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植物学领域最新进展

已有 665 次阅读 2020-1-8 14:19 |个人分类:热点研究|系统分类:论文交流

​1. 植物抗非生物胁迫


海南大学施海涛团队揭示两种蛋白在调节木薯抗旱性中的重要作用。


木薯是世界上最重要的粮食和能源作物之一,对干旱和恶劣的营养环境具有很强的耐受性。然而,木薯干旱反应的关键调控因素仍不清楚。本研究中,来自海南大学热带作物学院的施海涛团队通过酵母双杂交、生物分子荧光互补(BiFC)、荧光素酶(LUC)互补和pull‐down 试验,发现MeWHYs不管在体内还是体外都与MeCIPK23相互作用。此外,他们还揭示了它们在调节木薯干旱反应方面的作用。在干旱胁迫条件下,MeCIPK23和MeWHYs表达上调。此外,MeCIPK23与MeWHYs相互作用,直接与MeNCED1启动子中的PB元件结合,激活其转录。随后,MeNCED1的上调表达导致ABA生物合成的增加和干旱胁迫反应的增强。综上,本研究为木薯抗旱机制的研究提供了新的视角,并为进一步的作物育种和种质改良提供了潜在方法。

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2. 植物生长发育及调控


西南大学科研人员研究鉴定出一种限制性酶通过microRNA转录后调控改变毛白杨木质素组成并增强糖化的作用。


阿魏酸5-羟化酶(F5H)是一种限制性酶,参与被子植物中芥子醇(S)单木酚的生物合成。F5H的遗传调控可以影响芥子醇(S)的合成,从而提高糖化效率和生物燃料的生产。到目前为止,我们对木本植物中F5H是否受到内源性MicroRNAs (miRNAs)的转录后调控知之甚少。本研究中,来自西南大学生命科学学院的罗克明团队报道了一种microRNA, miR6443,其在毛白杨茎发育过程中专门调控木质素的生物合成。原位杂交显示miR6443在维管组织中优先表达。他们进一步确定F5H2是miR6443的直接靶基因。miR6443的过表达降低了转基因植株中F5H2的转录水平,导致S木质素含量显著降低。相反,短串联靶标模拟(STTM)降低了miR6443的表达,升高了F5H2转录本,从而增加了S木质素的含量。在miR6443过表达的植物中转入一种耐miR6443的F5H2,恢复了木质素的异位组成,从而揭示miR6443通过抑制被绒毛植物中的F5H2来调控S木质素的生物合成。此外,糖化分析显示,与野生型相比,miR6443超表达植株的己糖产量下降了7.5% - 24.5%,而STTM6443过表达植株的己糖产量增加了13.2% - 14.6%。总之,这些结果证明了miR6443通过特异性地调控毛白杨中的F5H2来调节S木质素的生物合成。


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3. 植物生长发育及调控


德国汉堡大学Magdalena Weingartner团队研究发现一种非活性磷酸酶亚型是异色细胞沉默和根初级生长所必需的。


两个旁系的拟南芥基因MAIN和MAIL1编码了一个保守的与反转座子相关的植物移动域,是沉默转座子元件(TE)和初级根发育所必需的。MAIN或MAIL1功能的丧失导致异色细胞TE的释放、中心粒异染色质的凝结减少、分生组织细胞的死亡和初生根在萌发后不久生长停滞。本研究中,来自德国汉堡大学的Magdalena Weingartner团队证明了它们在一个蛋白复合物中起作用,该蛋白复合物也包含了蛋白磷酸酶7 (PP7)的非活性亚型,该亚型被称为PP7L。PP7L对叶绿体的生物发生和有效的叶绿体蛋白合成具有重要作用。他们发现,PP7L功能的缺失与MAIL1或MAIN的丧失导致了相同的根生长表型。此外,pp7l突变体也表现出类似的沉默缺陷。双突变体分析证实这三种蛋白作用于相同的分子途径。初生根生长停滞是基因组不稳定的结果,它与干细胞及其子细胞的细胞死亡有关。他们的数据表明,在蛋白复合物中,一种迄今为止未被识别的非活性磷酸酶亚型的功能是沉默异色细胞和在细胞分裂中维持基因组稳定性所必需的。


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4. 植物抗非生物胁迫


法国波尔多大学Laurent J. Lamarque团队研究发现番茄中脱落酸的过度积累会增加水力学失败的风险。


气候变化威胁着粮食安全,植物科学研究人员已经研究了在干旱条件下维持作物产量的方法。一种方法是过量生产脱落酸(ABA)以提高水的利用效率。然而伴随而来的ABA过量生产对植物维管系统功能的影响是严重的,因为它影响木质部水力学失败的脆弱性。来自法国波尔多大学的Laurent J. Lamarque团队通过比较野生型番茄(Solanum lycopersicum)和过量产生ABA的转基因系(sp12)对水分亏缺的生理和水力响应来研究这些影响。在良好的灌溉条件下,sp12株系通过以较低的最大气孔导度表现出相似的增长率和更高的用水效率。X射线微断层扫描显示,sp12更容易受到木质部栓塞的影响,从而降低了液压安全界限。他们还观察到WT和sp12对木质部栓塞的脆弱性具有显著的个体作用。本研究表明,番茄ABA过产株系水分利用效率越高,其维管系统的栓塞易损性越高,其水力学失败的风险也越高。将水力性状纳入育种计划是有效管理作物在缺水情况下保持水力传导能力和生产力的关键一步。


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5. 植物免疫


美国康奈尔大学与威斯康辛大学科研人员共同研究揭示植物免疫的一种表观遗传学调控机制。

植物的免疫反应需要严格控制生长-防御平衡。这种严格控制背后的机制尚不完全清楚。本研究中,来自美国康奈尔大学的华健团队美国威斯康辛大学麦迪逊分校的钟雪花团队验证了结合核苷酸的亮氨酸富集重复序列或Nod-Like受体(NLR)基因的表观遗传调控是免疫应答的重要机制。通过基因筛选和分子研究,他们鉴定并确定了HOS15及其相关蛋白HDA9作为免疫和NLR基因表达的负调控因子。HOS15或HDA9功能的丧失增强了对病原体感染的抵抗力,同时在拟南芥207个NLR基因中,有三分之一基因的表达量增加。HOS15和HDA9在生理上与某些NLR基因相关,可能通过减少这些位点上H3K9的乙酰化来抑制其表达。此外,这些NLR基因在致病和非致病条件下都被HOS15抑制,但只有在感染条件下才被HDA9抑制。本研究揭示了植物免疫中一个以前未鉴定的组蛋白脱乙酰基酶复合物,并强调了NLR基因的表观遗传调控在调节生长-防御平衡中的重要性。


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(本期作者:砖泥)




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