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植物科学前沿一周快讯(2016年10月24日)

2016-10-24

Genome Research: 解析水稻APA的基因调控机制

可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)是一种普遍存在于真核生物中的基因调控机制。APA事件的发生能使一个基因产生多种mRNA转录本,从而增加转录本的复杂度。选择不同的多聚腺苷酸化位点可以使不同的转录本具有不同的编码序列,或具有不同长度的3'端非翻译区(3'untranslated region,3'UTR)。不同长度的3'UTR可引起RNA结合蛋白或微小RNA(miRNA)的结合位点发生变化,进而影响mRNA的稳定性、定位和翻译效率。近年来,APA作为调控基因表达的重要方式越来越受到重视。近日,厦门大学的李庆顺教授(http://cee.xmu.edu.cn/faculities/li-qing-shun-qingshun-li)与其合作者,采用Poly(A) Tag测序(PAT-Seq)法,系统地调查了14个不同水稻组织和发育阶段的全基因组APA景观图。结果表明,APA显著介入了发育和数量性状位点(QTL)基因表达。在所有表达的基因中,有大约48%的基因用APA来产生转录组和蛋白质组多样性。一些基因开关APA位点可让差异表达的基因利用交替3’UTR区。有趣的是,成熟花粉中的APA是截然不同的,在那里,一组poly(A)因子存在差异表达水平,APA位点有着不同的分布,从而表明在配子体发育过程中有一个独特的mRNA 3’端形成规律。有意思的是,统计分析表明,QTL往往将APA用于许多农艺性状的基因表达调控,从而指出了APA在水稻生产中的一个潜在重要作用。这些结果为作物中APA的高级分析,提供了迄今为止最全面和高分辨率的资源,并揭示了APA与真核生物性状的形成是如何联系在一起的。


病原菌效应蛋白阻断植物免疫信号的新机制 

病原微生物在侵染植物过程中,需要分泌效应蛋白,干扰宿主细胞活动,以利于病原微生物的侵染和定殖。但是植物通过进化,能够识别监控效应蛋白在宿主细胞内的生化活性,从而激活免疫反应。效应蛋白因此会“背叛”病原微生物,导致宿主产生抗病。中科学院遗传发育所周俭民研究组(http://sourcedb.genetics.cas.cn/zw/zjrck/201202/t20120227_3446231.html)发现,丁香假单胞菌效应蛋白HopB1是一个新的丝氨酸蛋白酶,能够在特异的位点剪切植物免疫共受体蛋白BAK1,阻断植物对细菌的识别。已知BAK1受到扰动时,植物会启动一个新的识别机制来增强免疫反应。有趣的是,HopB1只剪切免疫激活状态下的BAK1,降低对宿主的扰动,从而逃避植物基于BAK1蛋白对细菌侵染的监控,使得植物更加感病而非抗病。该研究阐明了病原细菌致病蛋白新的生化机理,揭示了病原适应宿主可能的生存策略。 


PLoS Genetics: 植物细胞大小和形状的调控机制新进展

植物细胞的大小和形状对于细胞的生物学功能乃至器官的整体形状及大小具有非常重要的意义。表皮毛作为大部分植物地上部分表皮组织特有的结构,由于其起源和发育简单且易于观察,已成为从单细胞水平研究植物细胞发育的模式。细胞学的研究表明细胞骨架的动力学等参与调控表皮毛的细胞大小和形状,然而其调控的分子遗传机制有待进一步解析。中科院遗传与发育生物学研究所李云海研究组(http://sourcedb.genetics.cas.cn/zw/zjrck/200907/t20090721_2130975.html )与其合作者,揭示了细胞骨架蛋白TCS1调控细胞大小和形状的新机制。以单细胞表皮毛为模式,通过遗传筛选鉴定了表皮毛细胞叉数降低、大小和形状改变的tcs1突变体。TCS1编码了一个新的微管结合蛋白。微管聚合实验表明 TCS1可以促进微管的聚合,参与调节微管的稳定性,从而决定细胞大小和形状。TCS1与微管马达蛋白KCBP直接互作,并作用在同一遗传途径调控细胞的大小和形状本研究以单细胞表皮毛为模式,发现了一个新的微管结合蛋白TCS1,TCS1与微管马达蛋白KCBP复合体互作,从而调控植物细胞大小和形状的新机制。该研究成果对于解析细胞形态建成的分子遗传机理具有重要的意义。


Nature Communications: 揭示SA和JA在植物免疫反应中的独特互作机制

植物对病原体的防御主要依赖于先天免疫等系统。植物先天免疫机制主要分成两类,由病原体分子相关模式触发的植物免疫称为PTI,由效应分子触发的植物免疫反应称为ETI。ETI是植物对抗活体营养型病原菌的主要防御机制,ETI相关的程序性细胞死亡(PCD)会使它们易受死体营养型病原体的攻击。 水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)分别是植物对抗活体营养型病原菌和死体营养型病原体的防御激素。有趣的是,这两种防御激素在ETI中都会高水平累积。杜克大学的董欣年教授领导的研究团队发现,SA受体通过一个非经典通路激活JA信号,进而促进效应分子触发的植物免疫反应。研究显示,JA信号正调控RPS2介导的ETI。不过JA响应基因的初始活化依赖于SA和SA受体NPR3和NPR4,而不是经典JA受体COI1。有证据表明,NPR3和NPR4促进了JA转录抑制子JAZ的降解。研究人员指出,SA和JA的这种独特互作可以帮助植物在防御活体营养型病原菌的同时,不受死体营养型病原体的侵害。


Science:揭示隐花色素的工作机制

光是影响地球上所有生命体系的重要环境因子。动植物均通过光受体蛋白感受感知光信号,其中隐花色素就是一种蓝光受体蛋白。隐花色素就是一种负责告知植物何时生长及何时开花的蓝光光敏传感器的重要元件。隐花色素首先是在植物中被鉴别出来,后来在动物中也被发现,隐花色素均与昼夜节律(机体生物钟)有关。近日,来自福建农林大学林辰涛教授(http://lxy.fafu.edu.cn/37/8e/c6857a145294/page.htm )与其合作者首次解析了隐花色素的工作机制,确定了隐花色素在不同光信号下的活性表现。隐花色素是一种光受体。所谓‘光受体’,就是它在黑暗中不工作,在光下才工作。研究发现,光受体之所以只在光下工作,是因为它在黑暗中是单个蛋白;而见了光以后,单个蛋白会变成两个蛋白,这两个蛋白形成二聚体。而二聚化反应是隐花色素原初光反应的关键步骤。研究表明隐花色素的二聚化反应受到两个隐花色素抑制因子的调控,以此决定植物光受体的活性与信号强弱,进而调控光合作用,以及开花时间等植物生长发育进程。这项研究对于农业作物产量提升、地域适应性等研究问题带来突破性成果。