《遗传发育所研究发现参与植物赤霉素代谢新成员》

  • 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:2020-04-08
  • 生物活性赤霉素(gibberellins,GAs)是陆地植物中必需的激素,可控制植物生长和发育等许多方面。在开花植物中,13-羟化赤霉素(具有较低的生物活性,例如GA1)和13-氢赤霉素(具有较高的生物活性,例如GA4)经常在同一株植物中存在。到目前为止,人们只是在水稻中鉴定到催化赤霉素13-羟化反应的P450酶(CYP714B1和CYP714B2),而且CYP714B1 和CYP714B2只是催化GA12的13-羟化,形成GA53(即13-OH GA12)。2019年9月16日中国科学院遗传发育所王国栋研究组发表在Nature Plants上的文章通过对十字花科和豆科植物中研究,功能鉴定了负责赤霉素13-羟化反应的P450酶(属于CYP72A亚家族)。
    CYP72A亚家族的成员CYP72A9编码GA 13-氧化酶,该酶催化13-氢赤霉素(GA12,GA9和GA4)转化为相应的13-羟化赤霉素(GA53,GA20和GA1)。CYP72A9主要在发育中的种子中表达,cyp72a9突变体种子中内源GA1几乎检测不到,对应的GA4含量升高1-2倍,生理实验结果显示,CYP72A9通过调控GA1和GA4的比例,实现对种子初级休眠生理过程的调控:cyp72a9突变体种子比野生型表现出萌发更快,而且该生理功能在十字花科植物中保守,表明CYP72A9在拟南芥中具有生物活性GAs的13-羟基化中起关键作用。通过对各种转基因材料的内源赤霉素分析表明,水稻和拟南芥形成GA1的代谢途径不同:水稻中GA53通过多步氧化反应生成GA1,而在拟南芥中GA4在CYP72A9的作用下直接生成GA1。研究进一步证明了GA4向GA1的转化是十字花科植物种子休眠的必不可少的因素。该项工作不仅是植物赤霉素代谢领域一个新的突破,而且也为基因工程改造(结合基因编辑技术)植物赤霉素代谢,进而调控植物(作物)的生长发育过程,提供了新的靶点。

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  • 《遗传所等机构合作发现植物“抗病小体”》

    • 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:2020-04-08
    • 植物抗病蛋白被发现至今已有二十多年,但人们仍然不清楚它们的工作原理。清华大学柴继杰团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队和清华大学王宏伟团队联合研究,在植物免疫研究领域取得重要突破。合作团队发现由抗病蛋白组成的“抗病小体”(resistosome)并解析其电镜结构,从而揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制,为更好利用抗病蛋白提供了新的可能。相关成果以两篇长文形式,于2019年4月5日发表在《科学》期刊。国际植物抗病研究权威科学家Jeffery Dangl和Jonathan Jones撰写专文高度评价这一成果,发表在同期的《科学》期刊。 在前期研究结果的基础上,合作团队进一步以病原菌致病蛋白AvrAC与植物抗病蛋白ZAR1为体系研究植物抗病蛋白结构。经过多年协作攻关,成功地组装了包含激活ZAR1的复合物(抗病小体)。结构研究发现,ZAR1被AvrAC激活后,组装成含三个亚基共15个蛋白的环状五聚体蛋白机器,形成抗病小体。通过对静息态复合物的结构和功能解析,阐明了抗病蛋白由静息状态,经过中间状态,最终形成抗病小体的生化过程。合作团队紧密结合结构、生化和功能研究,揭示了抗病小体工作机制。比如,抗病小体形成后直接在细胞质膜上发出自杀指令,很可能是植物细胞死亡和免疫执行者。该项工作填补了人们25年来对抗病蛋白认知的空白,为研究其它抗病蛋白提供了范本。研究还发现,植物抗病小体的组装方式、结构与功能,与动物免疫中的炎症小体惊人地相似,展现了在不同生命形式中,进化对免疫形成的力量。 各种农作物病虫害,严重威胁农业生产。为了减少损失,农业生产中不得不大量施用化学农药,但这又对环境、人类健康和农业可持续发展带来了挑战。利用植物抗病蛋白,发展新的病虫害防控手段,有望大大减少化学农药的施用。抗病蛋白高分辨度结构和作用机制的解析,将为设计抗广谱、持久的新型抗病蛋白,发展绿色农业奠定核心理论基础。
  • 《生科院孙博课题组发现植物发育的表观遗传调控新机制》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-03-11
    •       SE编码C2H2锌指蛋白,是植物中miRNA形成途径中的关键基因。其调控植物的叶片发育、顶端分生组织的活性、花序结构和植物发育阶段的转换。SE的部分功能缺失突变体se-1,表现出胚胎发生异常、叶片发生延迟、叶片锯齿化、发育阶段转换加速、花序异常和花发育等缺陷。同时,SE参与植物响应生物胁迫和非生物胁迫的过程。然而,相对于被广泛报道的SE功能的重要性,关于SE在植物生长发育不同时期及抗病抗逆时的作用方式及调控模式仍然未知。       长非编码RNAs(lncRNAs),是一类长度超过200 nt,且几乎不编码蛋白质的RNA。大量研究表明,lncRNA是许多生物过程中的关键调节因素。目前,植物中已系统的鉴定出数以千计的lncRNAs,但他们具体的功能机制仍知之甚少。此外,lncRNA是否参与SE基因的调控,也有待研究。       孙博教授团队长期从事表观遗传调控植物发育研究。本工作首先从SE的3’端鉴定出一个反义长链非编码RNA SEAIRa,在拟南芥生长发育过程中与SE呈相反的表达模式。超表达SEAIRa会导致SE下调表达,而敲低或者敲除SEAIR会导致SE上调表达。因此SEAIRa是SE的负调控因子。       研究人员通过RNA体内pull down寻找到了SEAIRa的互作蛋白E3连接酶PUB25/26以及类泛素蛋白RUB1。SEAIRa招募PUB25/26以及RUB1引起SE第11个外显子区域H2Aub修饰。此外,PUB25/26会影响SEAIRa 5’端的切割,并释放出5’端片段,游离的5’片段可以与PRC2核心成员EMF2互作,进而招募PRC2复合体引起SE第一个外显子区域H3K27me3修饰。SE基因座不同位点的抑制性H2Aub和H3K27me3修饰协同调节SE染色质状态并抑制SE表达。        综上,该研究揭示了一种由结合在染色质上的lncRNA SEAIRa介导的表观遗传抑制新机制。研究结果一方面拓宽了植物中lncRNA的作用机制,也阐述了在植物生长发育过程中发挥重要作用的SE的调控机制。        近日,该成果在以“An antisense intragenic lncRNA SEAIRa mediates transcriptional and epigenetic repression of SERRATE in Arabidopsis”为题于2023年3月1日在线发表于PNAS杂志,深入解析了长链非编码RNA SEAIR调控SE的分子机制。南京大学博士后陈炜为该论文第一作者兼共通讯,南京农业大学王秀娥教授和南京大学孙博教授为该论文通讯作者。新加坡国立大学袁于人教授(已逝)、南京大学陈迪俊教授和南京农业大学张文利教授等参与了该研究工作。该课题得到了江苏省农业技术体系专项资金和中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。 原文链接:www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2216062120