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生物技术前沿一周纵览(2020年2月7日)

2020-02-09 19:28 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

揭示乙烯信号转导新机制
乙烯在植物的生长发育过程中发挥重要作用,而水稻作为一种半水生作物,也演化出了不同的乙烯反应。近日,科学家研究揭示了水稻乙烯信号转导新机制。研究人员对前期研究中筛选到的一个水稻乙烯反应突变体mhz1进行了突变基因的克隆和功能研究。研究表明,HK可介导磷酸的多步转移,传递信号,在植物的生长发育,以及响应激素和外界刺激的过程中具有重要作用。进一步的生化实验证明,乙烯受体OsERS2的GAF domain可以和MHZ1互作,抑制MHZ1的自磷酸化和磷酸传递功能。GO分析表明,MHZ1调节的ERGs主要富集在生长素信号以及刺激响应通路,说明MHZ1可能通过协调乙烯、生长素和不同刺激之间的互作,调节水稻根的乙烯反应。进一步研究发现,OsEIL1可直接结合到MHZ1的启动子上,促进MHZ1的转录。综上所述,该研究通过遗传学筛选,鉴定到了一个乙烯信号转导新组分MHZ1/OsHK1,并首次发现了一条平行于传统OsEIN2-OsEIL1的乙烯信号传递新通路,加深了我们对乙烯信号转导机制的认识。(Nature Communications

揭示水稻油菜素内酯信号和株型调控新机制
油菜素内酯BRs能够调控植物的生长发育和生态适应性,在调控水稻株型方面发挥重要作用。 近日,科学家通过遗传学、分子生物学及生物化学等手段阐明水稻中介体亚基OsMED25参与油菜素内酯BRs信号,进而调控水稻株型的分子机制。该研究发现在抽穗期OsMED25-RNAi和osmed25敲除突变体植株均呈现出叶夹角减小、株型紧凑的表型特征。BR敏感性实验表明,OsMED25-RNAi和osmed25敲除突变体植株对BR的敏感性显著降低。说明OsMED25能够正调控水稻BR信号。进一步研究发现,OsMED25的缺失显著降低了OsBZR1的转录抑制活性,且在全基因组水平上,OsMED25影响了近45% OsBZR1调控基因的表达,这意味着OsMED25可能主要作为OsBZR1的共抑制子来调控水稻BR信号。总之,该研究发现了水稻中介体亚基OsMED25能够正向调控BR信号,阐明了OsMED25通过OsBZR1相互作用来参与BR信号,进而调控水稻株型的分子机制,对水稻中介体功能研究及水稻BR信号转导的分子机制具有重要的价值。(Journal of Integrative Plant Biology

揭示种子油脂累积的调控机制

提高油料植物的油脂累积量是研究植物脂类代谢机制的核心问题之一。近日,研究发现植物体内的质体膜蛋白FAX2和FAX4可以特异性的在种子细胞中将脂肪酸输出到细胞质中,从而调控种子中油脂累积的作用机制。该研究发现,拟南芥体内FAX2和FAX4可在种子形成过程中特异性大量表达。FAX2和FAX4功能缺失突变体 (fax2, fax4, fax2fax4) 均会导致胚胎和子叶发育受阻。同位素14C标记实验表明,两种FAX蛋白在种子中油脂累积阶段均参与了14C-质体脂肪酸的转运。进一步通过外源添加13C-油酸,发现在野生型植株种子中13C-TAG含量显著高于fax2fax4突变体种子。该研究表明,在种子胚发育过程中,FAX2和FAX4通过转运质体中脂肪酸,促进了TAG的生物合成。这两种转运蛋白可广泛用于提高油料作物的油脂产量,为将来选育具有高含油量的油料作物新品种提供了重要理论依据。(Plant Physiology

揭示陆稻分蘖调控的分子机制
植物株型对作物产量具有重要作用,陆稻是适应雨养陆生环境的一种特殊生态型稻作品种。研究人员通过群体遗传学和比较基因组学鉴定了在陆稻具有强烈选择信号的分蘖调控基因OsTb2,该基因是玉米重要驯化基因tb1直系同源基因OsTb1通过基因复制产出的新基因,该基因的新功能化促进了水稻分蘖的发生。研究发现,在陆生环境选择下,由于对人类产量的追求和对陆生环境适应双重选择压力下,最终进化出陆稻群体生态型分化的OsTb2单倍型(3bp+, C),进而减少了陆生环境下的分蘖,增加了单穗产量,从而被人类选择固定下来。进一步功能分析发现,OsTb2和OsTb1的蛋白发生相互作用,部分抵消了OsTb1通过OsMADS57-D14通路抑制分蘖的作用而行使功能。研究提出了OsTb2新功能化是陆稻分枝适应性进化的作用模式,包括高粱、玉米、小麦、黍子等作物在驯化过程中存在共有和平行的分枝减少历程,而该研究扩展了自然选择和人工选择下作物分枝进化的理论,为选育适应旱地种植的水稻提供了思路和材料。(Nature Communications

揭示拟南芥侧根在不均一的水分环境中的发育可塑性

根系是植物吸收水分和营养、固定和支撑植株的最主要的器官,同时根系又直接响应土壤环境中的水分、养分以及机械阻力的变化。近日,科学家揭示了拟南芥侧根在不均一的水分环境中的发育可塑性,研究了拟南芥维管的几何形态影响侧根原基位置对于不同湿度条件的响应。研究发现,侧根原基起始位点不会受到湿度梯度的影响,但是侧根形成的夹角中有80%的夹角小于90°并且朝向水势较高的方向。随后的研究也发现侧根生长角度具有高度的可塑性,并且会控制根的发育偏向于外部含有可利用水分的方向。而在湿度条件均一的环境中,侧根生长角度与木质部极轴的方向不会发生偏离。此外,研究还表明所有类型的中柱鞘细胞在不同发育阶段对侧根形态具有非常重要的作用。该研究报道了拟南芥根系发育早期阶段侧根形成的径向位置受水分条件的影响,新的侧根原基在起始阶段具有较高的可塑性,具有趋向于可利用水分生长角度的发育特性。(Nature plants

揭示水稻“抗病-发育”平衡调控新机制
防御对于植物的生存是必不可少的,但通常情况下,增强防御是以其他的生理过程为代价。近日,科学家发现了一个水稻生长和防御间的主要调节因子——乙醛脱氢酶基因OsALDH2B1,并揭示了水稻在生长、发育、产量与抗病之间妥协平衡的一个基因基础。研究发现,OsALDH2B1具有多重功能:一是OsALDH2B1作为线粒体乙醛脱氢酶调控水稻花粉育性;二是OsALDH2B1作为转录因子具有抑制和激活活性调节多种生物过程,包括油菜素内酯 (BR)、G蛋白、茉莉酸 (JA) 和水杨酸 (SA) 信号通路。OsALDH2B1功能的解析为从基因水平上解析植物生长-防御的关系提供了一个例子。这些信号通路之间内在关系的解析,不仅极大地加深了我们对生长和防御之间关系的理解,也启示我们通过调节这些信号通路中的成分来实现高产和抗病之间的平衡,从而对作物品种实现遗传改良。(PNAS )

揭示气体信号分子硫化氢抑制植物器官脱落的机制

器官脱落是植物生长发育过程中普遍而重要的生理过程,同时也是一个重要的农艺性状。近日,科学家研究发现气体信号硫化氢(H2S)可以抑制番茄叶柄脱落过程,同时在玫瑰花器官脱落和百合花药开裂过程中也有作用,暗示H2S在植物器官脱落过程中具有普适性。在分子机理方面,研究人员发现在硫化氢处理的样品中细胞壁降解相关蛋白酶活下降,同时这些蛋白编码基因的表达量也下降??蒲Ъ医徊椒治隽薍2S对乙烯和生长素信号途径的影响,发现H2S可能是通过影响离区处活性生长素的含量来影响脱落过程的,而H2S在此过程中对乙烯通路相关基因表达的影响可能是间接通过其对生长素水平的调节来实现的。(Horticulture Research

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