生物技术前沿一周纵览（2019年4月8日）
生物技术前沿一周纵览（2019年4月8日）
miR156-OsSPL3/OsSPL12-OsMADS50 通路调控水稻不定根发生的机制
不定根是须根系植物根系的主要组成部分。研究人员通过筛选水稻突变体库，获得了一个少不定根的突变体lcrn1（lower crown root number1）。该突变体不定根原基发育缓慢，不定根原基的起始被部分抑制，表现为少不定根数。图位克隆发现LCRN1编码一个含SBP结构域的转录因子OsSPL3。lcrn1中OsSPL3点突变干扰了miR156对它的转录后抑制，导致OsSPL3转录产物高积累，蛋白含量增加，抑制了不定根的发育。进一步通过RNA-seq和ChIP-seq分析，研究人员找到了OsSPL3的下游靶基因OsMADS50，OsSPL3直接结合在OsMADS50的启动子区调控其表达。遗传学分析表明，过表达OsMADS50 抑制水稻不定根数目，而在lcrn1背景下敲除OsMADS50可部分恢复不定根数目。此外，该工作还表明OsSPL3的同源基因OsSPL12也参与调控不定根数目。（The Plant Cell）
OsPIDa基因有望提高杂交育种的产量和质量
水稻的柱头发育正常与否直接关系到水稻能否正常受粉和结籽。研究通过反向遗传筛选发现OsPID基因突变之后水稻的柱头发育出现了严重的缺陷。其中OsPID-1突变体是一个表型比较强的突变体，主要表现出柱头完全退化的性状，完全不能结实。OsPID-2为弱等位突变体，该突变体的柱头会发生退化，其上的毛刷状结构会变得稀疏，但是该突变体可以保持30%左右的结实率。随后，研究人员通过遗传互补试验成功地回补了OsPID-1的突变表型。但是在互补的植株中，发现当OsPID的表达量升高后柱头的数目反而会增加，因此推测OsPID可以正调控水稻柱头的发育。该研究进一步将OsPID在水稻中进行了组成型表达，结果显示，OsPID的组成型表达植株中，有较多的小花出现了柱头增多的性状。这说明，OsPID可以正向调节柱头的数目。OsPIDa基因功能的缺失直接导致水稻的柱头退化消失，从结构上消除了花粉粒的附着位置，直接导致水稻产生无渗漏的雌性不育。该特性可以被用于杂交水稻制种，为创造优良的雌性不育的恢复系提供可能，从而避免杂交种收获时不小心混入恢复系种子的情况，确保所产杂交种子的纯度，而且便于实现杂交水稻种子的机械化生产和轻型化栽培，如混直播或混抛秧等。（Plant Physiology）
研究人员鉴定了两个植物抗病的关键基因，并揭示了其作用机制
研究以模式植物拟南芥为研究对象，通过突变体和转基因植物表型分析，研究人员发现BT4（BTB 和 TAZ 4）基因参与植物对丁香假单胞菌的防卫反应，增强寄主对Pst DC3000的免疫力，并且BT4基因受到水杨酸和乙烯抗病信号途径的调控。进一步通过对Pst DC3000和水杨酸信号相关转录组数据再分析以及突变体和转基因植物抗病表型研究，发现乙烯应答因子ERF11（Ethylene response factor）正调控拟南芥对Pst DC3000的抗病性，同时ERF11基因也受到水杨酸和乙烯抗病信号途径的调控。研究还发现BT4和ERF11基因的突变削弱了外源水杨酸诱导的植物抗病过程。利用分子生物学以及遗传学手段，研究人员进一步发现乙烯应答因子ERF11的AP2结构域可以直接结合BT4基因启动子区的GCC-box，激活BT4基因的表达，从而影响下游抗病基因的表达。该研究结果为阐明植物对丁香假单胞菌抗病机理和抗病育种提供重要依据。（Plant Physiology）
PINE1转录因子协调水稻节间伸长和光周期信号
水稻叶片感知短日照后，其韧皮部伴侣细胞中的Hd3a（编码HEADING DATE 3A）和RFT1（编码RICE FLOWERING LOCUS T 1）的表达被激活。其同源蛋白通过植物导管到达茎尖分生组织（shoot apical meristem, SAM）并作用于生殖发育（开花）。研究通过光周期试验和转录组学数据分析，鉴定了随短日照表达降低的PREMATURE INTERNODE ELONGATION 1（PINE1）基因（编码锌指转录因子PINE1）。该研究发现，PINE1在SAM及周围分生组织中转录并且其转录水平在短日照条件下显著降低。（Nature Plants）
研究揭示植物侧根发育调控新机制
侧根发生是初生根形成后植物根系建成的关键。研究发现MKK4/MKK5-MPK3/MPK6信号通路功能缺失导致植物生长发育早期侧根显著减少。进一步分析发现在mkk4 mkk5 以及mpk3 mpk6 条件双突变体中，参与细胞壁重塑(cell wall remodelling, CWR) 关键酶的编码基因表达显著下调，导致侧根原基的外围细胞壁果胶不发生降解，细胞不能进行正常分离，从而使侧根突破受阻。突变体中侧根原基和外围组织细胞相互挤压，最终强行突破的侧根使初生根细胞发生严重破损。鉴于MAPK级联信号在不同植物中高度保守，因此该研究结果对深入理解作物的根系建成机制具有重要的参考价值。（Nature Plants）
种子休眠表观遗传调控机制
种子休眠是一种重要的农艺性状，影响作物的产量和品质。研究人员曾发现，休眠水平的母系遗传是通过种子休眠的负调控基因ALLANTOINASE（ALN）的母本等位基因在胚乳的表达来实现的；同时，还发现，种子发育过程中的低温抑制了种子包括ALN在内的许多MEGs基因的表达，显着增加了拟南芥种子的休眠水平。 该研究团队又发现，ALN母体等位基因的优先表达依赖于父本等位基因通过非经典的RdDM甲基化（RDR6和AGO6参与）而不是通过MET1（DNA METHYLTRANSFERASE 1）的实现的甲基化。ALN 启动子中CG位点的低丰度表明，CG甲基化不参与抑制ALN表达。 相反，位于ALNTSS上游的POGO区域的CHH甲基化与低ALN表达正相关。 这表明，RdDM介导的CHH甲基化调控ALN基因的表达。同时，研究还发现，位于ALN的TSS上游的POGO区域的CHH甲基化水平受到种子发育期间的温度影响，低温抑制ALN表达，从而促进种子休眠。 有意思的是，依赖于低温和RDR6-RdDM的CHH甲基化在种子中观察到了，而在花中并没有观察到。 这说明，RDR6-RdDM的组织特异性活性。同时，萌发后，幼苗中低温诱导的CHH甲基化消失。（eLife）
研究人员揭开番茄斑萎病毒属病毒神秘面纱
植物负义链RNA病毒严重威胁农业生产，特别是其中的番茄斑萎病毒属（Tospovirus）和纤细病毒属（Teniuvirus）的成员在农业生产上的危害尤为严重。番茄斑萎病毒属病毒及其典型成员番茄斑萎病毒（Tomato spotted wilt virus, TSWV）寄主范围极广且较难控制，每年在全球范围内造成数十亿美元的经济损失。研究人员发表 Paving the Way to Tospovirus Infection: Multilined Interplays with Plant Innate Immunity 的综述论文，全面而系统地总结了番茄斑萎病毒属病毒如何劫持和利用寄主因子成功侵染植物以及病毒与寄主先天免疫系统的相互博弈过程，还对该领域今后的研究方向和内容进行了展望。（Annual Review of Phytopathology）
