生物技术前沿一周纵览（2017年6月2日）

生物技术前沿一周纵览（2017年6月2日）

研究发现MYB3转录因子调控苯丙氨酸合成新分子机制

R2R3-MYB类转录因子在调控苯丙烷类次生代谢生物合成中起到重要的作用。在拟南芥MYB转录因子中，第4亚类的MYB3、MYB4、MYB7、MYB32转录因子因含有EAR 抑制基序而具有转录抑制活性，研究发现，MYB3的调控机制与MYB4、MYB7、MYB32完全不一样，酵母双杂交实验发现MYB3能够与LNK蛋白家族成员LNK1和LNK2相互作用，这种互作依赖于LNK蛋白C端的保守基序R1和R2，定点突变发现保守基序R1和R2中的天冬氨酸（Asp，D）在互作中起到重要的介导作用，转录激活检测分析证明了LNK1和LNK2通过其N端的ENT结构域来调控MYB3的抑制子功能，上述研究工作深入揭示了MYB抑制子调控植物次生代谢物生物合成的分子机制，为植物代谢工程和品质改良提供了重要的理论基础。（Plant Physiology）

植物NAD补救合成途径解析和进化研究获进展

NAD (尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸) 作为电子传递载体（辅酶）参与众多的氧化还原反应而为广大研究人员所熟知。研究人员发现在拟南芥是一类新型的N-甲基转移酶（NANMT，At3g53140编码）负责尼克酸N-甲基化化合物（又名葫芦巴碱）的生成，同时尼克酸N-甲基化修饰是植物解毒NA的另外一种形式。全面的进化和生化分析结果表明，这类新型的尼克酸N-甲基转移酶的功能来自参与植物木质素生物合成途径的COMT（咖啡酸O-甲基转移酶）基因的复制和功能分化。植物原始的COMT还保留微弱的NANMT活性，表明在植物漫长的进化过程中，NANMT活性的获得促成Preiss-Handler途径在陆生植物基因组得以保留的一个重要原因。(Plant Physiology)

研究揭示小麦幼穗发育基因调控特点

小麦穗的发育经历二棱期、小穗发育期、小花发育期、小花成熟期等关键时期。研究人员通过对小麦幼穗发育早期的转录组分析发现，该过程中小麦基因表达活跃、表达模式多样。根据基因表达的聚类分析及其特异阶段的重要基因挖掘，发现了大量与幼穗发育相关的重要转录因子。其中，很多与模式植物如水稻的调控基因保守。该团队同时对小麦幼穗的小分子核糖核酸（RNA）进行了分析，发现重要小分子RNA如miR159、miR167、miR319、miR396等高度表达，与其靶基因的表达模式协同，并能进行有效切割、调控。为了证明他们的分析结果的可靠性，该团队对其中一个在小花发育期高表达的基因AGO1d进行了突变体分析。该基因在花药的绒粘层特异表达；突变后使小麦的可育花粉数目大大下降，严重影响后期的每穗籽粒数。这一工作表明，转录组分析发现的调控基因在小麦花序的发育过程中发挥重要的作用。这些候选基因可为今后分子育种中开发分子标记和进行遗传操作提供重要的信息。（Plant Physiology）

研究人员发现黄萎病致病性调控新机制

转录因子介导的基因表达调控在病原侵染寄主过程中具有至关重要的作用，一直是植物病理学研究的热点问题。研究团队利用T-DNA插入突变技术构建近2万份T-DNA插入突变体，通过致病性相关突变体高通量筛选出60多个致病相关突变体并定位了候选致病相关基因。发现其中一个突变体因编码缺失锌指结构域的Fungal_trans转录因子（VdFTF1）受到T-DNA破坏而无法侵染棉花，致病力严重缺陷。VdFTF1基因敲除、功能回补等遗传学实验证实该基因是大丽轮枝菌侵染寄主植物的关键功能基因，但不参与生长发育调控；亚细胞定位实验证明VdFTF1编码产物定位于细胞核，具有转录因子特性；VdFTF1基因缺失突变体和野生型菌株转录组分析表明，VdFTF1全局调控了致病相关基因表达来参与侵染寄主的致病过程，尤其是植物细胞壁降解酶类基因。通过大丽轮枝菌侵染过程跟踪检测，研究团队进一步确定了VdFTF1调控植物细胞壁降解作用的基因网络，并证实部分靶标基因与大丽轮枝菌致病性显著关联。该研究首次发现了大丽轮枝菌不含锌指结构域的Fungal_trans类转录因子具有致病性调控功能，揭示了其调控植物细胞壁降解酶基因表达参与病原侵染寄主的致病新机制。(Molecular Plant Pathology)

棉铃虫交配调控作用新机制

化学通讯在昆虫寻找配偶、食物以及产卵地点等过程中起着非常重要的作用。研究首先发现棉铃虫雌蛾挥发性信息素主成分的时间与交配高峰期不一致，进一步的研究发现不同日龄雌虫腺体中11-十六碳烯醇（Z11-16:OH）的含量与棉铃虫交配率成负相关，由此推测“性信息素次要组分Z11-16:OH可能参与调控棉铃虫的交配”。利用CRISPR/Cas9基因敲除棉铃虫感受Z11-16:OH的气味受体16（OR16），突变体雄虫丧失了对11-十六碳烯醇Z11-16:OH的电生理反应以及驱避行为反应。更重要的是，突变体雄虫不能区分性成熟和未成熟的雌虫，在性信息素主成分的作用下与未成熟的雌虫进行交配，使子代的孵化率和存活率显著降低。 (Current Biology)

利用基因组编辑技术创制大豆晚花突变体

开花是植物由营养生长阶段转向生殖生长阶段的重要标志，是植物发育过程中的关键环节。GmFT2a是大豆开花调控途径中非常关键的整合因子，能够促进开花和成花相关基因的表达。该研究组利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定点敲除GmFT2a，获得的纯合突变体在北京夏季自然条件和长日照（16小时光照/8小时黑暗）、短日照（12小时光照/12小时黑暗）条件下均表现出明显的晚花表型。研究发现CRISPR/Cas9在GmFT2a的三个靶点处均可进行基因组编辑，介导的移码突变产生了提前终止密码子（premature termination codon，PTC），提前终止密码子介导的mRNA降解（nonsense-mediated decay，NMD）机制使GmFT2a的转录水平大幅降低，并终止了相关蛋白的翻译。研究中筛选获得了“无外源基因”的GmFT2a定点敲除晚花突变体，这类突变体不含有转基因元件、遗传稳定、表型显著。（Plant Biotechnology Journal）

植物气孔发育的特异性调控机制

气孔是陆地植物表皮上微小的细孔，作为植物与外界环境进行气体交换(主要是二氧化碳和水蒸汽)的重要通道，在调节植物光合作用、蒸腾作用以及水分利用中扮演着至关重要的角色。研究表明气孔发育过程中：拟南芥分泌肽类激素表皮模式因子EPF(EPIDERMAL PATTERNING FACTOR)家族、富含亮氨酸的受体激酶ERECTA(ER)家族(包括ERECTA、ERL1、ERL2)和富含亮氨酸的受体蛋白TMM调控气孔发育和形成。研究人员通过结构生物学的一系列研究方法，解析了ERL1LRR -TMMLRR、ERL1LRR-TMMLRR - EPF1、ERL1LRR-TMMLRR -EPF2、EPFL4-ERL2LRR 4种复合物的晶体结构，同时结合生化分析，遗传互补等多种方法，发现并证明了ER家族可以与TMM形成组成型的复合物。只有这种复合物才是体内EPF1，EPF2，EPFL9真正的受体调控气孔发育。（Genes & Development）

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