登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《遗传所等机构合作发现植物“抗病小体”》

  • 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：2020-04-08

  • 植物抗病蛋白被发现至今已有二十多年，但人们仍然不清楚它们的工作原理。清华大学柴继杰团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队和清华大学王宏伟团队联合研究，在植物免疫研究领域取得重要突破。合作团队发现由抗病蛋白组成的“抗病小体”（resistosome）并解析其电镜结构，从而揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制，为更好利用抗病蛋白提供了新的可能。相关成果以两篇长文形式，于2019年4月5日发表在《科学》期刊。国际植物抗病研究权威科学家Jeffery Dangl和Jonathan Jones撰写专文高度评价这一成果，发表在同期的《科学》期刊。
    在前期研究结果的基础上，合作团队进一步以病原菌致病蛋白AvrAC与植物抗病蛋白ZAR1为体系研究植物抗病蛋白结构。经过多年协作攻关，成功地组装了包含激活ZAR1的复合物（抗病小体）。结构研究发现，ZAR1被AvrAC激活后，组装成含三个亚基共15个蛋白的环状五聚体蛋白机器，形成抗病小体。通过对静息态复合物的结构和功能解析，阐明了抗病蛋白由静息状态，经过中间状态，最终形成抗病小体的生化过程。合作团队紧密结合结构、生化和功能研究，揭示了抗病小体工作机制。比如，抗病小体形成后直接在细胞质膜上发出自杀指令，很可能是植物细胞死亡和免疫执行者。该项工作填补了人们25年来对抗病蛋白认知的空白，为研究其它抗病蛋白提供了范本。研究还发现，植物抗病小体的组装方式、结构与功能，与动物免疫中的炎症小体惊人地相似，展现了在不同生命形式中，进化对免疫形成的力量。
    各种农作物病虫害，严重威胁农业生产。为了减少损失，农业生产中不得不大量施用化学农药，但这又对环境、人类健康和农业可持续发展带来了挑战。利用植物抗病蛋白，发展新的病虫害防控手段，有望大大减少化学农药的施用。抗病蛋白高分辨度结构和作用机制的解析，将为设计抗广谱、持久的新型抗病蛋白，发展绿色农业奠定核心理论基础。

285浏览量
原文链接
相关报告

  • 《生科院孙博课题组发现植物发育的表观遗传调控新机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-03-11
    •       SE编码C2H2锌指蛋白，是植物中miRNA形成途径中的关键基因。其调控植物的叶片发育、顶端分生组织的活性、花序结构和植物发育阶段的转换。SE的部分功能缺失突变体se-1，表现出胚胎发生异常、叶片发生延迟、叶片锯齿化、发育阶段转换加速、花序异常和花发育等缺陷。同时，SE参与植物响应生物胁迫和非生物胁迫的过程。然而，相对于被广泛报道的SE功能的重要性，关于SE在植物生长发育不同时期及抗病抗逆时的作用方式及调控模式仍然未知。       长非编码RNAs（lncRNAs），是一类长度超过200 nt，且几乎不编码蛋白质的RNA。大量研究表明，lncRNA是许多生物过程中的关键调节因素。目前，植物中已系统的鉴定出数以千计的lncRNAs，但他们具体的功能机制仍知之甚少。此外，lncRNA是否参与SE基因的调控，也有待研究。       孙博教授团队长期从事表观遗传调控植物发育研究。本工作首先从SE的3’端鉴定出一个反义长链非编码RNA SEAIRa，在拟南芥生长发育过程中与SE呈相反的表达模式。超表达SEAIRa会导致SE下调表达，而敲低或者敲除SEAIR会导致SE上调表达。因此SEAIRa是SE的负调控因子。       研究人员通过RNA体内pull down寻找到了SEAIRa的互作蛋白E3连接酶PUB25/26以及类泛素蛋白RUB1。SEAIRa招募PUB25/26以及RUB1引起SE第11个外显子区域H2Aub修饰。此外，PUB25/26会影响SEAIRa 5’端的切割，并释放出5’端片段，游离的5’片段可以与PRC2核心成员EMF2互作，进而招募PRC2复合体引起SE第一个外显子区域H3K27me3修饰。SE基因座不同位点的抑制性H2Aub和H3K27me3修饰协同调节SE染色质状态并抑制SE表达。        综上，该研究揭示了一种由结合在染色质上的lncRNA SEAIRa介导的表观遗传抑制新机制。研究结果一方面拓宽了植物中lncRNA的作用机制，也阐述了在植物生长发育过程中发挥重要作用的SE的调控机制。        近日，该成果在以“An antisense intragenic lncRNA SEAIRa mediates transcriptional and epigenetic repression of SERRATE in Arabidopsis”为题于2023年3月1日在线发表于PNAS杂志，深入解析了长链非编码RNA SEAIR调控SE的分子机制。南京大学博士后陈炜为该论文第一作者兼共通讯，南京农业大学王秀娥教授和南京大学孙博教授为该论文通讯作者。新加坡国立大学袁于人教授（已逝）、南京大学陈迪俊教授和南京农业大学张文利教授等参与了该研究工作。该课题得到了江苏省农业技术体系专项资金和中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。 原文链接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2216062120
    708浏览量
    原文链接

  • 《遗传发育所等在棉花抗黄萎病研究中取得进展》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：丁倩
    • 发布时间：2016-07-13
    • 大丽轮枝菌（Verticillium dahliae Kleb.）是一种具有毁灭性的植物病原真菌，寄主非常广泛，能够侵染多达400多种植物，其中包括很多具有重要经济价值的农作物，全世界范围内由大丽轮枝菌引起的黄萎病损失每年超过数十亿美元。大丽轮枝菌引起的棉花黄萎病是世界棉花种植区危害最为严重的真菌病害，不仅显著降低棉花产量而且大大降低纤维质量，一般发生会减产10%～30%，严重棉田减产可达80%以上，甚至绝收。 1935年由美国引进斯字棉时将大丽轮枝菌带入我国，随后迅速传播。目前，我国棉花种植区一半左右面积都受黄萎病害影响，成为棉花生产中最严重的病害，经济损失每年达15-20亿元，损失巨大。 大丽轮枝菌属于土传病菌，在土壤中形成微菌核抵抗不良环境存活达十年以上，至今生产上没有任何有效杀菌剂，因此，培育抗病棉花品种被认为是防治黄萎病的重要手段，但因缺乏有效抗源，目前为止尚未成功培育高抗品种。因此，黄萎病一直被认为是棉花的“癌症”。 天麻(Gastrodia elata Bl.)是一种传统中药材，在我国已有一千多年的药用历史。天麻生活史的大部分时间生活在地下，没有叶片，无法进行光合作用，因此，需要与多种真菌，特别是蜜环菌（Armillaria mellea）营共生生活，在共生过程中，天麻需要依赖蜜环菌侵染提供营养，同时天麻又进化出一套有效的防御体系来抑制真菌在其体内的过度侵染。研究发现，在天麻块茎的表皮和皮层薄壁细胞中存在一种小分子量的天麻抗真菌蛋白(Gastrodia antifungal proteins, GAFPs) 是这一防御体系的基础。离体抗真菌活性实验表明，GAFPs具有非常广谱的抑菌活性，对很多植物病原真菌具有很强的抑制作用，预示着其在植物抗真菌病基因工程中具有很大应用前景。 中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员王义琴通过用蛋白提纯、测序和cDNA文库筛选等方法从天麻中克隆到一个天麻抗真菌蛋白基因，命名为GAFP，并证明GAFP对包括黄萎病在内的多种真菌具有较好抗性，进一步筛选天麻基因组文库发现，天麻中存在着四个GAFP基因。通过对四个成员的活性比较研究发现，一个新的成员GAFP4在体内和体外都具有最强的抑菌活性，且带有胞间质定位的信号肽可以明显增强抗性。通过和中国农科院棉花所研究员李付广课题组、中国农科院植保所简桂良课题组和山西农科院棉花所研究员焦改丽课题组长达十余年的合作，将GAFP4转入2个陆地棉栽培品种，并在山西运城、河南安阳和河北廊坊三地黄萎病病圃中进行连续三年黄萎病鉴定试验表明，GAFP4对不同生理型黄萎病菌株都具有非常明显的抗性，是一个有效的高抗棉花黄萎病蛋白（如图）。尤为重要的是，GAFP4转基因棉花在纤维产量上也有20.7% -51.7%的增加，因此，这项研究成果为通过植物基因工程手段攻克棉花的“不治之症”提供了可能。
    103浏览量
    原文链接