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植物学领域最新进展集锦 | 番茄花青素含量、拟南芥游离钙昼夜节律、铁硫代谢与铁稳态

已有 725 次阅读 2019-11-11 12:42 |个人分类:热点研究|系统分类:科普集锦


01

植物次生代谢调控


华南农业大学、广东省农业科学院科研人员合作研究鉴定出调控番茄果实中花青素含量的候选基因和机制


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在野生型番茄中已发现Anthocyanin fruit(Aft)和atroviolacea(atv)可以提高番茄果实中的花青素含量。但是,Aft基因座的基础基因以及Aft和atv起作用的机制仍然未知。


在这项研究中,南农业大学邱正坤/曹必好团队合作、广东省农业科学院Xiaoxi Liu团队合作将Aft基因最终确定在10号染色体上大约145 kb的区段,但不包括以前建议作为候选基因的SlAN2(Solyc10g086250),SlANT1(Solyc10g086260)和类似SlANT1的基因(Solyc10g086270)。因此,R2R3-MYB转录因子SlAN2-like(Solyc10g086290)被认为是Aft的最佳候选基因。


与野生型番茄相比,通过CRISPR / Cas9获得的SlAN2-like突变体显示出与多个花青素相关基因下调相关的花青素积聚要低得多,这表明SlAN2-like是造成Aft表型的原因。他们还通过CRISPR / Cas9方法证实了SlMYBATV的抑制功能。酵母双杂交检测显示,SlMYBATV与bHLH蛋白SlJAF13相互作用。此外,酵母单杂交和双荧光素酶瞬时表达试验表明,Aft直接与SlMYBATV启动子结合并激活其表达。


以上结果提供了增强番茄果实花青素含量的候选基因。本研究还提供了一个涉及Aft-SlMYBATV途径的机制,该机制可微调番茄果实中的花青素积累。


阅读原文:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16272



02

植物信号转导


英国剑桥大学Alex A.R. Webb团队鉴定出拟南芥黑暗诱导的叶绿体钙和胞质钙含量增加的昼夜节律


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细胞内不同细胞器中游离Ca2+ ([Ca2+])时空浓度的变化有助于植物对生理和环境刺激的反应。在光到暗的过渡期间,[Ca2+]在叶绿体的基质中增加,然而其功能和机制尚不清楚,部分原因是在文献中关于是否可以检测到相应的暗诱导的细胞质[Ca2+] ([Ca2+]cyt)的变化存在分歧。来自英国剑桥大学Alex A.R. Webb团队测量了[Ca2+]cyt在黑暗时的变化,即使已知黑暗诱导可以增加拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株空中部分的[Ca2+]stroma。这些[Ca2+]cyt瞬变依赖于光周期和一天的时间,在预期的黄昏达到峰值,且在[Ca2+]cyt的24小时波动上叠加。他们还发现暗诱导的Ca2+增加的幅度在胞质和叶绿体中都受到核昼夜节律振荡器的控制。


通过细胞核中转录调控因子对暗诱导增加的[Ca2+]stroma和[Ca2+]cyt幅度的调节是昼夜节律振荡器的一部分,这证明了昼夜节律系统在亚细胞Ca2 +信号传导中除了它在细胞液和叶绿体中驱动昼夜节律振荡[Ca2 +]之外的新作用。


阅读原文:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16280



03

植物生长发育及调控


美国密苏里大学Ron Mittler团队研究出拟南芥中铁硫代谢和铁稳态的关系


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铁-硫(Fe-S)团簇在植物中扮演着重要的角色,是介导多种电子转移反应的蛋白辅助因子。由于Fe-S团簇可以与氧发生反应形成活性氧(ROS)并对细胞造成损伤,其生物发生受到高度调控。最近发现了一组2Fe-2S蛋白,称为NEET蛋白,用于协调哺乳动物细胞中铁-硫、铁和ROS的稳态。本研究中,来自美国密苏里大学Ron Mittler团队发现拟南芥NEET蛋白家族中唯一的成员AtNEET的功能被破坏后,引发了叶片相关的铁-硫和铁缺乏反应、叶绿体铁含量升高(1.2‐1.5倍)、萎黄病、叶绿体结构损伤和较高的幼苗死亡率。他们的研究表明,扰乱AtNEET的功能将破坏2Fe-2S簇从叶绿体2Fe-2S生物发生途径向不同的胞质和叶绿体Fe-S蛋白以及细胞质Fe-S生物发生系统的转移,消除这个过程将触发叶量相关的缺Fe‐S和缺Fe反应,导致叶绿体的铁积累和更多的活性氧积累。他们进一步证明了AtNEET将其2Fe-2S团簇转移到DRE2, DRE2是胞质铁生物发生系统的关键蛋白,并提出在叶绿体和胞质中2Fe-2S团簇的有效性与植物体内铁稳态有关。


阅读原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14581



04

植物生长发育及调控


日本科研人员发现核周体的形成对拟南芥正常的叶片发育很重要


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通过直接抑制背轴基因ETT / ARF3,ASYMMETRIC LEAVES2(AS2)蛋白在拟南芥平面对称叶片的形成中起关键作用。AS2编码一种包含AS2 / LOB结构域的植物特异性核蛋白,该结构域包含一个在AS2 / LOB家族中保守的锌指(ZF)基序。前期结果已经表明,AS2与ETT / ARF3的编码DNA结合,这需要ZF基序。AS2与AS1在核周体(AS2体)中共定位。为了鉴定AS2体的形成所需的AS2氨基酸信号和叶形成中的功能,来自日本东京理科大学Sachihiro Matsunaga团队、中部大学Chiyoko Machida团队、弘前大学Michiko Sasabe团队和名古屋大学Yasunori Machida团队合作构建了重组DNA,它们编码与黄色荧光蛋白融合的AS2突变蛋白。此外,他们检查了这些蛋白在子叶细胞和转基因植物和培养细胞的叶原基中的亚细胞定位。形成AS2体必不可少的氨基酸信号位于ZF基序内或附近。AS2突变未能形成AS2体也无法挽救as2-1突变。以上结果表明了AS2体形成的重要性以及AS2及其靶DNA和包括NUCLEOLIN1在内的核仁因子相互作用的性质。AS2体与核糖体RNA基因缩合的核仁染色体中心部分重叠意味着AS2体与染色质状态之间存在相关性。叶原基的相间和有丝分裂期间细胞中AS2体的模式与培养细胞中的模式不同,表明AS2体的形成和分布在植物中受到发育调控。


阅读原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14579



05

植物抗非生物胁迫


阿根廷国立罗萨里奥大学Malriel Claudia Gerrard Wheeler团队研究发现拟南芥NADP‐苹果酸酶1功能的缺失导致对铝胁迫的耐受性增强


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在酸性土壤中,铝的毒性是全世界作物产量的一个重要限制因素。由于苹果酸具有铝结合能力,它允许内部和外部排毒方法应对Al胁迫,但是对于这种反应涉及的代谢过程知之甚少。在此,来自阿根廷国立罗萨里奥大学Malriel Claudia Gerrard Wheeler团队分析了NADP依赖性苹果酸酶(NADP‐ME)在铝耐受性中催化苹果酸氧化脱羧的相关性。与野生型相比,缺NADP‐ME1的植物(nadp‐me1)在铝处理后对根系伸长的抑制较低。此外,暴露于Al的WT根中NADP‐ME1转录水平显著下降。尽管nadp-me1和wt中幼苗和根系分泌物中的苹果酸水平相似,但长时间暴露于Al后,nadp-me1的根中观察到细胞内苹果酸的显著增加。nadp-me1植物在暴露于Al的谷氨酸中也显示出较低的H2O2含量,而暴露于Al信号中的氨基酸对谷氨酸没有抑制作用。蛋白质组学研究表明,nadp‐me1中有几种差异表达的蛋白参与了信号转导、初级代谢、对生物和其他非生物刺激的保护以及氧化还原过程,它们可能直接或间接参与铝耐受。结果表明,NADP‐ME1参与了根顶端苹果酸水平的调节,其损失导致该有机酸含量增加。此外,研究结果表明,NADP‐ME1影响信号传递过程,如活性氧的产生和那些涉及谷氨酸的过程,这些过程可能导致根系生长抑制。


阅读原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14571



(本期作者:砖泥)





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