《胚胎背腹轴建立的分子机制研究取得重要进展》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: huangcui
  • 发布时间:2016-12-08
  • 在脊椎动物发育过程中,原肠期是体轴建立和中内胚层形成的重要时期。胚胎体轴的建立是一系列信号通路相互作用和细胞剧烈运动的结果。在鱼类、两栖类、鸟类和哺乳动物中陆续发现了背部组织中心的存在。背部组织中心自身可以形成脊索、前脊索板、神经底板、背部内胚层等中轴组织,同时还可以指导其周围的细胞分化为体节、神经组织、肝脏、胰腺等,在胚胎早期发育中具有重要功能。母源 Wnt/β-catenin 信号通路是背部组织中心形成的关键因素,通过激活 Chordin 、 Follistatin 、 Noggin 等 Bmp 信号抑制因子在背部表达并分泌,拮抗来自腹部的 BMP 信号,使其形成一定的浓度梯度来指导胚胎背腹轴的建立。在斑马鱼胚胎发育至 128 细胞期, β-catenin 已经在背侧胚盘边缘细胞核中积聚,但是一直到中囊胚转换( mid-blastula transition, MBT )时期后才激活下游基因表达。有研究表明, Wnt/β-catenin 靶基因启动子区 DNA 序列及组蛋白的表观遗传修饰在 MBT 时期的改变是其表达的基础,但 β-catenin 自身的转录活性在 MBT 前后是否发生变化,变化的分子机制是什么却知之甚少。

     Net1 是一种鸟核苷酸交换因子,在多种肿瘤细胞中高表达,通过激活小 G 蛋白 RhoA 促进肿瘤细胞侵袭和转移。中国科学院动物研究所王强研究员领导研究团队发现,斑马鱼的 net1 是 MBT 前后最早表达的合子基因之一,特异表达于预定背部组织中心。抑制 net1 表达,斑马鱼背部组织中心的形成受到严重的影响,背部组织明显减少。胚胎和哺乳动物细胞中的实验表明, Net1 及其鸟核苷酸交换因子活性对于 Wnt/β-catenin 信号转导和背部组织发育不可或缺。进一步的研究发现, Net1 通过激活 RhoA 家族的 G 蛋白,干扰 PAK1 二聚体的形成,激活 PAK1 激酶活性,从而磷酸化 β-catenin 675 位丝氨酸,抑制 β-catenin 与组蛋白去乙酰化酶 HDAC 结合,促进 Wnt 靶基因转录,在胚胎背部组织中心形成和背腹轴建立过程中发挥重要作用。此项研究揭示了在胚胎发育过程中, Net1 所调控的 β-catenin 675 位丝氨酸的磷酸化修饰,是 MBT 后 β-catenin 转录活性增强,激活下游基因表达的必要条件。 Wnt/β-catenin 信号通路及 Net1 促进多种肿瘤细胞侵袭和转移。因此,该研究还为深入了解肿瘤发生发展的分子机制提供了新的线索。   

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  • 《武汉植物园在莲子淀粉合成机制和组培体系优化研究中取得重要进展》

    • 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:2020-11-23
    • 莲在中国具有悠久的栽培历史,是集观赏、食用、药用于一身的重要水生经济作物。莲子淀粉属于天然高直链淀粉,在开发降血糖功能食品和低血糖生成指数食品上具有良好的前景。目前,莲子淀粉含量仍有待提高,解析莲子淀粉合成机制对于提高莲子淀粉含量和改良莲子品质具有重要意义。此外,随着莲全基因组测序工作的完成和现代分子生物学技术的快速发展,莲的基因功能基因组学研究水平也在不断提升。然而,莲中高效稳定的遗传转化体系尚未构建,严重制约了莲中基因功能组学的开展。通过优化影响莲愈伤组织形成的关键因素,有利于开发出高效稳定的的莲愈伤组织诱导体系。武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组科研人员针对以上两个科学问题分别开展了相关研究并取得一些重要进展。 进展一:研究者分别对30个子莲栽培种的莲子营养成分进行分析,发现授粉后15天(15DAP)的青鲜莲子和成熟莲子中的淀粉平均含量分别为28.20%和47.12%。通过莲子比较转录组分析,揭示淀粉和蔗糖代谢途径参与莲子发育进程,多个参与淀粉合成途径的酶编码基因在9DAP - 12DAP发育进程中诱导上调表达,包括ADP葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)。结合莲前期已公布基因组数据,分别鉴定到3个和4个基因编码AGPase大亚基和小亚基,且进化分析表明大小亚基分化明确。通过表达分析发现NnAGPL2a和NnAGPS1a为参与莲子发育优势表达基因,其与多个参与淀粉和蔗糖代谢途径基因存在共表达关系。此外,研究者发现NnAGPL2a和NnAGPS1a基因的表达模式AGPase酶活性变化和莲子中淀粉含量的积累三者之间的变化模式趋于一致。以上研究结果拓展了对莲子淀粉合成的分子机制的认识,为高淀粉子莲新品种的改良和选育提供理论依据。该研究成果以“Comprehensive analysis of AGPase genes uncovers their potential roles in starch biosynthesis in lotus seed” 为题,发表于国际学术期刊BMC Plant Biology。武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组助理研究员孙恒和湖北工程学院李娟娟为论文共同第一作者,杨美研究员为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目和中国科学院青年创新促进会项目的资助。   论文链接:https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02666-z 进展二:研究者通过优化一系列影响愈伤组织形成的关键因素,开发了一套高效的荷花愈伤组织诱导系统。研究发现在含有3 mg/L 2,4-D和0.5 mg/L 6-BA的MS培养基中,以未成熟莲子子叶和胚作为外植体诱导出的愈伤组织效率最高。此外,莲的基因型、光照条件、外植体发育阶段和取样时间对诱导愈伤组织也有一定的影响。以‘十里荷1号’授粉后9天的莲子子叶为外植体,在弱光条件下培养,被认为是莲愈伤组织诱导的最佳条件。利用未成熟种子的莲心培育出的无菌苗,也是诱导优质愈伤组织的优良外植体。此外,研究者在莲的愈伤组织中发现了莲生物碱的累积和生物碱合成相关基因的表达。以上研究结果为建立莲体细胞胚胎发生转化体系提供了重要的理论指导,同时对建立利用体细胞培养技术生产生物碱体系方面具有重要的价值。该研究成果以“The Establishment of an Efficient Callus Induction System for Lotus (Nelumbo nucifera)”为题,发表在国际学术期刊Plants。武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组副研究员邓显豹和硕士研究生熊雅倩为论文共同第一作者,杨美研究员为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目、中国科学院青年创新促进会项目和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。 论文链接:https://res.mdpi.com/d_attachment/plants/plants-09-01436/article_deploy/plants-09-01436.pdf
  • 《线粒体同源膜融合机制研究取得新进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2016-12-08
    • 2016年11月14日,《Journal of Cell Biology》杂志在线发表了饶子和院士课题组和胡俊杰课题组合作的研究文章,题为“Structures of human mitofusin 1 provide insight into mitochondrial tethering”。该研究阐述了线粒体融合素(mitofusin, MFN)介导线粒体外膜融合的结构基础,并提出了MFN介导线粒体的膜拴连需要GTP水解的分子机制。   线粒体是高度动态变化的细胞器,在细胞内不断地进行分裂和融合。MFN家族蛋白位于线粒体外膜,是一类发动蛋白(dynamin)超家族成员,在介导线粒体同源膜融合过程中发挥重要作用,MFN1或2的缺失导致小鼠胚胎致死,MFN2的突变与人类的神经退行性疾病CMT2A有密切关联,但是MFN的作用机制还知之甚少。遗憾的是,MFN虽已被发现近二十年,但由于难以表达纯化,其机制研究一直没有进展。   饶子和院士清华大学课题组在系统筛选了MFN1截短体后,成功纯化解析了MFN1-MGD结合 GDP的晶体结构。MGD为最小GTP酶结构域的简称,其分子构架包括了人源MFN1原先预测的GTP酶,以及C端尾部的一个α 螺旋。胡俊杰课题组进一步从生化和细胞层面分析了结构信息,发现由GTP酶的延伸段和C端尾部形成的螺旋束(HB)的稳定是保证酶活的重要条件。 MGD可以结合水解GTP,并介导二聚体的形成。然而,MFN的核苷酸结合位点较为狭窄紧凑,对核苷酸类似物较为敏感,且不容易容纳镁离子。此外,连有跨膜区的MGD可以在GTP的存在下在体外介导膜拴连,但免疫共沉淀实验显示,C端尾部单独存在时,并没有产生像2004年其他研究组报道的分子间同源互作。这些结果证明 MFN1极有可能通过依赖GTP的二聚化介导膜融合所需的膜拴连,而并非像领域内之前普遍认为的C端尾部拴连模型。