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《植物所揭示蔗糖代谢相关蛋白参与番茄果实成熟调控的机制》

  • 来源专题：转基因生物新品种培育
  • 编译者： dingqian
  • 发布时间：2016-12-23

  • 果实成熟是一个复杂的过程，包含一系列生理生化反应，并最终影响果实品质。其中，糖类物质和色素是影响果实品质的重要因素，分别与果实风味和外观品质有关。因此，揭示糖代谢与色素合成的相互关系对于理解果实成熟过程中多条信号途径的互作具有重要意义。但目前人们还没有获得关于糖类物质调控色素合成及果实成熟的直接证据。

    中国科学院植物研究所田世平研究组通过对番茄中蔗糖代谢相关过程的研究，揭示了蔗糖代谢相关蛋白SlVIF参与了番茄果实的色素合成、进而影响果实成熟的有关机制。通过对番茄中蔗糖代谢相关基因进行鉴定和表达分析，研究组发现某些基因的表达与果实成熟过程中颜色的转变存在相关性。进一步研究显示，液泡转化酶抑制子SlVIF通过与液泡转化酶SlVI发生相互作用调节果实中蔗糖的代谢。研究人员通过基因沉默技术，发现降低SlVIF基因的表达能够调节蔗糖代谢，影响果实中色素的合成，并延缓果实成熟；而超表达SlVIF则加速果实成熟。此外，研究人员还发现SlVIF和SlVI均受到果实成熟的全局性调控因子RIN的直接调控。这些研究证实了糖代谢与色素合成存在重要联系，糖类物质能够通过调控色素合成的方式影响果实成熟。

  • 原文来源：http://www.biotech.org.cn/information/144463
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  • 《植物所解析RNA甲基化调控果实成熟的作用机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：liuxiaoling01
    • 发布时间：2019-08-16
    • 　　DNA甲基化（5mC）和RNA甲基化（m6A）是两种重要的核酸修饰，在基因表达调控中发挥重要作用并参与诸多生物学过程。然而，这两种核酸修饰之间是否存在内在关联性却不清楚。近日，中国科学院植物研究所秦国政研究组和田世平研究组合作，揭示了DNA甲基化可通过调节m6A去甲基化酶基因表达的方式影响番茄果实m6A修饰，而m6A去甲基化酶反馈调节DNA甲基化，从而共同调控果实成熟。 　　果实成熟是一个非常复杂的过程，受内外因素的影响。解析成熟调控机制，不仅能够在理论上认知植物发育的重要阶段，而且能够为改良果实品质、延长贮藏保鲜时间提供依据。果实成熟受精细调控，近期研究显示，表观遗传调控在果实成熟过程中发挥重要作用，大量成熟相关基因的表达与DNA甲基化状态有关。DNA去甲基化酶基因SlDML2突变将导致基因组尺度的DNA超甲基化并显著抑制果实成熟。作为一种保守的表观遗传修饰，DNA甲基化主要通过影响基因的转录发挥功能。此外，也有报道认为DNA甲基化可调节mRNA可变剪切，进而在转录后水平影响基因表达。但是，DNA甲基化是否影响m6A尚不明晰。 　　m6A是mRNA上含量最为丰富的修饰方式，广泛存在于动物、植物、果蝇、酵母等真核生物。m6A修饰在mRNA代谢过程中发挥多重作用，包括mRNA稳定性、剪切、翻译效率，以及细胞核输出等。越来越多的证据表明，m6A修饰影响发育和其他重要的生物学过程，例如癌症干细胞增值、胚胎和胚胎后发育、生理节律等。与DNA甲基化类似，m6A修饰由甲基转移酶催化产生并由去甲基化酶去除。目前，关于m6A修饰如何受到调控仍知之甚少。此外，m6A修饰是否参与园艺作物的生理过程也不明确。 　　通过比较番茄果实不同成熟阶段m6A甲基组（m6A methylome）变化，以及野生型和成熟缺陷突变体Cnr（自发突变；发生基因组尺度DNA超甲基化）果实中m6A甲基组差异，研究人员发现，m6A修饰在果实成熟过程中展现出动态变化趋势，m6A整体水平随着果实成熟逐渐下降，与DNA甲基化类似；在成熟缺陷突变体Cnr中，伴随着DNA超甲基化，m6A整体水平也更高。 　　研究人员还发现，m6A修饰普遍存在于番茄果实mRNA中，主要发生在终止密码子附近和3’非翻译区（3’UTR）。总体而言，m6A修饰与基因转录水平呈负相关。果实成熟过程和Cnr突变体中m6A整体水平的变化与m6A去甲基化酶基因SlALKBH2的表达有关；SlALKBH2受DNA甲基化调控。m6A去甲基化酶SlALKBH2能够结合DNA去甲基化酶基因SlDML2的mRNA，调节其m6A修饰及稳定性。SlALKBH2基因突变后SlDML2的m6A水平升高，mRNA含量降低，果实不能正常成熟。 　　总的来说，该研究初步明确了DNA甲基化与RNA甲基化之间存在内在关联性，揭示了果实成熟调控的新机制，为阐明成熟调控网络提供了新思路。鉴于DNA甲基化和RNA甲基化的多重功能，该研究中所呈现的反馈调控机制也适用于其他生物学过程。 　　该研究成果8月6日在线发表于国际学术期刊Genome Biology。秦国政研究组博士研究生周磊磊为论文第一作者，研究员秦国政和田世平为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和中国科学院青年创新促进会的资助。
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  • 《微生物所叶健团队揭示红光调控植物抗虫媒病毒新机制》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2021-01-13
    • 病害三角（disease triangle）是描述疾病流行规律的理论，该理论指出“病害三要素”为致病病原生物、易感宿主和适合的环境条件三者相互作用才能引起侵染性病害。已知超过1480种植物病毒中，近80%由媒介昆虫传播，植物虫传病毒是制约我国农作物高产稳产的主要因素之一。以往作物病毒病害的研究注重于病毒和植物宿主两个方面，而实际上参与病毒传播、病害发生的因子还有传毒媒介昆虫以及光照、温度、气候、生物周期节律等环境因子。作为人类赖以生存的最重要生化反应，植物光合作用主要吸收红光和蓝紫光并存储为化学能，最终为人类和其他动物提供必需的食物和能量。光作为主要的环境因子，不仅调控植物生长发育的每个环节，而且同病害的流行爆发紧密相关。然而光是如何影响植物抗病性，病原微生物又是如何适应宿主抗性机制从而促进自身的传播等问题，尚亟待得到科学解答。 近日，中国科学院微生物所叶健课题组在PLoS Pathogens在线发表了题为Red-light is an environmental effector for mutualism between begomovirus and its vector whitefly的研究论文。该研究发现植物双生病毒卫星DNA编码的βC1蛋白可以通过靶向光信号途径的PIF转录因子家族调控的虫媒病毒抗性，促进虫媒病毒的快速传播，揭示了光调节双生病毒-烟粉虱-植物三者互惠共生的新机制。 　　本研究在前期工作的基础上，进一步以双生病毒中国番茄黄化曲叶病毒TYLCCNV与卫星DNA形成的侵染复合物为研究对象，发现双生病毒卫星感病植物和对媒介昆虫烟粉虱的吸引作用只有在光照条件下才会发生，而在黑暗条件下不会发生（图1A和1B）。已有研究表明βC1是病毒编码的关键决定因子，进一步利用单色光LED灯箱进行昆虫双选择实验，发现βC1转基因植物只有在红光和含有红光的白光条件下发生，而在黑暗、远红光和蓝光条件下没有显著差异 (图1C)。烟粉虱等大多数昆虫的视觉系统缺乏红光受体，是“红色色盲”，所以这种光依赖的烟粉虱选择行为改变主要是病毒感染植物后影响了昆虫嗅觉识别植物。 当植物受到昆虫取食后，会产生一系列的化学挥发物来调控昆虫的行为来趋避食草昆虫，其中萜烯类化合物 (Terpenes) 是植物挥发物中最丰富的一类化合物，研究报道部分倍半萜和单萜会趋避昆虫。该研究通过酵母双杂交筛选实验鉴定到光信号中的关键蛋白光敏色素互作蛋白 (PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 3, PIF3) 可以与βC1蛋白互作，进一步Co-IP实验证明PIF3与βC1在光照和黑暗条件下均可以在植物体内互作 (图2A)。PIFs蛋白可以直接结合萜烯合酶 (Terpene synthase，TPS) 基因的启动子促进其转录 (图2B和2C)，因此在PIF过表达的植物中，介体昆虫烟粉虱的产卵量减少、伪蛹发育缓慢 (图2D和2E)，说明PIFs蛋白具有直接的抗虫作用。通过竞争性BiFC和pull-down实验发现βC1蛋白可以通过干扰PIF蛋白二聚体的形成不同程度的抑制其转录激活活性 (图2C)。 植物激素茉莉酸（jasmonic acid, JA）是一种介导植物抗虫的重要激素，转录因子MYCs是JA途径中的关键调控因子。MYC家族转录因子调控下游多种抗虫相关次生代谢物质的合成代谢相关基因，包括TPS基因。该课题组早期研究发现双生病毒βC1可以靶标MYC2, 通过干扰其二聚体的形成抑制MYC2-介导植物抗虫反应，与其媒介昆虫烟粉虱形成的互惠共生关系（Li et al. Plant Cell 2014）。PIF蛋白参与植物多个信号通路以参与发育过程以及不同的胁迫响应，包括光和JA途径。研究报道AtPIF4与AtMYC2相互作用，该研究还发现AtPIFs-AtMYC2的互作在一定程度上抑制了TPS基因的表达，而βC1可以促进AtPIF4-AtMYC2异源二聚体的互作进而进一步抑制TPS的表达，促进昆虫的取食。结合以上研究结果该论文提出以下工作模型：在健康植物中，PIFs和MYC2形成同源二聚体，结合在TPS基因启动子的不同区域，共同调节TPS基因表达，从而趋避烟粉虱；当植物受到双生病毒感染后，βC1一方面可以抑制PIFs或MYC2同源二聚体的形成，一方面又可以促进PIF- MYC2异源二聚体的形成，最终抑制了植物对烟粉虱的抗性反应，促进烟粉虱的取食，促进病毒的传播与扩散。本研究解析了光和JA信号共同调节病毒-昆虫-植物三者互作的新机制，为防控虫媒病害提供新的靶点，也为实现利用单色LED灯绿色防控双生病毒病害提供理论依据。 该文章由叶健课题组的副研究员赵平芝、助理研究员张璇和已毕业硕士研究生龚雨晴为共同第一作者，课题组王端、王宁、孙艳伟、高连博为文章的共同作者。值得一提的是，该研究得到了方荣祥院士、北京大学邓兴旺院士、美国加州大学戴维斯分校Daniel J. Kliebenstein教授、中国农业科学院植物保护研究所周雪平教授、南京农业大学教授许冬清、浙江大学刘树生教授的大力支持，也为该文的共同作者，叶健研究员为通讯作者。感谢清华大学陈浩东教授和中国农业大学李继刚教授提供了宝贵的抗体材料。该研究受到国家自然科学基金重点项目、国家重点研究和发展计划生物安全专项、国家相关人才计划等项目的支持。
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