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《遗传发育所发现MHZ11蛋白调控水稻根部乙烯反应》

  • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
  • 编译者： 陈方
  • 发布时间：2020-09-10

  • 乙烯在植物生长发育中起着重要作用，但乙烯信号的调控很大程度上尤其是在水稻等作物中尚不清楚。
    2020年3月17日中国科学院遗传与发育生物学研究所研究人员发表于The Plant Cell上的论文，发现GDSL家族脂酰水解酶MHZ11调控水稻根部乙烯反应。研究人员通过对水稻乙烯不敏感突变体猫胡子11（mhz11）的分析，鉴定了GDSL家族脂酰水解酶MHZ11，其调控水稻根中的乙烯信号。MHZ11蛋白定位于内质网膜并具有酰基水解活性，这种活性影响水稻根中甾醇的平衡，是根乙烯反应所必需的。MHZ11过表达导致根中的组成型乙烯反应。从遗传学上讲，MHZ11与乙烯受体OsERS2在激酶OsCTR2和内质网膜蛋白OsEIN2上游起作用，进一步生化研究揭示了MHZ11对OsCTR2磷酸化的调控作用。空气中体内OsCTR2呈现磷酸化和非磷酸化两种形式，且磷酸化的蛋白丰度高于非磷酸化蛋白；乙烯处理后磷酸化形式的蛋白丰度逐渐降低。而MHZ11突变后，磷酸化的OsCTR2一直处于高丰度状态，不随乙烯处理发生变化。MHZ11过表达则促进乙烯对OsCTR2磷酸化的快速抑制。进一步研究发现甾醇合成抑制剂处理可以抑制乙烯受体和OsCTR2的互作，进而抑制OsCTR2的磷酸化/激酶活性。该研究发现了水稻中的一个新的乙烯信号调控组分，为乙烯通过抑制受体和OsCTR2调控根生长的机制提供了新的见解。
    吴晓燕 摘编自http://www.genetics.ac.cn/xwzx/kyjz/202003/t20200320_5517879.html
    原文标题：张劲松研究组和陈受宜研究组发现GDSL家族脂酰水解酶MHZ11调控水稻根部乙烯反应

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    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2022-12-07
    •   多胺（polyamines）广泛存在于细菌、酵母、动物和植物中。多胺的主要存在形式为腐胺（Putrescine，Put）、亚精胺（Spermidine，Spd）和精胺（Spermine，Spm）。多胺曾被认为是潜在的植物激素，调控植物生长发育和环境适应的多个方面，但由于内源含量远高于经典的植物激素，且信号转导途径不明确，近年来被认为仅作为生长调节物质发挥功能。1979年，热精胺（Thermospermine，T-Spm）在嗜热菌（Thermus thermophilus）中得到鉴定，是精胺的同分异构体。拟南芥中热精胺合成缺陷突变体的表型与腐胺、亚精胺和精胺缺陷突变体的表型存在显著差异，说明热精胺在植物体内可能存在特异的功能和信号转导途径。   中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋研究组通过测定拟南芥体内多胺的含量，发现热精胺的内源含量显著低于腐胺、亚精胺和精胺，达到经典植物激素的范围。热精胺合成突变体acl5的株高显著降低，且在靠近根茎连接处的根部出现瘤状结构。为解析热精胺调控植物生长发育的机制，科研团队开展大规模抑制子筛选，获得了50多个acl5瘤状结构的抑制子（Suppressors of acl5 nodule structure，san）。科研人员对其中两个抑制子san1和san2开展深入研究发现，SAN1和SAN2分别编码box H/ACA和box C/D snoRNP复合体的核心蛋白NAP57和NOP56，并分别在保守的TruB N和Nop结构域发生了点突变。细菌、酵母和动物中的过往研究表明，box H/ACA和box C/D snoRNP复合体分别由四个核心蛋白及相应的小分子核仁RNA（snoRNA）组成，分别负责核糖体RNA（rRNA）的假尿嘧啶化修饰和2'-O-甲基化修饰，与核糖体的生物合成、活性以及癌症等疾病的发生密切相关。植物中box H/ACA和C/D snoRNP复合体的核心蛋白与酵母和动物中的核心蛋白高度同源，但目前对snoRNP复合体在植物中的功能研究有限。   通过rRNA假尿嘧啶化修饰的质谱定量分析，研究发现acl5中假尿嘧啶化修饰水平与野生型相比无明显差异，而acl5 san1中假尿嘧啶化修饰水平显著降低，表明SAN1中的点突变导致box H/ACA snoRNP功能的损伤。科研人员利用高通量测序技术检测了5.8S、18S、25S rRNA中的2'-O-甲基化修饰位点及程度发现，acl5的2'-O-甲基化修饰水平与野生型相比无明显差异，而acl5 san2中rRNA的2'-O-甲基化修饰水平出现全局性降低，表明SAN2在rRNA 2'-O-甲基化修饰中发挥重要功能。   在拟南芥中，腐胺、亚精胺、精胺和热精胺是主要类型的多胺，它们的内源含量和生物学功能存在差异。该研究发现热精胺的内源水平约为1 μg/g，接近内源植物激素的范围。研究通过遗传筛选鉴定到acl5的抑制子蛋白SAN1/NAP57和SAN2/NOP56，分别是box H/ACA snoRNP和box C/D snoRNP中的核心组分，在rRNA的假尿嘧啶化修饰和2'-O-甲基化修饰中发挥关键作用。因此，热精胺通过调控snoRNP复合物的功能调节拟南芥的株高和瘤状结构的形成，对snoRNP功能的深入解析有望阐明植物中热精胺的信号转导机制。   该研究将rRNA修饰和热精胺介导的植物生长发育关联起来，为研究热精胺调控植物生长发育的机制提供了重要证据。由于热精胺内源含量较低，可能作为一类新的植物激素发挥功能，未来需开展更多acl5抑制子的分析及snoRNP功能的深入研究，对揭示热精胺在植物中的完整信号转导途径具重要意义。   11月15日，相关研究成果以SnoRNP is essential for thermospermine-mediated development in Arabidopsis thaliana为题，发表在《中国科学：生命科学》（SCIENCE CHINA Life Sciences）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会和中国科学院关键技术人才计划的支持。
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  • 《遗传发育所发现泛素蛋白酶体系统调控免疫受体的稳定性》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
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    • 发布时间：2016-11-21
    • 植物细胞内抗病受体蛋白（NLR）介导对病原菌的专化性抗性并通常伴有侵染部位的细胞死亡，调控这类免疫受体的稳定性对植物抗病意义重大。在拟南芥中的研究表明，结构类似的免疫受体蛋白直接受泛素蛋白酶体系统（UPS）调控，而在作物中尤其是麦类作物中没有NLR受体直接受UPS蛋白降解途径调控的报道。 中国科学院遗传与发育生物学研究所沈前华研究组与谢旗研究组合作，鉴定大麦中的一个新的E3泛素连接酶与大麦多个MLA受体互作，并泛素化免疫受体蛋白，通过UPS系统介导对MLA受体的降解，从而调控免疫受体的稳定性和对白粉菌的抗性，并减弱其细胞死亡对植物带来的不利影响。之前的研究结果表明，MLA的积累也受麦类作物特异表达的小RNA家族（miR9863）成员在转录后水平的调控（Liu et al., 2014），以及分子伴侣在翻译后水平的调控。因此，植物免疫受体的积累和稳定性受到多种机制的调控，其复杂性由此可见一斑。
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