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《植生所揭示菌根共生中脂肪酸营养交换调控分子机制》

  • 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

  • 中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所王二涛研究组发现在丛枝菌根真菌共生过程中，苜蓿转录因子 WRI5a 是脂肪酸碳源和磷营养交换的分子开关。相关研究成果于2018年10月4日在《分子植物学》期刊上在线发表。
    绝大多数陆生植物借助自身的根系，通过与菌根真菌形成互利共生，高效从环境中获取磷、氮等营养，并把碳源传递给菌根真菌，向生态系统输入碳源。共生关系的建立依赖于菌根真菌与植物之间的信号交流和转导。
    在这项最新的研究中，王二涛团队发现，转录因子WRI5a受到菌根真菌分泌的 Myc Factor诱导，并结合在目标基因启动子的 AW-box 区域以激活目标基因的表达。通过一系列实验证明，WRI5a可以与STR启动子上的AW-box结合，从而激活脂肪酸转运蛋白STR的表达，调控脂肪酸的转运。在WRI5a基因突变体中，菌根真菌的侵染率降低，而 WRI5a 基因过表达后，菌根真菌侵染显著增加，并且植物总脂肪酸和 C16：0 脂肪酸含量均明显提高，表明 WRI5a 基因在菌根真菌侵染过程中，对植物脂肪酸的合成具有正调控作用。此外，该研究还发现，WRI5a 基因可以激活植物磷转运蛋白 MtPT4 的表达，对植物从菌根真菌中吸收磷也有重要的调控作用。
    陈方 摘编自https://mp.weixin.qq.com/s/6zB-QLWzS-GHDGb4lT7PEA
    原文标题：中国科学院植生所王二涛研究组揭示菌根共生中脂肪酸营养交换的调控分子机制

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  • 《分子植物卓越中心等发现OsPHR-OsADK1分子模块调控菌根共生的分子机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2022-10-31
    •   近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员王二涛团队等在New Phytologist上在线发表了题为A PHR-regulated receptor-like kinase, OsADK1 is required for mycorrhizal symbiosis and phosphate starvation responses的研究论文。该研究揭示了OsPHR-OsADK1模块调控菌根共生和磷信号响应的分子机制。   80%以上的植物可以与菌根真菌形成共生，从而高效获取磷、氮等营养元素，植物则以脂肪酸形式提供给菌根真菌碳源营养（Wang et al., 2017 Molecular Plant; Jiang et al., 2017 Science）。2021年，王二涛团队发现以OsPHRs为中心的调控网络是菌根共生“自我调节”的分子基础，并鉴定了多个已被报道的菌根共生关键基因受OsPHR2的直接调控（Shi et al., 2021 Cell）。而在菌根共生中是否还有其他基因受OsPHRs调控并在菌根共生中发挥重要作用还不清楚。   研究人员通过对菌根定殖和非定殖的野生型水稻和Osphr1/2-1/3三突变体进行RNA-seq分析，并通过DAP-seq技术鉴定OsPHR2结合基因组上的顺式作用元件，发现了520个OsPHR2直接靶标基因，包括382个上调基因和138个下调基因。其中19个基因此前已被报道受菌根共生诱导或调控菌根共生，包括独脚金内酯生物合成基因CCD7和CCD8a，转录因子CYCLOPS和WRI5a，脂质生物合成基因FatM和RAM2，以及转运蛋白基因AMT3;1和NPF4.5（图1）。   研究人员还发现受体激酶Arbuscle Development Kinase 1 (OsADK1)是OsPHR1/2/3的直接靶基因。进一步分析发现，OsADK1在菌根共生过程中具有重要功能。与野生型相比，Osadk1突变株显示出菌根定殖的显著降低，并且丛枝结构不能发育完整（图2）。这些结果表明，OsADK1是菌根真菌侵染和丛枝结构发育所必需的。此外，水培实验还显示OsADK1可能参与了植物的磷饥饿响应。   综上所述，该研究结果验证了OsPHR1/2/3是菌根共生的关键调控因子，并发现了一个新的RLK参与菌根共生和植物磷信号响应。   相关研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年基础研究项目、中国科学院战略重点研究项目和国家重点研发计划项目的支持。
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  • 《分子植物卓越中心揭示新的脂肪酸水解酶协同调控水稻耐盐性与开花时间的分子机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2022-12-07
    •   在全球气候变化背景下，日趋加剧的土壤盐碱化制约农作物的生产。土壤中过多的盐分造成植物生长受限，并消耗大量的能量以适应渗透调节，最终导致产量损失。因而在遭受到环境胁迫时，植物演化出多种进化策略以整合外源盐信号和内源发育信号，从而平衡生长发育和盐胁迫耐受性。其中，改变开花时间是植物应对环境压力或刺激所采取的积极手段之一。尽管如此，鉴于不同性状之间的复杂关联，植物在盐胁迫响应应答的过程中如何协同调控盐胁迫信号并传递到开花途径的作用机制尚不清楚。此外，尽管已有研究通过各种方法鉴定和克隆了一些水稻耐盐相关基因，但关于水稻抵抗盐胁迫的机制知之甚少。因此，深入挖掘水稻耐盐基因资源并解析相关调控机制，有助于剖析植物和环境的互作，且在生产应用上亦有重要价值。   10月27日，Molecular Plant在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员林鸿宣研究组撰写的题为An α/β hydrolase family member negatively regulates salt tolerance but promotes flowering through three distinct functions in rice的研究论文。该研究分离并克隆了来自非洲稻自然变异位点的一个关键耐盐调控因子，并揭示了水稻耐盐性和抽穗期协同调控的新机制，为作物遗传改良及分子设计育种提供了新的基因资源和理论基础。   研究组运用正向遗传学方法在非洲稻遗传资源中筛选、鉴定并定位克隆到一个新的控制水稻耐盐性状的关键QTL基因STH1，其编码一个α/β折叠结构域的水解酶，来源于非洲稻变异形式的STH1由于一个SNP的突变导致其翻译发生提前终止并丧失酶活。转基因遗传实验表明，STH1功能缺失与过量表达株系分别表现出盐胁迫耐受性的增加和降低，表明该基因是水稻耐盐性状的负调控因子。   研究发现，STH1定位于细胞核和细胞质中，在叶片组织中呈现特异性高表达，并受盐处理下调其表达，参与多条盐胁迫响应应答途径。研究借助广泛靶向代谢组和体外酶活实验，证实了STH1行使脂肪酸水解酶的功能参与植株体内脂肪酸代谢，进而影响盐胁迫下质膜组分的完整性和流动性。此外，研究还发现STH1能够与F box蛋白D3以及耐盐关键调控因子OsHAL3发生两两相互作用，并在细胞核中形成蛋白复合体，从而加强D3介导的OsHAL3泛素化降解，影响其蛋白含量和稳定性。在水稻光周期介导的开花调控网络中，STH1同时扮演锌指蛋白Hd1转录共激活因子的角色，调节成花素基因Hd3a的表达水平，影响水稻的抽穗期和产量。导入非洲稻等位形式的STH1基因位点延迟水稻的抽穗时间，并能够明显提高水稻在正常田间环境和盐胁迫条件下的产量。在盐处理条件下，STH1会通过响应盐胁迫的方式下调自身表达水平，从而抑制Hd3a的转录激活和表达，以此推迟植株的成花转变，帮助植株保持在营养生长时期以抵御逆境。   作为整合盐胁迫耐受性和开花两种性状的分子枢纽，STH1发挥一因多效的作用，也就是说，既是调控水稻耐盐性的负向遗传因子，又作为一个正向调控因子，影响水稻的开花时间。STH1能够平衡正常和高盐环境下Hd3a的表达量以此协同调控水稻产量和耐盐性的关系。此外，来自非洲稻的STH1HP46等位基因有助于维持水稻在盐胁迫下的高产稳产（在高盐胁迫下使水稻产量比对照提高67.14%），因而在生产上具备潜在的应用价值。该研究阐释了水稻整合耐盐与开花性状的遗传和分子机理，拓宽了科学家对植物耐盐机制的认识，并为水稻高产、耐盐育种提供了重要的遗传资源。   研究工作得到岭南现代农业科学与技术广东省实验室、国家自然科学基金、中国科学院等的支持。上海科技大学科研人员参与研究。
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