《Science | DdmDE防御系统消除质粒的分子机制》

  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-07-19
  • 2024年7月13日, 苏黎世大学等机构的研究人员在Science发表题为Molecular mechanism of plasmid elimination by the DdmDE defense system的文章。

    第七次流行的霍乱弧菌菌株含有两个致病性岛,分别编码 DNA 防御模块 DdmABC 和 DdmDE。

    该研究利用低温电子显微镜确定了 DdmDE 防御质粒的机理基础。螺旋酶核酸酶 DdmD 采用自抑制二聚体结构。原核生物的Argonaute蛋白DdmE利用DNA导向器靶向质粒DNA。经体内突变研究验证的 DdmDE 复合物结构表明,DdmE 与 DNA 结合会触发 DdmD 二聚体的解体,并将单体 DdmD 加载到非目标 DNA 链上。体外研究表明,DdmD 沿 5′-3′方向转运,同时部分降解质粒 DNA。这些发现为 DdmDE 系统消除质粒的机制提供了重要启示。

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  • 《解析棉铃虫效应子PPI5调控植物防御的分子机制》

    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-10-28
    •     棉花是重要的战略物资,我国棉花种植业产值1500亿,棉纺织全产业链1.2万亿,是我国的支柱产业之一。棉花常年种植面积4500万亩,87%的面积在新疆,涉及4000多万人就业,对边疆稳定、经济发展意义重大。棉花虫害多达30余种,常年造成200亿元以上的经济损失。棉铃虫是一种广泛分布的多食性害虫。由于它的杂食性、迁徙力和高繁殖力,棉铃虫已经入侵了亚洲、非洲和欧洲等多个国家。这种昆虫能够以100多种不同的植物为食,对作物造成重大经济损失,估计价值超过20亿美元。Bt抗虫棉部分实现对棉铃虫的防控,但Bt抗性逐渐下降,次级害虫上升为主要害虫,至今没有有效的控制办法。我国抗虫棉研发滞后,主要原因是缺乏突破性抗虫基因以及遗传工程技术创新不足。阐明棉花抗虫机制发掘新基因、开发基因工程新工具具有重要意义,是我国抗虫棉升级的必由途径。     2024年10月1日,华中农业大学棉花遗传改良团队在Advanced Science杂志在线发表了题为“Cotton bollworm (H. armigera) effector PPI5 targets FKBP17-2 to inhibit ER immunity and JA/SA responses, enhancing insect feeding”的研究论文,文章解析了棉铃虫效应子PPI5靶向FKBP17-2抑制内质网免疫和JA/SA响应,促进昆虫取食的分子机制。     本研究收集了以棉花叶片为食的棉铃虫的口腔分泌物(OSs),并进行了蛋白质组学分析,共筛选出19个候选基因。利用烟草瞬时表达系统筛选到一个候选基因,PPI5诱导了烟草叶片细胞的坏死反应。进一步实验发现PPI5诱导的细胞死亡不依赖于与PTI和ETI相关的介导细胞死亡的途径。酵母信号肽实验、蛋白涂抹实验、全量免疫组化实验进一步证明了PPI5分泌到植物中干扰植物的防御反应。在烟草和棉花异源表达PPI5不仅增加了烟草和棉花对棉铃虫的易感性,还抑制了棉花和烟草的JA、SA响应。为了探究PPI5对棉花和烟草激素水平的调控作用,团队用PPI5做诱饵进行酵母文库筛选。Y2H, LCI, BIFC和Pulldown实验证明PPI5与GhFKBP17-2直接互作。进一步实验发现,PPI5与GhFKBP17-2共定位在内质网上且PPI5直接抑制GhFKBP17-2的PPIase酶活和内质网介导的植物免疫。 最后,CRISPR/Cas9敲除突变体(CR-GhFKBP17-1/3)、VIGS材料 (TRV: GhFKBP17-2)和过表达系(OE -GhFKBP17-1/3)在温室和田间的昆虫生物测定实验共同表明GhFKBP17-2在棉铃虫侵染中正向调节内质网(ER)应激介导的植物免疫。     综上,团队解析了PPI5和GhFKBP17-2在调节植物防御反应和敏感性的互作模型。昆虫摄食会诱导食草动物相关分子模式(HAMP),从而激活内质网(ER)定位蛋白 FKBP17-2。这种激活会触发ER中的未折叠蛋白反应(UPR),从而诱导ER应激,最终导致细胞程序性死(PCD)。此外,棉铃虫的口腔分泌蛋白 PPI5 通过取食造成的机械伤口进入植物体内。一方面,PPI5 与 GhFKBP17-2 相互作用,抑制蛋白质的表达和 PPIase 的活性,从而抑制 ER 应激介导的植物免疫。另一方面,PPI5 还能抑制 JA 和 SA 的防御反应。PPI5 介导的植物免疫抑制可能会使植物更容易受到棉铃虫的入侵,从而改善棉铃虫的取食和发育。
  • 《Science | 果蝇感知甜味的分子机制》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-02-03
    • 2024年2月2日,浙江大学基础医学院/医学院附属第四医院郭江涛团队、浙江大学医学院/良渚实验室徐浩新团队、中国科学院分子植物科学卓越创新中心范敏锐团队、浙江大学医学院附属第四医院/浙江大学“一带一路”国际医学院/浙江大学国际健康研究院苏楠楠团队合作在 Science 期刊发表了题为Structural basis for sugar perception by Drosophila gustatory receptors 的研究论文。该研究报道了甜味受体GR的高分辨率结构,并结合电生理、钙成像、分子动力学模拟等实验,揭示了糖分子激活果蝇甜味受体GR的分子机制。 研究团队首先利用电生理和钙成像技术系统研究了甜味受体GR43a和GR64a的功能,证明了GR43a和GR64a是糖分子直接激活的阳离子通道:GR43a可以被单糖果糖特异性激活,GR64a可以被二糖(蔗糖和麦芽糖)特异性激活。随后,研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术解析了未结合糖分子(apo态)和结合糖分子的GR43a和GR64a的三维结构。GR43a和GR64a以同源四聚体形式存在,每个亚基包含7次跨膜螺旋(S1-S7):其中每个亚基的S1-S6组成配体结合结构域(LBD),参与配体的识别,四个亚基的S7b形成离子通透的中央孔道结构域(PD)。在结合糖分子的结构(GR43afructose、GR64asucrose和GR64amaltose)中,糖分子结合在GR的LBD,与周围氨基酸发生氢键和CH-π相互作用。GR43a通过狭窄的口袋识别果糖;该口袋既不能容纳二糖,也不能稳定容纳葡萄糖。相反,GR64a则用更大更平缓的口袋结合二糖;该口袋具有结构可塑性,可结合蔗糖和麦芽糖,但不能稳定结合单糖如葡萄糖和果糖。突变体的电生理和钙成像实验进一步证实了糖分子在GR43a和GR64a上的结合模式。 在apo态和结合糖分子的GR结构中,孔道结构域PD均处于关闭态。为了揭示糖分子结合引起GR通道PD开放的机制,研究团队解析了结合果糖的组成型激活突变体GR43a-I418A的结构(GR43aI418A-fructose),该结构中PD处于开放态。通过比较GR43aapo、GR43afructose和GR43aI418A-fructose三个结构,研究团队揭示了果糖激活GR43a的分子机制:果糖分子结合到GR43a的配体结合口袋,引起跨膜螺旋S5和S6朝向LBD中心移动;LBD的这种收缩移动通过S5和S7b氨基酸侧链之间的氢键和疏水相互作用传递到组成PD的S7b,导致S7b的弯曲;随着S7b弯曲,GR43a的中央孔道打开,细胞外的阳离子进入细胞内,从而产生电信号。 总的来说,该研究证明了甜味受体GR是糖分子激活的阳离子通道,解析了甜味受体GR43a和GR64a在未结合糖分子和结合糖分子(果糖、蔗糖和麦芽糖)的三维结构,明确了糖分子与甜味受体GR的结合模式,阐明了糖分子激活GR43a的分子机制。这是国际上首次报道昆虫味觉受体GR的结构。该工作将有助于指导开发新型害虫引诱剂或驱虫剂,用于防治害虫。除了味觉,GR及其相近的嗅觉受体OR蛋白还可以感受信息素、温度、光等多种化学和物理信号。因此,GR的这项工作打开了一扇大门,为进一步研究昆虫感知外界信号的分子机制打下了基础。