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生物技术前沿一周纵览(2020年12月13日)

2020-12-14 08:49 | 作者: 基因农业网 | 标签: 生物技术前沿一周纵览

KLU调控叶片衰老和抗旱性的机制
叶片衰老是植物适应逆境的一种重要机制。近日,研究人员通过多组学联合分析的方法揭示了KLU调控植物衰老进程并影响抗旱性的机制。该研究对野生型、klu突变体和KLU过表达株系进行了转录组和代谢组分析,发现KLU会协同抑制细胞分裂素分解代谢基因以及细胞分裂素响应的负调控基因,从而调控细胞分裂素稳态并激活相关信号传导。研究结果表明了,KLU可以通过介导细胞分裂素信号传导发挥叶片衰老的负调控功能。此外,该研究发现KLU过表达导致硝态氮和铵态氮转运、氮同化以及脯氨酸代谢相关基因表达水平的升高,并引起叶片精氨酸、鸟氨酸和脯氨酸的组成型积累。研究还发现,KLU过表达显著提高了拟南芥的抗旱能力并减少了水分损失。综上,该研究表明KLU通过协同激活细胞分裂素信号传导和促进脯氨酸代谢调节叶片衰老和抗旱性。KLU是提高植物环境适应性的潜在靶标,对KLU表达水平的控制是提高农业生产力的一个重要策略。(Plant Physiology

揭示冷冻样本的天然染色质三维构象

染色质的高级结构时刻处于动态变化中,并参与基因表达及细胞进程的精确调控,在发育和多种疾病发生发展中具有重要功能。近日,科学家研究开发了“冷冻置换Hi-C”技术,并利用该技术揭示了冷冻样本真实染色质的三维结构。研究团队基于“冷冻替代”原理,将高压冷冻替代技术与Hi-C技术相结合,开发出了“冷冻置换Hi-C”。该研究首先在果蝇细胞系S2证明FS-Hi-C可用于研究染色质三维结构,且文库质量与原位Hi-C (in situ Hi-C)相当。随后,探讨了在具有复杂基因组的棉花中FS-Hi-C的适用性。研究发现,冷冻置换Hi-C与传统Hi-C在A/B compartments和TAD (拓扑结构)水平保持高度一致。在文库质量评估中发现,FS-Hi-C可极大地提高植物Hi-C文库的质量 (valid interaction reads从21%提高到75%) 及可重复性,大幅度降低了植物Hi-C的实验成本。FS-Hi-C克服了传统Hi-C对新鲜样本要求的限制性 (样本只需液氮速冻保存即可),填补了该领域利用冷冻样本研究染色体三维构象的空白,使Hi-C技术更灵活便捷。(Journal of Genetics and Genomics

揭示植物miRNA产生的核心工作机制

miRNA通过调节基因表达,在植物生长发育、逆境响应等过程中发挥重要调控作用。近日,科学家研究发现,对植物miRNA产生至关重要的切割小体由其核心组分SE蛋白通过液-液相分离驱动组装形成,miRNA在切割小体中产生后,可释放至小体外发挥功能。研究人员通过对切割小体核心组分蛋白的表达纯化和鉴定,发现SE蛋白具有相分离形成液滴的能力。此外,研究还发现SE的液-液相分离驱动了切割小体的形成,并且对高效切割加工pri-miRNA至关重要。进一步研究发现,切割小体是miRNA产生的场所;miRNA在切割小体中产生后,与HYL1结合,从切割小体中释放进而发挥功能。该研究阐明了miRNA产生的核心工作机制,并为液-液相分离的重要生物学意义提供了强有力的证据。该研究还首次发现了反应产物可以从相分离所形成的无膜细胞器中释放。SE除了参与miRNA加工,还参与基因转录、RNA可变剪接以及转座子沉默等过程;因此,液-液相分离很可能也在这些过程中发挥作用。(Nature Cell Biology

揭示水稻单环二萜基因簇自然变异的生化基础及其在水稻抗病中的作用
植物次生代谢对植物抵御各种生物与非生物胁迫至关重要。萜类是目前已报道的一类数量最多、结构最为多样的次生代谢物,在植物发育、逆境抗性等方面发挥着重要作用。近日,科学家研究揭示了水稻单环二萜基因簇自然变异的生化基础及其在水稻抗病方面的作用,为作物遗传改良提供了新资源。研究团队利用水稻自然群体进行代谢物全基因组关联分析(mGWAS),在水稻7号染色体成功定位、并结合酵母微粒体、烟草瞬时表达及转基因等手段鉴定了一个控制单环二萜自然变异的基因簇DGC7。该基因簇由1个萜烯合成酶及2个CYP450酶组成,在质体中催化形成5,10-二酮-蓖麻烯(5,10-diketo-casbene),一种具有潜在医用价值的重要二萜。进一步研究发现,DGC7受到茉莉酸甲酯介导的表观调控因子JMJ705直接调控,并能提高水稻对于白叶枯病的抗性。另外,该研究还在群体水平揭示了DGC7的结构性自然变异及其演化过程,为深入研究植物代谢基因簇起源奠定了基础。(Nature Plants

揭示植物高温胁迫记忆新机制
高温诱导一系列胁迫应答基因表达水平上调,植物在遭受高温胁迫后短时间内会通过“转录记忆”的方式维持一部分上调基因的表达水平。近日,科学家研究揭示了拟南芥组蛋白H3K4三甲基化转移酶SDG25和ATX1调控高温胁迫应答和转录记忆的新机制。该研究表明,SDG25与ATX1的功能缺失突变体对高温胁迫的敏感性增强,SDG25与ATX1不仅在高温胁迫阶段调控了大量胁迫应答基因的表达,而且在恢复阶段对胁迫应答基因表达水平的维持也发挥着重要作用。研究进一步表明,在高温胁迫恢复阶段,相对于野生型,SDG25与ATX1的功能缺失导致其调控的一系列胁迫应答基因在恢复阶段表达水平降低,基因位点上的H3K4me3富集程度减少,而DNA甲基化修饰水平增加。因此,该研究揭示了在高温胁迫恢复阶段,植物可以通过组蛋白H3K4三甲基化转移酶维持胁迫应答基因的组蛋白表观遗传修饰进而降低DNA甲基化修饰来实现高温胁迫的“转录记忆”。(The Plant Journal

揭示乙烯信号传导表观遗传调控新机制
乙烯是一种重要的植物激素,参与了植物的生长发育调节,同时还参与了植物与环境的互作。近日,科学家研究发现EIN3参与了EIN2介导的组蛋白乙酰化调控,揭示了乙烯信号调控新机制。研究人员利用合成生物学的方法把EIN2-C与EIN3的DNA结合结构域(EIN3DB)融合在一起形成一个新的蛋白EIN2C-EIN3D。研究证明,该融合蛋白能够结合DNA,说明EIN3DB具有正常结合DNA的能力。进一步研究发现内源EIN3跟EIN2C-EIN3DB互作形成二聚体,同时内源EIN3的水平决定了EIN2C-EIN3DB的结合活性和结合特异性。总之,当植物接收到乙烯信号时,EIN2-C入核促进组蛋白乙酰化H3K14Ac和H3K23Ac水平的提高,同时EIN3在核中富集并二聚体化以增强其DNA结合活性和特异性,这反而进一步促进了EIN2-C依赖的组蛋白乙酰化水平的进一步提高,最终通过这种正向反馈调节机制影响下游基因表达。该研究丰富了乙烯信号调控通路,并拓展了激素信号传导的表观遗传调控机制。(The Plant Cell

科学家在植物精细胞发育机制研究中取得新进展

被子植物的精细胞发育涉及精细调控的细胞分化与命运决定,精细胞的发育过程伴随着转录组和DNA甲基化组的重编程。近日,研究人员在植物精细胞发育机制研究中取得的新进展。该研究从番茄中分离了小孢子、生殖细胞、精细胞和营养细胞核,利用亚硫酸氢盐测序等方法研究了这四种类型细胞的核基因组DNA 5mC图谱。研究发现小孢子通过不对称分裂产生的两个子细胞具有不同的DNA甲基化组。与生殖细胞相比,营养细胞的CG位点处于低甲基化状态,而CHG和CHH位点处于高甲基化状态,大部分的差异甲基化区域发生在转座元件。精细胞和生殖细胞有几乎一致的DNA甲基化图谱,这表明精细胞的甲基化模式可能在小孢子不对称分裂后就已经建立。利用随机森林分类算法系统分析了这4种类型细胞的转录组与DNA甲基化组的关联性,显示基因内部的甲基化特征能更有效的预测基因和转座元件的表达。在所有检测的细胞类型中,基因内部的甲基化特征能更好的预测小孢子中的基因和转座元件的表达。(The Plant Journal

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