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                    生物技术前沿一周纵览(2020年12月26日)

                    2020-12-26 16:39 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

                    揭示盐胁迫抑制豆科植物-根瘤菌共生的分子机制
                    豆科植物与根瘤菌共生,根瘤菌把空气中的氮气固定为氨供植物利用,不过豆科植物和根瘤菌的互作和共生固氮受到外部环境条件的影响。近日,科学家研究揭示了大豆中GSK3蛋白激酶磷酸化共生关键转录因子NSP1,从而介导盐胁迫抑制豆科植物-根瘤菌共生的分子机制。研究发现,糖原合成酶激酶3(GSK3)家族的基因,在盐胁迫抑制大豆共生信号和根瘤形成过程中起重要作用。研究表明,GmSK2-8通过磷酸化GmNSP1的LHR1结构域中的5个磷酸化位点,抑制其结合到下游共生响应基因的启动子上。该研究表明,当豆科植物处于非生物胁迫(如高盐)下,大量诱导某些GSK3的表达(如GmSK2-8),上调的GSK3磷酸化NSP1,抑制其结合下游共生响应基因表达,从而抑制根瘤的形成。该研究加深了我们对盐胁迫调控结瘤固氮的分子机制的了解,为改善大豆和其他豆类在环境胁迫条件下的共生固氮能力提供了可供改造和利用的目标基因。(Molecular Plant

                    揭示糖转运蛋白协同调控果实糖积累的新机制

                    糖是果实品质的核心,不仅直接影响着果实的甜度等风味品质,也是果实其它品质物质的合成前体。近日,科学家研究揭示了糖转运蛋白协同调控果实糖积累的新机制。研究发现,在苹果果实中高度表达的葡萄糖外排蛋白MdERDL6,可引起液泡中Glc外排,增加胞质中Glc的瞬时浓度,从而激发糖内吸蛋白TST的表达,进而促进了Glc、Fru和Suc在液泡中的积累。研究人员提出:在苹果果实中,韧皮部中的糖经一系列过程被卸载到薄壁细胞中,这些糖类物质一部分用于细胞的能量消耗和碳骨架构建,另一部分被液泡膜糖转运蛋白MdTST转运至液泡中储存起来,而MdERDL6介导外排的Glc能够作为一种信号来增加MdTST1和MdTST2的表达,从而使液泡中的糖积累到更高的浓度,且这种调控模式在番茄果实中也同样适用。该研究首次揭示了液泡膜上两个不同家族的糖转运蛋白能够协同调控糖的积累,为以后通过分子育种提升果实品质提供了新的思路。(PNAS

                    揭示生物钟核心组分OsPRR73调节水稻耐盐性的分子机制
                    水稻是全球主要粮食作物,对非生物胁迫敏感,在盐渍环境中产量明显下降。近日,科学家研究揭示了生物钟组分OsPRR73正向调控水稻耐盐性的分子机制。该研究发现,水稻生物钟因子OsPRR基因家族的5个成员中,只有OsPRR73特异性地正向调控水稻盐胁迫的响应。研究发现Na+离子毒害是osprr73突变体耐盐性降低的主要原因,进一步研究表明,OsPRR73通过结合OsHKT2;1的启动子上,在时间维度抑制OsHKT2;1的表达,进而导致osprr73特异性地响应Na+毒害。进一步研究发现,OsPRR73与组蛋白去乙酰化酶HDAC10互作,通过调控OsHKT2;1启动子上乙酰化修饰水平进而改变染色质状态,实现对OsHKT2;1的转录抑制作用。研究结果表明,OsHKT2;1在遗传上位于OsPRR73的下游,通过调控Na+稳态平衡,减少ROS的积累,提高水稻耐盐性。综上,该研究首次系统解析了水稻生物钟组分调控盐胁迫响应的分子机制,研究将对研发和培育水稻耐盐品种提供理论支持和相关遗传资源。据悉,该研究中的相关基因在调控水稻耐盐性方面的应用已经申请了国家专利(申请号:202019546971.1)。(The EMBO Journal

                    揭示油菜素内酯信号调控光形态建成中叶绿体发育的新机制
                    油菜素内酯(BR)是一类重要的甾醇类激素,参与调控植物生长、发育和响应环境信号等多个过程。近日,科学家研究揭示了植物整合激素信号和光信号调控叶绿体发育的新机制。该研究发现,BRs合成缺失突变体和信号缺失突变体在光下表现出叶绿素积累和叶绿体类囊体垛叠数增加的表型,而BR信号功能增强突变体的叶绿素积累和类囊体垛叠数均减少。研究发现,BR信号途径核心调控激酶BIN2可以与GLK1发生相互作用。GLK1是GARP转录因子家族的一员,在植物的叶绿体发育过程中起到关键作用。BIN2也可与GLK1的同源蛋白GLK2相互作用。该研究结果表明,BIN2-GLK1模块可整合BR信号和光信号调控植物叶绿体的发育。在黑暗条件下,BR积累和信号增强,BIN2活性被抑制,GLK1处于非磷酸化状态从而被泛素化途径降解,幼苗叶绿体发育不能进行,维持在黄化体状态;当植物接受光照后,BR合成和信号减弱,BIN2活性增强,通过磷酸化GLK1激活其功能,从而诱导叶绿体发育相关基因的表达,使幼苗叶绿体能够正常发育。(Developmental Cell

                    揭示拟南芥干旱胁迫响应调控新机制
                    干旱胁迫严重影响植物的生长发育,植物通过改善根系结构及调节气孔关闭以响应干旱胁迫。近日,科学家研究发现泛素连接酶PUB11与类受体蛋白激酶LRR1和KIN7相互作用,介导LRR1和KIN7的蛋白降解,从而负调控植物的旱胁迫响应。研究发现pub11突变体的气孔关闭对ABA较野生型更敏感,表现为较野生型失水慢、更抗旱的表型,而超表达植株失水较野生型更快,对干旱更敏感。研究发现PUB11与类受体蛋白激酶KIN7和LRR1存在相互作用。PUB11可以体外泛素化LRR1和KIN7,并且体内体外均可以调控后两者的蛋白降解。lrr1和kin7突变体表现为旱敏感的表型,LRR1和KIN7在干旱胁迫响应中发挥正调控作用,进一步实验发现PUB11位于LRR1和KIN7的遗传学上游。ABA不影响PUB11的转录水平,但可以通过抑制其蛋白降解而促进其蛋白水平的积累,随着处理时间的延长,PUB11蛋白先上升,后又逐渐下降。当PUB11积累至较高水平,LRR1和KIN7蛋白量下降。该研究揭示了PUB11-LRR1/KIN7这一负反馈调节元件,防止植物在气孔过度关闭,保持植物干旱胁迫过程中生长与抗旱的平衡。(Journal of Integrative Plant Biology

                    发现内质网信号肽酶Mn6在玉米籽粒发育过程中起关键作用
                    玉米籽粒发育过程中基因表达与生理过程密切相关,研究玉米籽粒发育的分子机制有助于指导分子育种。近日,科学家研究报道了内质网信号肽酶Mn6在玉米籽粒发育过程中的重要作用。该研究通过EMS诱变获得了一个玉米的小粒突变体miniature seed6 (mn6)。mn6突变体表现胚乳发育不良, 胚乳大小严重缩小。通过图位克隆、等位测验、功能互补验证和蛋白水平的检测确认该突变体由Mn6 基因突变造成。通过进化树分析,活性位点分析和亚细胞定位结果表明Mn6 编码的蛋白为内质网I型信号肽酶 (ZmSigp1) ,其中Mn6中的Gly102 (box E) 位点对其酶活至关重要。质谱和免疫沉淀分析显示,Mn6主要参与加工碳水化合物合成相关蛋白,其中包括在胚乳转移层(BETL)特异表达的细胞壁转化酶miniature seed1 (Mn1) 。在mn6突变体中,Mn1的RNA和蛋白表达水平均显著下调。由于胚乳转移层的细胞壁转化酶活性显著降低,导致mn6突变体胚乳发育出现明显缺陷。这些结果表明,Mn1在Mn6作用下的加工成熟可能是籽粒灌浆和玉米发育的关键步骤。(Plant Physiology

                    揭示‘胎里红’枣果皮花青苷形成的机制
                    枣果实富含多酚类物质,并有很高的营养价值,“胎里红”枣果在其发育过程中,幼果紫红色,成熟初期呈黄色,成熟后呈红色。近日,科学家研究揭示了“胎里红”枣果皮花青苷形成的机制。该研究通过代谢分析发现,cyanidin-3-O-rutinoside、peonidin-3,5-O-diglucoside和cyanidin是‘胎里红’枣幼果时期花青苷的主要成分,进一步通过转录组筛选获得花青苷合成关键合成酶基因ZjANS、ZjUGT79B1和ZjCCoAOMT,同时筛选获得调控花青苷合成关键转录因子ZjMYB5、ZjTT8和ZjWDR3。通过原核表达和体外酶活试验,鉴定了花青苷合成酶花青苷合成酶ZjANS和二次糖基化修饰酶ZjUGT79B1,以及负责甲基化功能的基因ZjCCoAOMT在枣果皮花青苷生物合成的关键作用。进一步研究发现,ZjANS 和ZjUGT79B1不仅定位在细胞核上同时也分布在内质网上,而ZjMYB5-GFP和ZjTT8-GFP定位在细胞核,ZjWDR3-GFP在细胞核和细胞质中大量荧光信号该研究解析了ZjMYB5、ZjTT8、ZjWDR3参与调控枣果皮花青素合成,并激活ZjANS和ZjUFGT79B1启动子的转录,从而促进‘胎里红’幼果时期枣果皮花青素积累。(Journal of Agricultural and Food Chemistry

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