生物技术前沿一周纵览(2019年1月11日)


 突变果胶降解相关基因对番茄果实的影响

 

果胶类物质是细胞壁的一种组成成分,伴随纤维素而存在,构成相邻细胞中间层粘结物,使植物组织细胞紧紧黏结在一起。研究人员选取果胶裂解酶(PL)、聚半乳糖醛酸酶2aPG2a)和β-半乳聚糖酶(TBG4)的编码基因,并利用CRISPR-Cas9手段对这些基因进行了突变。果实理化特性测定结果表明,只有突变PL基因可以产生坚硬的果实。而突变PG2aTBG4基因可以改变果实的颜色和重量。此外,研究者分别利用LM19INRA-RU1LM5LM6抗体检测同聚半乳糖醛酸的脱酯化、鼠李半乳糖醛酸聚糖、β-1,4-半乳聚糖酶和阿拉伯聚糖的抗原表位,以明确突变体果皮中果胶的定位、分布和溶解情况。结果显示PLPG2aTBG4分别作用于细胞壁形成的不同结构域,而纤维素微原纤维相关的果胶在突变体中都会受到影响。(Plant Physiol

 

 

MYC2调控JA信号终止机制

 

茉莉酸是一种重要的植物激素,调控植物的免疫反应和适应性生长。研究人员发现MYC2作为转录激活因子的意义并不仅限于茉莉酸信号的激活,它还可以通过激活一类与MYC2同源的bHLH 转录因子MTBsMYC2-TARGETED BHLH 1)的表达对茉莉酸信号进行削减或终止。MTBs在茉莉酸信号途径中发挥负向调控作用。与MYC2类似,MTBs可以直接结合在茉莉酸早期基因(MYC2靶标基因)的启动子上,但与MYC2不同的是,MTBs的转录调控结构域只能与JAZ互作而不能与MED25互作。因此,只能作为转录抑制因子调控MYC2靶标基因的表达。研究揭示了JA信号途径关键转录因子MYC2终止JA信号的作用机制,并为JA的信号转导调控研究提供了新的视角。同时,该研究也为植物的病虫害防治提供了一个新的靶标。(Plant Cell

 

 

研究人员发现水稻免疫新机制

 

水稻是我国重要的粮食作物,但稻瘟菌的危害是影响水稻高产、稳产的一个重要因素。研究通过对稻瘟菌分泌蛋白的分离和鉴定,发现了稻瘟菌分泌的蛋白MoChia1 (Magnaporthe oryzae chitinase 1)可以强烈激活水稻的免疫响应,如激活活性氧的迸发(ROS burst)和 胼胝质(callose)的积累等。MoChia1 是一个稻瘟菌分泌的几丁质酶 (chitinase),广泛存在于真菌中。在水稻中表达 MoChia1 可强烈的激活免疫,并增强了水稻对稻瘟菌的抗性。结果表明,MoChia1 具备典型的病菌模式分子的特征。通过酵母双杂交筛选,研究人员发现了一个水稻细胞膜蛋白 OsTPR1 可以结合 MoChia1。微量热涌动测定(microscale thermophoresis, MST)发现, OsTPR1 MoChia1 结合的亲和力要远大于 MoChia1 与几丁质的结合。因此,OsTPR1 可以与几丁质竞争结合 MoChia1。其结果是释放了几丁质,从而恢复几丁质激活的水稻免疫响应。该研究结果证实了水稻可以识别稻瘟菌分泌的蛋白,同时还发现了一个新的植物胞外免疫机制。(The Plant Cell 

 

 

 ABA信号在非胁迫条件对植物生长的重要性

 

脱落酸 (ABA) 是一种重要的植物激素,在植物生长发育和渗透胁迫响应中发挥重要作用。研究人员发现, SnRK2s 在叶片形成过程中起负调控作用,并且这种作用与SnRK2s 调控种子休眠和气孔关闭无关。在非逆境条件下,srk2d srk2e srk2i 三突变体与野生型相比,初级代谢产物发生了显著变化,并与ABA合成突变体 aba2-1 代谢相似,同时,rk2d srk2e srk2i 三突和aba2-1 两种突变体叶片数量也高于野生型。转录组数据表明,在 srk2dsrk2e srk2i 三突变体中与代谢相关的基因表达水平也发生了变化。在 srk2dsrk2e srk2i 三突变体中柠檬酸含量增加,与此一致的是,三突变体在三羧酸循环阶段呼吸作用增强。综上所述,在非胁迫环境下,参与ABA信号传导的 SnRK2s 能够通过微调三羧酸循环中的通量变化来调节植物的正常代谢和叶片生长。维持一定低水平的ABA对非逆境条件下的植物生长和代谢是必须的。(The Plant Cell 

 

 

研究揭示植物液泡中无机磷输出的机制

 

磷素是植物生长发育所必需的大量元素,是许多代谢物和生物大分子的重要组分,并且在能量转化和信号转导等生化过程中起重要作用。研究利用蛋白质组学的方法(iTRAQ)筛选到两个受缺磷诱导的液泡膜定位的磷转运蛋白 OsVPE1 OsVPE2 vacuolar Pi efflux transporters)。体外实验证明,这两个蛋白具有转运无机磷的能力。利用核磁共振技术,该研究发现增强表达该类基因能降低液泡中无机磷的含量,而该类基因功能缺失会导致液泡磷含量升高,并会影响缺磷条件下液泡中无机磷对细胞质中无机磷的缓冲作用。该研究深化了我们对植物体内磷素平衡机制的认识;同时,可能在培育磷素高效利用的新品种上有潜在应用价值。(Nature Plants

 

 

水稻落粒性调控的分子机制

 

植物器官脱落(abscission)是指植物组织或器官脱离母体的生理过程。研究人员以具有强落粒性的野生稻渗入系构建突变体库,并从中筛选出了一个落粒性降低的突变体,命名为suppression of shattering (ssh1)。结合 MutMap 定位和遗传转化实验,证明了 AP2 转录因子SUPERNUMERARY BRACT (SNB) 9内含子中的一个单碱基突变影响了该基因 mRNA 的正常剪接,进而改变了颖花与果柄连接处离层和维管束的发育,导致落粒性降低。研究结果不仅为揭示水稻落粒性的遗传调控机制提供参考,而且为水稻落粒性和产量的分子设计育种提供重要目标基因。(The Plant Cell 

 

 

研究揭示植物免疫调控新机制

 

经长期进化,植物形成了一套复杂的免疫系统。研究以拟南芥中两个编码UBAC2UBIQUITIN-ASSOCIATED DOMAIN-CONTAINING PROTEIN 2)同源蛋白的基因,并发现UBAC2是一种与ERQCendoplasmic reticulum quality control)有关的保守ER蛋白,并且在PTI中起关键作用。进一步研究发现,ubac2 突变体中PRR的生物发生、MAPK的激活、ROS的爆发以及PTI相关基因的表达均正常,但是病原体诱导的胼胝质积累和PTI反应在 ubac2 突变体受到破坏。该研究同时发现,UBAC2蛋白与植物特异性蛋白质 PICCPAMP-INDUCED COILED COIL)相互作用,PICC 的突变也会导致胼胝质沉积受到抑制。ubac2 picc 突变体中胼胝质沉积的抑制与PMR4胼胝质合酶的积累减少有关,PMR4胼胝质合酶是病原体诱导胼胝质积累的主要原因,而PMR4的组成型过表达可以恢复ubac2 picc 突变体中病原体诱导的胼胝质积累和PTI反应。研究表明UBAC2和植物特异性PICC蛋白是ER途径的关键组分,其通过调节病原体诱导的胼胝质沉积在植物免疫中起重要作用。(The Plant Cell