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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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    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2022-10-31
    •   与动物中piRNA类似，单子叶植物生殖细胞中产生大量21-和24-nt phasiRNA参与雄配子发育，特别是极端温度下的育性调控，而有关phasiRNA的合成机制及功能调控却知之甚少。   近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员曹晓风研究组在Science China Life Sciences上，发表了题为Mobile ARGONAUTE 1d binds 22-nt miRNAs to generate phasiRNAs important for low-temperature male fertility in rice的论文，揭示了OsAGO1d可从花药壁细胞移动到花粉母细胞，通过结合22-nt miRNA介导phasiRNA的合成以维持水稻低温育性。   前期研究发现，phasiRNA的合成需要22-nt miR2118和miR2275与AGO蛋白形成沉默复合体介导PHAS转录本起始切割，随后在RDR6及DCLs的加工下，产生成熟的21-和24-nt phasiRNA (Johnson et al., 2009；Song et al., 2012a；Song et al., 2012b；Teng et al., 2020)。其中，具有5′C特征的21-nt phasiRNA可装载进入AGO蛋白家族的MEL1中参与减数分裂调控（Nonomura et al., 2007；Komiya et al., 2014），而参与phasiRNA产生和发挥功能的其他AGO蛋白尚且未知。   研究发现，水稻OsAGO1d受低温诱导表达，而OsAGO1d敲除突变株在低温下绒毡层降解延迟，导致雄性不育。科研人员通过RNA免疫共沉淀实验，发现OsAGO1d主要结合带有5′U 的21-nt phasiRNA、miR2118及miR2275家族成员。研究通过全基因组小RNA测序发现OsAGO1d介导了近千个PHAS位点phasiRNA的产生。RNA原位杂交结果显示，OsAGO1d主要在花药壁细胞中转录，而免疫荧光与免疫金标的结果则显示OsAGO1d蛋白更多的在花粉母细胞中积累，表明OsAGO1d蛋白质可从花药壁细胞移动到花粉母细胞中。为探究OsAGO1d的移动对phasiRNA合成的重要作用，科研人员通过分析依赖于OsAGO1d的phasiRNA组织表达及在花粉母细胞中的分布比例，揭示OsAGO1d在花药壁细胞中结合miR2118从而负责21-nt phasiRNA的产生，而OsAGO1d移动到花粉母细胞中主要结合miR2275产生24-nt的phasiRNA。该研究解析了OsAGO1d介导phasiRNA代谢在低温育性调控的重要作用，其可移动的特性精细调控了不同长度phasiRNA的时空分布，为花药发育过程中花药壁与花粉母细胞之间信号交流奠定了新的物质基础。   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及中国科学院前沿科学重点研究计划的支持。
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  • 《遗传发育所发现snoRNP在热精胺介导的拟南芥生长发育中的作用》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 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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