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                        生物技术前沿一周纵览(2019年12月29日)

                        2019-12-29 21:54 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

                        揭示microRNA调控水稻花粉发育的新机制
                        植物的花粉壁是由内壁和外壁构成。其中花粉外壁的发育调控机制相对较清楚,然而人们对花粉粒内壁(intine)的组成和发育调控仍所知甚少?;ǚ勰诒诘姆⒂腔ǚ哿3墒旒盎ǚ酃苊确⒑椭参锼芫饔盟匦氲?,对于作物育种及产量都具有重要的意义。近日,科学家研究揭示了miR528通过靶向蓝铜蛋白家族成员UCL23,影响黄酮类物质代谢,从而调控水稻花粉粒发育的机制。microRNA是一类小非编码RNA,参与植物生长发育各方面的调控。该研究发现,miR528通过靶向蓝铜蛋白家族成员UCL23从而调控水稻花粉粒发育。miR528在二孢花粉期的花粉粒中表达并抑制UCL23的表达,促进花粉内壁在该时期的发育。而UCL23与POT蛋白在PVC/MVBs中互作,通过影响黄酮类物质的运输和积累参与花粉内壁发育调控。(PNAS

                        科学家建立首个植物多分体负义链RNA病毒反向遗传学体系
                        番茄斑萎病毒(TSWV)是最重要的植物负链RNA病毒之一,能侵染1000多种植物,对全球经济和园艺作物安全构成重大威胁。近日,科学家成功拯救出番茄斑萎病毒,首次建立植物多分体负链RNA病毒的反向遗传学体系??蒲Ъ沂紫让魅妨饲《净蜃镽NA的合适的启动子,接着实现对将近330kDa 病毒复制酶在植物中成功表达,在此基础上建立了番茄斑萎病毒的微型基因组复制体系,同时建立了病毒微型基因组复制的移动体系。在拯救建立全长病毒基因组时,课题组又碰到过表达病毒复制酶干扰病毒拯救,基因组M RNA无法被拯救,表达病毒抑制子NSs干扰基因组S RNA的拯救等一系列问题,课题组再通过一系列的优化,最终成功实现番茄斑萎病毒全长侵染性cDNA克隆的拯救,拯救的病毒可以携带eGFP报告基因系统侵染植物。番茄斑萎病毒反向遗传学系统的建立提供了对该病毒的侵染和致病机制进行深入系统的研究的关键体系,这也意味着植物多分体负链RNA病毒研究新时代的到来。(PNAS

                        揭示核孔蛋白调控植物开花的新机制
                        细胞内核质之间的物质运输主要是通过细胞核膜上的核孔蛋白进行,前人大量工作专注于核孔蛋白作为物质运输通道功能的研究。近日,科学家在核孔蛋白调控植物开花的研究中取得新进展,发现了核孔蛋白通过控制蛋白积累参与植物开花调控的详细机制,为作物花期改良提供了理论基础 上。该研究团队在研究植物开花过程中,发现核孔蛋白Nup96的突变体具有早花表型。经过遗传学分析证明该核孔蛋白位于重要开花基因CO的上游,同时实验表明,该核孔蛋白会影响CO蛋白的积累。另一方面,通过分子生物学手段筛选到泛素化连接酶HOS1,并通过实验证明了它与Nup96蛋白互作,其中一个基因的突变都会造成另一个蛋白的大量减少。研究最终得出结论,Nup96蛋白通过维持HOS1的稳定性,调控CO蛋白的泛素化降解,从而控制在长日条件下植物正???。该研究揭示了核孔蛋白参与植物开花调控的分子机制,为作物遗传育种中开花期性状的改良提供了理论依据。(The Plant Cell

                        揭示高等植物叶绿体发育调控新机制
                        近日,科学家在高等植物叶绿体发育及植物应对高光胁迫调控机制方面取得的最新进展。依赖于ATP的金属蛋白酶FtsH复合体定位于叶绿体类囊体膜,依赖ATP,参与高等植物叶绿体的发育过程以及光损伤的光系统II的周转修复。拟南芥类囊体膜FtsH2亚基突变体var2呈现“花斑”叶色表型。该研究鉴定了一个新的var2“花斑”叶色的增强突变体evr3-1。var2-5 evr3-1双突变体“花斑”叶色表型增强;var2-4 evr3-1双突变体白化致死,不能光合自养生长。DNA重测序及表型回复实验表明,EVR3编码一个定位于类囊体膜不依赖于ATP的金属蛋白酶EGY1。与野生型相比,evr3-1/egy1突变体中光系统II复合体-捕光天线复合体、光系统I-捕光天线复合体积累异常,且光系统II复合体亚基在高光处理下降解速度加快。这些结果不仅表明金属蛋白酶EGY1参与到光系统II和光系统I的稳态积累,并与依赖于ATP的金属蛋白酶FtsH协同作用调控叶绿体的发育;还暗示着存在其他的蛋白酶参与到光损伤的光系统II的降解与修复。该研究为揭示高等植物叶绿体发育及应对高光胁迫机制提供了新的思路。(Journal of Biological Chemistry)

                        揭示磷脂酰肌醇-4, 5-二磷酸调控水稻生长发育的分子机制
                        磷脂酰肌醇作为一类重要的结构性和调节性膜脂,对于细胞的各种生理功能起着非常重要的作用。近日,科学家利用大穗高产的籼稻品种桂朝2号(GC)和源于美国的矮秆小穗粳稻品种CB,通过图位克隆,定位了一个控制水稻每穗粒数和株高的QTL位点。近等基因系NIL-GH1CB和GH1基因功能缺失突变体都表现出株高变矮、每穗粒数减少的表型。结果表明,GH1是水稻生长发育所必需的关键基因。研究发现,GH1基因编码一个含有suppressor of actin (SAC) 结构域,且两次跨膜的磷酸酶。脂质结合实验进一步表明,GH1GC蛋白可以特异性结合PI4P和PI(4,5)P2,而GH1CB蛋白失去了脂质结合能力。亚细胞定位结果发现,GH1定位于内质网上发挥功能。细胞学实验进一步发现,GH1CB突变使得水稻茎秆和根尖细胞长度减小,根尖细胞内肌动蛋白微丝骨架紊乱,而且叶片细胞内高尔基体和叶绿体发育受阻。这些结果表明,由GH1缺失突变导致的过度累积的PI4P和PI(4,5)P2可能通过调控细胞微丝骨架参与植物细胞形态建成,影响细胞的大小。该项研究不仅揭示了SAC磷酸酶通过PI(4,5)P2调控植物生长发育的分子机制,更重要的是发现了PI(4,5)P2可能作用于保守的Arp2/3复合体,从而参与调控细胞微丝骨架重排,为磷脂酰肌醇调控植物细胞形态建成提供了新的分子证据,也为作物产量的遗传改良提供了新的思路。(Plant Physiology

                        揭示茉莉酸积累和植物发育的调控机制
                        Hippo信号通路在调控动物细胞分裂、器官大小和肿瘤发生方面起重要作用,是当前动物和医学领域的研究热点,但是植物中相关研究还比较少。MOB1是该通路的核心成员,在酵母、动物和植物中高度保守。研究人员采用了遗传学、生化、细胞生物学和组学等手段,发现MOB1A与MOB1B在体内相互作用,具有相似的表达模式和蛋白亚细胞定位。拟南芥mob1a/1b双突变体植株表现出严重的发育缺陷,植物激素茉莉酸生物合成代谢和信号转导相关的基因的表达水平都显著变化。双突变体的茉莉酸含量升高,对茉莉酸诱导的衰老反应超敏感。茉莉酸信号通路中的关键转录因子MYC2突变可以部分抑制mob1a/1b双突变体的发育缺陷表型。同时,Hippo信号通路的另一个成员SIK1的突变体中茉莉酸水平降低,SIK1与MOB1在茉莉酸相关基因表达调控中存在拮抗作用。这些结果表明拟南芥MOB1基因调控茉莉酸水平及生长发育。综合前期的结果,研究人员发现MOB1基因同时调控生长素和茉莉酸通路,在生长发育过程中发挥重要作用。由于生长素和茉莉酸都是调控植物生长发育的重要植物激素,这些发现为进一步研究植物中Hippo信号通路以及不同植物激素相互作用的分子机制提供了新思路。(Plant Physiology 

                        KOR1蛋白分泌途径和耐盐功能的调控机制

                        许多蛋白质在细胞壁生物合成过程中协调细胞壁成分的合成、传递和组装,kor1等位基因突变会导致纤维素合成受阻以及生长迟缓。近日,科学家阐明了KOR1亚细胞定位的多个决定因素及其在植物生长和胁迫耐受中的相关生理意义。该研究首先确定了一个富含脯氨酸的C末端基序(称为P基序),发现它是维持KOR1在TGN/PM循环中的必需基序。此外,该研究还发现变异体tdFT-KOR1Δall(所有N-糖基化位点都被破坏)在PM没有产生清晰的信号,甚至在后期仍停留在ER中,但是在TP处检测到老化的tdFT-KOR1Δall,表明KOR1Δall使用了一条从ER到TP的独特路线,而不经过PM。以上结果表明,KOR1在细胞中的定位是由序列基序和蛋白质结构的层次性相互作用决定的。此外,研究还表明将KOR1限定到PM对植物的耐盐能力是有害的,KOR1的亚细胞内化是建立耐盐性的关键。总之,该研究为植物适应盐胁迫可能需要KOR1亚细胞定位和活性进行微调提供了新见解,该研究描述的tdFT系统可以用于监测蛋白质运输中的细微变化,有助于进一步剖析其他KOR1修饰的作用。(Plant Cell

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