《遗传发育所在番茄避荫反应调控机制研究中获进展》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: zhangyi8606
  • 发布时间:2020-10-13
  • 密植栽培是提高作物单位面积产量的有效途径。但在密植条件下,植株间相互遮荫诱发植物的避荫反应综合征(shade-avoidance syndrome,SAS),如下胚轴和叶柄的伸长、开花时间的提前、分枝的减少等,该适应性反应对作物产量产生负面影响。因此,阐明植物避荫反应的调控机理,对于培育耐荫、耐密植作物新品种具有指导意义。

    bHLH类转录因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS(PIF)通过调节生长素等植物激素的合成及细胞扩展相关基因的表达,在SAS中发挥关键作用。长期以来,学界对PIF调控SAS的研究多集中在PIF蛋白水平的调控机制上,而对PIF介导SAS响应基因表达的转录调控机理研究尚浅。转录中介体(Mediator)是进化上高度保守的转录共激活复合物,通过连接通用转录机器和基因特异的转录因子,调控基因的转录。

    中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李传友研究组长期致力于Mediator在激素信号转导和植物可塑性生长过程中的转录调控机理的研究。研究中,科研人员发现番茄PIF4蛋白通过调控生长素合成和信号转导相关基因的表达,在遮荫诱导的下胚轴伸长中发挥重要作用。在此过程中,Mediator亚基MED25通过与PIF4直接互作,将RNA聚合酶II招募到PIF4靶标启动子区,激活下游基因表达。因此,MED25作为沟通PIF4和RNA聚合酶II通用转录机器之间相互交流的桥梁,调节遮荫诱导的下胚轴伸长。

    该研究揭示番茄Mediator亚基MED25与PIF4互作调控避荫反应的转录调控机理,为人们深入认识植物的避荫反应机制,培育耐荫、耐密植作物新品种提供理论基础。相关研究成果在线发表在Plant Physiology上。李传友研究组博士研究生孙文静和韩鸿宇为论文的共同第一作者,副研究员翟庆哲为论文通讯作者,李传友为论文资深作者。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会等的资助。

相关报告
  • 《李传友研究组在番茄避荫反应调控机制方面取得新进展》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2020-12-11
    • 密植栽培是提高作物单位面积产量的有效途径。但在密植条件下,植株间相互遮荫会诱发植物的避荫反应综合征(shade-avoidance syndrome,SAS),如下胚轴和叶柄的伸长、开花时间的提前、分枝的减少等,这些适应性反应又会对作物产量产生负面影响。因此,阐明植物避荫反应的调控机理,对于培育耐荫、耐密植作物新品种具有重要的指导意义。 bHLH类转录因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS(PIF)通过调节生长素等植物激素的合成以及细胞扩展相关基因的表达,在SAS中发挥关键作用。长期以来,人们对PIF调控SAS的研究多集中在PIF蛋白水平的调控机制上,而对PIF介导SAS响应基因表达的转录调控机理研究尚浅。转录中介体(Mediator)是进化上高度保守的转录共激活复合物,通过连接通用转录机器和基因特异的转录因子,调控基因的转录。中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组长期致力于研究Mediator在激素信号转导和植物可塑性生长过程中的转录调控机理。在本研究中,他们发现番茄PIF4蛋白通过调控生长素合成和信号转导相关基因的表达,在遮荫诱导的下胚轴伸长中起重要作用。在此过程中,Mediator亚基MED25通过与PIF4直接互作,将RNA聚合酶II招募到PIF4靶标启动子区,激活下游基因表达。因此,MED25作为沟通PIF4和RNA聚合酶II通用转录机器之间相互交流的桥梁,调节遮荫诱导的下胚轴伸长。 这项工作揭示了番茄Mediator亚基MED25与PIF4互作调控避荫反应的转录调控机理,为人们深入认识植物的避荫反应机制,培育耐荫、耐密植作物新品种提供了理论基础。相关研究结果于2020年9月16日在线发表在Plant Physiology(DOI:10.1104/pp.20.00587)。李传友研究组博士研究生孙文静和韩鸿宇为该论文共同第一作者,副研究员翟庆哲为通讯作者,李传友研究员为资深作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
  • 《遗传发育所在水稻苗期耐冷基因挖掘和调控机制研究中获进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2023-11-10
    •     水稻是重要的粮食作物,对冷胁迫敏感。苗期遇到低温天气,稻苗会发生生长迟缓、黄化甚至死苗,引起水稻减产。提高水稻苗期耐冷能力,对于减少水稻苗期冷害损失、推广水稻直播种植具有重要意义。水稻耐低温胁迫是复杂的数量性状,受多基因调控,目前已克隆且有功能鉴定的苗期耐冷基因有限。因此,挖掘新的水稻耐冷调控基因并解析其耐冷机理,将为水稻耐冷育种提供帮助。     中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风团队在水稻耐冷基因鉴定和耐冷机理研究中取得了新进展。该团队此前鉴定到一个水稻苗期低温敏感白化突变体ospus1。OsPUS1编码一个定位于叶绿体的假尿苷合成酶,其突变影响叶绿体核糖体生物合成,导致低温下体内超氧根阴离子(Superoxide, O2?-)的累积和叶片白化。该研究通过EMS化学诱变筛选得到一个ospus1抑制子,其编码一个定位于线粒体的PPR(pentatricopeptide repeat protein)蛋白。该PPR蛋白突变造成线粒体基因nad4、nad5转录本的内含子剪切异常,同时,降低nad2、nad6和rps4转录本的RNA编辑效率,导致线粒体复合体I活性降低。线粒体电子传递链复合体I是细胞产生O2?-的主要部位,其活性降低使得O2?-的产生减少,并恢复了叶绿体突变引起的低温白化表型。过表达不同细胞器定位的超氧化物歧化酶(SOD)不同程度的恢复了ospus1突变体中O2?-的累积及突变体低温白化表型,其中线粒体定位的Mn-SOD恢复得最好。这表明线粒体产生的O2?-的累积是引起ospus1低温白化的原因,在水稻冷响应过程中发挥重要作用。进一步,研究在不同早籼稻中敲除该线粒体PPR蛋白编码基因,降低了冷胁迫条件下O2?-的累积,从而增加了耐冷性。     该成果证明了线粒体产生的O2?-在冷响应过程中的调控作用,并鉴定到一个线粒体O2?-的调控因子,为水稻耐冷育种提供了遗传资源。该研究通过创制低温敏感叶色突变体ospus1的抑制子,获得了一个耐冷基因,表明利用水稻低温敏感叶色突变体筛选不同抑制子,可作为挖掘不同程度耐冷基因的新思路。此外,该研究中的一个线粒体蛋白的突变能够恢复由叶绿体突变引起的低温白化表型,暗示叶绿体和线粒体之间的交流可能通过调控线粒体的O2?-从而在水稻冷响应过程中发挥功能。