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生物技术前沿一周纵览(2020年9月6日)

开花信号的“窃听者”——菟丝子
寄生植物菟丝子通过“窃听”寄主植物的FT开花信号,从而能够与不同寄主的开花时间保持一致。该研究通过改变寄主,证实南方菟丝子(Cuscuta australis)开花时间与寄主保持高度一致,进一步的遗传学方法表明,寄主的开花素(FT)基因表达是菟丝子开花的必要条件。FT基因编码的蛋白被称为是植物开花的成花素,在植物开花中起到非常重要的作用:在合适的条件下,植物叶片合成FT信号蛋白,而且FT能够从叶片长距离运输到顶端分生组织诱导开花。综上,寄生植物菟丝子通过“窃听”寄主植物的FT开花信号,从而能够与不同寄主的开花时间保持一致。这种开花行为使菟丝子能够适应广泛的寄主植物:延迟开花的菟丝子很难从已经开花甚至结种的寄主获得足够的营养,甚至寄主可能会在菟丝子能够开花前死亡;而在菟丝子比寄主提前开花的情况下,菟丝子的生物量和种子产量会比与寄主同时开花的菟丝子的生物量和种子产量小很多。该研究从分子水平揭示了菟丝子与寄主保持同步开花的分子机理,为了解包括菟丝子在内的寄生植物的生理、生态和进化具有重要意义。(PNAS

解析水稻抗条纹叶枯病新机制
水稻条纹叶枯病是由灰飞虱传播的一种病毒病,一旦得病便无药可治。近日,科学家研究揭示了病毒通过“劫持”油菜素内酯途径进而抑制茉莉酸介导的水稻条纹叶枯病抗性的新机制,为通过分子设计育种培育水稻条纹叶枯病抗性品种提供了理论依据。该研究发现,增加外源或内源油菜素类固醇和茉莉酸及增强两种激素的信号途径均可显著提高水稻对条纹叶枯病的抗性;相反,油菜素类固醇或茉莉酸信号受阻时,水稻更易感病。进一步研究发现,条纹叶枯病毒侵染水稻可以显著抑制植株内源性油菜素类固醇的合成,进而增加其信号途径关键负调控因子OsGSK2的积累。该研究表明,油菜素类固醇介导的条纹叶枯病抗性依赖于茉莉酸途径。综上,该研究揭示了病毒通过作用于类固醇途径,进而抑制茉莉酸介导的条纹叶枯病抗性的分子机制,加深了我们对病毒与寄主相互作用的认识,为利用分子育种技术培育抗性品种提出了新策略。(PLoS Pathogens

揭示细胞壁果胶甲基转移酶调控细胞壁完整性和植物生长发育的分子机制
细胞壁具有足够的机械强度和充分的延展性,决定细胞生长的方向,在细胞生长和器官形态建成中发挥重要作用。近日,科学家诠释了细胞壁果胶、纤维素及细胞骨架协同调控细胞壁完整性和植物生长发育的分子机制。该研究首次证实了QUASIMODO2(QUA2)蛋白的果胶甲基转移酶活性,为解析此类酶的生物学功能打开了瓶颈。研究表明该蛋白是果胶合成所必需的,该研究利用多种显微成像技术,观察到果胶的缺失既影响纤维素合成酶在细胞膜上的移动和纤维素微纤丝的分布,又影响细胞质中微管的排列构象。该研究表明正常的果胶合成对维持细胞壁完整性的重要作用。综上,该研究证明了果胶甲基转移酶的分子功能,解析了果胶合成过程中甲酯化反应的生化机理,探索了果胶与纤维素相互作用的分子机制,以及这些相互作用是如何转化成细胞内部的信号,维持植物生长过程中细胞壁结构的完整性。(The Plant Cell

鉴定到一个苹果属三叶苷合成基因
三叶苷属于类黄酮化合物,是一种天然的甜味剂,且具有抗氧化、降血糖等生物活性,具有较高的商业开发前景。三叶苷与其同分异构体根皮苷是苹果属植物中含量最高的类黄酮化合物,含量占叶片干重的20%-30%。近日,科学家研究鉴定到了一个苹果属三叶苷合成基因PGT2。该研究利用基因定位、蛋白纯化结合质谱分析及转录组等手段,挖掘出苹果属调控三叶苷合成的糖基转移酶基因PGT2,并通过遗传转化和种质资源验证了相关基因的生物学功能。PGT2基因的鉴定不仅进一步丰富了植物类黄酮代谢路径相关基因信息,还为未来工业化生产三叶苷及选育苹果三叶苷特色新种质提供了坚实的理论基础。(Plant Physiology

揭示植物盐胁迫响应和生长恢复的调控新机制
钙信号依赖的SOS (salt overly sensitive) 途径是植物中经典的抗盐途径,可以被盐胁迫特异地激活。近日,研究人员不仅拓展了盐胁迫下SOS途径和植物生长的调节机制,而且揭示了当盐胁迫解除时,SOS途径的失活机制以及植物生长恢复的调节机制。该研究通过酵母双杂交筛选发现BIN2是一个潜在的与SOS2相互作用的蛋白。该研究提出了BIN2调控盐胁迫响应和生长恢复的工作模型:在正常条件下,SOS2活性被抑制,BR信号促进植物生长。在盐胁迫条件下,细胞内产生盐胁迫特异的钙信号,SOS3和SCaBP8与SOS2相互作用,招募SOS2至细胞质膜并激活其活性,进而SOS2磷酸化激活SOS1;而SOS3和SCaBP8与BIN2的相互作用减弱,并且BIN2从细胞质膜上解离。在盐胁迫退去的快速恢复阶段,变化的钙信号使得SOS3和SCaBP8促进BIN2在细胞质膜上定位,增强BIN2对高活SOS2的磷酸化抑制作用,减弱盐胁迫响应;而BZR1和BES1的转录活性被释放,促进植物恢复生长。(Developmental Cell

利用基因组编辑精细调控草莓糖分含量
无性繁殖植物在农业生产中具有重要的地位,但是长期无性繁殖导致性状多样性的严重匮乏极大的阻碍了无性繁殖作物的育种发展。科学家研究发现对基因上游转录起始位点(uORF)进行编辑可以显著提高基因翻译效率,建立了基因组编辑调控植物内源基因翻译效率技术体系。近日,研究人员利用这一技术,在无性繁殖作物草莓中实现了对数量性状的精细调控并获得了多种不同糖分含量的草莓。研究人员利用自己开发的植物高效胞嘧啶碱基编辑器首次在草莓中实现碱基编辑,转基因草莓植物中碱基编辑效率高达100%。研究人员对T0代突变体进行了自交和杂交,组合不同的等位基因并分离转基因成分。不同基因型对草莓果实糖含量产生了不同程度的影响,极大的丰富了性状多样性,实现了对数量性状的精细调控。尤为重要的是,所有的新基因型和性状都可以通过无性繁殖稳定传递给后代。该工作为无性繁殖作物提供了新的育种策略。(Genome Biology

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