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      生物技术前沿一周纵览(2020年6月28日)

      2020-06-30 16:37 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

      科学家发现绿色植物的第三个门类——华藻门
      界-门-纲-目-科-属-种,是目前公认的生物学分类系统。绿色植物现分为两大分支:链型植物(包含轮藻门和所有的有胚植物)和绿藻门。近日,科学家研究发现了绿色植物一个全新的门类,并用“华”来命名,将绿色植物从2个门类增加为3个门类,并且证明了华藻门为最早分化的绿色植物分支。该研究首先获得了一个无任何gap的染色体级别基因组,通过分析对比,确定了该物种属于绿色植物最早分化出来的一个新门类——华藻门Prasinodermaphyta,与已知的链型植物分支和绿藻门分支为姐妹关系。此外,研究还发现其基因组可以编码大量不同种类的补光蛋白(LHC),这些基因的扩张保证了它在深海中依然可以通过光合作用获取足够能量来维持正常生命代谢。不仅如此,Prasinoderma coloniale也拥有独特的碳浓缩机制——同时拥有C3和C4两种机制的使其能够高效的进行碳浓缩以适应深海的低二氧化碳环境 。该研究通过比较基因组学揭示了其代谢的进化和环境适应机制,对认识整个绿色生命系统起源具有重要的理论和实践意义。(Nature Ecology & Evolution

      病原真菌核盘菌提高对十字花科植物致病力的新机制

      核盘菌可以对包括十字花科植物在内的全球400多种植物引起白霉病,而十字花科植物体内具有氨基酸衍生的硫代葡萄糖苷(GLs),当细胞或组织受到损伤时,GLs被β-硫代葡萄糖苷葡糖水解酶激活,产生有毒的异硫氰酸盐(ITC)和氰基衍生物。近日,科学家在拟南芥中研究了GLs在植物与核盘菌(Sclerotonia sclerotiorum)中的相互作用以及真菌在侵染过程中规避GLs的代谢机制。该研究表明ITC而非GLs在植物抵抗核盘菌侵染中发挥重要作用,核盘菌侵染初期诱导了GL-ITC的产生,但后期真菌对ITCs进行分解。进一步研究表明,核盘菌可以通过两个ITC转化途径(硫醚氨酸共轭途径和水解降解途径)降低ITC,但主要依赖直接水解途径。该研究还在拟南芥和十字花科植物中进行了验证,发现ΔSsSaxA突变体对植物的侵染及致病能力显著降低。结合以往的研究,科学家推测核盘菌中两条途径共存,共轭途径用于快速的脱毒适应,而水解途径则是更为长期的解毒策略。该研究为十字花科植物的真菌病害防控提供了新的研究思路。(Nature Communications

      共生固氮中的NCR肽在抗真菌中的作用机制
      紫花苜蓿是一种IRLC( inverted repeat-lacking clade )分支的模式豆科植物,可以与革兰氏阴性菌Sinorhizobium meliloti形成固氮内共生关系,研究表明这主要依赖于体内的NCR肽。高浓度NCR247对共生根瘤菌有抗菌活性而低浓度条件下则具有诱导作用,最近的临床医学研究表明大部分阳离子NCR肽比如NCR044具有抗人体真菌白色念球菌的潜力。近日,科学家研究揭示了NCR044肽的结构及其抗真菌的作用机制。该研究首先在紫花苜?;蜃橹屑ū嗦隢CR044的同源基因,NCR044和NCR473,并且发现它们在非定型根瘤发育过程中表达。该研究发现,NCR044可以与真菌细胞壁和细胞膜结合,并与质膜磷脂相互作用,从而侵入或内吞进入细胞质中,并最终在细胞核中积累。该研究最后还在收获后的莴苣叶和玫瑰花瓣以及生长中的番茄和烟草中验证了NCR044肽的作用,发现NCR044喷施可以提高这些植物对灰霉病的抗性,充分表明NCR044作为肽类杀菌剂的潜力。总之,该研究揭示了NCR044的三维结构特征及其在抗真菌病原体中的作用机制,该研究为NCR肽类喷雾抗真菌产品的开发奠定了基础。(PNAS

      科学家揭示大麦耐盐调控新机制

      土壤盐害是全球作物生产面临的主要非生物胁迫,而Ca2+信号及其结合蛋白介导的盐响应信号转导途径一直是植物耐盐分子调控机理研究的热点。近日,研究人员揭示了大麦钙调蛋白HvCaM1负向调控耐盐性的新机制,对作物耐盐遗传改良具有重要意义。研究团队前期从西藏野生大麦(XZ16和XZ26等)根蛋白组中鉴定到一个响应盐胁迫的新型钙调蛋白HvCaM1。系统发育树分析表明CaM1起源于绿藻,是植物中序列高度保守的Ca2+结合蛋白。作为典型的Ca2+结合蛋白,HvCaM1在大麦根的表达量高于地上部,且在根中柱和维管束组织中表达丰度较高。RNAi沉默HvCaM1基因显著增强大麦的耐盐性,同时降低Na+从根部往地上部的转运。HvCaM1与一个转录激活因子HvCAMTA4互作,通过下调HvHKT1;5的表达减少木质部Na+向上运输,并通过上调HvHKT1;1的表达增加Na+向根部回流,从而降低地上部Na+积累,增强大麦耐盐性。HvCaM1和HvHKT1;5协同调控大麦耐盐性的发现,不仅丰富了作物耐盐理论,对大麦以及其它禾谷类作物的耐盐遗传改良具有重要指导价值。(Plant Physiology

      解析亚麻酸大量合成引起种子干瘪的机理
      多年以来,通过基因工程手段在油料作物中过量生产不饱和脂肪酸或特殊脂肪酸会导致种子活力和含油量下降,从而制约了相关脂肪酸产量的进一步提高。近日,科学家研究解析了亚麻酸大量合成引起胚胎发育障碍的机理,为特殊脂肪酸生产提供借鉴。研究团队通过在拟南芥中超表达来自Camlina的脂肪酸脱氢酶3 (FAD3) 基因,获得了亚麻酸积累较高的转基因种子(FAD3-OE)。研究表明,FAD3-OE突变体中脂肪酸合成、糖酵解及油菜素内酯合成等通路受到显著抑制;而脂肪酸降解、内质网胁迫和氧化胁迫反应通路被激活。进一步研究发现,在FAD3-OE的遗传背景下超表达LPAT2可显著提高种子含油量的同时亚麻酸产量也提高了2倍以上。游离亚麻酸在超表达LPAT2株系种子中的含量大大降低,减少了对胚胎细胞的胁迫。超表达LPAT2提高了二?;视偷扔椭弁分械墓丶晃锖孔钪仗岣哐锹樗岬奶匾旎?。该研究成功突破了种子中超高亚麻酸积累引起胚胎发育障碍的技术瓶颈,也为特殊脂肪酸生产提供了借鉴。(The Plant Journal

      揭示光敏色素C调控玉米开花时间和株高的分子机制
      当植物感知邻近植被的光竞争时就会诱发避荫反应综合症(SAS),这对密植条件下的玉米产量具有负面影响。前期研究发现,红光和远红光受体光敏色素负责感知拟南芥中的遮荫信号并诱发避荫反应综合症。近日,科学家研究揭示了光敏色素C参与玉米的开花时间和株高调控的分子机制。该研究分析了ZmPHYC1和ZmPHYC2的表达模式,发现ZmPHYC1(而非ZmPHYC2)在叶片中高度表达,并受到昼夜节律的调控。在光照条件下,ZmPHYC1和ZmPHYC2蛋白在细胞核和细胞质中均有存在,而且它们均可以与自身或与ZmPHYBs互作。在恒定的红光条件下,异源表达ZmPHYCs可互补拟南芥phyC-2突变体,并减弱了遮荫条件下拟南芥的避荫反应综合症。利用CRISPR/Cas9技术创制的ZmPHYC1和ZmPHYC2双敲除突变体在长日照条件下表现出适中的早花表型,而过表达ZmPHYC2植株的株高和穗位高则适度降低。该研究为ZmPHYC的功能提供了新的信息,为耐密植玉米新品种的培育提供了理论指导。(Plant Biotechnology Journal

      揭示菌根共生介导的植物氮素转运途径
      菌根真菌是土壤中一类古老的有益真菌,能够与地球上90%以上的陆地植物的根系形成“菌根”互惠共生体,促进植物对土壤中水分和养分的吸收利用,并提高植物抵御生物和非生物胁迫的能力。近日,科学家研究揭示了菌根共生介导的植物氮素转运途径。该研究发现,与低磷有利于菌根共生相反,提供适度的硝态氮能够促进旱作水稻菌根共生效率。通过15NO3-标记发现,水稻通过菌根真菌(菌根途径)吸收的氮占到总氮的40%以上。采用转录组测序发现,NPF4.5及其同源基因在水稻、玉米和高粱菌根中被强烈特异诱导表达。通过在异源体系功能验证和NPF4.5基因的敲除分析,明确了水稻OsNPF4.5是一个低亲和硝酸盐转运蛋白,发现菌根途径贡献的氮大约有45%通过NPF4.5转运。增强NPF4.5表达丰度可以显著促进水稻生长和提高氮素吸收效率。该研究首次揭示了至少在禾本科作物中存在高度保守、高效的菌根硝酸盐吸收途径,为将来利用菌根共生系统提高植物氮素利用效率提供了理论依据和技术支撑。(PNAS

      揭示ABA与JA协同调控水稻种子萌发的新机制

      水稻种子的萌发与稻米品质和穗发芽抗性直接相关。近日,研究人员首次揭示了植物激素脱落酸(ABA)经由SAPK10-bZIP72-AOC通路介导茉莉酸(JA)合成,并协同抑制水稻种子萌发的分子机制。该研究发现,ABA信号传导核心成员SnRK2类激酶SAPK10磷酸化修饰自身的Ser177位点,过表达SAPK10种子萌发延迟,对ABA超敏,而过表达SAPK10模拟去磷酸化形式(SAPK10Ser177Ala)的种子萌发对ABA敏感性下降。进一步研究发现,SAPK10可与bZIP转录因子家族成员bZIP72结合,并磷酸化修饰bZIP72的Ser71位点并增强后者的蛋白稳定性。磷酸化修饰增强了bZIP72结合JA合成途径关键基因AOC启动子的能力,并促进后者的转录,从而提高体内的JA水平并抑制种子萌发。另一方面,外施JA合成抑制剂可缓解ABA对种子萌的抑制,暗示着ABA对种子萌发的抑制效应部分依赖于JA的合成。该研究揭示了ABA通过促进JA的合成进而协同抑制水稻种子萌发的新途径,为改良作物穗发芽抗性提供了重要理论依据。(New Phytologist



       

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