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《农科院生物所揭示植物核糖核酸甲基化调控新机制》

  • 来源专题：转基因生物新品种培育
  • 编译者： Zhao
  • 发布时间：2017-10-19

  • 近日，中国农业科学院生物技术研究所和新加坡国立大学开展合作，在核糖核酸甲基化调控机制方面取得重要进展，揭示了5-甲基胞嘧啶修饰在植物信使核糖核酸上的分布规律，阐述了其调控植物发育及基因表达的新机制。相关研究成果于9月28日在线发表在《分子植物（Molecular Plant）》上。

    核糖核酸作为重要的遗传物质，截至目前已有100余种不同的化学修饰形式被发现，6-甲基腺嘌呤的产生机制和生物学功能已发表大量文献，然而核糖核酸上的另一种修饰5-甲基胞嘧啶长期以来研究较少。近年，围绕核糖核酸甲基化修饰调控生物发育和基因表达的研究是表观遗传的热点。

    该研究利用基因组高通量测序方法发现了拟南芥信使核糖核酸上超过6000个5-甲基胞嘧啶修饰位点，分析发现修饰主要富集在基因的编码区，尤其在起始密码子下游和终止密码子前。该研究进一步利用液质联用质谱和点杂交技术发现在拟南芥各个组织和不同的发育时期5-甲基胞嘧修饰具有动态变化，显示了核糖核酸甲基化调控的多样性。研究团队还发现一个转运核糖核酸甲基转移酶具有信使核糖核酸甲基化转移活性的活性，通过影响根发育相关基因5-甲基胞嘧啶的修饰，影响其信使核糖核酸的稳定性来实现对基因的调控。

    该研究得到了国家“青年相关人才计划”项目、中国农科院科技创新工程等项目的资助，生物所为第一作者单位，谷晓峰研究员和俞晧教授为通讯作者。

  • 原文来源：http://www.caas.cn/xwzx/kyjz/284410.html
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  • 《青岛能源所等揭示植物DNA损伤调控新机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
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    •   DNA是生物体遗传信息的载体，是正常生长、发育和繁衍所需的遗传模板，对于维持DNA的完整性和稳定性至关重要。紫外线、辐射和环境污染等引起的DNA损伤影响人和动物的衰老，或导致疾病乃至癌症。对植物而言，外界环境因子，如土壤盐碱、重金属、电离辐射、紫外线、洪涝等胁迫，同样会导致DNA损伤，影响植物生长发育甚至对作物生产造成危害。然而，DNA损伤响应及修复的机制在动物和植物中不完全相同，且在植物中的研究较为滞后。调控植物DNA损伤及其修复的机制的研究，对于增强作物抗性、提高生物产量具有重要的生物学意义。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员李胜军带领的能源植物改良与利用研究组，揭示了MAC5A和26S蛋白酶体协同调控植物DNA损伤响应（DDR）进而影响植物生长发育及适应高硼胁迫的新机制。相关研究成果发表在《植物生理》（Plant Physiology）上。   MOS4-associated complex（MAC）复合体参与植物的生长发育、胁迫响应、pre-mRNA可变剪切和miRNA生物合成等生物学过程。MAC5是MAC复合体的一个附属亚基，其功能完全丧失后导致严重的发育缺陷和胚胎致死。此前，研究团队提出，MAC5通过调控pri-miRNA的稳定性影响miRNA的积累（Li et al., PNAS 2020），但MAC5在植物体内的其他生物学功能尚不完全清楚。         研究发现，MAC5A缺失突变体mac5a对甲基磺酸甲酯（MMS，一种DNA损伤诱导剂）的处理更加敏感，表现出主根生长抑制、真叶叶原基发育延缓等表型。RNA-seq分析发现，MAC5A缺失导致DDR相关基因的表达及pre-mRNA的可变剪切发生变化。进一步，研究通过IP-MS质谱分析鉴定到多个26S蛋白酶体亚基与MAC5A互作；通过生化和遗传分析进一步验证了MAC5A与26S蛋白酶体关键亚基RPN1A和RPT2A之间的互作关系。MAC5A调控26S蛋白酶体的活性，同时26S蛋白酶体也影响MAC5A蛋白的降解。此外，土壤中高浓度的硼影响作物的产量和品质，其中主要原因之一是高硼胁迫导致植物DNA损伤。研究表明，MAC复合体的多个核心亚基和26S蛋白酶体均参与高硼诱导的DNA损伤响应过程。该研究揭示了MAC复合体和26S蛋白酶体协同调控植物DDR过程的分子机制。   研究工作得到国家自然科学基金面上项目、山东能源研究院创新基金、山东省、中国科学院、中国博士后科学基金等的支持。美国内布拉斯加大学林肯分校、河南大学、西南大学的科研人员参与研究。   植物的生长发育与环境适应能力受到RNA的转录及转录后调控，故揭示调控植物生长、抗逆的分子基础，有助于作物尤其是能源作物的遗传改良。截至目前，该团队在RNA转录后加工领域取得了系列进展，揭示了MAC复合体附属亚基MAC5（Li et al., PNAS 2020）、MAC复合体核心亚基MAC3（Li et al., Plant Cell 2018）、DEAD-box RNA螺旋酶SMA1（Li et al., Nucleic Acids Research 2018）调控植物生长发育和miRNA合成代谢的生物学机制。
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  • 《农科院作科所揭示一种蛋白修饰方式调控植物育性新机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：Zhao
    • 发布时间：2017-11-02
    • 近日，中国农业科学院作物科学研究所在植物育性生物学机理研究中取得新进展，研究发现一种新的蛋白质修饰方式调节植物育性，该研究丰富了植物育性调控机制，为将来作物遗传育种提供了新线索和思路。相关研究成果于2017年10月24日在线发表在《植物生理(Plant Physiology)》上。 小泛素类似修饰物(Small Ubiquitin-like Modifier，简称SUMO)能共价结合到不同蛋白质上，导致这些底物蛋白活性的变化。在动植物中，SUMO修饰功能广泛参与生殖生长的调节和对生物与非生物胁迫响应。 研究团队对植物与育性相关的SUMO蛋白酶基因进行功能分析，发现与育性相关的SUMO蛋白酶基因突变使植物花的结构、雌雄配子体和胚胎严重异常，最终导致植物育性下降。同时，发现SUMO蛋白酶基因还与抗非生物逆境相关。 作科所张晓玫副研究员等为本文共同第一作者，陈福禄助理研究员和傅永福研究员为共同通讯作者。该项研究得到了中国农科院科技创新工程、国家自然科学基金和北京市自然科学基金等项目资助。
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