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植物学领域最新进展集锦 | 玉米氮素响应调控、棉花对尖孢镰刀菌的抗性机制、寄生杂草与宿主植物免疫力

已有 839 次阅读 2019-12-11 17:09 |个人分类:热点研究|系统分类:科普集锦


​01 植物生长发育及调控


江苏省农业科学院赵涵团队研究发现 ZmNLP5转录因子在参与响应玉米氮素调控中的重要作用


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玉米对补充添加的氮(N)有显著的生长和产量反应。本研究中,来自江苏省农业科学院赵涵团队报告了玉米ZmNLP5作为与N代谢相关的分子网络的中心枢纽的功能特性。ZmNLP5主要在根和维管组织中表达和积累,对硝酸盐处理有快速响应。在氮素供应有限的情况下,zmnlp5突变体幼苗与野生型幼苗相比,其根系组织积累的硝酸盐和亚硝酸盐较少,地上部组织积累的铵根离子较少。zmnlp5突变株在穗叶和籽粒中积累的氮素量低于WT。此外,携带转基因ZmNLP5 cDNA片段的突变体与zmnlp5突变体相比,根组织硝酸盐含量显著增加。在zmnlp5突变株中,ZmNLP5功能的缺失导致大量参与N信号和代谢的基因的表达发生变化。他们进一步证明,ZmNLP5通过与基因5'UTR上的硝酸盐响应顺式元件(NRE)结合,直接调控亚硝酸盐还原酶1.1 (ZmNIR1.1)的表达。此外,在Mo17中,ZmNLP5的功能等位基因自然缺失,导致穗叶和籽粒中的氮积累减少,这与zmnlp5突变植株相似。结果表明,ZmNLP5参与了调节玉米植株对N的响应。


阅读原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14628



02 植物病理学


中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才团队研究发现天麻抗真菌蛋白基因的维管特异性表达显著增强棉花对黄萎病抗性


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大丽花轮枝孢导致的棉花黄萎病是世界上棉花种植区最具破坏性的病害,我国约50%的棉花种植面积遭受黄萎病感染,每年造成巨大的经济损失。通过基因工程选育抗广谱棉花品种被认为是控制这种真菌病的最有效途径之一。来自中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才团队曾报道过天麻抗真菌蛋白(GAFP)家族成员GAFP4对棉花黄萎病具有较强的抗真菌活性,为进一步提高转基因棉花的抗性水平,他们认为维管特异性启动子比CaMV 35S启动子更有效,并对C3 - C4中间型植物Flaveria anomala的gdcsP启动子进行了详细的分析,发现它不仅包含维管和根特异性表达所需的顺式作用调控元件,而且还包含疾病和损伤诱导元件。gdcsP启动子的维管特异表达模式在表达β-葡萄糖醛酸苷酶(GUS)转基因拟南芥和棉花被进一步证实。此外,他们还在黄萎病苗圃培育了受gdcsP启动子控制的GAFP4转基因棉花植株,并与非转基因植株和CaMV 35S:GAFP4转基因植株一起对其抗病水平进行了评价。他们发现,与GAFP4表达相似,GAFP4的维管特异性表达增强了对黄萎病的抗性。这些研究结果表明,维管特异性的gdcsP启动子不仅是棉花抗黄萎病基因工程的有效工具,而且在基因工程的许多其他应用中也具有一定的应用价值。


阅读原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13308



03 植物病理学


山东农业大学郭兴启团队研究发现一种支架蛋白增强棉花对尖孢镰刀菌的抗性机制


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在真核生物中,MAPK支架蛋白对于调节MAPK级联的功能至关重要。然而,在植物中只报道了少数MAPK支架蛋白,而支架蛋白调控MAPK级联功能的分子机制尚不清楚。在这里,山东农业大学郭兴启团队鉴定出一种GhMKK6-GhMPK4级联支架蛋白GhMORG1正向调节棉花对尖孢镰刀菌的抗性。GhMORG1与GhMKK6和GhMPK4相互作用,棉花原生质体中GhMORG1的过表达显著增加了GhMKK6‐GhMPK4级联的活性。它们通过定量磷蛋白组学来阐明GhMORG1调节抗病性的机制,32个蛋白被认为是GhMORG1依赖性GhMKK6-GhMPK4级联的假定底物。这些假定的底物参与了多种抗病过程,如细胞氨基酸代谢过程、钙离子结合和RNA结合。激酶检测证实大多数假定的底物是由GhMKK6-GhMPK4级联磷酸化的。在功能分析中,9种假定的底物在棉花中分别被沉默。棉花对尖孢镰刀菌的抗性在底物被沉默的棉花中降低。这些结果表明GhMORG1通过促进GhMKK6-GhMPK4级联底物的磷酸化来调节几种不同的抗病过程。综上所述,这些发现揭示了一种新的植物MAPK支架蛋白,并为深入了解植物抵抗病原体的机制提供了思路。


阅读原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13307



04 植物免疫


美国弗吉尼亚大学Michael P. Timko团队研究发现一种来自寄生杂草吸盘的新型诱饵效应剂可抑制宿主植物的免疫力


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豇豆品种B301对根寄生杂草Striga gesnerioides的SG4和SG3属具有抗性,在寄生附着部位产生超敏反应(HR)。与此相反,种属SG4z克服了B301抗性,成功地寄生在植株上。来自美国弗吉尼亚大学Michael P. Timko团队通过比较转录组学和计算机模拟分析发现,在SG4z吸器中有一种小型分泌效应蛋白,称为宿主抗性抑制蛋白4z (SHR4z),这种蛋白转移到宿主根部后会导致宿主免疫功能的丧失(即HR降低和寄生虫生长增加)。SHR4z与SERK家族蛋白的富含亮氨酸的短重复结构域(LRR)具有显著的同源性,并通过与VuPOB1结合而发挥作用,VuPOB1是一个含有E3连接酶的宿主BTB - BACK结构域,导致其快速更新。在转基因B301根中沉默VuPOB1表达降低了HR的发生频率,增加了SG4寄生成功的水平,而过表达则减少了SG4z的寄生,因此表明VuPOB1是HR的正调控因子。这些发现为寄生性杂草如何克服宿主防御提供了新的见解,并可能有助于开发控制Striga和其他寄生性杂草的新战略,从而提高全球粮食产量和粮食安全。


阅读原文:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16351



05 植物病理学


法国图卢兹大学和美国佛罗里达州立大学科研人员发现苜蓿中华根瘤菌琥珀酰化的琥珀聚糖与激酶MtLYK10独立参与共生感染


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豆科植物宿主上固氮根瘤的形成是一个精细调控过程,涉及到两个共生伴侣的许多成分。固氮细菌苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti 1021)的胞外多糖琥珀聚糖的产生对于与Medicago spp的有效共生是必需的,对这种多糖的琥珀酰修饰至关重要。然而,琥珀聚糖何时参与共生过程目前尚不清楚,植物溶素基序受体样激酶MtLYK10是否参与对琥珀聚糖的识别也同样未知。来自法国图卢兹大学Clare Gough和美国佛罗里达州立大学Kathryn M. Jones团队研究了在野生型蒺藜苜蓿植株和Mtlyk10突变植株中缺乏琥珀聚糖生产或生产修饰的琥珀聚糖的S. meliloti突变体的共生感染表型。在野生型蒺藜苜蓿植株上,不产生琥珀聚糖或仅产生未琥珀酰化的琥珀聚糖的S. meliloti菌株仍诱导结节原基和表皮感染,但共生过程的进一步进展受到阻碍。这些S. meliloti突变体在Mtlyk10突变体植物上诱导了更严重的感染表型。琥珀糖缺陷型菌株的结瘤是通过使用Nod因子缺陷的苜蓿链球菌突变体反式互补而实现的。尽管Nod因子缺陷型菌株在结节内总是更丰富,但琥珀糖缺陷型菌株比仅产生未琥珀酰化琥珀糖型菌株的菌株更有效。


综上,该研究结果表明,琥珀酰化的琥珀聚糖对于蒺藜苜蓿中感染线的形成至关重要,并且MtLYK10在这种共生过程中起着重要但截然不同的作用。这些数据还表明,对于结节内细菌的存活,琥珀聚糖比Nod因子更重要。


阅读原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14625



(本期作者:砖泥)




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