《新技术揭示植物茎隐藏的奥秘》

  • 来源专题:土壤、生物与环境
  • 编译者: 李卫民
  • 发布时间:2016-09-26
  • Scientists from the John Innes Centre have pioneered innovative new cell imaging techniques to shed light on cells hidden deep inside the meristem. This new development has made it possible to explore further below the outer surface of plants and has uncovered how a key gene controls stem growth.

    The limitations of current live-imaging techniques mean typically only easily accessible parts of plants can be accurately visualised. Studies on areas such as leaves and flowers, have therefore often taken centre stage in plant developmental research. The cellular origins of plant stem growth are buried under several layers of other cells, and as a consequence, it has previously been difficult to explore how stem growth is controlled.

    To address this oversight, Professor Robert Sablowski and his team from the John Innes Centre developed new cell imaging techniques to allow them to visualise changes in cells below the plant surface. In particular the group focussed on the shoot apical meristem (SAM), a cluster of cells at the shoot tip, which differentiate to form different kinds of plant tissues and determine the size and overall shape of the plant. The research is published in a new paper in the scientific journal Developmental Cell.

    Professor Sablowski said: "To understand how genes control plant shape, we need to understand how they affect growth and division of the cells that make up the plant. The cells that go on to form stem tissue are located in a part of the SAM called the 'rib zone', which is buried underneath layers of cells all doing other things. The two main methods that scientists usually use to look at cells under a microscope weren't suitable in this case: live imaging reveals how cells grow and divide over time, but the rib zone is too deep to give clear live images. The other method is to slice through the SAM to see the rib zone cells. However, you can't do that with living, growing cells, so the resulting data is not in 'real-time'. To make things worse, the rib zone is not clearly demarcated, so it's hard to differentiate it from the rest of the SAM."

    To get around these problems, the scientists combined two approaches. First, using normal 'wild-type' Arabidopsis thaliana plants, they marked single cells with a bright fluorescent marker and followed the descendants of these cells in the rib meristem. In the second approach, the researchers used information recorded in the cell walls to infer how the rib zone grows: thinner walls produced during recent cell divisions glowed less brightly than older, thicker cell walls, and the orientation of new cell walls in three-dimensional images revealed the directions of cell growth and division.

    Next, the researchers repeated this experiment, but used SAM tissues from a mutant Arabidopsis plant lacking a gene called REPLUMLESS, or RPL for short, to see what effect this had on cell growth.

    "It was already known that RPL must be involved in stem development, because it is expressed throughout the SAM, including in the rib zone, and mutation of this gene results in short stems -- we just didn't know how, until now," said Dr Stefano Bencivenga, first author of the paper. "This time, in the images of SAMs from the rpl mutant, we noticed that although the cells grew at the same rate, they were arranged at different angles instead of all neatly facing in the same direction."

    Professor Sablowski said: "This showed us that RPL doesn't affect the speed or number of cells growing in the rib zone, rather it affects the orientation in which cells divide as they form new plant stem tissue. In other experiments, also described in our paper, we demonstrate that RPL represses other genes involved in creating organ boundaries. This is important because these organ boundary genes are known to reduce growth in the regions that separate the SAM from new organs such as leaves and flowers. As well as being an important advancement in our understanding of stem development, we might be able to use this knowledge to influence plant traits with key practical importance."

  • 原文来源:;https://www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160922123955.htm
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  • 《Nature:科学家解开了丙肝病毒在人体内隐藏的奥秘》

    • 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:2023-07-18
    • 如今RNA病毒已经进化出了精心设计的策略来保护其基因组,包括5’ 帽化作用(capping),然而截止到目前为止,研究人员还并未发现丙型肝炎病毒的5’ 帽化作用,该病毒会引起慢性感染、肝硬化和癌症发生。近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“Hepatitis C virus RNA is 5′-capped with flavin adenine dinucleotide”的研究报告中,来自哥本哈根大学等机构的科学家们通过检查一种分析病毒样本的新方法,解决了一个关于丙型肝炎病毒(HCV)如何避开宿主机体免疫防御机制的古老谜题,这一结果或许对于研究人员追踪并治疗一般的病毒性疾病的方法产生一定的影响。 据估计,全球目前有5000万人发生了慢性丙肝病毒感染,丙肝病毒会引起肝脏炎症和疤痕形成,在严重的情况下甚至会导致肝癌发生;丙肝于1989年被首次发现,丙肝病毒是世界上被研究最多的病毒之一,然而几十年来,其到底是如何设法躲避宿主机体免疫系统的攻击和扩散的呢?这一直是一个谜题,如今这篇研究报告中,研究人员利用了一种分析病毒样本的新方法回答了这一问题,他们发现,病毒只是带上了一层“面具”而已。通过戴上这层面具,病毒就能隐藏起来从而不断复制来感染新的细胞,而面具也能以一种存在于我们细胞中的分子的形式将病毒隐藏起来,在分子的掩饰下,机体的免疫系统就能将病毒与无需反应的无害物质进行混合。 研究者Jeppe Vinther教授说道,那么丙肝病毒是如何设法在肝脏细胞中隐藏而不被宿主机体的免疫系统检测到,一直以来都是一个谜,我们揭示了病毒的掩饰策略这一点非常重要,因为其或许有望帮助我们开发治疗病毒性感染的新方法;而且其它类型的病毒或许也会利用相同的伎俩。肝炎病毒用来在细胞中隐藏的面具称之为FAD分子,其由维生素B2和能量携带分子ATP组成,FAD对于细胞转化能量至关重要,该分子的重要性和其对机体细胞的熟悉程度或许会使其成为恶性病毒的理想伪装。多年来,研究人员一直有一个好的想法,即FAD能帮助病毒在受感染的细胞中进行隐藏,但他们缺乏一种证明这一观点的方法;因此,为了解决这一问题,研究人员转向对一种被熟知的实验植物—拟南芥(Arabidopsis)进行研究。 研究者Anna Sherwood解释道,目前我们正在寻找一种方法来证明我们提出的假设,而这时候我们从拟南芥中纯化除了一种能将FAD分子一分为二的特殊酶类。利用这种酶类,研究人员就能拆解FAD分子,并证明丙肝病毒或能将该分子作为一种面具;与冠状病毒和流感病毒一样,丙肝病毒是一种RNA病毒,其遗传物质由RNA组成,一旦进入宿主体内之后病毒就会复制,新的RNA拷贝就被用来占据新的细胞,而RNA遗传物质的一端就会被FAD所掩盖。 据研究者介绍道,其它的RNA病毒也会利用类似的掩饰技术来扩散而不被细胞的控制系统所检测到,实际上,研究人员已经发现了另一种能使用相同策略的病毒,而且或许还有更多这种病毒。研究者Jeppe Vinther总结道,所有的RNA病毒都有同样的需求来躲避宿主机体的免疫系统,而且这很有可能只是一个开始,如今我们已经适用了这种伎俩,这就为后期开发新型改进型的方法来追踪并治疗病毒性感染提供了一定的可能性。 综上,本文研究结果确定了一种利用细胞代谢产物来进行帽化或许是一种新型的病毒RNA帽化策略,其也能被其它病毒利用并影响机体的抗病毒疗法治疗结果以及感染的持久性。 原始出处: Sherwood, A.V., Rivera-Rangel, L.R., Ryberg, L.A. et al. Hepatitis C virus RNA is 5′-capped with flavin adenine dinucleotide. Nature (2023).doi:10.1038/s41586-023-06301-3
  • 《对100个番茄品种的研究揭示了番茄隐藏的突变》

    • 来源专题:生物安全网络监测与评估
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2020-07-07
    • 人类的食欲改变了番茄的DNA等等。经过几个世纪的培育,这种曾经只有豌豆大小的南美浆果现在有了各种各样的形状和大小,从樱桃状到巨大的传家宝果实。 如今,科学家们正在梳理这些物理变化是如何在基因水平上表现出来的——这项工作可以指导现代对番茄进行调整,霍华德休斯医学研究所的研究员扎卡里·李普曼说。 他和同事们现在已经在100种番茄的基因组中发现了长期隐藏的突变,其中包括一种来自加拉帕戈斯群岛的橙浆果野生植物,以及通常被加工成番茄酱和酱汁的品种。 他们的分析发表在2020年6月17日的《细胞》杂志上,是对这种突变最全面的评估。李普曼说,这项研究可能导致新的番茄品种的产生和现有品种的改进。研究人员表示,他的团队发现的一些突变改变了关键特征,比如味道和重量。 冷泉港实验室的植物遗传学家李普曼说,此前的研究早就表明,这些突变存在于植物基因组中。“但直到现在,我们还没有一个有效的方法来发现它们并研究它们的影响,”他说。 一扇通往基因组的窗户 生物体细胞内携带的四种DNA字母的突变或变化会改变其物理特性。研究植物的科学家通常把注意力集中在一种小的、易于控制的突变上,即一个DNA字母被另一个DNA字母替换。 Lippman的研究小组所研究的突变要大得多——它们通过复制、删除、插入或将DNA的长片段移到基因组的其他地方来修改DNA的结构。这些突变,也被称为结构变异,在整个生命世界都有发生。例如,对人类的研究已经将这些变异与精神分裂症和自闭症等疾病联系起来。 科学家可以通过读出DNA的字母来识别突变,这种技术被称为基因测序。然而,李普曼说,这项技术的局限性使解码长段DNA变得困难。因此,研究人员还无法获得基因组结构突变的完整图像。 Michael puruganan在纽约大学研究水稻和椰枣,他没有参与这项新的研究,他说,尽管如此,植物遗传学家还是怀疑这些突变对植物的特性有重大贡献。“这就是为什么这篇论文如此令人兴奋的原因,”他说。李普曼说,他的团队不仅在番茄及其野生近亲中发现了这些突变,而且还确定了它们在植物内部的功能。 未来番茄指南 这项新研究是与约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的迈克尔·沙茨(Michael Schatz)等人合作完成的,利用一种名为“长读测序”(long-read sequencing)的技术,确定了番茄中超过20万个结构性突变。李普曼将其比作通过全景窗口观察基因组的大部分。他说,相比之下,更传统的测序方法只能提供一个窥视孔。 他们发现的大多数突变不会改变编码特征的基因。但是李普曼说,有一点是明确的,即许多这些突变改变了控制基因活动的机制。例如,其中一种基因控制着番茄果实的大小。通过改变DNA结构——在这种情况下,就是基因拷贝的数量——李普曼的团队能够改变水果的产量。缺乏该基因的植物永远不会结出果实,而拥有三份该基因副本的植物比只有一份副本的植物结出的果实要大30%。 李普曼的团队还展示了DNA结构是如何影响特征的,他称之为“非常复杂”的例子。他们指出,要将一种主要收获性状培育成现代番茄,需要同时发生四种结构性突变。 李普曼说,这类见解可以帮助解释其他作物的性状多样性,并使育种者能够改进品种。他说,例如,在小樱桃(番茄的近亲)上添加一个额外的大小基因副本,可能会使它们变得更大,从而增加它们的吸引力。 他说:“农业领域的圣杯之一是能够说,‘如果我使这个基因发生突变,我知道输出结果会是什么。’”“该领域正在朝着这种可预测育种的方向迈出重要的一步。”