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植物科学前沿一周快讯(2016年6月13日)

2016-06-13

 
随着细胞类型或发育阶段的改变,细胞会启动相应基因的转录,读取DNA中的遗传信息。近日,来自Rutgers大学的Richard H. Ebright教授(http://chem.rutgers.edu/ebright_richard_h)首次阐明了特异性转录激活的结构基础,描述了转录激活蛋白与RNA聚合酶的相互作用。研究显示,转录激活蛋白结合靶基因前面的特定DNA序列,与RNA聚合酶形成魔术贴(Velcro)那样的相互作用,稳定RNA聚合酶与DNA的接触。转录激活蛋白与RNA聚合酶的互作可以分为两个部分,首先转录激活蛋白帮助RNA聚合酶结合DNA双螺旋,随后转录激活蛋白帮助RNA聚合酶解开DNA双螺旋,起始靶基因的转录。该研究首次展示了特异性转录激活的完整分子图像,为理解基因激活奠定了重要的基础,可以帮助人们进一步探索转录的奥秘。
 
 
 
真核生物的染色体区域可以分为异染色质区和常染色质区。蛋白编码基因主要存在于常染色质区域,通常处于转录激活状态;而转座子和其它重复DNA序列主要存在于异染色质区域,通常处于转录抑制状态。然而,异染色质区往往也存在少量蛋白编码基因,这些蛋白编码基因需要克服异染色质区的转录抑制状态,实现基因的正常表达;同时,异染色质区的转座子和其它DNA 重复序列本身的转录在生物体基因组进化和环境适应过程中也发挥了重要作用。目前对与异染色质区DNA甲基化和转录沉默的机制已经有了比较深入的了解,但是对DNA甲基化和转录沉默的抑制机制知之甚少。北京生命科学研究所的何新建研究员(http://www.nibs.ac.cn/yjsjyimgshow.php?cid=5&sid=6&id=766)对此进行深入研究,揭示了BRAT1和BRP1防止转录沉默的分子机制。研究人员在拟南芥中进行遗传筛选,鉴定了抵抗转录沉默的因子BRAT1。研究显示,BRAT1与含有ATPase结构域的BRP1相互作用,可以阻止基因组甲基化区域的转录沉默。虽然BRAT1介导一些位点的DNA去甲基化,但BRAT1的抗沉默作用并不依赖于去甲基化。研究人员指出,研究表明,在具有DNA甲基化的异染色质区域中,BRAT1通过识别乙酰化的组蛋白介导转录沉默的抑制,揭示了异染色质区域中组蛋白乙酰化与转录之间关联的机制。由于BRAT1及其同源蛋白在真核生物中的保守性,BRAT1抑制转录沉默的机制可能代表了真核生物中的一种保守机制。
 
 
 
最近,来自冷泉港实验室的David Jackson教授(http://www.cshl.edu/Faculty/David-Jackson.html)发现一个新的信号通路可以确保信号从植物的枝条(原基)传到位于植物不断增长的顶端的干细胞利基(分生组织)。该受体命名为FEA3。此外还发现了一个称为FCP1的蛋白质片段,它是与受体相互作用的配体。以FEA3功能失调的玉米植株为研究对象,研究发现,当FEA3受体在分生组织中不发挥功能时,无法与FCP1结合。当没有收到叶片发送到分生组织的抑制信号FCP1时,干细胞开始疯狂地增殖。植物生成太多的干细胞,导致形成太多的新种子,而植物的可用资源无法支持这种生长。当栽培带有FEA3基因“弱等位基因”的植株时,FEA3受体的功能只是轻微受损,只引起适度、可控的干细胞增加,该玉米植株穗明显大于野生型,这些穗上籽粒行更多,比野生型植物产量高50%。
 
 
 
在植物中,胞质pH的变化范围为7.3~8.0。两种氮(N)形式硝酸盐(nitrate)和铵(ammonium)的总量和比值决定了细胞pH。在植物中,韧皮部是对营养物质、mRNA和信号传送极为重要的组织,就像神经网络那样发挥作用连接芽和根。韧皮部pH稳态对于维持整株植物的生理平衡及组织的运输与信号传导功能均非常重要。南京农业大学的徐国华(http://re.njau.edu.cn/html/szll/zwyyyflxx/zjs/2014/09/28/7414ea2e-271b-4e95-86c4-0592fae3b9f2.html)与其合作者发现水稻硝酸盐转运蛋白基因OsNRT2.3被转录成表达比率有着自然差异的两种剪接形式。一种剪接形式OsNRT2.3b定位在细胞质膜上,主要表达于韧皮部中,OsNRT2.3b在胞质侧有一个调控基序,通过一种pH值感知机制发挥作用开启或关闭了硝酸盐转运活性。在水稻中高水平表达OsNRT2.3b可提高植物的pH缓冲能力,提高N, Fe和 P摄取。在田间试验中,提高OsNRT2.3b表达将谷物产量和氮利用率(NUE)提高40%。这些结果表明,水稻硝酸盐转运蛋白OsNRT2.3b感知pH值对于植物适应变化的氮供应形式极为重要,并为改善氮利用率提供了一个靶点。
 
 
Nature Communications: 揭示DELLA在协调GA信号中的新作用机制
 
GA是一种重要的促进生长的植物激素。研究显示GA信号传导的负调控子DELLA会抑制光敏色素互作因子PIF3和PIF4,隔离它们的DNA识别结构域。DELLA和PIF之间是否还存在其他作用方式呢?近日,来自北京大学的邓兴旺(http://www.bio.pku.edu.cn/teacher_dis_oa.php?cid=208&&teaid=17)的研究团队发现DELLA通过泛素-蛋白酶体系统负调控四种PIF蛋白的丰度。这会减少PIF3与靶基因的结合,进而影响拟南芥的下胚轴伸长。这项研究表明,协调光照和GA信号需要DELLA介导的PIF降解。DELLA通过两条途径(隔离和降解)对转录因子进行双重调控,这很可能是一个通用机制。