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      生物技术前沿一周纵览(2020年4月17日)

      2020-04-19 23:17 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

      发现水稻花粉萌发孔发育新机制
      花粉是开花植物的雄配子体,在植物有性生殖、物种繁衍以及粮食生产中扮演重要角色。长期以来人们一直不清楚双子叶和单子叶植物中萌发孔的形态和结构差异的具体机制。近日,科学家研究报道了OsDAF1和OsINP1在单子叶植物水稻花粉萌发孔的发育和形态特征形成中的关键作用。在这项最新的研究中,研究人员证明了水稻中的INP1同源基因在单子叶水稻花粉萌发孔形成过程发挥保守的生物学功能,OsINP1在萌发孔起始位置极性定位,指导形成环状的无外壁覆盖区域。研究人员进一步发现水稻中OsINP1还可以招募OsDAF1(DEFECTIVE IN APERTURE FORMATION1)到萌发孔位置指导萌发孔外围孔环结构的形成,而在拟南芥萌发孔中没有这种结构。该研究首次报道了导致不同物种花粉萌发孔形态差异的重要因素,为揭示谷类粮食作物花粉发育过程中花粉的表面模式形成、萌发孔极性建立的分子机制提供了新的线索。(Nature Plants

      发现种子和器官大小调控途径参与调节侧枝形成的新机制
      植物地上部分侧生器官的数目、位置以及分布方式等对于植物的株型和产量具有重要影响。 近日,科学家研究揭示了种子和器官大小调控途径参与调节侧枝形成的新机制。前期研究表明,拟南芥泛素依赖的肽酶DA1是种子和器官大小调控的关键因子。该研究发现da1-1突变体由于叶腋分生组织起始缺陷,导致侧枝数目减少,表明DA1是叶腋分生组织起始的正调控因子。进一步研究表明,侧枝起始调控的关键转录因子CUC2 (CUP-SHAPED COTYLEDON 2) 和CUC3直接与DA1的启动子结合,激活DA1的表达。ubp15-1突变体侧枝数目略有增加,过表达UBP15导致侧枝数目减少。遗传分析表明CUC2/3、DA1和UBP15在作用于同一遗传途径调控侧枝形成。该研究发现了种子和器官大小调控的关键途径DA1-UBP15参与调控侧枝形成过程,揭示了CUC2/CUC3-DA1-UBP15途径调控叶腋分生组织的起始,从而调控植物侧枝形成的分子机制。该研究为揭示器官大小和分枝数目协同调控的机理提供了重要线索。(The Plant Cell

      揭示马铃薯广谱抗病基因的作用机制
      马铃薯晚疫病是全球农业生产中的毁灭性病害之一,具有流行快、变异快等特点。近日,科学家破解了马铃薯广谱抗病基因Rpi-vnt1.1的识别分子机制。该研究首先发现Rpi-vnt1.1识别晚疫病菌的功能具有光依赖性,并鉴定到植物叶绿体甘油酸盐激酶(GLYK)作为AVRvnt1的互作蛋白是Rpi-vnt1.1识别AVRvnt1的关键因子。进一步研究发现马铃薯GLYK遗传位点上存在着具有光依赖性的可变启动子选择(alternative promoter selection, APS)调控机制,可在不同光条件下生成GLYKFL和GLYKcyt两种转录本。病菌效应蛋白AVRvnt1正好靶向含有叶绿体信号肽的马铃薯GLYKFL,通过阻遏GLYKFL进入叶绿体进而导致植物感病。植物进化出抗病基因Rpi-vnt1.1识别这一行为并激活抗性,但这种抗性却在黑暗条件下因为AVRvnt1不能结合GLYKcyt的而丧失。综上,该研究阐明了一个具有重要农业价值的马铃薯广谱抗病基因作用机理,揭示了光照环境影响植物抗性的一个典型案例,为在全球气候变迁背景下开展晚疫病绿色防控提供了新线索。(PNAS

      杨树miR319与赤霉素协同调控表皮毛形成的机制
      在林业生产中,强光/紫外线辐射、虫害等环境胁迫严重影响了杨树的生长发育。近日,科学家研究发现杨树中miR319a响应虫害和紫外线胁迫,进一步通过生化及遗传学等方法,揭示了miR319a与赤霉素GA信号通路中关键因子DELLA蛋白协同调控表皮毛形成的分子机制。研究通过反向遗传筛选,发现杨树中miR319a在叶片中可特异的响应虫害和紫外辐射胁迫的诱导而表达,是一个胁迫的响应因子。通过遗传和分子水平的研究证明,在杨树体内miR319a通过特异的靶向和抑制6个TCP家族基因促进了杨树叶片表皮毛的形成。进一步研究发现,在杨树中miR319a靶基因编码的TCP19通过与赤霉素(GA)信号途径关键因子RGA的直接互作,一起抑制了MBW复合体的活性和表皮毛形成标志基因的表达,从而介导了miR319a与GA信号在调控杨树的表皮毛形成中的协同作用。综上,该研究揭示了杨树中miR319a在表皮毛形成和虫害防御中的重要功能,阐明了表观因子miR319与植物激素GA协同调控表皮毛形成的分子机制,为将来杨树抗病分子育种提供了新策略。(New Phytologist

      揭示植物RNA病毒致病新机制
      水稻病毒引起的病毒病严重影响作物的质量及产量。近日,科学家研究揭示了不同类型植物RNA病毒靶向同一个寄主抗病毒因子,干扰其功能从而促进病毒侵染的新机制。研究证实P8蛋白通过干扰OsARF17的二聚体化作用并抑制其转录激活能力去影响其转录功能,P2蛋白通过直接干扰OsARF17的DNA结合能力去影响OsARF17的转录功能,而M蛋白也能够抑制OsARF17的转录激活功能。利用转基因水稻材料研究OsARF17在不同病毒侵染过程中的作用,发现OsARF17在植物防御病毒侵染中发挥重要控作用。该研究揭示虽然不同类型病毒蛋白与OsARF17互作的作用方式不同,但它们都是通过影响OsARF17的功能去削弱其介导的抗病毒防卫反应,从而有利于病毒的侵染。该研究不仅阐明了一种新的寄主-病毒相互作用方式即不同类型病毒蛋白都能靶向生长素途径的同一转录因子,同时所研究的寄主基因对不同水稻病毒具有广谱抗性,为改良作物广谱抗性提供新的基因资源。(PNAS

      揭示植物光信号转导的新机制

      光不仅是植物进行光合作用的能源来源,还作为一种重要的环境信号因子调控植物的生长发育。近日,科学家研究揭示了植物光信号转导的新机制。光信号启动了植物体内将近三分之一基因的表达变化,最终确保植物正常的光形态建成以成长为健康幼苗。而这一转录调控体系在分子水平上受到诸多转录因子的控制。BBX11, BBX21 和HY5 三个转录因子是植物光信号转导途径的正调控子,协调促进光信号转导。在黑暗下,BBX21 和HY5受到COP1–SPA E3泛素化连接酶复合体的泛素化而降解,而BBX11却被COP1 所稳定,其可能被一个尚未鉴定的因子所降解。因此,BBX11, BBX21和HY5 在黑暗下蛋白丰度极低,不能促进光形态建成。在光下,积累的BBX21 和HY5可以分别结合到BBX11 和HY5 的启动子区域,并激活它们的转录表达;同时BBX11也可以直接和HY5的启动子区域结合并正调控HY5 基因表达。由此,这三个转录因子在转录水平上组成了一个正反馈调控体系,以参与调控植物体内受光调控的3000多个基因的表达,协同促进植物光形态建成。(Plant Communications

      发现JA调控植物生长和防御平衡的新机制
      植物组织的生长防御权衡受到JAZ-MYC途径和各种影响细胞生长的调节因子(如光照、生长激素的)相互作用的控制。近日,科学家使用拟南芥jaz突变体研究了JAs在生长防御权衡中的作用机制。该研究首先通过对 jazD(jaz decuple)突变体进行同时具有生长和防御能力的抑制基因突变(suppressor mutations)筛选,鉴定出9个PHYB的独立突变体,这表明JA-phyB相互作用在控制植物的生长-防御表型中的重要作用。与同时生长并防御良好的jazQ phyB突变体不同,jazD phyB植物保持了jazD突变体的较高防御,但对生长抑制的恢复较弱,这表明与高水平防御相关的生长受限主要归因于非phyB依赖性途径。进一步的研究发现,jazD和jazD phyB植物的生长缓慢与色氨酸生物合成途径的上调相关,但与核心碳代谢(光合作用与呼吸作用产物)的变化无关。总之,该研究表明JA介导的生长防御权衡的潜在机制取决于防御水平,并表明色氨酸生物合成的失调可能会导致高防御水平的生长受限。(Plant Physiology

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