效QTL位点Qbrix2-1,发现在半野生进化到栽培西瓜过程中,新型糖转运蛋白ClVST1通过膜定位的改变调节果实糖分卸载能力。研究人员利用超高密度SNP遗传图谱完成西瓜果实含糖量QTL精细定位工作,并利用326份自然群体材料完成关联分析,获得了西瓜新型液泡膜糖转运蛋白ClVST1 (Citrullus lanatus vacuole sugar transporter) 编码区与含糖量高度关联的SNP C99A 位点。研究发现,ClVST1是栽培西瓜获得性基因,ClVST1起到了在库和源之间调节和分配碳水化合物的作用。驯化选择分析发现, ClVST1位于半野生西瓜驯化到栽培西瓜的受选择区域,是从西瓜半野生到栽培种进化的重要驯化基因。因此,ClVST1和ClTST2等糖分决定基因的研究,不仅建立了西瓜果实品质形成的理论基础,也为高品质西瓜选育提供了分子辅助选择的工具,是应用基础研究成果成功应用于育种生产实践的经典案例。(New Phytologist

    揭示光信号调节光系统II功能的机制
    光作为一种重要的环境因子,既可以作为能量供给光合作用,同时还可以作为信号调节植物生长发育。近日,科学家研究揭示了光信号调节植物叶绿体中的光系统II(PSII)生物发生及功能维持的分子机制。研究人员前期研究发现PSII核心蛋白D1翻译调控因子LPE1与HCF173相互作用,协同参与调控PSII的生物发生。该研究发现,HCF173的表达、D1蛋白的积累以及PSII活性,同时受到远红光、红光、蓝光的诱导。进一步研究发现,不同光受体通过转录因子HY5参与不同光质条件下HCF173的表达,进而促进D1蛋白的合成以及PSII的生物发生。HY5可以通过ACE和G-box元件直接与HCF173启动子结合,激活HCF173的启动子活性。值得注意的是,HY5还调节PSII组装和修复相关基因的表达。进一步研究发现,HY5介导的光信号途径广泛参与多个光系统相关基因的表达,进而调节不同光条件下的光合效率。该研究建立了光受体介导的光信号途径和PSII功能调控之间的互作关系,为理解PSII功能的光调节机制提供了新的见解。(Plant Physiology

    科学家发现与茄科植物单性结实密切相关的基因
    在大多数开花植物中,果实发育发生在授粉和受精之后,但是如果花量过多会影响结果进而降低产量。近日,科学家研究鉴定到一个与茄科植物单性结实密切相关的基因——PARENTAL ADVICE-1(Pad-1)。该研究首先基于图位克隆鉴定了一个可能编码氨基转移酶的基因PARENTAL ADVICE-1(Pad-1),发现其功能丧失的突变体pad-1表现出单性结实能力,并且pad-1突变体的授粉及单性结实的果实重量均高于野生型,暗示Pad-1是调控单性结实的关键基因。研究表明,子房生长素稳态可能是单性结实表型的潜在调控因素。进一步研究表明,Pad-1可能在防止生长素过度积累而导致的坐果早熟中发挥作用。该研究还在番茄和辣椒中证明了抑制Pad-1直系同源基因可诱导单性结实。总之,该研究表明Pad-1在茄科植物子房发育过程中对植物生长素的动态平衡至关重要。对Pad-1的进一步研究和应用将是解决全球变暖条件下坐果率低和果实单产下降等问题的有力工具。(PNAS

    在大豆产量与品质的协同调控大豆产量与品质的协同调控研究中取得重要进展
    野生大豆籽粒小、含油量低、蛋白质含量高;而经过驯化的栽培大豆通常籽粒大、含油量高、蛋白质含量低。近日,研究人员发现GmSWEET10a和GmSWEET10b可协同调控大豆种子大小、含油量和蛋白含量,在大豆驯化改良中起到了关键作用。该研究首先利用基因组学、生物信息学和分子遗传学相结合的方法,发现了GmSWEET10a和GmSWEET10b协同调控大豆种子大小、含油量和蛋白含量。群体遗传学发现,GmSWEET10a和GmSWEET10b发生了渐进式的变异和人工选择。其中,GmSWEET10a在大豆驯化过程中受到强烈选择,使栽培品种的籽粒变大、含油量提高、蛋白质含量降低;GmSWEET10b的驯化和完成选择的程度滞后于GmSWEET10a,目前还没有完成最优基因型的固定。分子机制解析表明,GmSWEET10a和GmSWEET10b协同调控种子大小、含油量和蛋白质含量是通过运输蔗糖和己糖,从而改变种皮向胚的糖分配实现的。未来针对上述两个基因,尤其是GmSWEET10b的遗传操作或分子设计育种可进一步提高栽培品种的籽粒大小和含油量,对大豆生产具有重要意义。(National Science Review

    揭示番茄果实颜色形成的调控新机理
    园艺果实色彩斑斓是由于叶绿素和类胡萝卜素等色素多样性积累形成,番茄果实表面不均匀分布使得番茄产生条斑表型。近日,科学家研究克隆了番茄果实颜色GS基因位点,揭示了转录因子TAGL1调控番茄果实颜色形成的分子机理。该研究通过全基因组关联分析(GWAS)结合连锁群体图位克隆的方法,运用表达分析和转基因等分子生物学技术,克隆并鉴定了TAGL1基因调控番茄条斑的形成。通过F1表型和F2连锁群体分离比统计,表明番茄条斑表型为隐性性状,是由单基因控制。进一步研究表明,此SNP与条斑性状紧密连锁,暗示着甲基化这种表观修饰是由DNA水平上序列差异引起的。在浅绿条斑和绿条斑中进行小RNA的高通量测序,从TAGL1的第二内含子中MITE转录出来的siRNA在绿条斑中表达高于浅绿条斑,此siRNA可能参与影响TAGL1启动子甲基化。在条斑番茄品种中,TAGL1仅在果实表达差异性表达,产生了条斑的表型,丰富了番茄果实颜色类型。针对保守的SNP,研究团队开发了标记,可以用于分子标记辅助选择育种。(New Phytologist

     

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