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      生物技术前沿一周纵览(2020年5月08日)

      2020-05-10 20:48 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

      鉴定生长素和细胞分裂素信号交互作用的新组分
      多种激素组成的信号级联网络在植物的适应性反应过程中发挥重要功能,生长素和细胞分裂素形成的激素调控网络是目前研究最为透彻的内源调节系统之一,目前尚不清楚植物如何整合这两种信号级联并介导植物器官发育。近日,研究人员在拟南芥中鉴定了生长素和细胞分裂素信号交互作用的新组分,并揭示了其介导植物发育的潜在机制。该研究通过对激素(生长素、细胞分裂素及两种激素)处理后的拟南芥根系进行全基因组转录组分析,筛选出响应两种激素的最佳候选基因SYAC1(SYNERGISTIC ON AUXIN AND CYTOKININ 1)。研究表明SYAC1是在根中起作用的生长素和细胞分裂素途径的共同靶标。进一步研究表明,SYAC1对细胞壁组分沉积的干扰会影响对土壤病原菌(如Plasmodiophora brasicae)的敏感性。总之,该研究在拟南芥中鉴定到了生长素—细胞分裂素信号互作的分子组分SYAC1。SYAC1通过参与细胞壁组分的调节微调植物器官的伸长生长以及对土壤病原菌的抗性。(Nature Communications

      发现植物气孔开放调控新机制
      质膜H+-ATPase在植物气孔的开闭过程中具有重要功能,但目前尚不清楚光照如何通过保卫细胞膜离子转运和淀粉代谢精准控制气孔开放。近日,科学家研究揭示了光照通过膜离子运输和淀粉代谢调控保卫细胞开闭的分子机制。该研究表明,淀粉降解产物不会直接影响保卫细胞运输离子的能力,葡萄糖是保卫细胞中主要的淀粉代谢产物并且在光诱导的气孔开放过程中作为主要能量来源。进一步该研究发现,换到光下时的气孔开放速率与淀粉的量及其迅速分解的能力有关,进一步表明了气孔开放速率与保卫细胞糖稳态的关系。此外,该研究发现在高光强以及红光条件下,气孔开放与淀粉降解无关,进一步的研究表明红光下的气孔变化是由叶肉细胞光合作用产生的蔗糖及其通过AHA1转移到保卫细胞的过程进行驱动的。因此,光照诱导的气孔开放与保卫细胞的膜离子运输和代谢重排密切相关。研究结果为利用保卫细胞淀粉代谢调控气孔开闭提供了潜在工具。(The Plant Cell

      揭示独脚金内酯和Karrikin信号转导新机制
      独脚金内酯(SL)是一种新型植物激素,对其信号途径的研究具有重要的科学意义和应用价值。Karrikin(KAR)是一类存在于植物燃烧形成的烟雾中的信号分子,对于大火后植物种子的快速萌发和生长至关重要。近日,科学家研究揭示了独脚金内酯和Karrikin信号转导新机制。研究表明,SL和KAR均能抑制红光下拟南芥下胚轴的伸长,暗示SL和KAR信号转导可能存在新机制。进一步研究发现,SMXL2与SMXL家族其他成员不同,能同时参与SL和KAR两条信号途径,SL增强其受体D14与SMXL2的相互作用,而KAR诱导其受体KAI2与SMXL2发生相互作用,两种信号分别诱导SMXL2以依赖于D14和KAI2的方式发生多聚泛素化修饰和降解,进而调控D14-LIKE2(DLK2)和KAR-UP F-BOX1(KUF1)的表达。SMXL2在SL和KAR共同调控下胚轴发育中发挥关键作用。上述研究揭示了一种新的SL和KAR信号转导机制,它们均能诱导SMXL2的泛素化和降解,为SL信号途径起源于古老的KAR信号途径的进化假说提供了新证据。 (The Plant Cell

      揭示根际微生物调控大豆-根瘤菌互作效率及适应性机制
      豆科植物-根瘤菌共生是植物-微生物共生的一种重要类型,这种共生关系的建立非常复杂,受多种因素的影响。近日,科学家研究揭示了不同土壤条件下大豆根际微生物的变化及其调控快、慢生根瘤菌与大豆互作及在根瘤中定殖特异性的机制,为大豆根瘤菌环境适应性和逆境下提高结瘤效率提供了重要的理论依据。该研究发现,来自三个大豆主栽区的三种类型土壤(武汉酸性、吉林中性和河北碱性)中根际微生物的组成存在显著差异,而且根瘤菌与其他根际细菌存在明显互作关系。进一步研究发现,芽孢杆菌和假单胞菌等大豆根际微生物与根瘤中快生和慢生根瘤菌的定殖有关。研究还发现,蜡样类芽孢杆菌组不仅能特异性地促进快生根瘤菌,抑制慢生根瘤菌的生长,还能缓解盐碱胁迫对快生根瘤菌结瘤的负面影响,增加其在根瘤中的定殖。研究结果证明,根际细菌微生物群在大豆根瘤菌-宿主互作和共生关系形成中发挥着关键作用。这些发现为使用合成细菌群落提高大豆-根瘤菌共生固氮效率提供了科学依据。(The ISME Journal

      揭示光合作用卡尔文循环的催化和调控机制
      光合作用分为光反应和卡尔文循环(暗反应)两个阶段,其中卡尔文循环包括多步酶促反应,利用光反应过程中产生的ATP和NADPH固定二氧化碳,生成碳水化合物。近日,科学家研究揭示了光合作用卡尔文循环(暗反应)中PRK的催化反应机制,并为卡尔文循环受光照/黑暗调控的机理提供了结构基础。该项工作中,研究人员解析了PRK及其复合物的晶体结构,包括来源于蓝藻的PRK结合辅因子二磷酸腺苷(ADP)和葡萄糖-6-磷酸(G6P)的晶体结构,分别处于氧化态和还原态的拟南芥PRK的晶体结构,以及拟南芥PRK与GAPDH、CP12形成的GAPDH/CP12/PRK复合物的晶体结构?;诮峁剐畔?,结合突变体测活与亲和力实验结果,确定了PRK的活性位点以及参与催化的关键结构域和氨基酸,解释了PRK受氧化还原调控的分子机理,展示了GAPDH/CP12/PRK复合物中各蛋白之间相互作用的具体细节,并揭示了CP12响应氧化还原信号调控PRK及GAPDH活性的作用机制。这些研究结果为深入理解PRK的催化机理以及卡尔文循环的精细调控提供了重要结构信息。(The Plant Cell

      揭示通过调控棉子糖合成酶提高植物抗旱能力的新途径

      棉子糖代谢在植物抗逆中发挥重要作用,玉米肌醇半乳糖苷合成酶(GOLS)和棉子糖合成酶(RAFS)是棉子糖合成的关键酶。近日,科学家研究报道了该团队在在植物抗旱机理研究方面取得的新进展。该研究通过构建玉米ZmRAFS基因突变体,以及在拟南芥中过量表达该基因,发现过量表达ZmRAFS基因增加了种子中棉子糖含量但却降低了叶片中棉子糖含量。其原因是植物叶片中合成的蔗糖优先供给库器官。蔗糖是ZmRAFS合成酶的底物,蔗糖在叶片中供应不足导致该酶不能合成棉子糖,而对其另一底物肌醇半乳糖苷进行水解产生肌醇。在干旱胁迫条件下,过量表达ZmRAFS产生的肌醇提高了植物的抗旱性。因此,该研究揭示了通过调控棉子糖合成酶提高植物抗旱能力的新途径。(Journal of Biological Chemistry

      科学家在微藻虾青素生物合成研究方面取得重要进展
      微藻是古老的微生物,绝大多数能够进行光合作用,固定CO2并释放氧气??蒲腥嗽币宰舴蛏淘逦芯慷韵?,前期工作探究了TAG合成机制和油脂代谢途径中重要基因的功能,阐释了氮缺乏胁迫下虾青素合成机制和盐胁迫下虾青素和TAG合成机制,开发了‘异养发酵-光诱导’获得富含虾青素的高密度细胞的方法。近日,科研人员在佐夫色绿藻虾青素生物合成方面取得了新进展。该研究通过抑制剂分析和体外酶活实验揭示了:1)佐夫色绿藻β-类胡萝卜素羟化酶(CHYb)不能催化角黄素的羟基化来生成虾青素,导致角黄素作为终产物之一积累;2)β-类胡萝卜素酮化酶(BKT)能够催化玉米黄质(Zeaxanthin)的酮基化来生成虾青素。总的来说,该研究解阐明了佐夫色绿藻中虾青素生物合成的具体途径和调控机制,探讨了不同微藻来源的BKT和CHYb在功能演化上的差异,完善了我们对微藻虾青素生物合成的现有认知,并提出了一种提高微藻虾青素含量和纯度的策略。(Plant Physiology

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