生物技术前沿一周纵览(2019年7月8日)

2019-07-08 14:09 | 作者: 大发棋牌牛牛 | 标签: 生物技术前沿一周纵览(2019年7月8日)

光信号通路与生物钟调控杨树光周期生长

 

昼长是季节性变化的一个关键指标,其决定了动植物的主要行为规律。杨树中存在2LHY (LATE ELONGATED HYPOCOTYL) 基因,LHY1 LHY2,其中LHY2在叶片组织中表达量更高。本研究通过荧光素酶激活实验发现,LHY2的表达水平与夜长成正比,若延长夜晚时间,则LHY2被转录激活。DEX诱导实验发现,在长夜条件下,LHY2可以使FT2表达受抑制,进一步研究发现这种抑制是通过LHY2FT23’端顺式调控区的直接结合而实现的。杨树光周期生长是由LHY2表达水平和夜长时间决定的。Current Biology 

 

 

水稻不定根发生的重要调控因子

 

不定根是须根系植物根系的主要组成部分,其生长发育过程受到环境及遗传因素的综合调控。研究人员通过筛选水稻突变体库,获得了一个不定根发育异常的突变体crd1crown root defect1)。CRD1通过调控不定根原基的发生影响不定根的发育,crd1突变体较野生型不定根数显著减少。通过Mut-Map技术克隆了目标基因,该基因编码人Exportin-5在水稻中的同源蛋白。通过CRD1多克隆抗体进行原位免疫及WB实验,首次明确CRD1为细胞内核质共定位蛋白,且这种定位模式对其正常行使功能起着至关重要的作用。对野生型和突变体的根茎结合部进行总的Small RNA测序分析,发现所检测到的miRNA中,约65%miRNA在突变体中被显著下调。这些在突变体中降低的miRNA在细胞核和细胞质中的积累水平比野生型均显著降低。通过靶标模拟技术逐个抑制野生型中这些miRNA的表达,发现仅当抑制miR156 (MIM156) 的正常功能时才能成功模拟出类似crd1突变体的不定根缺失表型。研究揭示了CRD1具有维持miRNA稳定性的重要作用,解析了新的不定根发育调控基因CRD1,并证明其对籼、粳稻的不定根发育都具有不可或缺的作用。Plant Journal

 

 

 烟草ESD1-SAG101复合体参与TNL介导的免疫反应

 

植物不具备可移动免疫细胞,但是进化出精细的先天免疫系统来抵御病原体入侵。拟南芥中的主要免疫功能与EDS1-PAD4复合体有关。有意思的是,该研究发现EDS1-SAG101复合体对茄科模式植物本氏烟中TNL介导的免疫反应是充分和必要的,PAD4对本式烟的免疫反应并不重要。这一研究结果与EDS1在拟南芥免疫反应中的作用不一致。研究还发现,EDS1-SAG101复合体(而非EDS1-PAD4)在其他植物(非十字花科)的TNL介导的免疫反应中同样发挥重要功能。此外,EDS1蛋白结构表面(N末端脂肪酶结构域至C末端EP结构域)对于EDS1-SAG101复合体介导的免疫功能至关重要,并可能负责募集下游互作蛋白。因此,该研究揭示了EDS1-SAG101复合体在本式烟中TNL介导的免疫反应的功能。(The Plant Cell)

 

 

 SPRI1介导种间不亲和性

 

被子植物为避免种间杂交产生败育,演化出多重受精前“亲和性检测机制”,帮助亲和花粉提高竞争力,抑制不亲和花粉的萌发或生长。研究以模式植物十字花科拟南芥为材料,将十字花科涩荠属植物Malcolmia littorea的花粉授给不同生态型的拟南芥。结果发现M. littorea的花粉在哥伦比亚型拟南芥( Col-0 )的柱头上不萌发,但在其他生态型拟南芥(如Cvi-0)的柱头上可以萌发。基因组关联分析(Genome-Wide Association StudyGWAS)在Col-0 中鉴定到一个新基因SPRI1。敲除SPRI1后,M. littorea的花粉在Col-0柱头上可以萌发并穿过柱头(SPRI1突变对自身花粉的萌发和生长无影响)。进一步研究发现,SPRI1基因仅存在于十字花科植物中,同时SPRI1的功能比较保守。Col-0异源表达芥属植物CrSPRI1可以解除Col-0C. rubella花粉的不亲和,但不能解除对M. littorea花粉的不亲和(Col-0对十字花科芥属植物Capsella rubella和涩荠属植物Malcolmia littorea的花粉均不亲和)。这一结果暗示,不同属间的SPRI1同源基因存在分化,SPRI1不抑制来自同种植物的花粉。研究人员在自交不亲和型拟南芥(转入SI相关基因得到)中敲除了SPRI1,发现突变体的自交不亲和性正常,同时表现出spri1突变体表型。这一结果说明,SPRI1介导的种间不亲和与SI介导的自交不亲和是相对独立的通路。SI通路影响花粉的水合,而SPRI1只影响花粉管萌发和生长也支持这一点观点。蛋白结构预测SPRI1是一个含PGG结构域的四次跨膜蛋白。作者猜测SPRI1可能作为受体,接收来自花粉外壁的信号,从而介导远缘种间的受精前不亲和。 Nature Plants

 

 

 SPX4调控拟南芥地上部磷积累的分子机制

 

磷素是植物生长、发育以及产量形成所必需的大量元素,也是重要的信号分子。由于植物对土壤中Pi的利用效率很低,如何实现作物种植过程中可持续的Pi利用已成为植物育种的主要目标。研究表明,在正常供Pi条件(P-replete)下,SPX4可以同时作为PHR1依赖性和非依赖性PSR反应的负调节因子。SPX1SPX2在根和地上部均可作为PHR1的负调节因子,但SPX4在根系中不发挥作用,仅调控地上部的PSR反应,并且再Pi再供应之后的短时期内不能发挥调节功能。研究表明SPX4参与了PHR1的调节网络,SPX4是地上部PHR1依赖性和非依赖性PSR反应的负调节因子。PSR对于地上部发育过程中的资源分配至关重要,并且SPX4为这些过程中Pi状态提供了关键的反馈。Plant Physiology

 

 

拟南芥减数分裂过程核仁区的DNA修复机制

 

在植物生长发育过程中,內源有害代谢物和外源环境胁迫会造成多种DNA损伤,比如双链断裂、链间交联、DNA烷基化等。这些DNA损伤如果没有及时修复会造成遗传信息丢失、基因组重排、细胞周期停滞等严重后果。研究发现,不同于体细胞中只有4号染色体上的45SrDNA是转录的,拟南芥在减数分裂过程中4号和2号染色体的45SrDNA都会转录。减数分裂粗线期的45S rDNA 位点ASY1信号异常,没有ZYP1信号,说明NOR中的45SrDNA间没有联会;同时,45S rDNA位点间缺乏减数分裂特异的黏连蛋白REC8亚基;最后,减数分裂偶线期的NOR富含H3K27me1,缺乏H4Ac4修饰,说明该段染色质处于抑制状态。以上结果说明减数分裂过程中的45S rDNA组成的NOR与其他的染色质处于不同的染色质环境中。进一步的细胞学及遗传学实验发现,在NORHR途径特异标记RAD51的信号数远低于基因组的平均水平,并且在HR途径的spo11rad51com1突变体背景下45S rDNA信号没有异常,而在NHEJ途径的lig4mre11突变体中出现大量45SrDNA的碎片,说明拟南芥通过NHEJ途径来修复减数分裂过程45SrDNA上的损伤,维持其稳定性。结果同时暗示45S rDNA重复序列会抑制HR的发生。为了验证该假设,研究者构建了多个rDNA序列插入株系(ErDNA3ErDNA5),并利用CRISPR技术构建rDNA序列敲除株系(ErDNA5-del)作为负对照。相比ErDNA5-del负对照,ErDNA3ErDNA5在异源rDNA插入区域的RAD51信号数显著降低,并且当异源rDNA插入在重组热区时该区段重组频率降低;而当异源rDNA插在重组冷区时,该区段的重组频率没有明显变化。上述结果说明45SrDNA的存在会造成重组不兼容的染色质环境,抑制了重组的发生,并且这种抑制效应会受到rDNA所在区域的重组活性的影响。研究证明了拟南芥减数分裂过程中采用NHEJ途径修复rDNA上的损伤以维持rDNA的稳定性,解决了拟南芥传代过程如何可靠且有效的传递重复序列的大发棋牌牛牛,并且为减数分裂重组的调控机制提供了新的见解。The Plant Cell

 

 

研究揭示miR165/6调控拟南芥花药结构的分子机制

 

雄蕊(stamen)是开花植物重要的生殖器官之一,由顶端的花药(anther)和基部的花丝(filament)组成。研究人员发现miR166g过量表达的半显性突变体jabba-1Djba-1D)花药发育存在严重缺陷,小孢子在花药中侧轴的异位形成导致开裂区缺失以及内外侧小孢子囊的融合。在花药发育过程中,miR165/6靶基因PHB的表达重排定义了SPL/NZZWUS空间排布,控制了小孢子发生、内外侧小孢子囊边界和开裂区的形成。RNA原位杂交结果显示与野生型相比,PHB的表达在jba-1D中减弱,SPL/NZZ在中侧轴内外小孢子囊边界区异位表达,而本应在中侧轴表达的WUS则检测不到任何杂交信号;相比之下,miR165/6靶基因PHB的功能获得性突变体phb-7DPHB表达增强,SPL/NZZ表达区域缩减;WUS表达增强,在部分花药内侧某个角落异位表达,而该角落结构出现发育受阻的现象。为了进一步揭示miR165/6靶基因PHBSPL/NZZ之间的遗传关系,获得了phb-7D jba-1Dphd-7D splphd-7D spl-D/+双突变体。扫描电镜显示phb-7D回复了jba-1D的花药不开裂表型;半薄切片显示phb-7D jba-1D双突变体花药内外侧小孢子囊之间能够形成分隔。phd-7D spl展现出与spl相似的花药缺陷,而phd-7D spl-D/+则部分回复phb-7D的表型,表明SPL/NZZPHB具有遗传上位性。凝胶阻滞实验表明PHB直接结合SPL/NZZ的启动子。染色质免疫共沉淀的结果证实PHB在体内可以分别与SPL/NZZWUS的启动子结合。糖皮质激素诱导表达体系结果显示PHB受诱导表达后抑制下游基因SPL/NZZ的表达,激活WUS基因的表达。因此,在花药发育过程中miR165/6靶基因PHB分别通过调控下游基因SPL/NZZWUS的空间分布决定了小孢子发生、内外侧小孢子囊边界和开裂区的形成。Plant Physiology 

 

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