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生物技术前沿一周纵览（2018年2月2日）
生物技术前沿一周纵览（ 2018 年 2 月 2 日）
水稻单碱基编辑升级版系统 研究人员前期成功开发出水稻单碱基编辑系统 rBE3 和 rBE4 工具盒，实现了碱基 C · G 向 T · A 的替换。由于所有 APOBEC1 （鼠源胞嘧啶脱氨酶）具有 TC 偏好性，对 GC 编辑效率很低。据此，研究人员引入人源 AID 胞嘧啶脱氨酶，开发出 rBE5 和 rBE9 升级版系统，成功、高效实现了对水稻中多个靶基因的高效定点编辑。该系统避免了 APOBEC1 （鼠源胞嘧啶脱氨酶）对 TC 偏好性的问题，对 TC,AC,GC 和 CC 具有同样较高的编辑效率，大大扩展了单碱基编辑技术在植物上的应用，对水稻功能基因组学和现代分子育种研究具有重大推进作用。（ Molecular Plant ） 研究发现水稻低温适应性的“分子开关” 植物协调应对逆境胁迫的防御反应和器官发育的环境塑造，是植物在长期的进化过程中适应多变环境的基本条件。研究人员发现，水稻 MADS-box 转录因子家族 OsMADS57 协同其互作蛋白 OsTB1 ，能够调控水稻的低温耐受性，具有平衡器官发生和防御反应的分子开关特性。研究发现， OsMADS57 和 OsTB1 对低温防御反应的调控依赖于二者的共同靶基因 OsWRKY94 。常温下 OsMADS57 与 OsTB1 蛋白互作，抑制独脚金内酯受体基因 D14 的转录，促进水稻侧芽的分化及分蘖的形成；而在低温下， OsMADS57 与 OsTB1 通过直接激活 OsWRKY94 的转录，启动防御反应。 OsMADS57 作为调控水稻侧芽发育和低温耐受性的分子开关，平衡水稻的生长发育和胁迫响应的分子调控网络，控制植物对低温环境的适应性。（ New Phytologist ） 种子功能权衡研究取得进展 种子具有携带遗传信息、扩散、定植及耐受逆境等多重功能，由于有限的资源被用于一种功能，其它功能获得的资源将减少。研究人员对中国西南山地生物热点地区 1119 个物种（ 393 个木本， 726 个草本）的主要种子功能性状进行分析。研究发现，种子大小与种子萌发所需时间显著正相关，而与种子数量显著负相关，排除植物系统发育、生长型的影响，这些相关性依然显著，并且上述两种相关性在目、科级水平上呈系统发育离散状态。这些结果表明种子植物在产生高适合度幼苗与快速占据新生境之间进行权衡。该研究在区域尺度上证实种子功能权衡的存在，并为中国西南山地物种共存与多样性提供了解释维度。（ Ecology and Evolution ） 植物病毒与宿主细胞间的博弈新机制 病毒导致的病害在全世界范围内造成严重的农业生产损失，并成为粮食安全的致命威胁。研究发现，在植物病毒与宿主细胞的博弈之战中，调控植物生长发育的受体蛋白 BAM1 可以促进细胞之间 RNAi 的扩散。 BAM1 蛋白在细胞中定位于细胞膜和胞间连丝中。胞间连丝是临近细胞间连接的通道，并可能有助于小 RNA 携带的信息传播。然而，作为演化过程中宿主和病原菌共同进化的结果，如果一个宿主蛋白在免疫反应中作用突出，致病病原菌也必须不断进化来对抗宿主蛋白的效力。此外，该研究组发现了名为 C4 的病毒蛋白可以与 BAM1 结合， C4 可以干扰 RNAi 细胞间的传播。（ PNAS ） 植物激素调控花分生组织维持及分化的分子机制研究中获进展 高等植物中，植物体所有胚后发育的组织和器官都来源于各级分生组织。研究人员以拟南芥花分生组织为研究材料，系统研究生长素反应因子 AUXIN RESPONSE FACTOR3(ARF3) 介导生长素及转录因子 AGAMOUS(AG) 对细胞分裂素活性调节进而调控 FM 维持及分化的分子机制。研究表明，细胞分裂素的内稳态对于 FM 的维持及分化非常重要。生长素可以通过促进 ARF3 的表达来抑制细胞分裂素的活性进而促进 FM 的分化。在这个过程中 ARF3 可以直接抑制细胞分裂素的合成基因 IPT3/5/7 的表达，同时间接抑制合成基因 LOG 家族基因的表达，导致细胞分裂素含量的降低。在分生组织组织中心（ organizing center, OC ）， ARF3 可以直接抑制细胞分裂素受体 AHK4 的表达，从而降低 OC 区细胞分裂素的活性，导致干细胞活性维持基因 WUSCHEL 表达的程序化终止。同时对花器官决定及 FM 分化起关键作用的转录因子 AG 对于 ARF3 的表达有动态调节，在花发育的 3-4 期， AG 通过抑制 ARF3 的表达，维持细胞分裂素的活性，促进细胞周期基因的表达，保证细胞的分裂从而保证分生组织的维持及花器官的产生，在花发育的 5-6 期， AG 和生长素一起促进 ARF3 的表达来抑制细胞分裂素活性，保证 FM 的程序化分化。（ Plant Cell ） 脱落酸迅速合成于叶片 脱落酸（ abscisic acid ， ABA ）能够调节植物对不同环境信号以及内源性信号的反应，影响植物的水分胁迫、种子发育、休眠、性别决定等生理适应及生长发育过程。研究人员采用施加外部压力的方法，研究了花、根和叶片组织中 ABA 对水分持续亏缺的响应，发现在干旱胁迫下，叶片中快速合成 ABA ，而花和根组织中没有表现出显著增加。在番茄 ABA 生物合成途径中，一个关键的编码基因类胡萝卜素降解的限速酶（ 9'-cis-epoxycarotenoid dioxygenase ， NCED1 ）在叶片中大幅上调，而在花和根组织中变化较小。这表示 ABA 迅速合成发生在叶片中，而不是在花或者根组织中。研究结果进一步证实了 ABA 在植物水分亏缺响应中的作用，并指出叶片是 ABA 合成的主要器官，推翻了过去一直认为根是合成 ABA 的主要器官的观点。（ Journal of Experimental Botany ） 图位克隆法分离分析关键抗虫害基因 稻飞虱是水稻生产中发生面积最大、造成危害最严重的害虫之一。 Bph6 是一种新型抗虫基因，编码一种前人从未研究的蛋白。 BPH6 蛋白与胞泌复合体亚基 EXO70E1 互作，调控水稻细胞分泌，维持细胞壁完整性，阻碍褐飞虱取食。 Bph6 可以协同 SA 和 JA ，正调控水稻抗虫性，同时发现细胞分裂素在抗虫中也有很重要的作用，正是由于这种特殊的机制，使带有 Bph6 的水稻对褐飞虱具有趋避性、抗生性和耐虫性。 Bph6 具有广谱抗虫性，高抗褐飞虱所有生物型和白背飞虱同时对农艺性状没有负效应。 Bph6 基因起源于野生稻并保留在亚洲热带地区的籼稻品种中。（ Nature Genetics ）
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