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                        生物技术前沿一周纵览(2020年01月31日)

                        2020-02-01 16:26 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

                        发现一条胚和胚乳之间的双向肽信号通路
                        植物胚表皮是种子发育过程中胚合成的疏水屏障,在种子萌发时,胚表皮可减少幼苗的水分散失,对幼苗的生存至关重要。近日,科学家研究报道了一条胚和胚乳之间的双向信号通路,该信号通路可在种子发育过程调控胚表皮的形成。该研究发现,硫酸化肽TWISTED SEED1(TWS1)是类受体激酶GASSHO的配体。TWS1前体和GASSHO受体都是在胚中产生,而枯草杆菌蛋白酶是在胚乳中产生??莶莞司鞍酌附榈祭丛从谂叩腡WS1前体加工,释放活性肽,进一步激活胚中依赖于GASSHO的表皮形成??莶莞司鞍酌傅目占涮匾煨缘贾滤螂男藕糯纪揪?,控制胚表皮的形成;而与此相反的是,依赖于GASSHO的凯氏带形成信号通路是单向的。这表明GASSHO受体在植物体内不同途径中的功能是独立的。综上,该研究揭示了一条胚和胚乳之间的双向肽信号通路,其可以确保种子萌发前胚表皮的完整性,为后期种子的萌发提供重要基础。(Science

                        植物单碱基编辑技术成功实现水稻内源基因人工定向进化
                        农作物遗传变异资源是农作物改良的基石,是保障粮食安全和农业科技创新的战略资源。近日,科学研究提出将单碱基编辑技术应用于植物内源基因定向进化的理念。在该研究中,研究人员对转化细胞群体携带的OsALS1靶标区域进行深度测序,结果表明BEMGE方法成功创制了大量的OsALS1靶基因变异。通过进一步的抗除草剂筛选,研究人员成功的鉴定出4个自然界中未曾被发现的、对除草剂具有不同抗性程度的新等位基因;并进一步通过单碱基编辑器介导的精准编辑技术,成功地将变异位点P171F引入到了水稻生产品种南粳46中,由此南粳46升级为“洁田稻”。BEMGE的提出和在水稻上的成功应用,预示了人类将来可对各农作物各关键性状重要控制基因或其调控序列进行定向进化,可发掘出靶标基因的一系列的强、中、弱等位基因。另外,BEMGE技术的应用,亦可推动现代分子生物学基因功能的研究,帮助人们更加深入了解基因功能和蛋白调控的奥秘,并可进一步运用到分子育种之中,现代基因功能基础研究和传统农作物育种应用由此被有机地整合到一起。(Molecular Plant

                        揭示茉莉酸信号调控根毛发育的新机制
                        茉莉酸(Jasmonate, JA)激素是植物体内一类非常重要的脂类生长调节物质,参与调控植物某些重要的生长发育过程以及对环境因子的响应。近日,科学家在植物激素茉莉酸的信号传导机理及其调控根毛发育研究中取得的最新进展。该研究发现,外源施加茉莉酸可以促进拟南芥根毛的伸长;相反,阻断內源茉莉酸信号通路则导致根毛异常。相一致的是,茉莉酸信号可以上调根毛发育相关基因的表达。进一步机理研究表明,茉莉酸信号途径重要抑制子JAZ蛋白能与RHD6和RSL1等关键转录因子相互作用,从而形成蛋白复合物。遗传表型分析发现,茉莉酸促进根毛伸长完全依赖于RHD6和RSL1转录因子。该研究不仅证实了茉莉酸激素可以促进植物根毛的发育,而且进一步揭示了茉莉酸信号与根毛发育过程之间直接的内在调控关系,这对于深入理解茉莉酸信号转导网络和植物根毛发育的调控机理均具有重要的科学意义。(The Plant Cell

                        揭示小麦条锈菌侵染新机制
                        小麦条锈病是影响小麦生产安全的重大生物灾害,对粮食生产具有毁灭性危害,一般年份导致小麦减产10~30%,严重时可导致绝收。近日,科学家首次利用条锈菌分泌蛋白基因创制小麦抗条锈转基因材料,并揭示活体营养型寄生真菌细胞壁修饰酶助力病原菌侵染的机制。小麦条锈菌为活体营养专性寄生真菌,缺乏有效的遗传转化体系,难以通过遗传学方法研究病菌的致病机理。为深入揭示条锈菌致病性变异的分子基础,西北农林科技大学植物免疫研究团队率先完成了条锈菌基因组测序并获得了大量的条锈菌细胞壁修饰酶基因。该项最新的研究报道了一个条锈菌质外体分泌蛋白Pst_13661;Pst_13661基因的小麦RNAi转基因材料对条锈菌主要生理小种CYR31,CYR32,CYR33表现出较强抗病性。Pst_13661编码一个多糖脱乙?;?,该蛋白能够修饰条锈菌细胞壁几丁质,增加了寄主几丁质酶识别底物的困难,降低几丁质寡糖的激发子活性,最终削弱寄主应答几丁质诱导的免疫反应。(Plant Biotechnology Journal

                        揭示蓝藻光合作用环式电子传递的结构基础

                        光合生物的电子传递可分为线性电子传递和环式电子传递两种类型?;肥降缱哟菥哂蟹浅V匾纳硪庖?,它能够增加ATP / NADPH比例,从而提高卡尔文循环的效率;此外,环式电子传递还在光?;ぶ衅鹱胖匾饔?,并帮助光合生物快速响应环境变化。近日,科学家利用单颗粒冷冻电镜方法解析了来源于嗜热蓝藻T. elongatus BP-1的一种参与光合作用环式电子传递的多亚基膜蛋白复合物NDH-1L,及其结合电子供体铁氧还蛋白(ferredoxin, Fd)的三维结构。NDH-PQ结构揭示了环式电子传递链的重要组分PQ分子的结合位点;NDH-Fd结构包含NDH-1L复合物的全部19个蛋白亚基,揭示了电子供体Fd与NDH-1L复合物的相互作用细节。研究结果首次提供了完整的NDH-1L结构模型,揭示了PQ分子的结合位置,构建了从Fd到PQ的电子传递途径,并测定了NDH-1L在不同pH条件下的活性及其与Fd的亲和力。该项工作为揭示NDH-1L参与的环式电子传递和质子泵耦联机制提供了重要的分子基础。(Nature Communications

                        植物渗透胁迫信号新组分
                        干旱、冷、高盐等造成渗透胁迫,直接影响植物生长发育和作物的产量。近日,科学家研究揭示了RAFs和SnRK2s组成的蛋白激酶级联途径介导的植物渗透胁迫的早期应答过程。该研究通过凝胶激酶分析发现,除SnRK2外,另一组大分子量的蛋白激酶(100-130 kDa)也被渗透胁迫特异激活,研究人员将其命名为渗透胁迫激活的蛋白激酶(OKs)。渗透胁迫处理2分钟后OK即被迅速激活,且OK的激活不依赖于SnRK2。利用CRSIPS-Cas9技术,研究人员进一步构建了RAF基因家族成员的多突变体。进一步研究发现,OK能直接与SnRK2相互作用并磷酸化SnRK2s。该研究证实了RAF家族蛋白激酶对于这一位点磷酸化,而不是SnRK2的自磷酸化(autophosphorylation)介导了渗透胁迫对SnRK2的激活。综上所述,该研究揭示了RAF-SnRK2级联途径是渗透胁迫的早期信号途径,为深入了解植物感受和应答渗透胁迫的分子机制提供了线索。同时,通过高通量磷酸蛋白组学鉴定未知蛋白激酶的探索和多基因家族的大规模敲除也为相关领域的研究提供参考。(Nature Communications

                        揭示玉米胚乳灌浆调控新机制

                        O2是胚乳特异的bZIP转录因子,调控了绝大多数醇溶蛋白基因表达。近日,科学家进一步拓展了Opaque2 (O2)作为玉米胚乳灌浆调控网络核心转录因子的作用范围,揭示其可以调控胚乳储藏物质合成起始单元生成所需基因的协同表达。通过基因克隆,科学家发现Oen1编码的是玉米一个已知基因Shrunken1(Sh1)。那么Sh1怎么会成为 o2的增强子呢?在灌浆期,光合作用产生的蔗糖进入胚乳后要通过蔗糖合酶(sucrose synthase, SUS)的作用分解为果糖和UDP-葡萄糖,然后进入淀粉合成途径或者其它代谢途径,蛋白质合成途径所需氨基酸的碳骨架也要由这两种单糖的下游衍生物转化而来。研究结果说明,在玉米籽粒高速灌浆时,虽然Sh1是蔗糖合酶活性最主要的贡献者,但O2对Sus1和Sus2的转录激活是对Sh1介导的灌浆的必要补充。该工作进一步证实了O2是胚乳灌浆调控的核心因子,它使从叶片转运到籽粒的蔗糖从裂解到最终合成储藏物质(淀粉和蛋白)形成高度协同的调控,这一策略可能在玉米高效灌浆中发挥重要作用。(Plant Biotechnology Journal 

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